Кузов наземного транспортного средства ( варианты)
Изобретение относится к области транспорта, а именно к средствам снижения аэродинамического сопротивления различных транспортных средств. Кузов содержит дефлектор, установленный позади кузова, внутри его поперечных габаритов. Дефлектор выполнен с криволинейной поверхностью, выпуклость которой направлена в сторону верхней, или боковой, или верхней и боковых наружных поверхностей кузова. Край дефлектора установлен заподлицо к соответствующей наружной поверхности кузова. Длина дефлектора в его поперечном сечении выполнена меньше половины высоты, или ширины, или высоты и ширины кузова. Технический результат заключается в уменьшении аэродинамического сопротивления транспортного средства, уменьшении его продольных габаритов, упрощении конструкции и обеспечении удобства использования при выполнении погрузочно-разгрузочных операций. 3 н. и 12 з.п. ф-лы, 11 ил.
Изобретение относится к области транспорта и может быть использовано для снижения аэродинамического сопротивления различных транспортных средств, железнодорожного транспорта, водного транспорта, автомобильного транспорта, преимущественно имеющих относительно большую площадь поперечных габаритов кузова.
Из уровня техники общеизвестно использование дефлекторов, устанавливаемых в передней части транспортного средства, которые служат для снижения его лобового аэродинамического сопротивления. Например, в грузовых автомобилях такие дефлекторы устанавливают между крышей кабины водителя и выступающей над ней частью кузова под острым углом к набегающему на автомобиль потоку воздуха.
Известен кузов наземного транспортного средства, содержащий дефлектор, установленный позади кузова, внутри его поперечных габаритов, и выполненный с криволинейной поверхностью, выпуклость которой направлена в сторону верхней и/или боковой наружной поверхности кузова, а край дефлектора установлен вровень с наружной поверхностью кузова (Патент США №2737411, 296-1, опубл. 1956 г.).
В этом техническом решении дефлектор выполнен из надувного чулка, поперечные габариты которого больше поперечных габаритов кузова. Своими краями надувной чулок заподлицо закреплен на верхнем, нижем и боковых краях кузова, образуя при его заполнении воздухом сплошную криволинейную поверхность в форме половины эллипсоида (эллипсоидообразного), который соответствует поперечным габаритам кузова, при этом значительно увеличивает длину самого кузова.
Такой дефлектор, установленный позади кузова, позволяет уменьшить аэродинамическое сопротивление транспортного средства, что приводит к снижению потребляемой мощности и топлива, повышению скорости движения транспортного средства и к его устойчивости.
Ограничениями этого технического решения являются:
- значительное увеличение длины кузова;
- неудобство складывания дефлектора путем его сворачивания;
- неудобство использования устройства при загрузке и выгрузке грузов через заднюю дверь кузова, так как при выполнении этих операций приходится отстегивать надувной чулок с верхнего, нижнего и боковых бортов кузова.
Наиболее близким техническим решением по максимальному количеству сходных признаков может служить кузов наземного транспортного средства, содержащий дефлектор, установленный позади кузова, внутри его поперечных габаритов, и выполненный с криволинейной поверхностью, выпуклость которой направлена в сторону верхней и/или боковой наружной поверхности кузова, а край дефлектора установлен вровень с наружной поверхностью кузова (Патент США №4142755, В 62 D 35/00, опубл. 1993 г.).
В этом техническом решении дефлектор выполнен в виде отдельных пластин, шарнирно соединенных между собой, а также с верхним, нижним и боковыми бортами кузова с возможностью их складывания и раскладывания при выполнении погрузочно-разгрузочных операций для обеспечения доступа к задней двери транспортного средства. В сложенном состоянии пластины также образуют форму, близкую к половине эллипсоида, края которого вровень сопряжены с краями кузова. Для такого сопряжения эллипсоидообразного дефлектора с краями кузова приходится использовать плоские пластины, расположенные между кузовом и криволинейными пластинами. Таким образом, основная кривизна эллипсоообразного дефлектора находится в его концевой части.
