Az áramlástan szerepe az autóbusz karosszéria tervezésében Dr Az áramlástan szerepe az autóbusz karosszéria tervezésében Dr. Lajos Tamás, Régert Tamás, Dávid Norbert Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Áramlástan Tanszék 33. AUTÓBUSZ SZAKÉRTŐI TANÁCSKOZÁS Nemzetközi Gépjárműbiztonsági Konferencia 2002 szeptember 2-4 Keszthely

Tartalom Az áramlási jellemzők hatása az autóbusz működésére Az autóbusz karosszéria körüli áramlás jellemzői Az áramlási ellenállás és csökkentésének módjai Szélcsatorna kísérletek A karosszéria körüli áramlás numerikus szimulálása A karosszéria sárosodás kísérleti vizsgálata A kerék körüli áramlás numerikus szimulációja Az oldalfal és hátfal sárosodásának szélcsatorna és numerikus áramlástani vizsgálata Következtetések

1. Az áramlási jellemzők hatása az autóbusz működésére A karosszéria körüli áramlás optimalizálásának eredménye: csökkenő üzemanyag fogyasztás, javuló működtetési tulajdonságok (menetstabilitás, úttartás, közlekedésbiztonság, kezelhetőség), kedvezőbb jármű komfort jellemzők (zaj, karosszéria sárosodás, utastér hűtése, szellőzése) Három, egymással összefüggő áramlási tér: a karosszéria külső felülete körüli áramlás, az utastérben lévő áramlás, a jármű egyes komponensei (hűtő, fékek, kerekek, szélvédő) körüli áramlás Aktualitás: gyors fejlődés az áramlások numerikus szimulációja és a méréstechnika területén

2. Az autóbusz karosszéria körüli áramlás jellemzői Relatív rendszerben összetett, 3D, turbulens áramlás. Felosztása: homlokfal körüli, oldalfalak melletti, és tető fölötti, karosszéria alatti és hátfal mögötti áramlás. Homlokfal: torlópont, túlnyomás, gyorsuló áramlás Oldalfal, tető: belépő élek lekerekítésétől függően határréteg leválás Hátfal: leválási buborékban van, depresszió, turbulens keveredés Karosszéria alatt „érdes” felület, csökkenő sebesség, kilépés oldalirányban

3. Az áramlási ellenállás elemei és csökkentésük módjai Homlokfali ellenállás (hasáb esetén 65%): átlagos túlnyomás csökkentése az áramlás gyorsításával (belépőélek lekerekítése oldalt, felül, a homlokfal döntése) Hátfali ellenállás (34.9%): átlagos depresszió csökkentése (oldalfalak hátsó részének összehúzása, kilépőélek lekerekítése) Oldalfali (tető és alsó rész) ellenállás (0.1%): a falak érdességének csökkentése, a karosszéria alatti áramlás sebességének csökkentése Karosszéria körüli áramlás elemeinek kölcsönhatása: szélcsatorna kísérletek és/vagy numerikus szimuláció

4. Szélcsatorna kísérletek 2.6 m x 5 m nyitott mérőtér vmax= 50 m/s szélsebesség 6 komponensű mérleg talaj szimulálás futószalaggal áramlás láthatóvá tétel olajköddel 1:5 méretarányú modell Geometria változtatás ce/cex100% homlokfal oldalsó és felső belépő éleinek lekerekítése (r/h = 0.04-ről 0.11-re) -38% homlokfal 80-os döntése 110-ra nő -8% homlokfal alsó élének és a kilépő élek lekerekítése ±0 karosszéria aljának lefedése az első kerekek előtt -4% A homlokfal alatt spoiler a rés 38%-át takarja -(5-8)% Ellenállástényező csökkenés ce=0.57-ről 0.39-re (-32%). 100 km/h sebességnél az üzemanyag fogyasztás csökkenés 23% (+ zaj és sárosodás csökkenés)

5. A karosszéria körüli áramlás numerikus szimulálása FLUENT: általános célú, véges térfogat elvű szimulációs rendszer háromdimenziós stacionárius és instacionárius lamináris és turbulens áramlások számítására

6. A karosszéria sárosodás kísérleti vizsgálata Hátfal és oldalfal sárosodás csökkentése mozgó talaj szimulálása futószalaggal futószalagon forgó kerekek, a karosszéria alsó részének részletes modellezése sárosodás meghatározása vízzel: vezetőképesség méréssel nyomgáz koncentráció méréssel áramlás láthatóvá tétellel, olajköddel Hátfal sárosodás kis geometriai módosítással 73%-kal csökkenthető, az oldalfal sárosodás területe leszorítható

7/a. A kerék körüli áramlás numerikus szimulációja: egyedülálló kerék forgó

7/b. A kerék körüli áramlás numerikus szimulációja: forgó kerék kerékházban

8/a Az oldalfal sárosodásának numerikus áramlástani vizsgálata Ha az éles homlokfal mögött keletkező leválási buborék eléri a kerékkivágást, az egész oldalfal sárosodik.

8/b A hátfal sárosodásának numerikus áramlástani vizsgálata Sárosodás szempontjából kedvező viszonyok.

8/c A hátfal sárosodásának numerikus áramlástani vizsgálata Sárosodás szempontjából kedvezőtlen viszonyok.

9. Következtetések Az autóbusz karosszériák áramlástani optimalizálása jelentős üzemanyag fogyasztás csökkenést és a komfort növekedést eredményezhet A szélcsatorna modellkísérletek eredményesen alkalmazhatók karosszéria áramlástani fejlesztésére A numerikus szimuláció a karosszéria körüli áramlás elemzésének és optimalizálásának hatékony eszköze