BÖLÜM 8 TAŞIT AERODİNAMİĞİ

Rüzgârın hızı ise bölgesel topoğrafya ve atmosferik 8.1 AERODİNAMİK KUVVETLER Rüzgârın hızı ise bölgesel topoğrafya ve atmosferik koşullara bağımlı olarak değişmektedir. Tüm taşıt yüzeyine dağılmış olan basınçların bileşkesi olan aerodinamik kuvvet, “basınç merkezi” adı verilen bir noktaya etki etmekte, taşıtın kullanım ve yönlendirme karakteristiklerini olumlu veya olumsuz biçimde etkileyen koşullar yaratmaktadır.

8.1 AERODİNAMİK KUVVETLER Bileşke aerodinamik kuvvetin taşıtın ileriye doğru hareketine karşı olan bileşenine, "aerodinamik direnç" denilmektedir. Aerodinamik kuvvetin diğer önemli iki bileşeni ise, aerodinamik kaldırma (lift) ve yanal kuvvetlerdir.

8.2 AERODİNAMİK DİRENÇ Sabit hızlı bir akışkan bir gövde etrafından aktığında, iki bileşenden oluşan bir direnç kuvveti oluşur. Bu bileşenler; yüzeyin yapışkanlık etkisine bağımlı yüzey sürtünme direnci ve gövdeye etki eden ana akış (taşıtın boşalttığı hacmin gerisinde kalan uyartım akımı “wake” dahil) basınç dağılımının sonucu olarak meydana gelen basınç direncidir.

artmasını önler ve bu da basınç direncine ters bir etki yapar. 8.2 AERODİNAMİK DİRENÇ Yüzeyden uzaktaki hız değerleri sıfır olduğunda ters akış oluşur. Ayrılma, basıncın artmasını önler ve bu da basınç direncine ters bir etki yapar.

8.2 AERODİNAMİK DİRENÇ Ayrılan akışın tekrar gövdeye yapışması, devamındaki yüzey geometrisine bağımlıdır. Ters akış, geniş düzensiz girdaplar oluşturarak ana akıştan enerji kaybına sebep olmaktadır. Ayrılmanın olmadığı streamline gövdenin aerodinamik direnç katsayısı 0,05 kadardır ve bunun hemen hemen tamamı yüzey direncidir.

8.2 AERODİNAMİK DİRENÇ

8.2 AERODİNAMİK DİRENÇ Basınç merkezi, bileşke aerodinamik kuvvetin etki ettiği noktadır ve ağırlık merkezinin aksine ki o da yükün etkisindedir- sabit değildir ve hava akışına bağımlıdır. Yüksek hızlarda basınç merkezi öne doğru kayma eğilimindedir.

8.2 AERODİNAMİK DİRENÇ Taşıta etkiyen aerodinamik direnç esas olarak şu üç elemandan oluşmaktadır: 1. Taşıtın, arka kısmında boşalttığı bölgede meydana gelen türbülansın oluşturduğu direnç. Bu direnç, özellikle arka kısım olmak üzere, taşıt gövdesinin biçimine bağımlıdır. Aerodinamik direncin en önemli bileşeni budur ve toplam aerodinamik direncin, % 80'i kadardır.

8.2 AERODİNAMİK DİRENÇ 2. Taşıtın dış yüzeylerinden akan havanın neden olduğu yüzey sürtünmesi. Normal durumdaki bir otomobilde bu bileşen, toplam aerodinamik direncin yaklaşık % 10'u kadardır. 3. Soğutma ve havalandırma amacıyla, taşıtın radyatör sisteminden veya iç kısımlarından geçen havaya bağlı olarak oluşan iç direnç. Bu bileşen, akış kanallarının tasarımına bağımlı olarak değişmekle birlikte, toplam direncin % 10'u kadardır.

8.2.1 Aerodinamik Direnç Katsayısı ve Ön İzdüşüm Alanı Aerodinamik direnci etkileyen ve belirli oranlarda taşıtın imalatçısı tarafından kontrol edilen faktörler, aerodinamik direnç katsayısı ve taşıtın ön izdüşüm alanıdır. Çizelge 8.1'de, çeşitli tiplerdeki taşıtların aerodinamik direnç katsayıları verilmiştir.

