Dodge Viper ACR Аеродинамика на уличен легален тркачки автомобил SpringerLink
Од 1992 година, Dodge Viper - особено верзијата ACR за првпат претставена во 1999 година - секогаш беше дизајнирана за екстремни перформанси. За новиот Viper ACR, како што е опишано во MTZ 3/2017, FCA комбинира високи излезни вредности и природно аспириран V10 мотор со 481 kW за да ја донесе оваа моќ на патот. Во оваа статија, инженерите објаснуваат како ги дизајнирале аеродинамичките компоненти на Viper ACR.
Кралица на тркачката патека
Сопствениците на вајпери ги користат своите возила за да бидат на различни начини, вклучително и во трки во драгстер/автокрос/гимхана и исто така на трки по пат. Со текот на годините, многу од сопствениците на тркачки ентузијасти „Viper“, бараа се повеќе и повеќе перформанси од производителот.
Првиот Dodge Viper ACR (Американски клуб тркач) се засноваше на втората генерација на моделот Viper и излезе на пазарот во 1999 година за да го задоволи ова побарувачка. Еволуцијата на шасијата и моторот на првиот ACR се фокусираше на максимизирање на перформансите за трки на патишта и услови на автокрос. Излезната моќност на моторот е зголемена од 336 kW на 343 kW со посебен филтер за воздух и полирани канали за вшмукување на карбураторот. Тежината на тротоарот беше намалена за повеќе од 22 кг со изоставување на аудио системот и друга несуштинска опрема, како што се светлата за магла. Новата, поцврста и прилагодлива шасија заштеди дополнителни 6 кг тежина.
Втората верзија на Viper ACR се базираше на четвртата генерација на Viper Coupé и беше изградена во моделот 2008-2010 година. Viper ACR од 2008/2009 година ги донесе перформансите на стандардната верзија од 447 kW со максимален вртежен момент од 759 Nm на патот и се карактеризираше со дополнителни подобрувања во аеродинамиката, сопирачките и шасијата. Една од целите на техничкиот развој беше да се постигне слаба сила од 453 кг со брзина од 241 км на час преку оптимална аеродинамичка рамнотежа - што исто така беше постигнато преку нумеричка механика на флуиди и тестови на ветерни тунел. Специјалните потпирачи за суспензија дозволија контрола на нивото и овозможија постепено да се прилагодат нивоата на компресија и враќање.
Перформансите на пружините и стабилизаторите се подобрени, а ACR е опремен со фалсификувани алуминиумски бандажи и спортски гуми подготвени за тркачка патека. Новите тркала и гуми, како и дводелниот диск сопирачки заштедија околу 18 кг во споредба со тежината на основниот Viper. Понатамошно намалување на телесната тежина од 18 кг (од вкупно 36 кг) беше можно ако ACR се нарачаше со пакет тврд јадро, т.е. без аудио систем, тепих од багажникот и звучна изолација. Viper ACR од 2008 година го покажа својот потенцијал за изведба поставувајќи нов рекорд на курсот од 7: 22,1 минути на 20,8 километри од Нордшлаиф во Нирбургринг.
Во моделот од 2010 година, аеродинамиката и присилната моќност при зевање беа дополнително подобрени со ново дизајнираниот поклопец на Гурни на задното крило и панелот за покривање. Покрај тоа, пократкиот однос на петтата брзина го зголеми забрзувањето при големи брзини и максимална брзина. Овие подобрувања беа директен резултат на наодите што Тјунинг компанијата ги имаше добиено на Нордшлајфе од Нирбургринг: дека промената на односот на брзините ќе овозможи поголеми перформанси на брзината, а со тоа и пократки времиња. На крајот на септември 2011 година, Доџ се врати на познатата тркачка патека и го постави рекордот на кругови за возила за производство со 7: 12,13 минути.
Кон крајот на 2009 година, Dodge објави не-уличен правен Viper ACR-X дизајниран да им се допадне на тркачките чистачи. Dodge Viper ACR-X од 2010 година беше напојуван од добро познатиот 8,4-литарски бензински мотор V10 - опремен со фабрички издувни колектори, фалсификувани клипови и гасен издувен систем - што генерираше 477 kW (30 kW повеќе од производното возило). Шасијата е наместена за тркачката патека и тежината е намалена за 73 кг во споредба со производственото возило со цел да се справат со најсложената патека. Дополнителни аеродинамички подобрувања ги оптимизираа силата и стабилноста, како и задржувањето на патот во брзи агли. Viper ACR-X имаше фабрички инсталирана и развиена безбедносна опрема што вклучуваше кафез, резервоар за гориво и тркачко седиште.
