Расчет лобового сопротивления автомобиля УАЗ

Расчет лобового сопротивления автомобиля УАЗ Patriot
Использованная литература:
Кузьмичев В.Е. «Законы и формулы физики / Отв. Ред. В.К. Тартаковский. –Киев: Наукова думка,
1989. – 864 с. – Библиогр.: с. 846-848. (В пер.): 3 р. 40 к., 100000 экз.
Глава III. Механика жидкости и газа.
П. 13.6. Лобовое сопротивление, стр. 135
п.п. 13.6.2. Коэффициент лобового сопротивления:
(13.34)
Где
- лобовое сопротивление, Н
c
- коэффициент лобового сопротивления
- плотность воздуха
- площадь наибольшего сечения тела
- скорость
Мощность, необходимая телу при его движении против потока:
(13.35)
Находим значения аргументов функции:
Значение плотности воздуха берем по таблице 3.1., стр. 40 [1].
1,293 г/см3
Площадь наибольшего сечения тела находим из геометрических размеров автомобиля УАЗ (рис. 1)
Рис. 1. Геометрические размеры автомобиля УАЗ Patriot (взято с сайта patriot.uaz.ru, раздел
«габариты»)
Для определения площади (ориентировочной) выполним следующие действия:
Имеющееся графическое изображение автомобиля переведем в 2-х битовое изображение на матрице
100х100 пикселей.
Рис. 2. Однобитовая «маска» изображения
У полученного изображения найдем количество точек черного
Рис. 3. Подсчет точек черного цвета.
и белого цвета
Как можем видеть, на матрице 100х100 точек получено 7577 черных и 2423 белых точек, что в сумме
дает исходные 10000 точек матрицы.
Таким образом, площадь профиля УАЗа составляет 75,77% от общей площади матрицы, которая
соответствует габаритам а/м УАЗ. Находим площадь в м2
2,08 2 0,7577
~3,15 м2
Коэффициент лобового сопротивления автомобиля УАЗ точно не известен (справочные данные не
найдены). Из открытых источников найдены следующие коэффициенты:
0,715 для УАЗ 3741
http://www.bestreferat.ru/referat-191570.html
0,5
1,8 для а/м ЗИЛ-130
http://carlines.ru/modules/Articles/article.php?storyid=78
Коэффициенты лобового сопротивления для гоночных а/м
0,2
0,4
http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9A%D0%BE%D1%8D%D1%84%D1%84%D0%B8%D1%86%D0%B8%D0
%B5%D0%BD%D1%82_%D0%B0%D1%8D%D1%80%D0%BE%D0%B4%D0%B8%D0%BD%D0%B0%D0%B
C%D0%B8%D1%87%D0%B5%D1%81%D0%BA%D0%BE%D0%B3%D0%BE_%D1%81%D0%BE%D0%BF%
D1%80%D0%BE%D1%82%D0%B8%D0%B2%D0%BB%D0%B5%D0%BD%D0%B8%D1%8F_%D0%B0%D0
%B2%D1%82%D0%BE%D0%BC%D0%BE%D0%B1%D0%B8%D0%BB%D1%8F
1
По методу Потолковского-Фонарева принимаем коэффициент лобового сопротивления а/м UAZ
Patriot:
0,55
Находим мощность, которую необходимо затратить а/м UAZ Patriot на преодоление сопротивления
воздуха в зависимости от скорости.
0,55
3,152032 м
2
3
1,293 г/см
1 л.с. = 735,4988 Вт.
Составим таблицу зависимости лобового сопротивления ( ) и мощности ( ), требуемой для её преодоления в
зависимости от скорости ( ):
, км/ч
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
, м/с
0,00
0,28
0,56
0,83
1,11
1,39
1,67
1,94
2,22
2,50
2,78
3,06
3,33
3,61
3,89
4,17
4,44
4,72
5,00
5,28
5,56
5,83
6,11
6,39
6,67
6,94
7,22
7,50
7,78
8,06
8,33
,Н
0,00
0,09
0,35
0,78
1,38
2,16
3,11
4,24
5,53
7,00
8,65
10,46
12,45
14,62
16,95
19,46
22,14
24,99
28,02
31,22
34,59
38,14
41,86
45,75
49,81
54,05
58,46
63,04
67,80
72,73
77,83
, кВт
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,01
0,01
0,01
0,02
0,02
0,03
0,04
0,05
0,07
0,08
0,10
0,12
0,14
0,16
0,19
0,22
0,26
0,29
0,33
0,38
0,42
0,47
0,53
0,59
0,65
, л.с.