8.2.1 Aerodinamik Direnç Katsayısı ve Ön İzdüşüm Alanı Çizelge 8.2'de, 1450 kg ağırlığında ve 2,5 m2 ön izdüşüm alanına sahip bir taşıtla yapılan ölçmeler ve hesaplamaların sonuçları verilmiştir. Çizelge 8.3 ise, bazı tasarım değişikliklerinin Cx e etkisini göstermektedir. Çizelgedeki (-) işaretli sayılar iyileşmeyi, (+) işaretli sayılar ise kötüleşmeyi ifade etmektedir.

benzer girdapların oluşmasına neden olur. 8.2.2 Aerodinamik Kaldırma (Lift) Sınır katman dışındaki akışı tanımlamak üzere kullanılan potansiyel akış teorisine göre, taşıtın üst ve alt kısımları arasındaki basınç farkı, taşıtın etrafında hava sirkülasyonuna ve kaldırma kuvveti oluşmasına sebep olur. Sirkülasyonun varlığı, akış hatlarının bükülmesine ve taşıtın arkasında Şekil 8.7’de görülene benzer girdapların oluşmasına neden olur.

8.2.2 Aerodinamik Kaldırma (Lift) Bu eşitlikler "Bernouilli Teoremi" olarak da adlandırılmaktadır. (8.6) no'lu eşitlikten anlaşılacağı gibi; havanın akış hızı arttıkça dinamik basınç hızın karesi ile orantılı olarak yükselmektedir. Toplam basınç değişmediğine göre; dinamik basıncın yüksek olduğu bölgelerde statik basınç azalmaktadır,

8.2.2 Aerodinamik Kaldırma (Lift) Temas basıncının azalması, taşıtın performans karakteristikleri ile yön kontrolünü ve kararlılığını olumsuz biçimde etkilemektedir. Tipik bir otomobille durgun havada ve 160 km/h hızda yapılan denemeler sonucunda, ön dingildeki pozitif kaldırma kuvvetinin 1110 N a kadar ulaştığı tespit edilmiştir. Bu değer, ön dingil yükünün % 20...25'i kadardır. Aerodinamik kaldırmanın arka dingile etkisi ise, 665 N kadar olmuştur.

eşitliğiyle hesaplanabilir eşitliğiyle hesaplanabilir. Buradaki Cz; aerodinamik kaldırma katsayısıdır ve rüzgâr tüneli deneyleriyle tespit edilir. Cz, taşıtın ön izdüşüm alanı kullanıldığında 0,2 ... 0,5 arasında değişmektedir. Aerodinamik direnç katsayısı gibi,

8.2.2 Aerodinamik Kaldırma (Lift) Taşıtın yanlarından akan hava, genel olarak taşıtın altından akan havadan daha hızlıdır. Hızlı akışlardaki hava basıncı, yavaş akıştakine oranla daha düşüktür. Bu nedenle, alt kısımlardaki hava yanlara doğru akmaya yönelerek, dış kısımdaki akışa karışır. Aerodinamikte bu hava akışına girdap (vorteks) hareketi denilmektedir.

8.2.3 Aerodinamik Yanal Kuvvet Hava akışı taşıtın düşey simetri düzlemine paralel ise, bu düzleme etkiyen bileşke hava kuvveti bilinen iki bileşen olan aerodinamik direnç ve aerodinamik kaldırma kuvvetine ayrılabilir. Ancak, hava akışı taşıtın düşey simetri düzlemine herhangi bir açıda ise, akış hattı asimetriktir ve yanal bir kuvvet oluşturur.

ağırlık merkezinin arkasında olmalıdır. 8.2.3 Aerodinamik Yanal Kuvvet Şekil 8.12’de, yanal kuvvet katsayısı merkezi adı verilen bir nokta bulunmaktadır. Bu nokta, ön ve arka lastiklerin yanal kuvvet katsayılarının etki merkezidir. Tüm hızlardaki kararlı seyir hallerinde, yanal kuvvet katsayısı merkezi, ağırlık merkezinin arkasında olmalıdır.

"dışa sapma"ya (sürüş rotasından uzaklaşma eğilimi) neden olur. 8.2.3 Aerodinamik Yanal Kuvvet Eğer basınç merkezi ağırlık merkezinin önünde kalırsa, dinamik kararsızlık oluşarak ön dingilde daha büyük kayma açısının gerekli olması nedeniyle "dışa sapma"ya (sürüş rotasından uzaklaşma eğilimi) neden olur. Basınç merkezi arkada kaldığında ise "içe sapma"ya (rotaya dönüş eğilimi) neden olacaktır, Şekil 8.13. Taşıtın basınç merkezi her zaman aerodinamik yanal kuvvetten uzak yöne doğru kaymaktadır.

