Aeroproject part 8 (cover ruota)

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Aerodinamica ruote (parte 2)

Tempo fa, ho letto un documento PDF molto interessante; si tratta di test specifici condotti dall'Audi per indagare e quantificare oggettivamente il carico aerodinamico  che le ruote ed i loro vani hanno sulle vetture.
L'auto in esame, una A3, e' stata testata in galleria del vento in diverse configurazioni: si partiva dal veicolo in configurazione standard, quindi si procedeva alla rimozione delle ruote anteriori, quindi di quelle posteriori sigillando di volta in volta i vani lasciati liberi.
Quindi, i tecnici Audi hanno proceduto coprendo i vani ruota un asse alla volta, ma in presenza delle ruote.
Lo schema delle operazioni svolte è visibile in figura.
Nel documento si dichiara che ruote ed alloggiamenti impattano sulla resistenza aerodinamica per una quota compresa fra il 30 ed il 35% dell'intera vettura.
Sono cifre importanti che fanno capire quale sia uno degli elementi piu' critici di una macchina sempre ovviamente in termini aerodinamici.

Purtroppo non e' noto sapere in che condizioni sia stato effettuato questo sudio: le ruote in rotazione hanno un impatto differente rispetto a quelle ferme

Ford Probe IV Cx 0,156

Mascherare le ruote applicando dei pannelli che le isolino dal flusso d'aria porta ad una riduzione del Cx di circa il 25% che e' tantissimo, ma se applicarlo alle ruote dietro e' cosa piuttosto semplice, su quelle anteriori sterzanti e' piu' complesso, certo, qualcuno lo ha gia' fatto come nella GM aero2000  o la Ford Probe IV in foto.

Gm EV1 Cx 0,195

I vantaggi sono innegabili e nel corso degli anni
sono state messe in vendita alcune vetture dotate di covers sulle ruote posteriori.

Honda insight Cx 0,25

Nel caso della Insight, si nota in foto il particolare profilo del parafango anteriore.
Nel lato posteriore é presente uno smusso alto quanto l'intera ruota  che permette una rapida evacuazione dell'aria che si accumula nel vano passaruota

Volvo C30 DRIVe
riduzione Cx rispetto al modello base -10%

Molte case automobilistiche stanno introducendo veicoli classificato Eco: c'e' il nuovissimo allestimento per la Pegeot 207 Economique, la nuova Polo Bluemotion o la Volvo C30 eDrive la Opel Corsa Eco ecc..





Ci sono costruttori come la Volkswagen che sembrano intenzionati a lanciare sul mercato la XL1 e se sara'cosi', quest'auto avra' l'onere di ridefinire il concetto dia auto parsimoniosa introducendo uno stile forte sul piano emotivo ed efficace su quello tecnico.

Volskwagen XL1 Cx 0,186

Tutte queste vetture condividono interventi aerodinamici simili: abbassamento del corpo vettura, riduzione del flusso aria ai radiatori, pulizia del fondo scocca spoiler avvolgenti al retrotreno e cerchioni a bassa ventilazione ossia che producono meno turbolenza.
Se vi capita di vedere una di queste auto, prestate attenzione ai cerchioni: che siano in lega o in lamiera, noterete che che i passaggi aria sono ridotti al minimo.

cerchione Peugeot 207 economique Cx 0,274

Nel grafico qui' a destra c'e' un altro interessante studio svolto su una Audi A2 1.2 SDI si tratta quindi della versione con un Cx di soli 0,25
In questo caso, nel test si e' provveduto  a testare diverse soluzioni di cerchioni e compararne gli effetti con la vettura dotata dei cerchi originali da 15" che sono quasi totalmente chiusi.
Si e' testato un 15" un 17" ed un 19" tutti a cinque razze decisamente aperti a livello di ventilazione.
Gli stessi cerchioni sono stati quindi coperti per evitare il flusso aria e ritestati in galleria.
Nel grafico, lo zero rappresenta il valore dell'auto con i cerchi originali e le varie curve invece, sono relative ai test effettuati: come si vede la differenza aerodinamica e' decisamente elevata e diminuisce all'aumentare della velocita'.
Quello che mi piace osservare e' la differenza di Cx fra lo stesso cerchio aperto e chiuso .
Nel caso del 15" a velocita' autostradali la differenza arriva addirittura ad un impressionante Delta Cx di 0,01

alla prossima.