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,01
0,01
0,02
0,02
0,03
0,04
0,06
0,07
0,09
0,11
0,13
0,16
0,19
0,22
0,26
0,30
0,35
0,40
0,45
0,51
0,57
0,64
0,72
0,80
0,88
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
41
42
43
44
45
46
47
48
49
50
51
52
53
54
55
56
57
58
59
60
61
62
63
64
65
66
67
68
69
70
71
72
73
74
75
76
77
78
79
80
81
82
83
84
85
86
87
88
89
90
8,61
8,89
9,17
9,44
9,72
10,00
10,28
10,56
10,83
11,11
11,39
11,67
11,94
12,22
12,50
12,78
13,06
13,33
13,61
13,89
14,17
14,44
14,72
15,00
15,28
15,56
15,83
16,11
16,39
16,67
16,94
17,22
17,50
17,78
18,06
18,33
18,61
18,89
19,17
19,44
19,72
20,00
20,28
20,56
20,83
21,11
21,39
21,67
21,94
22,22
22,50
22,78
23,06
23,33
23,61
23,89
24,17
24,44
24,72
25,00
83,11
88,56
94,18
99,97
105,94
112,08
118,39
124,88
131,54
138,37
145,37
152,55
159,90
167,43
175,12
182,99
191,03
199,25
207,64
216,20
224,94
233,84
242,92
252,18
261,60
271,20
280,97
290,92
301,04
311,33
321,79
332,43
343,24
354,22
365,38
376,71
388,21
399,88
411,73
423,75
435,95
448,31
460,85
473,57
486,45
499,51
512,74
526,15
539,72
553,47
567,40
581,49
595,76
610,20
624,82
639,61
654,57
669,70
685,01
700,49
0,72
0,79
0,86
0,94
1,03
1,12
1,22
1,32
1,42
1,54
1,66
1,78
1,91
2,05
2,19
2,34
2,49
2,66
2,83
3,00
3,19
3,38
3,58
3,78
4,00
4,22
4,45
4,69
4,93
5,19
5,45
5,73
6,01
6,30
6,60
6,91
7,23
7,55
7,89
8,24
8,60
8,97
9,35
9,73
10,13
10,55
10,97
11,40
11,84
12,30
12,77
13,25
13,74
14,24
14,75
15,28
15,82
16,37
16,93
17,51
0,97
1,07
1,17
1,28
1,40
1,52
1,65
1,79
1,94
2,09
2,25
2,42
2,60
2,78
2,98
3,18
3,39
3,61
3,84
4,08
4,33
4,59
4,86
5,14
5,43
5,74
6,05
6,37
6,71
7,05
7,41
7,78
8,17
8,56
8,97
9,39
9,82
10,27
10,73
11,20
11,69
12,19
12,71
13,24
13,78
14,34
14,91
15,50
16,10
16,72
17,36
18,01
18,68
19,36
20,06
20,77
21,51
22,26
23,03
23,81
91
92
93
94
95
96
97
98
99
100
101
102
103
104
105
106
107
108
109
110
111
112
113
114
115
116
117
118
119
120
121
122
123
124
125
126
127
128
129
130
131
132
133
134
135
136
137
138
139
140
141
142
143
144
145
146
147
148
149
150
25,28
25,56
25,83
26,11
26,39
26,67
26,94
27,22
27,50
27,78
28,06
28,33
28,61
28,89
29,17
29,44
29,72
30,00
30,28
30,56
30,83
31,11
31,39
31,67
31,94
32,22
32,50
32,78
33,06
33,33
33,61
33,89
34,17
34,44
34,72
35,00
35,28
35,56
35,83
36,11
36,39
36,67
36,94
37,22
37,50
37,78
38,06
38,33
38,61
38,89
39,17
39,44
39,72
40,00
40,28
40,56
40,83
41,11
41,39
41,67
716,14
731,97
747,97
764,14
780,48
797,00
813,69
830,56
847,59
864,80
882,18
899,74
917,47
935,37
953,44
971,69
990,11
1008,71
1027,47
1046,41
1065,52
1084,81
1104,27
1123,90
1143,70
1163,68
1183,83
1204,15
1224,65
1245,32
1266,16
1287,17
1308,36
1329,72
1351,25
1372,96
1394,84
1416,89
1439,12
