Dodge Viper ACR SpringerLink utcai legális versenyautó aerodinamikája
1992 óta a Dodge Vipert - különösen az először 1999-ben bemutatott ACR verziót - mindig extrém teljesítményre tervezték. Az új Viper ACR esetében, amint azt az MTZ 3/2017 leírja, az FCA egyesíti a magas kimeneti értékeket és a szabadon felszívódó V10-es motort 481 kW-val, hogy ezt az erőt az úttestre vigye. Ebben a cikkben a mérnökök elmagyarázzák, hogyan tervezték meg a Viper ACR aerodinamikai alkatrészeit.
A versenypálya királynője
A Viper tulajdonosok sokféle módon használják járműveiket, többek között dragster/autocross/gymkhana versenyeken és utcai versenyeken is. Az évek során a Viper versenyző rajongók közül sokan egyre nagyobb teljesítményre kérték a gyártót.
Az első Dodge Viper ACR (American Club Racer) a második generációs Viper modellen alapult, és 1999-ben került piacra, hogy megfeleljen ennek az igénynek. Az alváz és a motor fejlődése az első ACR-en a teljesítmény maximalizálására összpontosított a közúti versenyzés és az autokrossz körülmények között. A motor teljesítményét 336 kW-ról 343 kW-ra növelték egy speciális légszűrővel és csiszolt karburátor szívócsatornákkal. A saját tömeg több mint 22 kg-mal csökkent az audiorendszer és egyéb nem alapvető berendezések, például a ködlámpák kihagyásával. Az új, keményebb és alkalmazkodó alváz további 6 kg-ot takarított meg.
A Viper ACR második verziója a Viper Coupé negyedik generációjára épült, és a 2008-2010-es modellévekben épült. A 2008/2009-es Viper ACR a 447 kW-os, 759 Nm maximális nyomatékkal rendelkező standard változat teljesítményét hozta az útra, és további fejlesztések jellemezték az aerodinamikában, a fékekben és az alvázban. Az egyik technikai fejlesztési cél az volt, hogy az optimális aerodinamikai egyensúly révén 453 kg leszorító erőt érjünk el 241 km/h sebességgel - ezt számszerű folyadékmechanikai és szélcsatorna tesztekkel is sikerült elérni. A speciális felfüggesztési rugók lehetővé tették a szintszabályozást, és lehetővé tették a tömörítés és a visszapattanás fokozatos beállítását.
Javult a rugók és stabilizátorok teljesítménye, és az ACR kovácsolt alumínium felnikkel és versenypályára kész sportgumikkal lett felszerelve. Az új kerekek és gumik, valamint a kétrészes tárcsafékrendszer körülbelül 18 kg-ot takarított meg az alap Viper súlyához képest. További 18 kg-os súlycsökkentésre volt lehetőség (összesen 36 kg-ról), ha az ACR-t a kemény mag csomagolással rendelték meg, vagyis az audiorendszer, a csomagtartó szőnyeg és a hangszigetelés nélkül. A 2008-as Viper ACR bemutatta teljesítménypotenciálját egy új 7: 22,1 perces rekorddal a nürburgringi Nordschleife 20,8 km-en.
A 2010-es modellben az ásításkor fellépő aerodinamikát és leszorító erőt tovább javította a hátsó szárnyon egy újonnan tervezett Gurney Flap és egy fedőlap. Ezenkívül a rövidebb ötödik sebességfokozat növelte a gyorsulást nagy sebességnél és a maximális sebességet. Ezek a fejlesztések egyenesen annak a tudásnak köszönhetők, amelyet az SRT tuningcég a Nürburgring Nordschleife-jén elsajátított: hogy az áttétel változtatása nagyobb sebességet és ezáltal rövidebb időket tesz lehetővé. 2011. szeptember végén Dodge visszatért a híres versenypályára, és 7: 12,13 perccel felállította a sorozatgyártású járművek körrekordját.
