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Title: Diseño aerodinámico de una alerón posterior por simulación virtual para un vehículo Chevrolet Gemini modelo 1987
Authors: Vásconez Salinas, Riny Rebeca
Vimos Calle, José Luís
Advisor: Amaya Pinos, Marco Esteban
Keywords: MECÁNICA AUTOMOTRIZ
AUTOMÓVILES - AERODINÁMICA
AUTOMÓVILES - ESTABILIDAD
SIMULACIÓN POR COMPUTADORES
Issue Date: Nov-2006
Description: El presente trabajo de investigación tiene la finalidad de encontrar las características aerodinámicas y mecánicas de un alerón posterior que permita aumentar el valor de estabilidad del vehículo y su maniobrabilidad a altas velocidades. Se inicia el estudio por medio de recolección de información sobre la aerodinámica del vehículo, y los conceptos básicos de fluidos como presión, densidad, atmósfera estándar, entre otros necesarios para el entendimiento del aire como un fluido. En lo referente a la aerodinámica del vehículo, se estudia las principales causantes de resistencia al avance y del efecto de sustentación negativa. Posteriormente se analiza las características de geometría tanto en parte delantera como posterior para lograr mejores rendimientos aerodinámicos. En la sección 1.4 se realiza un estudio de las características de un alerón, como cuerda, ancho, relación de aspecto, incidencia, etc., y las formas de cálculo de las fuerzas, coeficientes en dos dimensiones. De esta suposición se parte en el estudio del método denominado Perfil Joukoswki, que se basa en el mapeo de un cilindro circular en un perfil aerodinámico, mediante la transformada: Se analiza las características geométricas de la trasformada como los ejes I y II sobre los cuales se fundamenta la dirección de actuación de la fuerza de sustentación efectiva o total (Suma de la sustentación y el arrastre inducido). La geometría permite luego generar la programación para el cálculo iterativo de los alerones a estudio. Como una de las visiones del presente trabajo es la utilización de paquetes de cálculo CFD, se realiza una introducción de los modelos de solución de las ecuaciones de Stokes, por medio de diferencias finitas y elementos finitos, y las características generales de los mismos además de los modelos de turbulencia (K elipson), la cual no es considerada en el modelo complejo. En el capítulo 2 se analiza las características normales del vehículo Gemini, en el cual el centro de gravedad es el indicador principal, sobre todo en las coordenadas x= 1.07 m., y z=0.428 m. Se determina la transferencia de masa en acciones de frenado (63kg) en base a un valor de aceleración x= 3.73m/s2 tomado en forma experimental sin valoración posterior, por la complejidad de la toma de la muestra. Se determina las características básicas aerodinámicas como coeficientes de sustentación y arrastre del vehículo, y los contornos de presiones, turbulencia y vectores de velocidad, lo cual da una idea de los parámetros de diseño para el cálculo iterativo, además de la forma de operación del programa CFD elegido (gambit fluent). Para finalizar el capítulo se realiza un estudio de las condiciones atmosféricas y de pista para conocer la velocidad del aire, condiciones de asfaltos y tipo de necesidad para la circulación sobre la pista seleccionada (autopista Cuenca Azogues). Los resultados de este análisis nos da los valores de 15m/s de velocidad del aire, una irregularidad del camino con valores de 1 cm., temperatura ambiente 17 grados centígrados, a más de otros valores que pueden ser utilizados en un posterior análisis en 3 D. En el capítulo 3 se inicia con la resolución del modelo complejo, se determina por medio de los teoremas de residuos y las series de Taylor, los valores de fuerza de sustentación y de arrastre, a más del momento. Se conciben las líneas de comando para las iteraciones en el programa Excel, y se realiza un estudio del comportamiento de dichas líneas de comando y de los resultados de los perfiles en forma general. Para el cálculo se elige las características o zonas de trabajo y se realiza las iteraciones necesarias, encontrando al final de las mismas 4 esbozos que logran compensar la transferencia de masa o minimizarla lo suficiente. En el capítulo 4 se realiza los cálculos de los esbozos en los paquetes CFD elegidos con una velocidad de 40m/s que corresponde a una suma de las velocidades del vehículo y del aire en sentido negativo x al avance del vehículo. Se realiza las comparaciones y ponderaciones de los resultados tomando en consideración 5 parámetros de estudio: • Coeficiente de sustentación • Velocidad de ingreso • Presión estática • Grafico de la distribución de la presión estática • Grado de turbulencia Se eligen los perfiles 2 y 4 que logran las mayores puntuaciones (36.71 y 27.74 respectivamente), y se procede a realizar el discernimiento del mejor diseño en función de las condiciones de estabilidad y maniobrabilidad mecánicas del vehículo, que parte de la consideración del cambio de ubicación del centro de gravedad estático considerando un movimiento relativo. La estabilidad se valora en función del brazo generador de momento hacia el centro de gravedad desde el eje posterior. La maniobrabilidad se valora al igual que la estabilidad por el estudio de la velocidad de giro máxima para una curva característica del circuito. Sobre ello se determina que el perfil o esbozo 2 logra una mejora del 10% en estabilidad considerada desde el punto de vista del brazo de momento, y de 1.8% en el análisis de velocidad de giro. Estas dos demostraciones permiten visualizar que la colocación del alerón mejora en un 11.8% la maniobrabilidad y estabilidad del vehículo a altas velocidades en una pista poco sinuosa y de curvas abiertas sin peralte excesivo.
URI: http://dspace.ups.edu.ec/handle/123456789/1150
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