8.2.3 Aerodinamik Yanal Kuvvet Düşey lastik kuvveti ile karşılaştırıldığında yanal kuvvet oldukça küçüktür. Küçük yanal kuvvetlerin etki ettiği durumlarda, düşey lastik kuvvetiyle yanal kuvvetler arasındaki ilişki doğrusal olmadığından pek önemli değildir ve serbest süspansiyonla karşılanmaktadır.

8.2.3 Aerodinamik Yanal Kuvvet Basınç merkezi, arkaya monte edilen kararlılık kanatçıklarıyla (spoiler) arkaya, ağırlık merkezi yakınlarına kaydırılabilir. Ancak, bu yöntem pratikte yarış otoları ve özel tasarımlar dışında pek uygulanmamaktadır.

8.3 SPOİLER Taşıtın yüksek hızlarda performans kararlılığını sürdürmeye yetecek kadar baskı kuvveti oluşturması için bazı taşıtların arka bölgesine Şekil 8.14’te görüldüğü gibi spoiler adı verilen kararlılık kanatcıkları monte edilmektedir.

performansında değişiklik yapacak kadar baskı kuvveti oluşturamaz 8.2.3 Aerodinamik Yanal Kuvvet Esas olarak görüntü amaçlı olarak kullanılan ortalama bir otomobil spoileri taşıtın performansında değişiklik yapacak kadar baskı kuvveti oluşturamaz

8.4 AERODİNAMİK MOMENTLER Taşıtın basınç merkezine etki eden aerodinamik kuvvet, bu noktaya göre herhangi bir moment oluşturmaz. Ancak, taşıtın kütle hareket ve kütle atalet kuvvetlerinin etki ettiği ağırlık merkeziyle basınç merkezinin nadiren bir noktada çakışmaları nedeniyle, aerodinamik kuvvet, ağırlık merkezine göre bir moment meydana getirir.

8.4 AERODİNAMİK MOMENTLER Bunlar: X eksenine göre moment, devrilme momenti, Mx, 2) Y eksenine göre moment, şahlanma momenti, My, 3) Z eksenine göre moment, sapma momenti, Mz dir.

8.4.1 Aerodinamik Devrilme Momenti Aerodinamik devrilme momenti, yanal kuvvet (Ray) tarafından üretilmektedir. Bu momentin etkisi, taşıt rüzgârsız havada dönüş yaparken veya yanal rüzgârın estiği ortamda seyrederken ortaya çıkarak, taşıtın kararlılığını ve tutunma karakteristiklerini etkiler.

8.4.1 Aerodinamik Devrilme Momenti

tarafından üretilmektedir. 8.4.2 Aerodinamik Şahlanma Momenti Ağırlık merkezi etrafındaki şahlanma momenti, süspansiyon reaksiyonları ve taşıt-zemin ilişkileri dikkate alındığında önemlidir. Şahlanma momenti, Şekil 8.16'da görüldüğü gibi, aerodinamik direnç ve aerodinamik kaldırma kuvvetleri tarafından üretilmektedir.

8.4.2 Aerodinamik Şahlanma Momenti

8.4.2 Aerodinamik Şahlanma Momenti

8.4.3 Aerodinamik Sapma Momenti

8.5 RÜZGÂR TÜNELLERİ Aerodinamik dirençlerin pratik ölçümleri, rüzgâr tünellerinde, taşıtların ölçekli modelleri veya gerçekleriyle yapılmaktadır. Rüzgâr tünelleri kapalı veya açık devre olabilmektedir.

8.5 RÜZGÂR TÜNELLERİ Rüzgâr tünellerinde genellikle duman testleri yapılmaktadır, Şekil 8.17. Rüzgâr tüneli testleri genellikle 0° yaklaşım açısıyla yapılır (Hava tam aracın önünden gelmektedir.

8.5 RÜZGÂR TÜNELLERİ Duman, biraz yanıltıcı olarak tavanın sonunda ayrılıyor gibi görünüyor. Ancak, yün iplik testi akışın bagaj kapağının sonuna kadar ayrılmadığını gösteriyor.