Последниот модел на Viper ACR од 2016 година се карактеризираше со аеродинамика што обезбедува притисок од контакт на ниво на тркачки автомобил и донесе вонредни перформанси на тркачката патека. Големиот притисок на контакт во комбинација со V10 мотор од 481 kW, специјални гуми Kumho и пакет шасија, кој вклучуваше прилагодливи амортизери Bilstein, треба да го направат Viper ACR врвниот уличен легален тркачки автомобил. Постави повеќе рекорди на курсеви од кое било друго производно возило - вклучително и вкупно 13 рекорди во кругови за производствени возила во САД, вклучувајќи ги и рекордите што претходно ги држеа хиперавтомобили како што се Порше 918 и Мекларен П1 [1], Табела 1.
За да се изгради патно возило со таков висок притисок за контакт, мораше да се совладаат голем број технички предизвици, вклучувајќи создавање естетски изглед без никакво губење на функционалноста, обезбедување структури што го поддржуваат аеродинамичкото оптоварување и обезбедување издржливост на аеродинамичките компоненти изработени од јаглеродни влакна близу до земјата.
Аеродинамичкиот пакет беше имплементиран со следниве алатки:
- Аероакустичен тунел за ветер во размер 1: 1 во Fiat Chrysler Automobiles (FCA) во Обурн Хилс, Мичиген
- нумеричка симулација на проток (CFD)
- Употреба на Методот на шест сигма (DFSS) за оптимизирање на физичките својства на компонентите
- Тестови за патеки со контрола на инструментот.
Преглед на аеродинамичките компоненти
Стандардниот аеродинамичен пакет на Dodge Viper ACR за 2016 година се состои од четири важни компоненти. Предниот сплитер се состои од широка плоча од јаглеродни влакна. Исполнува неколку функции на подот на возилото, создава ефективен преден притисок и е во голема мера невидлив кога возилото е на патот. Зголемувањето на предниот сплитер е наменето за тркачката патека и го протега работ на сплитерот кон предниот дел со цел да се создаде дополнителен притисок во контакт. Спуштен лифт од секоја страна на предната престилка обезбедува дополнителен притисок во контакт. Конечно, задното крило со ширина од 1,776 метри со прилагодлив агол на напад, комуницира со предните аеродинамички компоненти со цел да се добие избалансиран вкупен резултат.
Факултативниот Extreme Aero пакет на Viper ACR, слика 1, исто така, вклучува и екстремно зголемување на сплитер, што е подолго од стандардното зголемување на сплитер, создава значително поголем притисок во контактот и бара дополнителни потпорни потпори. Покрај тоа, над стандардните претплати ACR, беа приложени дополнителни претплати за да се зголеми силата на падот на предната страна, што може да се зголеми со отстранување на луверите на слотот за вентилација во предниот држач или шесте отвори за вентилација во капакот на моторот. Шест закривени влошки изработени од јаглеродни влакна на задниот дифузор на стандардниот Viper, како и продолжените ремени за тркачката патека создаваат поголем контакт притисок на задниот дел, особено при зевање. И на крај, но не и последно, екстремното задно крило, поради неговата поголема и задна положба на возилото, специфичниот Gurney Flap и 10 см поголема ширина, генерира повисок контакт притисок од стандардното задно крило.
Аеродинамички компоненти на Viper ACR 2016 со опција Extreme Aero
Формата ја следи функцијата
Генерирањето поголема моќност беше главната причина за аеродинамичкиот пакет Viper ACR. Но, важната улога играше и изгледот на возилото. За да се постигне успешен изглед без губење на перформансите, беше потребно да се измерат ефектите од различните аеродинамички компоненти, така што канцеларијата за дизајн на производи на FCA може да го подобри надворешниот изглед на местата кои се најмалку важни за перформансите.
