Обтекатель автопоезда

 

Использование: в кузовах транспортных средств, а именно в магистральных автопоездах , и грузовых автомобилях. Цель изобретения - создание безотрывного обтекания и более эффективное снижение аэродинамического сопротивления транспортного средства при кососимметричном натекании воздушного потока. Сущность изобретения: обтекатель устанавливается на крыше кабины 1 транспортного средства перед кузовом 2 и содержит регулируемый по углу наклона 6 вертикальной плоскости лобовой экран 3 с боковинами, которые эквидистантно сопряжены с подвижными бо ковыми закрылками 5. На поверхность экрана 3, боковин и закрылков 5 нанесены продольные параллельные канавки 6. Задние кромки обтекателя выполнены синусоидально обрезанными. 3 з.п. ф-лы, 9 ил.

2000234 С

csi>s В 62 D 35/00

Комитет Российской Федерации по патентам и товарным знакам

" ЕСТ,;,.

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ и " "» -

К ПАТЕНТУ (21) 4927138/11 (22) 10.04.91 (46) 07.09.93. Бюл, hk 33 — 36 (71) Научно-исследовательский институт механики МГУ им. M.Â. Ломоносова (72) Евграфов А.Н„Буравцов А.И., Высоцкий

M.Ñ., Титович А.И., Романенко Г.А., Худяков

Г.Е., Герценштейн С.Я. Элькинд М.Я. (73) Научно-исследовательский институт механики МГУ им. М,В. Ломоносова (54) ОБТЕКАТЕЛЬ АВТОПОЕЗДА (57) Использование: в кузовах транспортных средств, а именно в магистральных автопоеэдах, и грузовых автомобилях. Цель изобретения — создание беэотрывного обтекания и более эффективное снижение аэродинамического сопротивления транспортного средства при кососимметричном натекании воздушного потока. Сущность изобретения: обтекатель устанавливается на крыше кабины 1 транспортного средства перед кузовом 2 и содержит регулируемый по углу наклона 6 вертикальной плоскости лобовой экран 3 с боковинами, которые эквидистантно сопряжены с подвижными боковыми эакрылками 5. На поверхность экрана 3, боковин и закрылков 5 нанесены продольные параллельные канавки 6. 3адние кромки обтекателя выполнены синусоидально обрезанными. 3 з.п. ф-лы, 9 ил.

2000234

Изобретение относится к кузовам транспортных средств, в частности к грузовым автомобилям и магистральным автопоездам.

Известен щитовой обтекатель транспортного средства, содержащий лобовой экран эллиптического профиля, имеющий воэможность поворота в вертикальной плоскости относительно нижней передней кромки и перемещения вдоль крыши кабины транспортного средства. Недостатками такого обтекателя является неэффективность его работы при воздействии бокового ветра.

Наиболее близким к изобретению по всей технической сущности является выбранный в качестве прототипа полуобъемный обтекатель, устанавливаемый на крыше кабины транспортного средства, Рассматриваемый обтекатель состоит из лобового экрана и боковых эакрылков. Лобовой экран устанавливается на продольных штангах.

Боковые закрылки неподвижно закреплены на поперечных штангах.

Недостатками рассмотренной конструкции обтекателя являются неоптимальное перетекание воздуха между лобовым экраном и боковыми закрылками и плохая обтекаемость собственно экрана и эакрылков при воздействии бокового ветра, отсутствие возможности поворота боковых закрылков в горизонтальной плоскости, что необходимо для улучшения обтекания верхней части боковин полуприцепа.