Такая компоновка кузова также позволяет уменьшить аэродинамическое сопротивление.
Ограничениями этого технического решения являются:
- его громоздкость;
- значительное увеличение продольных габаритов транспортного средства;
- неудобство складывания и раскладывания большого количества пластин при выполнении погрузочно-разгрузочных операций через заднюю дверь или борт кузова;
- из-за использования плоских пластин, непосредственно установленных на краю кузова, происходит срыв части воздушного потока в месте их расположения и соответственно увеличивается аэродинамическое сопротивление.
Решаемая изобретением задача - улучшение технико-эксплуатационных характеристик кузова.
Технический результат, который может быть получен при осуществлении изобретения, - уменьшение аэродинамического сопротивления транспортного средства, уменьшение его продольных габаритов, упрощение конструкции и обеспечение удобства использования при выполнении погрузочно-разгрузочных операций.
Для решения поставленной задачи с достижением указанного технического результата в известном кузове, содержащем дефлектор, установленный позади кузова, внутри его поперечных габаритов, и выполненный с криволинейной поверхностью, выпуклость которой направлена в сторону верхней наружной поверхности кузова, край дефлектора установлен вровень с наружной поверхностью кузова, а длина дефлектора в его поперечном сечении выполнена меньше половины высоты кузова, согласно изобретению в дефлекторе выполнена, по крайней мере, одна щель, расположенная между краями дефлектора поперечно направлению движения наземного транспортного средства, обращенная в сторону верхней наружной поверхности кузова и выполненная с возможностью подачи в нее дополнительного потока воздуха.
Возможны дополнительные варианты выполнения устройства, в которых целесообразно, чтобы:
- щель была выполнена с возможностью выхода из нее дополнительного потока воздуха по касательной к криволинейной поверхности по направлению набегающего потока воздуха;
- дефлектор был выполнен из пластины;
- край дефлектора, установленный вровень с наружной поверхностью кузова, был снабжен шарниром;
- дефлектор был выполнен в виде надувного чулка;
- надувной чулок был выполнен в своем поперечном сечении D-образным;
- кузов был снабжен воздухозаборником, который связан каналом с полостью надувного чулка;
- кузов был снабжен компрессором с возможностью подачи в полость надувного чулка дополнительного потока воздуха.
Для решения поставленной задачи с достижением указанного технического результата во втором варианте выполнения кузова, содержащем дефлектор, установленный позади кузова, внутри его поперечных габаритов, и выполненный с криволинейной поверхностью, выпуклость которой направлена в сторону боковой наружной поверхности кузова, край дефлектора установлен вровень с наружной поверхностью кузова, а длина дефлектора в его поперечном сечении выполнена меньше половины ширины кузова, согласно изобретению в дефлекторе выполнена, по крайней мере, одна щель, расположенная между краями дефлектора поперечно направлению движения наземного транспортного средства, обращенная в сторону боковой наружной поверхности кузова и выполненная с возможностью подачи в нее дополнительного потока воздуха.
Возможны описанные выше дополнительные варианты выполнения кузова.
Для решения поставленной задачи с достижением указанного технического результата в третьем варианте выполнения кузова, содержащем дефлектор, установленный позади кузова, внутри его поперечных габаритов, и выполненный с криволинейной поверхностью, выпуклость которой направлена в сторону верхней и боковой наружной поверхности кузова, край дефлектора установлен вровень с наружной поверхностью кузова, а длина дефлектора в его поперечном сечении выполнена меньше половины высоты и/или ширины кузова, согласно изобретению в дефлекторе выполнена, по крайней мере, одна щель, расположенная между краями дефлектора поперечно направлению движения наземного транспортного средства, обращенная в сторону верхней и боковой наружной поверхности кузова и выполненная с возможностью подачи в нее дополнительного потока воздуха.