2009 végén a Dodge bejelentett egy nem utcai legális Viper ACR-X-et, amelynek célja a versenypurista vonzereje. A 2010-es Dodge Viper ACR-X-et a jól ismert, 8,4 literes V10-es benzinmotor hajtotta - gyárilag felszerelt kipufogócsatornákkal, kovácsolt dugattyúkkal és fojtott kipufogórendszerrel -, amely 477 kW-ot (30 kW-tal több, mint a gyártott jármű) hajtott végre. A futómű a versenypályára lett hangolva, és a súly a gyártási járműhöz képest 73 kg-mal csökkent, hogy megbirkózzon a legigényesebb útvonallal. További aerodinamikai fejlesztések optimalizálták a leszorítóerőt és a stabilitást, valamint az út tartását a gyors kanyarokban. A Viper ACR-X gyárilag telepített és kifejlesztett biztonsági berendezéseket tartalmaz, amelyek tartalmazzák a tekercset, az üzemanyagtartályt és a versenyülést.
Az utolsó 2016-os Viper ACR modellt az aerodinamika jellemezte, amely biztosította az érintkezési nyomást egy versenyautó szintjén és rendkívüli teljesítményt hozott a versenypályára. A magas kontaktnyomás 481 kW-os V10 motorral, speciális Kumho gumiabroncsokkal és az állítható Bilstein lengéscsillapítókat tartalmazó alvázcsomaggal együtt a Viper ACR-t az utcai legális versenyautóvá teszi. Több pályarekordot állított fel, mint bármely más gyártási jármű - beleértve az USA-ban összesen 13 körrekordot a gyártási járművekről, beleértve azokat a rekordokat is, amelyeket korábban olyan hiperautók tartottak, mint a Porsche 918 és a McLaren P1 [1], 1. táblázat.
Ilyen nagy érintkezési nyomású közúti jármű gyártásához számos technikai kihívást kellett elsajátítani, ideértve az esztétikus megjelenés kialakítását a funkcionalitás elvesztése nélkül, az aerodinamikai terhelést támogató szerkezetek biztosítását és a talaj közelében lévő szénszálakból készült aerodinamikai elemek tartósságának biztosítását.
Az aerodinamikai csomag a következő eszközökkel valósult meg:
- 1: 1 arányú aeroakusztikus szélcsatorna a Fiat Chrysler Automobiles-nál (FCA) Auburn Hills-ben, Michigan
- numerikus áramlásszimuláció (CFD)
- A Six Sigma módszer (DFSS) alkalmazása az alkatrészek fizikai tulajdonságainak optimalizálására
- Vizsgálatok nyomon követése műszeres vezérléssel.
Az aerodinamikai alkatrészek áttekintése
A 2016-os Dodge Viper ACR standard aerodinamikai csomagja négy fontos alkatrészből áll. Az elülső osztó széles szénszálas lemezből áll. Számos funkciót lát el a jármű padlóján, hatékony első nyomást hoz létre és nagyrészt láthatatlan, ha a jármű úton van. Az elosztó nagyítása a versenypálya számára készült, és az osztó szélét elöl terjeszti ki annak érdekében, hogy további érintkezési nyomást generáljon. Az első kötény mindkét oldalán egy lefelé irányuló lift további érintkezési nyomást biztosít. Végül egy 1,776 m széles, állítható támadási szögű hátsó szárny kölcsönhatásba lép az első aerodinamikai alkatrészekkel annak érdekében, hogy kiegyensúlyozott eredményt hozzon létre.