1461,52
1484,09
1506,83
1529,75
1552,84
1576,10
1599,54
1623,15
1646,93
1670,88
1695,01
1719,31
1743,79
1768,43
1793,25
1818,25
1843,41
1868,75
1894,26
1919,95
1945,81
18,10
18,71
19,32
19,95
20,60
21,25
21,92
22,61
23,31
24,02
24,75
25,49
26,25
27,02
27,81
28,61
29,43
30,26
31,11
31,97
32,85
33,75
34,66
35,59
36,53
37,50
38,47
39,47
40,48
41,51
42,56
43,62
44,70
45,80
46,92
48,05
49,21
50,38
51,57
52,78
54,00
55,25
56,52
57,80
59,10
60,43
61,77
63,13
64,51
65,92
67,34
68,78
70,25
71,73
73,23
74,76
76,31
77,88
79,46
81,08
24,61
25,43
26,27
27,13
28,00
28,90
29,81
30,74
31,69
32,66
33,65
34,66
35,69
36,74
37,81
38,90
40,01
41,14
42,30
43,47
44,67
45,89
47,13
48,39
49,67
50,98
52,31
53,66
55,04
56,44
57,86
59,31
60,78
62,27
63,79
65,33
66,90
68,50
70,11
71,76
73,43
75,12
76,84
78,59
80,36
82,16
83,98
85,84
87,72
89,62
91,56
93,52
95,51
97,53
99,57
101,65
103,75
105,88
108,04
110,23
151
152
153
154
155
156
157
158
159
41,94
42,22
42,50
42,78
43,06
43,33
43,61
43,89
44,17
1971,84
1998,04
2024,42
2050,97
2077,69
2104,58
2131,65
2158,89
2186,31
82,71
84,36
86,04
87,74
89,46
91,20
92,96
94,75
96,56
112,45
114,70
116,98
119,29
121,63
124,00
126,40
128,83
131,29
Построим график по полученным данным. По оси X откладываем скорость, по оси Y – мощность,
требуемую для преодоления лобового сопротивления.
P, л.с.
140,00
120,00
100,00
80,00
60,00
40,00
20,00
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
60
65
70
75
80
85
90
95
100
105
110
115
120
125
130
135
140
145
150
155
0,00
P, л.с.
Для учета полного сопротивления движению необходимо учесть сопротивление разгону (придание
ускорения телу массой m) сопротивление качению (трение о дорожное полотно), индуктивное
сопротивление, создаваемое воздушным потоком и многие другие факторы, которые мы в данном
расчете не учитываем, т.к. для скоростей
90 км/ч максимальное сопротивление движению создает
именно лобовое сопротивление. Так, на скорости 90 км/ч лобовое сопротивление будет составлять ~23
л.с., при скорости 120 км/ч – ~55 л.с., а на скорости 150 км/ч составит уже ~105 л.с.
Максимальная мощность двигателя UAZ Patriot = 128 л.с., если считать КПД передаточных
механизмов = 0,9 (очень оптимистичная оценка), то мощность, подводимая на колеса составит 115,2
л.с., таким образом, 150 км/ч – физический «потолок» для а/м UAZ, которого он, возможно, может
достичь, двигаясь по идеально ровной дороге в безветренную погоду.
При движении в попутном потоке или движении под уклон данная скорость, вероятно, может быть
превышена.
Примечание 1. Метод Потолковского-Фонарева (Изпальцева) используется студентами при необходимости срочного определения приближенного значения неизвестных
физических коэффициентов.