Указанные преимущества, а также особенности настоящего изобретения поясняются лучшими вариантами его выполнения со ссылками на прилагаемые чертежа.
Фиг.1 схематично изображает заявленную конструкцию кузова грузового автомобиля с дефлектором, выполненным из пластины и установленным на крыше автомобиля (вид сбоку);
Фиг.2 - то же, что фиг.1, с дефлектором, выполненным из двух пластин, установленных по боковым сторонам кузова (вид сверху);
Фиг.3 - то же, что фиг.1, с дефлектором, выполненным из трех пластин, установленных на крыше автомобиля и по боковым сторонам кузова (вид сзади);
Фиг.4 - один из вариантов подачи дополнительного потока воздуха в щель пластины (ее поперечное сечение);
Фиг.5 - то же, что фиг.1, при выполнении дефлектора в виде надувного чулка, закрепленного на крыше автомобиля (вид сбоку);
Фиг.6 - то же, что фиг.5, при закреплении надувных чулков по боковым сторонам кузова (вид сверху);
Фиг.7 - то же, что фиг.5, при закреплении надувных чулков на крыше и по боковым сторонам кузова (вид сзади);
Фиг.8 - один из вариантов подачи дополнительного потока воздуха в полость надувного чулка от компрессора (поперечное сечение);
Фиг.9 - диаграмму распределения скоростей воздушного потока за кузовом, без использования дефлектора;
Фиг.10 - то же, что фиг.9, при использовании дефлектора;
Фиг.11 - то же, что фиг.10, при использовании дефлектора с щелью.
Кузов 1 наземного транспортного средства (фиг.1-3) содержит дефлектор 2, установленный позади кузова 1, внутри его поперечных габаритов. Дефлектор 2 выполнен с криволинейной поверхностью. Выпуклость криволинейной поверхности дефлектора 2 направлена в сторону верхней поверхности кузова 1 (крыши) (фиг.1) или боковой наружной поверхности кузова 1 (к боковым стенкам) (фиг.2), а также выпуклость может быть направлена и в сторону верхней поверхности кузова, и к боковым наружным поверхностям кузова 1 (фиг.3). Таким образом, в любом варианте исполнения выпуклость криволинейной поверхности дефлектора 2 выполнена в направлении от центральной продольной оси кузова 1. Край дефлектора 2 установлен заподлицо относительно наружной поверхности кузова 1 (практически вровень, не выступая за наружную поверхность, с отступом от нее, возможно лишь в несколько сантиметров). Длина дефлектора в его поперечном сечении (или в продольном сечении кузова) выполнена меньше половины высоты или ширины кузова. В различных вариантах выполнения дефлектор 2 может быть установлен на крыше кузова 1 (фиг.1, 5).
Дефлектор 2 может быть установлен на обеих боковых сторонах кузова 1 (фиг.2, 6). Дефлектор 2 также может быть установлен и в области крыши кузова 1, и по его боковым сторонам (фиг.3, 7).
Дефлектор 2 может быть выполнен из пластины (фиг.1-4).
Край дефлектора 2, выполненного из пластины, может снабжен шарниром 3 (фиг.1, 2).
В дефлекторе 2 из пластины может быть быть выполнена, по крайней мере, одна щель 4 (фиг.3, 4). Щель 4 расположена между краями пластины поперечно направлению движения наземного транспортного средства (фиг.3). Щель 4 обращена в сторону верхней и/или боковой наружной поверхности кузова 1, также как выпуклость криволинейной поверхности дефлектора 2. Щель 4 (фиг.4) выполнена с возможностью подачи в нее дополнительного потока G воздуха от компрессора наземного транспортного средства и выхода из нее дополнительного потока G воздуха по касательной к криволинейной поверхности в направлении набегающего потока S воздуха. Для подачи дополнительного потока G могут быть использованы различные конструктивные варианты. В частности, может быть использована трубка 5, проложенная на внутренней поверхности пластины вдоль щели 4. Трубка 5 сообщена каналом со щелью 4 по всей ее длине, а торцы трубки 5 заглушены. Посредством выполненного в трубке 5 отверстия, она через шланг 6 подсоединена к компрессору наземного транспортного средства.