Цел . изобретения — создание безо1рывного обтекания и более эффективное снижение аэродинамического сопротивления транспортного средства при кососимметричном натекании воздушного потока, Поставленная цель и существенность отличий заявленного устройства, достигаются тем, что обтекатель, устанавливаемый на крыше кабины и содержащий регулируемый по углу наклона в вертикальной плоскости лобовой экран с боковыми закрылками, выполнен таким образом, что с поверхностями лобового экрана и боковых закрылков в форме сойряженных сегментов фигуры вращения, имеющей воэможность изменения линейных размеров за счет выполнения боковых закрылков регулирования по углу наклона в горизонтальной плоскости и снабжения их возвратным механизмом, при этом на наружную поверхность лобового экрана и боковых закрылков нанесены параллельные продольные канавки с глубиной и шагом равными 0,01...0.05 толщины пограничного слоя, образующегося на поверхности обтекателя, задние кромки которого выполнены синусоидально-образными с амплитудой и шагом синусоиды соответствующими глубине и шагу канавок.

На фиг.1 показана установка обтекателя на кабине автопоезда, общий вид; на фиг,2 — конструктивное выполнение продольных канавок и синусоид на задней кромке обтекателя; на фиг.3 — конструктивное выполнение обтекателя с элементами крепления на кабине, вид сзади; на фиг.4 — сечение В-В на фиг.3; на фиг.5 — эпюры распределения давлений передней части автопоеэда без обтекателя: а) — вид сбоку; б) — вид сверху; на фиг,6 — эпюры распределения давлений передней части автопоезда с полуобъемным

15 обтекателем: а), б) — установка заявленного обтекателя, вид сбоку и сверху, в) — установка обтекателя прототипа, вид сверху; на фиг.7- схема обтекания автопоезда при наличии подвижных эакрылков; на фиг.8 — ва20 риант исполнения обтекателя в виде крыши высокой кабины, содержащей сопряженные лобовой экран и боковые закрылки, выполненные зацело: на фиг.9 — зависимость коэффициента Сх автопоеэда с серийным и предлагаемым обтекателем от угла натекателя воздушного потока.

Полуобъемный обтекатель устанавливается на крыше кабины 1 транспортных средств — магистральных седельных и при30 цельных автопоездов, грузовых фургонов, имеющих кузова 2, Обтекатель состоит из лобового экрана

3 с боковинами 4, представляющих собой сегменты фигуры вращения и боковых закрылков 5, эквидистантно сопряженных боковинами 4.

На внешних поверхностях экрана 3 с боковинами 4 и закрылков 5 нанесены параллельные продольные канавки 6 глубиной

40 h и шагом t (фиг.2). При этом h u t(0,01...0,05) д, где д — толщина пограничного слоя, образующегося на экране 3 или на поверхности закрылков 5. Для реальных конструкций обтекателей интервалы значе45 ний h и t составляют 0.5.„0,5 мм. Причем меньшие значения соответствуют малогабаритным обтекателям, так как толщина пограничного слоя, образующегося на их поверхности меньше, чем на поверхностях больших экранов обтекателей.

Задние кромки лобового экрана 3, его боковин 4 и закрылков 5 выполняются обрезанными по синусоиде 7, характеризуемой амплитудой h и шагом t, соответствующими также йнтервалу (0,01...0,05) и равными по величине, глубине и шагу канавок 6, Лобовой экран 3 и боковые закрылки 5 выполнены регулируемыми по углу наклона соответственно в вертикальной и горизонтальной плоскостях за счет их соединения с

2000234 элементами крепления обтекателя соответственно посредством шарнирных узлов 8 и

9. Элементы крепления обтекателя представляют собой силовой каркас, состоящий из продольных 10 и поперечных 11. 12 и 13 штанг различной длины, Штанги 10-12 соединены с водостоками 14 кабины 1 при помощи кронштейнов 15, Шарнирные узлы 8 с верхней поперечной штангой 11 посредством двух дугообразных кронштейнов 16. а узлы 9 закреплены в местах соединения штанг 10 и 11. Указанный способ крепления обтекателя к кабине 1 является одним из возможных примеров установки обтекателя.