A Viper ACR opcionális Extreme Aero csomagja, az 1. ábra, tartalmaz egy rendkívüli osztó-nagyítást is, amely hosszabb, mint a szokásos osztó-nagyítás, lényegesen nagyobb érintkezési nyomást hoz létre, és további tartóoszlopokat igényel. Ezenkívül a szokásos ACR előfizetők fölé további előfizetéseket csatoltak, hogy növeljék az elülső leszorító erőt, amely növelhető az első sárvédő szellőzőnyílásainak vagy a motorházfedél hat szellőzőnyílásának eltávolításával. A szokásos Viper hátsó diffúzorán hat, szénszálból készült ív, valamint a versenypálya meghosszabbított hevederei nagyobb érintkezési nyomást eredményeznek hátul, különösen ásításkor. Végül, de nem utolsósorban a szélső hátsó szárny a jármű felső és hátsó helyzetének, a sajátos Gurney fedélnek és a 10 cm-rel nagyobb szélességnek köszönhetően nagyobb érintkezési nyomást eredményez, mint a szokásos hátsó szárny.
Aerodinamikai alkatrészek a Viper ACR 2016 Extreme Aero opcióval
A forma követi a funkciót
A nagyobb energiatermelés volt a fő oka a Viper ACR Aerodinamikai csomagnak. De a jármű megjelenése is fontos szerepet játszott. A sikeres megjelenés elérése érdekében a teljesítmény csökkenése nélkül számszerűsíteni kellett a különböző aerodinamikai alkatrészek hatásait, hogy az FCA Terméktervező Iroda javítsa a külső megjelenést azokon a helyeken, amelyek a teljesítmény szempontjából legkevésbé relevánsak.
A szárny esetében például a korai fejlesztési munkák olyan fontos tulajdonságokra összpontosítottak, mint a szárny magassága, a hossz- és a hátsó helyzet, a járműhöz viszonyított szélesség és az általános kontúr. A teljesítménymutatók tartalmazzák az adott aerodinamikai egyensúlyra vonatkozóan az aerodinamikai hatékonyságot és az általános leszorító erőt az ásítás során. A CFD és a szélcsatorna tesztek azt mutatták, hogy egy nagyon széles szárnyat lehet a legjobban magasan felszerelni és hátrafelé tolni. De a vizuális eredmény túl agresszívnek tűnt a potenciális vásárlók egy csoportja számára, ezért két különböző aerodinamikai csomag - az alap ACR csomag és az opcionális Extreme Aero csomag - mellett döntöttek. Ez utóbbi lehetővé tette további változtatásokat más alkatrészeken, mint például az első sárvédő szellőzőnyílásai, a speciális osztó nagyítások, valamint a mélység kormányok és a diffúzor betétek.
A hátsó szárny elhelyezésének módja mellett számos alapvető szárnygeometriát is megvizsgáltak, beleértve az egyenes, íves, egy- vagy kettős elemeket, és néhány alakzatot, amelyek áttértek az egyelemről a kettősre. A végleges kialakítás ezután ívelt felülnézetet eredményezett, és egyetlen elem szegmensre támaszkodott, amely a külső él felé kettős elem szegmenssé egyesült. Ez az alak eredményezte az összes érintkezési nyomás ásodás, aerodinamikai hatékonyság és súly legjobb kombinációját, 2. ábra.
A hátsó szárny fejlődése
Miután az alapforma a helyére került, egy Design Six Sigma (DFSS) eljárást alkalmaztak a tulajdonságok optimális kombinációjának megtalálásához, amely figyelembe vette a legmagasabb teljesítményt és a tervezés robusztusságát is. Ez az eljárás meghatározta azokat a fizikai tulajdonságokat is, amelyek a legkevésbé befolyásolták a teljesítményt, lehetővé téve az FCA Terméktervező Iroda munkatársainak, hogy a kívánt megjelenés elérése érdekében csak ezeket a tulajdonságokat változtassák meg. Ezek a jellemzők, más néven „vezérlési tényezők”, magukban foglalták a Gurney fedél magasságát, a szárny mélységét, a támadási szöget, az elemek távolságát és eltolását, valamint az egyelemes szegmens szélességét a kettős elem szegmenséhez viszonyítva. A CFD és a szélcsatorna tesztek befejezték a DFSS vizsgálatokat. Mindössze 18 kontrolltényező-kombináció értékelése tette lehetővé a több mint 13 000 kombináció teljesítményének előrejelzését, 3. ábra. Az ezzel a módszerrel szerzett ismereteket használták fel azon tulajdonságok azonosítására, amelyek a külső kialakítás szempontjából vagy annak következtében megváltoztathatók. különleges teljesítményük "sérthetetlen" volt.