Дефлектор 2 может быть выполнен в виде надувного чулка (фиг.5-8).
Надувной чулок дефлектора 2, в частности, может быть выполнен в своем поперечном сечении D-образным (фиг.8).
Кузов 1 может быть снабжен воздухозаборником 7 (фиг.5-7), который связан каналом 8 (фиг.5, 6) с полостью надувного чулка дефлектора 2. Для обеспечения связи воздухозаборника 8 с полостью надувного чулка может быть также использован шланг.
Аналогично устройству, использующему пластины, и в надувном чулке может быть выполнена, по крайней мере, одна щель 9, сообщенная с выпуклой поверхностью надувного чулка и расположенная поперечно направлению движения наземного транспортного средства (фиг.7). Щель 9 обращена в сторону верхней и/или боковой наружной поверхности кузова 1, т.е. не на участке выпуклости криволинейной поверхности, обращенной в сторону задней части кузова. Щель 9 (фиг 8) выполнена с возможностью подачи в нее дополнительного потока G воздуха от компрессора наземного транспортного средства и выхода из нее дополнительного потока G воздуха по касательной к криволинейной поверхности в направлении набегающего потока S воздуха. Для подачи дополнительного потока G, например, при выполнении надувного чулка D-образным (фиг.8), в прямолинейной стенке надувного чулка выполняют отверстие 10, которое шлангом 11 подсоединено к компрессору транспортного средства. В любых из используемых конструкциях (фиг.5-7), чтобы надувной чулок выполнял функцию дефлектора 2, его свободные концы выполняют замкнутыми, чтобы не пропускать воздуха. Это позволяет наполнять чулок воздухом при помощи воздухозаборника 7 или компрессором, а также обеспечивать выход дополнительного потока G через щель 9 при использовании компрессора.
Работает устройство (фиг.1-8) следующим образом.
При отсутствии дефлектора 2 или в случае использования плоских пластин в местах соединения крыши кузова, а также его боковых стенок с задней стенкой происходит срыв набегающего потока S, в результате чего за кузовом 1 транспортного средства образуется застойная зона, характеризующаяся наименьшими скоростями воздушного потока (фиг.9). На фиг.9 схематично показан кузов 1 транспортного средства, а воздушные потоки с меньшими скоростями показаны на диаграмме более темным цветом. Отрыв воздушного потока происходит по линии в точке А. Застойная зона за кузовом 1 при этом имеет максимальную площадь.
В случае использования дефлектора 2 с криволинейной поверхностью линия отрыва потока перемещается из точки А (фиг.9) в точку В (фиг.10). При этом уменьшается величина площади застойной зоны за кузовом 1. Давление на задней стенке кузова 1 повышается и уменьшается общее аэродинамическое сопротивление транспортного средства.
Выдув дополнительного потока G воздуха из щели 4 (фиг.3, 4) или из щели 9 (фиг.7, 8) по касательной к криволинейной поверхности в направлении набегающего потока S позволяет еще более переместить точку В линии отрыва потока за счет подвода дополнительной энергии к пограничному слою потока, обтекающего кузов 1, а это позволяет улучшить эффективность устройства (фиг.11). Смещение точки В зависит от скорости выдува дополнительного потока G. Расчеты показывают, что при выдуве посередине, как показано на фиг.11, при скорости выдува 40 м/с выигрыш по мощности составляет около 26.6 кВт при затратах на выдув около 1.4 кВт. Щели 4 и 9 выполняют функцию своеобразных сопел, и количество щелей 4 и 9 при необходимости и в зависимости от возможностей компрессора может быть выбрано больше одной.