Механизм регулирования наклона лобового экрана 3 состоит из У-образного кронштейна, имеющего плоскую часть 17, спрофилированную под поверхность экрана 3, и цилиндрическую часть 18, связанную с механизмом 19 регулирования наклона экрана 3 реечного типа и рукояткой 20. Штанги 8 и 10 служат опорами для боковых закрылков 15. Оба закрылка 5 смещены несколько назад вдоль кабины 1 относительно лобового экрана при любом его угловом положении. В связи с этим обстоятельством они выходят за габариты его задней кромки, что позволяет соединить закрылки 5 возвратным механизмом 21 в виде стяжной пружины.

Эффективность работы подвижных боковых закрылков заключается в следующем.

При движении автопоезда встречный поток воздуха взаимодействует с лобовой частью кабины и верхней частью передней стенки полуприцепа, в дальнейшем перетекая на

era áîêîâûåñòåíêè. Для изучения характера обтекания автопоезда воздушным потоком замеряют распределение статических давлений на поверхностях кабины 1 и кузова 2 и строят соответствующие эпюры (фиг.5 и 6), Рассмотрение эпюр распределения давлений показывает, что установка на крыше кабины 1 лобового экрана 3 обтекателя позволяет значительно снизить вихреобраэование на переднем участке крышки кузова 2 и уменьшить давление на верхнюю часть ее передней стенки. В свою очередь применение, как например, у прототипа неподвижных верхних боковых закрылков уменьшает раэряжение в местах перехода передней стенки в боковины кузова 2 (фиг. бо). В случае установки подвижных боковых эакрылков 5, работающих по следующему принципу действия, эффект снижения разряжения в указанных зонах будет еще выше, а на боковине кузова 2 с наветренной стороны вихреобразование и повышенное давление при переходе передней стенки в

55 боковину при кососимметричном натекании потока под углом Р фактически о су ствуют, а на подветренной стороне разряжение на боковине будет совсем незначительным

Это достигается эа счет того, что сходящий с закрылков 5 воздушный поток направляется вдоль боковин кузова 2, а перетекание воздуха с наветренной стороны на подветренную сводится к минимуму (фиг.7). На этой фигуре перетекающий поток выделен полосами Г и Д соответственно для Hpïîäвижных (пунктирная линия) и подвижных (сплошная линия) закрылков. Здесь такж;. отмечены векторы скорости Voo натекающего потока и потоков, сходящих с закрылков Чз и Vs.

Установка экрана 3 с боковинами 4 и боковых закрылков 5 на крышу кабины 1 осуществляется в сборе с силовым каркасом посредствдм крепления штанг 10 — 12 кронштейнами 15 к водосточным желобам, Известно, что в условиях заводской установки седла на шасси тягача имеет место погрешность в установке седла в продольном направлении. В этом случае при одинаковом превышении кузова 2 зазор между ним и кабиной седельного тягача будет разным, достигая разброс до 25 .

В соответствии с имеющимися величинами превышения кузова 2 над кабиной 1 и зазора между ними, перемещая рукоятку 20 вверх, поворачивают лобовой экран 3 относительно шарниров 8 до его установки с определенным углом наклона, cOOTBBTcTBóющим оптимальному аэродинамическому положению обтекателя.

Одновременно с подъемом экрана 3 произойдет раздвижение боковых закрылков 5 в стороны за счет их распирания боковинами 4 экрана 3. При малом зазоре между кабиной 1 и кузовом 2 требуется установка лобового экрана 3 с большим углом наклона.

При таком зазоре также возникнет необходимость большего отклонения потока эакрылками 5 (фиг.7). Однако, при отклоненл 1 экрана 3 на больший угол, одновременно происходит автоматическое большее раэдвижение в стороны эакрылков 5. Этим осуществляется следящее действие.