Со крилото, на пример, работата за ран развој се фокусираше на важни својства како што се висината на крилото, надолжната и задната позиција, ширината во однос на возилото и општата контура. Метрите за перформанси вклучуваат, за дадена аеродинамичка рамнотежа, аеродинамичка ефикасност и општа моќност за време на промашување. Тестовите за ЦФД и тунел за ветер покажаа дека многу широко крило најдобро се поставува високо и се поместува наназад. Но, визуелниот резултат се чинеше премногу агресивен за група потенцијални клиенти, па затоа беше одлучено да се понудат два различни аеродинамички пакувања - стандардниот пакет ACR и опционалниот пакет Extreme Aero. Последново овозможи да се направат понатамошни промени во другите компоненти, како што се отворите за вентилација во предниот капак, специјалното зголемување на сплитерот, како и долните кормила и влошките на дифузорот.
Покрај тоа како треба да се позиционира задното крило, беа истражени и неколку основни геометрии на крилата, вклучувајќи опции како прав, лачен, единечен или двоен елемент и некои форми кои преминуваат од единечен во двоен елемент. Конечниот дизајн потоа резултираше со заоблено горен поглед и се потпираше на сегмент од еден елемент кој се спои во сегмент на двоен елемент кон надворешниот раб. Оваа форма резултираше во најдобра комбинација на вкупен притисок на контакт при про duringевање, аеродинамичка ефикасност и тежина, слика 2.
Еволуција на задното крило
Откако ќе се воспостави основната форма, беше искористен процес Six Sigma (DFSS) за да се најде оптимална комбинација на својства што ги зедоа предвид и највисоките перформанси и робусноста на дизајнот. Оваа постапка исто така ги идентификуваше физичките својства што имаа најмало влијание врз перформансите, дозволувајќи им на вработените во канцеларијата за дизајн на производи на FCA да ги разликуваат само тие карактеристики за да се постигне посакуваниот изглед. Овие карактеристики, исто така познати како „контролни фактори“, вклучуваат висина на Гурни Флап, длабочина на крилото, агол на напад, растојание и поместување на елементите и ширина на сегментот на единечен елемент во однос на сегментот на двојниот елемент. Тестовите за ЦФД и тунел за ветер ги завршија истрагите на ДФСС. Евалуацијата на само 18 комбинации на контролни фактори овозможи да се предвиди ефикасноста на повеќе од 13 000 комбинации, Слика 3. Знаењето стекнато со овој метод беше искористено за идентификување на оние својства што може да се променат во однос на надворешниот дизајн или поради тоа нивната посебна изведба беше „неприкосновена“.
Предвидувања за квалитативни резултати за над 13.000 решенија контролирани од фактор од студијата DFSS/CAE
структура
Актуелниот Viper ACR со Extreme Aero Package генерира над 544 кг долна сила со 241 км на час и над 771 кг долна сила со најголема брзина од 285 км на час. За вакви товари биле потребни соодветни конструктивни засилувања.
Пример за ова е вратичката на задното крило од карбонски влакна. Со помош на мерењата на механиката на флуиди, беа утврдени максималните оптоварувања на задното крило, при што компјутерски помогнати инженерски анализи покажаа дека се потребни дополнителни слоеви на јаглеродни влакна. Евалуацијата на крајниот дизајн вклучуваше статичко оптеретување на тестот на возилото и последователен тест со голема брзина на тркачката патека. Зголемувањето на предниот сплитер на Extreme Aero пакетот бараше дополнителна поддршка во форма на потпори кои беа прикачени на рамката. Покрај проучувањето на механиката за флуиди, беа спроведени тестови со голема брзина со потпори опремени со манометар за да се оптимизира поставувањето на потпорите.
Заштита на чувствителните аеро компоненти
Предниот сплитер се состои од голема плоча од јаглеродни влакна со минимален растојание од земјата на предниот раб. Во коловозната конфигурација, предниот раб е заштитен со абразивна лента изработена од полиетилен со висока густина, слика 4. За тркачка употреба, абразивната лента на патната верзија се заменува со зголемување на распарчи направено од истиот материјал. Двете верзии на ACR имаат екстензии на траки, но Extreme Aero екстензијата е подолга и бара дополнително потпора за поддршка што е прицврстено на зракот на браникот. Зголемувањето преживува повторен контакт со земјата, што се случува редовно при сопирање и при стартување на рабниците.
Задните влошки на дифузерот на Extreme Aero ACR исто така имаат потреба од заштита заради нивната близина до површината на патеката. Зголемувањата на влошките на дифузорот, кои можат да се инсталираат на тркачката патека за дополнителни ефекти на изведбата, се направени од ист полиетиленски материјал со висока густина како и зголемувањето на предниот сплитер. Овие зголемувања ги штитат вметнувањата на јаглеродни влакна во контакт со патеката, што се случува редовно при брзи вртења или други настани со значителна компресија на суспензијата.