При выполнении дефлектора 2 из пластины (фиг.1-4) край дефлектора 2, соединенный с кузовом 1, может быть снабжен шарниром 3 для удобства открывания задних дверей кузова и удобства выполнения погрузочно-разгрузочных операций. При установке пластин дефлектора 2 на кузов легкого автомобиля типа «универсал» пластины могут быть выполнены из прозрачного материала для обеспечения обзора водителем ситуации на дороге через заднее стекло. Хотя более целесообразно использовать дефлектор 2 заявленной конструкции на грузовых автомобилях и других транспортных средствах, характеризующихся более большими поперечными габаритами, чем легковые автомобили.
При выполнении дефлектора 2 в виде надувного чулка (фиг.5-8) целесообразно его выполнять в поперечном сечении D-образным (фиг.8), чтобы он плотно прилегал к задней стенке кузова 1, хотя принципиально устройство не исключает использования различных других видов надувных конструкций. Удобство выполнения погрузочно-разгрузочных операций достигается за счет небольших поперечных габаритов надувного чулка и возможности спуска из него ранее нагнетаемого воздуха.
Надувной чулок можно заполнять воздухом без использования компрессора транспортного средства. Для этого кузов 1 может быть снабжен воздухозаборником 7 (фиг.5-7). Часть набегающего потока S воздуха по каналу 8 поступает в полость надувного чулка, заполняет ее, и дефлектор 2 приобретает необходимую криволинейную форму. При остановке транспортного средства воздухозаборник 7 не работает, воздух из полости надувного чулка легко может быть спущен, что не препятствует, например, открыванию задних дверей кузова 1. Однако при использовании дополнительного потока G для уменьшения площади застойной зоны в устройстве с пластинами и надувным чулком необходимо использовать компрессор.
Можно подсчитать и конкретный выигрыш за счет использования заявленного устройства, например, в автомобильной промышленности.
Сила Рf сопротивления качению определяется в соответствии с математическим выражением:
Pf=kf·Ga·cosα (кгс), где
Ga - вес в килограммах,
Kf - коэффициент трения качения (зависит от качества покрытия), kf=0.016 (асфальтобетон),
α - угол наклона дороги.
Сила Pw воздушного сопротивления
Pw=kw·F·(V/3.6)2 (кгс), где
kw - коэффициент сопротивления (разный для разных типов автомобилей), kw=0.070 (для грузовых),
F - площадь поперечного сечения,
V - скорость движения (км/час).
Например, Тягач Вольво-89 имеет следующие характеристики:
Вес - 22000 кг
Габариты - 7100-2500-2915
Макс. мощность при 2200 об/мин - 244 кВт (330л.с.)
Максимальная скорость - 108 км/час
Сила Pf сопротивления качению
Pf=kf·Ga·cosα·g=0.016·22000·9.8=3450 н
Сила воздушного сопротивления
Pw=kw·F·(V/3.6)2=0.070·7.5·625·9.8=3215 н (при 90 км/час)
Pw=kw·F·(V/3.6)2=0.070·7.5·900·9.8=4630 н (при 108 км/час)
Требуемая мощность двигателя при 90км/час составляет 166 кВт, при 108 км/час составляет 242 кВт.
Уменьшение потребной мощности при использовании дефлектора 2 при 90км/час при осуществлении выдува только по бокам:
1) без выдува - 16 кВт;
2) выдув 40 м/с - 20 кВт (затраты на выдув 1.2 кВт), при осуществлении выдува только по бокам;
3) выдув 50 м/с - 23 кВт (затраты на выдув 3 кВт), при осуществлении выдува только по бокам.
Таким образом, заявленное техническое решение позволяет уменьшить аэродинамическое сопротивление транспортного средства, уменьшить его продольные габариты, упростить конструкцию и обеспечить удобство пользователю при выполнении погрузочно-разгрузочных операций.