A DFSS/CAE vizsgálat több mint 13 000 faktorral vezérelt megoldás minőségi eredményjóslása
szerkezet
A jelenlegi Viper ACR Extreme Aero csomaggal 244 km/h sebességnél több mint 544 kg leszorítóerőt és 285 km/h maximális sebességnél 771 kg leszorító erőt generál. Az ilyen terhelések megfelelő szerkezeti megerősítéseket igényeltek.
Erre példa a szénszálas hátsó szárny fedele. Folyadékmechanikai mérések segítségével meghatározták a hátsó szárny maximális terhelését, amely után számítógéppel segített mérnöki elemzések azt mutatták, hogy további szénszálas rétegekre van szükség. A végleges tervezés értékelése magában foglalta a jármű statikus vizsgálati terhelését és egy ezt követő nagy sebességű tesztet a versenypályán. Az Extreme Aero csomag elülső osztójának nagyítása további támaszt igényelt a kerethez rögzített támaszok formájában. A folyadékmechanika tanulmányozása mellett nagy sebességű teszteket is végeztek a merevítésmérővel ellátott rugókkal a rugók elhelyezésének optimalizálása érdekében.
Az érzékeny aerokomponensek védelme
Az elülső osztó egy nagy szénszálas lemezből áll, amelynek minimális hasmagassága az elülső szélén van. A forgalomképes konfigurációban az elülső élet nagy sűrűségű polietilénből készült csiszolószalag védi, 4. ábra. Versenyhasználat esetén az úti változat csiszolószalagját ugyanabból az anyagból készült szilánkos nagyítás váltja fel. Az ACR mindkét változata vágányhosszabbítással rendelkezik, de az Extreme Aero meghosszabbítás hosszabb, és további tartószerkezetet igényel a lökhárító gerendához tartóelemekkel. A nagyítás túléli a talajjal való ismételt érintkezést, amely rendszeresen előfordul fékezéskor és a szegélyek elindításakor.
Az Extreme Aero ACR hátsó diffúzor betétjei szintén védelemre szorulnak, mivel a pálya felületéhez közel vannak. A diffúzor betétek nagyításai, amelyek a versenypályára felszerelhetők a további teljesítményhatások érdekében, ugyanabból a nagy sűrűségű polietilén anyagból készülnek, mint az elülső osztó nagyítása. Ezek a növekedések védik azokat a szénszálas betéteket, amelyek érintkeznek a vágányokkal, amelyek rendszeresen fordulnak elő gyors kanyarokban vagy más, jelentős felfüggesztési kompresszióval rendelkező eseményekben.
Szélcsatorna tesztek
A michigani Auburn Hills-ben található Chrysler világközpont és technológiai központ 1: 1 arányú szélcsatornával rendelkezik, ingyenes sugárméréssel, ahol az SRT fejlesztőcsapata több mint 300 órát töltött a szélcsatornában a Viper ACR fejlesztésének elősegítésére 29 saját tesztfutás során.
A 27,9 m2-es fúvókamérettel és 14,4 m-es tesztállvány-hosszúsággal a szélcsatorna képes tesztelni olyan nagy járműveket, mint teherautók és kisbuszok, valamint a maximálisan 225 km/h légáramlási sebességnek köszönhetően gyors, nagy teljesítményű járműveket. A szélcsatorna állandó hőmérsékletet képes fenntartani a pontos aeroakusztikus vizsgálatokhoz. Sajátos kétfázisú rendszer jellemzi, amely kiváló határréteg vastagságot hoz létre a forgótányéron.
- 1. fázis: A határréteg fúvókája eltávolítja a határréteget a fúvóka kimeneténél.