Alcune cose su cui riflettere

Rimettendo in ordine quà e la quanto raccolto con le mie ricerche su intenet ho fatto una semplice tabellina dove ho elencato e sommariamente descritto i fatti più salienti.
Niente di esaustivo, le domande restano ed in alcuni casi si amplificano per quanto i dati in galleria del vento sembrano frutto di test eseguiti con tutti i crismi come l'uso del tappeto mobile e delle ruote dei veicoli in rotazione.
I dati frutto delle simulazioni al CFD sembrano affidabili: i modelli infatti sono decisamente ben dettagliati e per quanto un software CFD nella valutazione del coefficiente aerodinamico con un buon modello si avvicini a tolleranze di circa il 10% nei casi peggiori (riferito al coefficiente aerodinamico effettivo), quello che poi bisogna osservare e capire e' il Delta Cd, ossia la variazione del coefficiente fra il modello standard simulato o testato ed il valore misurato o simulato della vettura modificata.

Aeroproject parte 7 (le Louvers)

Facendo seguito alla parte 4 del progetto Aeroproject dove concludevo spiegando che avevo da risolvere il problema delle Louvers, questo pomeriggio, ho dedicato una mezz'oretta per fare un modellino in cartone del cover e delle louvers: non tanto per diletto, quanto piuttosto per capire i problemi che incontrerò nella realizzazione.
Il problema del cover come avevo accennato è la scarsissima visibilità che si ha dietro: anche sovrapponendo al cristallo un foglio di plexiglass trasparente, avevo notato che le riflessioni che si generano fra le due superfici trasparenti rendevano davvero difficoltosa la visione, soprattutto durante il giorno.

Questioni estetiche mi hanno poi fatto sposare l'idea di un cover nero, quindi la soluzione aerodinamicamente accettabile sono le louvers: una serie di lamine orizzontali distanziate in modo da consentire la visibilità con ridotta creazione di vortici.
In passato sono state molto in voga nelle muscle car americane ed oggi possono fare al caso nostro.

Il modellino in cartone del cover di 20x11 cm circa, ricalca approssimativamente il master cover.
Su di esso ho praticato 5 fenditure equidistanti ricavando 6 lamine quindi distanziate usando ancora del cartone dove, ho intagliato dei denti con lo scopo di incastrarvi le lamine.

Il risultato di questo primo passo sembra accettabile; sicuramente il meccanismo definitivo non sarà quello utilizzato per questo modello e sicuramente ne impiegherò due: uno per lato delle fenditure così  da avere una struttura nell'insieme rigida e geometricamente equilibrata.

Una cosa è certa: la visibilità è salva.

Flow Illustrator Moviemaker

Si tratta una galleria del vento virtuale, sarà solo un giocattolo, ma per uno come me appassionato di aerodinamica, può stimolare nuove idee, va da se che mi viene automatico fare diversi modelli ai quali applicare diverse varianti e testarle di volta in volta.
Sto parlando di "Flow Illustrator Moviemaker" un simulatore 2D di aerodinamica scritto da SI. Chernyshenko e liberamente usabile e raggiungibile a questo indirizzo: http://chernyshenko.sesnet.soton.ac.uk/FlowIllustrator.aspx
Questa applicazione, non genera nessun dato realmente utile, ma restituisce un filmato illustrativo dove si vede il movimento del fluido attorno all'oggetto mettendo in risalto le turbolenze che si generano.
Ecco è un paio di simulazioni fatte sulla Tigra: in versione originale ed in versione Kamback con diffusore al retrotreno.

I flussi colorati rappresentano zone di turbolenza e le particelle bianche indicano la direzione del flusso.
Nel primo video si nota nella zona del portellone un distacco del flusso molto anticipato con le particelle bianche che risalgono verso il tetto del modello.
A contrasto, nel secondo video il profilo Kamback offre minori turbolenze, ed il distacco sul cristallo posteriore avviene con piu' difficoltà.
Ripeto, questo software è illustrativo e non descrive con precisione ciò che avviene in realtà.