Наиболее успешно заявленный кузов наземного транспортного средства промышленно применим для снижения аэродинамического сопротивления различных видов транспортных средств, железнодорожного транспорта, водного транспорта, автомобильного транспорта, преимущественно имеющих относительно большую площадь поперечных габаритов кузова.
1. Кузов наземного транспортного средства, содержащий дефлектор, установленный позади кузова внутри его поперечных габаритов и выполненный с криволинейной наружной поверхностью, выпуклость которой направлена в сторону верхней наружной поверхности кузова, край дефлектора установлен вровень с наружной поверхностью кузова, а длина дефлектора в его поперечном сечении выполнена меньше половины высоты кузова, отличающийся тем, что в дефлекторе выполнена, по крайней мере, одна щель, расположенная между краями дефлектора поперечно направлению движения наземного транспортного средства, обращенная в сторону верхней наружной поверхности кузова и выполненная с возможностью подачи и выхода из нее дополнительного потока воздуха по касательной к криволинейной поверхности по направлению набегающего потока воздуха.
2. Кузов по п.1, отличающийся тем, что дефлектор выполнен в виде пластины.
3. Кузов по п.1, отличающийся тем, что край дефлектора, установленный вровень с наружной поверхностью кузова, снабжен шарниром.
4. Кузов по п.1, отличающийся тем, что дефлектор выполнен в виде надувного чулка.
5. Кузов по п.4, отличающийся тем, что надувной чулок выполнен в своем поперечном сечении D-образным.
6. Кузов по п.4, отличающийся тем, что он снабжен воздухозаборником, который связан каналом с полостью надувного чулка.
7. Кузов по п.4, отличающийся тем, что он снабжен компрессором с возможностью подачи в полость надувного чулка дополнительного потока воздуха.
8. Кузов наземного транспортного средства, содержащий дефлектор, установленный позади кузова внутри его поперечных габаритов и выполненный с криволинейной наружной поверхностью, выпуклость которой направлена в сторону боковой наружной поверхности кузова, край дефлектора установлен вровень с наружной поверхностью кузова, а длина дефлектора в его поперечном сечении выполнена меньше половины ширины кузова, отличающийся тем, что в дефлекторе выполнена, по крайней мере, одна щель, расположенная между краями дефлектора, обращенная в сторону боковой наружной поверхности кузова и выполненная с возможностью подачи и выхода из нее дополнительного потока воздуха по касательной к криволинейной поверхности по направлению набегающего потока воздуха.
9. Кузов по п.8, отличающийся тем, что дефлектор выполнен в виде пластины.
10. Кузов по п.8, отличающийся тем, что край дефлектора, установленный вровень с наружной поверхностью кузова, снабжен шарниром.
11. Кузов по п.8, отличающийся тем, что дефлектор выполнен в виде надувного чулка.
12. Кузов по п.11, отличающийся тем, что надувной чулок выполнен в своем поперечном сечении D-образным.
13. Кузов по п.11, отличающийся тем, что он снабжен воздухозаборником, который связан каналом с полостью надувного чулка.
14. Кузов по п.11, отличающийся тем, что он снабжен компрессором с возможностью подачи в полость надувного чулка дополнительного потока воздуха.
15. Кузов наземного транспортного средства, содержащий дефлектор, установленный позади кузова внутри его поперечных габаритов и выполненный с криволинейной наружной поверхностью, выпуклость которой направлена в сторону верхней и боковых наружных поверхностей кузова, края дефлектора установлены вровень с наружными поверхностями кузова, а длина дефлектора в его поперечном сечении выполнена меньше половины высоты и ширины кузова, отличающийся тем, что в дефлекторе выполнена, по крайней мере, одна щель, расположенная между краями дефлектора, обращенная в сторону верхней и боковых наружных поверхностей кузова и выполненная с возможностью подачи и выхода из нее дополнительного потока воздуха по касательной к криволинейной поверхности по направлению набегающего потока воздуха.