Тестови за ветерни тунели
Светскиот седиште и технолошки центар на Крајслер во Обурн Хилс, Мичиген, има тунел за ветер 1: 1 со бесплатен дел за мерење на млаз, каде што тимот за развој на СРТ поминал повеќе од 300 часа во тунел за ветер за да го унапреди развојот на Viper ACR во 29 свои тест-станици.
Со големина на млазницата од 27,9 м2 и должина на тест-штандот од 14,4 м, ветерниот тунел е во состојба да тестира големи возила како што се камиони и минивани, како и, благодарение на брзината на проток на воздух од максимални 225 км/ч, брзи возила со високи перформанси. Ветерниот тунел може да одржува постојани температури за прецизни аероакустични тестови. Се карактеризира со специфичен двофазен систем што создава одлична дебелина на граничниот слој на грамофонот.
- Фаза 1: Млазницата на граничниот слој го отстранува граничниот слој на излезот на млазницата.
- Фаза 2: Тангентален отвор за вентилатор воведува дел од воздухот од прозорецот за отклонување со 1,67 пати поголем од слободната брзина на авионот.
За да се развие и анализира кружниот дизајн, се користеа CFD ресурсите на Fiat Chrysler Automobiles, САД. Во споредба со конвенционалните тунели за ветер, се карактеризира со мали загуби на проток. Специфичните агли што се протегаат го забавуваат протокот на воздух при вртење 90 ° за 46% и со тоа избегнуваат одвојување на протокот. Понатамошни карактеристики на овој тунел за ветер се исправувач на проток во форма на саќе со премини 16 пати подолги од дијаметарот на ќелијата. Се поставува на влезот на контракцијата (млазницата). Низводно ситно сито ја одредува струјата што се влева во контракцијата. Сите фрлачи за вртење се специјално дизајнирани за секој агол и се дизајнирани да апсорбираат бучава на вентилаторот.
Бидејќи ниту еден ветер тунел не може совршено да ги репродуцира реалните услови, важно е да се препознае каде се границите на користениот тунел за ветер. Ветерниот тунел Обурн Хилс е трајно инсталиран, поради што овој факт мораше да се земе предвид при анализата на подот на возилото, особено во задната област на возилото. Компонентите изложени на вртење тркала беа уште еден предизвик во закотвениот тунел на ветер. Во овие случаи, тимот Viper се потпираше на искуството од претходните проекти кои извршија тестови за корелација помеѓу ветерниот тунел Обурн Хилс и ветерните тунели на Ролинг Роуд биле вработени. Конечните тестови за аеродинамичка проценка беа спроведени во тунелот за ветер WindShear во Конкорд, Северна Каролина (САД). CFD анализата беше друга важна алатка за разбирање на ефектите од секоја компонента.
Тестовите за ветерниот тунел исто така мораа да ги земат предвид трошоците и времето потребно. Ова го ограничи бројот на компоненти што може целосно да се тестираат, како што е задното крило. За некои компоненти, сепак, се покажа дека тестовите за ветерни тунели се побрзи и поекономични отколку анализите со кои се користат механики за пресметување на флуиди. Долен лифт, брави на капакот на моторот и некои делови од предниот сплитер лесно може да се репродуцираат и проценуваат со употреба на модели од дрво, алуминиум и лента. На раните тестови, тимот сакаше да ги развие предните компоненти, но немаше задно крило за да се создаде потребниот притисок за контакт за избалансирана структура. Решението беше да се земат две крила, тоа на претходната генерација Viper ACR и онаа на тркачкиот автомобил Viper Competition Coupé, со цел да се добие посакуваната моќ одзади. Оваа структура, позната како „Црвениот барон“ поради двокатниот изглед, во никој случај не беше толку ефикасна како задното крило од последната серија, но обезбеди добра работна платформа за развој на предните елементи, Слика 5.
Тестови за ветерни тунели во раните фази на развој на задното крило
Откако беше утврдена општата форма на крило со методот CFD, произведено е модуларно тест крило за да се анализираат интеракциите помеѓу висината на Gurney Flap, аголот на напад на секој елемент и растојанието помеѓу елементите, Слика 6. Дури и ако тоа не е беше во можност да ги репродуцира сложените контури на евалуацијата на CFD, тоа овозможи да се потврдат резултатите од CFD пред да се произведе крило што поблиску одговара на производниот модел.