Nel link sotto, si può trovare una ricca fonte di test effettuati da altri utenti del Flow Illustrator.
http://www.youtube.com/results?search_query=Flow+Illustrator&aq=f

Aeroproject parte 6 (le turbolenze del bagagliaio: i finestrini parte 2)

Abbiamo tutti presente le turbolenze che si verificano nell'abitacolo quando si viaggia con i finestrini aperti, turbolenze che crescono esponenzialmente con il crescere della velocità.
La loro genesi è semplice: aprendo il finestrino si apre un vano, un volume, una cavità tangente al flusso dell'aria che in condizioni normali scorrerebbe sull'esterno del finestrino.
L'aria all'interno dell'abitacolo in prossimità del finestrino a contatto con il flusso esterno viene da questo trascinata provocandone un moto rotatorio all'interno della cabina.
Parte dell'aria interna viene trascinata all'esterno e parte di quella esterna finisce all'interno dell'abitacolo, ma questo tifone ha ricadute importanti pure all'esterno del veicolo che si riperquotono sulla parte posteriore della vettura.
Tempo addietro in occasione del "tuft test", ho verificato l'influenza dell'apertura dei finestrini sulla scia della Tigra e come si può immaginare, gli effetti sono catastrofici.

Ecco perchè una delle linee guida della "fuel economy" prevede di mantenere quanto più possibile i finestrini chiusi.
Le turbolenze, non smetterò mai di ripeterlo, sono fonti di dissipazione energetica: energia che il veicolo deve cedere per la loro creazione.
Situazione analoga, si verifica nei vani passaruota, ma questo è un altro argomento.

Aeroproject parte 5 (le turbolenze del bagagliaio)

Come accennato nel precedente post dove ho descritto la realizzazione del master del cover baule, la zona del lunotto posteriore è fonte di grosse turbolenze e di una marcata bolla di separazione fra cristallo e portellone.
Questo ho avuto modo di verificarlo nelle giornate di pioggia osservando dallo specchietto retrovisore il percorso delle goccioline sul cristallo, ho avuto modo di notarlo anche nelle serate molto umide quando l'auto era ricoperta di un sottile strato di umidità e nel modo in cui questa si dissolveva mentre usavo l'auto.

Avevo notato in merito all'umidità, che questa evaporava rapidamente nella parte superiore del lunotto e nei due laterali, ma persisteva nella zona bassa zona centrale.
La zona posteriore delle auto è una di quelle più critiche in termini aerodinamici perché fonte di turbolenze dovute ad un profilo che si discosta per esigenze di gusto stilistico o per esigenze di visibilità o ancora di carico da quella ideale che è rappresentata dalla goccia con il suolungo ed appuntito culo.

Era necessario indagare.
Per lo scopo, ho impiegato il test del ciuffo o "tuft test"; ho ricoperto il cristallo di filetti di lana colorata e ne ho applicato qualcuno pure sul bagagliaio uno addirittura sollevato dal profilo della vettura.
Nella foto ho provveduto a numerarli così da rendermi più facile la loro individuazione.
Quindi ho piazzato una videocamera all'interno dell'auto ed ho ripreso la scena a diverse velocità.
Nessuna sorpresa:  li dietro, è proprio uno schifo!

Dal video, si vede chiaramente il grado di turbolenza presente nelle varie zone del cristallo.

I laterali come avevo accennato sono caratterizzati da un flusso abbastanza pulito ed il loro movimento è causato sicuramente dal recesso dei finestrini laterali che sono perfettibili.
Nella parte bassa centrale del lunotto invece si vede come i fili si muovano parecchio, alcuni a tratti vanno pure al contrario dovuto alla bolla di separazione ed al ricircolo dell'aria.
Quello montato sul distanziatore si trova proprio nel bel mezzo della turbolenza e si vede che il suo movimento frenetico va in ogni direzione.
Tutto questo è turbolenza, attrito e resistenza: va eliminata.