Если необходимо опустить лобовой экран 3 (одновременно при этом всегда требуется уменьшить угол разворота боковых закрылков 5), то опускается штанга У-образного кронштейна до замыкания реечного механизма 19 в нужном положении. При этом закрылки 5 под воздействием стяжной пружины 21 сойдутся ближе друг к другу. повернувшись относительно вертикальных шарнирных узлов 9. Указанный принцип ре2000234 гулирования обтекателя годен и в случае его установки на прицепных автопоездах и грузовых фургонах, не имеющих зазора между кабиной 1 и кузовом 2.

Особенно значительный эффект от применения заявленного обтекателя имеет место при движении автопоезда в условиях воздействия бокового ветра, обуславливающего кососимметричное натекание потока под углом Р. Это связано с тем, что закрылки 5 и экран 3 выполнены сопряженными в поперечном направлении и при протекании косонаправленного потока по поверхностям закрылок 5, боковин 4 на лобовой экран 3 отсутствует срыв потока и вихреобразование на обтекателе, что имеет место в конструкции полуобъемного обтекателя прототипа, Такое условие безотрывного обтекания позволяет применить на поверхностях обтекателя продольные канавки 6. Полезная роль этих канавок заключается в том, что они провоцируют органиэацию мелких трехмерных вихрей, которые уменьшают интенсивность турбулентности пограничного слоя, формирующегося на поверхности обтекателя, Нанесение канавок на поверхностях обтекателя, выполненного не по принципу сопряжения закрылков 5 с экраном 3, не приносит никакого аэродинамического эффекта. Как нетрудно заметить, конструкция заявленного обтекателя позволяет иметь безотрывное обтекание при любых углах наклона экрана 3. Таким образом заявленный обтекат .ль обладает особо низким собственным сопротивлением.

Также допустимо применение канавок 6 переменной глубины с нарастанием ее величины от передней кромки обтекателя к задней. так как глубина h пропорциональна толщине д пограничного слоя, который нарастает по длине экрана 3 и закрылок 5.

С целью упорядочивания схода воздушного потока с раздробленной структурой по5

40 граничного слоя с поверхности обтекателя задние кромки экрана 3, боковин 4 и закрылков 5 выполнены синусоидально обрезанными. Шаги синусоид 7 и канавок 6 выбираются конструктивно. Применение продольных параллельных канавок 6 и синусоидальная обрезанная кромка 7 обеспечивают дополнительное уменьшение аэродинамического сопротивления транспортного средства на 3-7, а общее снижение аэродинамического сопротивления за счет установки такого обтекателя составит

20$.

Формула изобретения

1. Обтекатель автопоезда, выполненный на кабине тягача, содержащий лобовой экран с боковыми закрылками, о т л и ч а юшийся тем, что, поверхности лобового экрана и боковых закрылков выполнены в форме сопряженных сегментов фигур вращения, при этом на наружной поверхности лобового экрана и боковых закрылков выполнены параллельные продольные канавки с шагом и глубиной 0,01 — 0,05 толщины пограничного слоя, образующегося на поверхности обтекателя.

2, Обтекатель поп.1, отл ича ю щийс я тем, что лобовой экран и боковые закрылки выполнены регулируемыми по углу наклона с возможностью изменения его линейных размеров.

3. Обтекатель по и 1, от л и ч а ю щи йс я тем, что задние кромки лобового экрана и боковых закрылков выполнены при их сечении в продольном направлении горизонтальной плоскостью в виде синусоиды с амплитудой и шагом, соответствующими глубине и шагу продольных канавок, 4, Обтекатель по п,1, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что продольные канавки выполнены переменной глубины, нарастающей от передней кромки обтекателя к задней, 2000234

2000234

U8.

2000234

2000234

Ядер

Составитель А.Евграфов

Техред М.Моргентал Корректор H.Mèëþêoâà

Редактор

Тираж Подписное

НПО "Поиск" Роспатента

113035, Москва. Ж-35. Раушская наб„4/5

Заказ 3060

Проиэводственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул.Гагарина. 101