- 2. szakasz: egy tangenciális ventilátorrés bejuttatja a levegőt a terelő lapátból a szabad sugársebesség 1,67-szeresével.
A körkörös tervezés kidolgozásához és elemzéséhez az USA-beli Fiat Chrysler Automobiles CFD-forrásait használták fel. A hagyományos szélcsatornákhoz képest alacsony áramlási veszteségek jellemzik. A speciális nyújtható sarkok 46% -kal lelassítják a levegő áramlását, amikor 90 ° -kal elfordulnak, és így elkerülik az áramlás elválasztását. A szélcsatorna további jellemzői egy méhsejt alakú áramlás-egyengető, amelynek átjárói 16-szor hosszabbak, mint a cellaátmérő. Az összehúzódás (fúvóka) bejáratánál kerül elhelyezésre. Lefelé egy finom szemű szita határozza meg az összehúzódásba áramló áramot. Az összes forgólapátot kifejezetten az egyes sarkokhoz tervezték, és úgy alakították ki, hogy elnyelik a ventilátor zaját.
Mivel egyetlen szélcsatorna sem képes tökéletesen reprodukálni a valós viszonyokat, fontos felismerni, hogy hol vannak a használt szélcsatorna határai. Az Auburn Hills szélcsatornát állandóan telepítik, ezért ezt a tényt figyelembe kellett venni a jármű padlójának elemzésekor, különösen a jármű hátsó részén. A forgó kerekeknek kitett alkatrészek újabb kihívást jelentettek a lehorgonyzott szélcsatornában. Ezekben az esetekben a Viper csapata korábbi projektek tapasztalataira támaszkodott, amelyek korrelációs teszteket hajtottak végre az Auburn Hills szélcsatorna és a Rolling Road szélcsatornák között. foglalkoztattak. A végső aerodinamikai értékelési teszteket a WindShear szélcsatornában végeztük Concordban, Észak-Karolinában (USA). A CFD elemzés egy másik fontos eszköz volt az egyes komponensek hatásainak megértéséhez.
A szélcsatorna tesztjeinél figyelembe kellett venni a szükséges költségeket és időt is. Ez korlátozta a teljesen tesztelhető alkatrészek számát, például a hátsó szárnyat. Egyes alkatrészek esetében a szélcsatorna tesztjei gyorsabbnak és költséghatékonyabbnak bizonyultak, mint a számítási folyadékmechanikával végzett elemzések. A fa lift, a motorházfedél zárai és az elülső elosztó egyes részei könnyen reprodukálhatók és értékelhetők fa, alumínium és szalagos modellek segítségével. A korai tesztek során a csapat az első alkatrészeket szerette volna kifejleszteni, de hiányzott a hátsó szárny, hogy létrehozzák a kiegyensúlyozott szerkezethez szükséges érintkezési nyomást. A megoldás az volt, hogy két szárnyat vettünk, egy korábbi Viper ACR generációt és egy Viper Competition Coupé versenyautót, hogy megszerezzük a kívánt leszorító erőt hátul. Ez a szerkezet, amelyet emeletes megjelenése miatt „Vörös bárónak” neveztek, egyáltalán nem volt olyan hatékony, mint az utolsó sorozat hátsó szárnya, de jó munkapadot biztosított az elülső elemek fejlesztéséhez, 5. ábra.
Szélcsatorna tesztek a hátsó szárny fejlesztésének korai szakaszában
Miután az általános szárny alakját CFD módszerrel meghatározták, egy moduláris tesztszárnyat gyártottak, hogy elemezzék a Gurney fedél magassága, az egyes elemek támadási szöge és az elemek közötti távolság közötti kölcsönhatásokat, 6. ábra. Még akkor is, ha ez nem képes volt reprodukálni a CFD értékelés komplex kontúrjait, lehetővé tette a CFD eredmények validálását, mielőtt a szárny elkészült, amely jobban illeszkedik a gyártási modellhez.