Introducción La necesidad de mejorar la economía de combustible de los vehículos es un motivador importante en el intento de comprender mejor la aerodinámica de los vehículos terrestres. Arrastre@ sustentación@ y estabilidad son tres conceptos que constituyen la piedra angular en el estudio de la aerodinámica de los vehículos terrestres. La consideración de la estabilidad suele influir en el diseño de las superficies de control, una característica común en los coches de carreras. Aunque la sustentación es algo deseable en vuelo (la conexión a tierra), lo contrario de la sustentación es el objetivo en el diseño de vehículos terrestres. Esta sustentación negativa a menudo se denomina carga aerodinámica en la aerodinámica de los vehículos terrestres. Quizás la consideración aerodinámica más importante en el diseño de vehículos terrestres sea la resistencia al avance. Un objetivo importante del esfuerzo por comprender mejor la aerodinámica de los vehículos terrestres es la reducción óptima de la resistencia aerodinámica. Los beneficios de una reducción exitosa de la resistencia son instantáneos. Incluyen una mejor eficiencia del combustible, un mejor rendimiento del vehículo y una mayor comodidad para los pasajeros. ¿Qué es realmente el drag? Para responder a esta pregunta@ quizás deberíamos abordar primero la pregunta@ ¿Qué es realmente la aerodinámica?@ y@ por extensión@ abordar el concepto de aerodinámica de los vehículos terrestres. La aerodinámica es simplemente el estudio de las fuerzas involucradas en el movimiento de un objeto a través del aire. Varios objetos: aviones@ automóviles@ trenes@ pelotas de fútbol@ pelotas de cricket@ pelotas de tenis@ pelotas de béisbol@ plumas@ incluso agbada (Fig. 1.1) interactúan con la dinámica del aire circundante y, por lo tanto, se ven afectados por ella. Debido a la implicación general del término vehículo, la aerodinámica del vehículo limita nuestra consideración al transporte. Los vehículos terrestres lo reducen aún más a los vehículos que hacen contacto con el suelo durante su movimiento. Entonces, la aerodinámica de los vehículos terrestres es el estudio aerodinámico de los automóviles@ trenes@ camiones@ remolques@ motocicletas@ carros@ bicicletas@ y@ para que no nos olvidemos@ de los seres humanos??caminando@ corriendo@ o gateando. Las moléculas de aire bombardean todo lo que encuentran y fluyen en contra o más allá. Cuando las moléculas de aire no están restringidas @ el flujo generalmente se denomina incompresible @ y cuando este flujo incompresible pasa por un objeto cooperativo como un perfil aerodinámico @ tenemos una línea de corriente del flujo. Las líneas de corriente suelen ser flujo laminar. A medida que la velocidad del flujo aumenta rápidamente o que la obstrucción al flujo aumenta en forma de fricción o en forma de un obstáculo contundente, aumenta la tendencia a la turbulencia. Las líneas de corriente pronto dan paso a microinversiones de flujo y la acumulación de la capa de corte en el inicio de la turbulencia. Ya sea un flujo laminar o turbulento, la resistencia se genera como una reacción al flujo y todos los objetos luchan por superar esta resistencia, que se presenta en forma de presión o fricción. La forma de presión del arrastre es dominante en el flujo contra objetos contundentes, como una placa plana o un cuerpo romo colocado de frente contra el flujo. El arrastre en forma de fricción es la forma más común de arrastre que experimentan los cuerpos en movimiento; este último ha evolucionado para minimizar el arrastre por presión. Aunque el perfil aerodinámico se considera la forma más eficiente de diseño para reducir la resistencia, irónicamente, las protuberancias de un diseño casi aerodinámico en realidad ayudan a reducir la resistencia al cuerpo, especialmente a alta velocidad. Así como las puntadas giratorias de una pelota de béisbol ayudan a la pelota en su movimiento a través del aire rompiendo el aire@, las partes extruidas de un vehículo (la manija de la puerta y el espejo@ por ejemplo) también ayudan a romper el aire y reducir resistencia del aire. Por lo tanto, la reducción de la resistencia, que es el objetivo principal del diseño aerodinámico de un vehículo, no es simplemente un sencillo ejercicio de diseño en forma de lágrima horizontal, sino un enfoque integral en el que se presta especial atención a las partes del vehículo en diferentes ubicaciones, de modo que el colectivo esté bien. integrado en el panorama aerodinámico general. Escrito para estudiantes de pregrado y posgrado de alto nivel, este libro es útil para el ingeniero en ejercicio, el aerodinámico, el diseñador de vehículos y el artista de renderizado de vehículos. Consta de 13 capítulos@ algunos de los cuales se pueden omitir sin pérdida de continuidad. El Capítulo 1 es principalmente una revisión aerodinámica. Naturally@ comienza con el tratamiento del tema del drag. A continuación se describen los desencadenantes y las consecuencias de la resistencia al avance en general y de los vehículos terrestres en particular. Se puede omitir el capítulo 1 si el lector ya tiene experiencia en aerodinámica. El Capítulo 2 analiza los efectos del ruido y la suciedad de los vehículos en los vehículos terrestres, especialmente en los automóviles. La comodidad de los pasajeros es de mayor interés (que la aerodinámica) en este capítulo. El capítulo 3 analiza las pruebas en túnel de viento, así como las pruebas en pista y carretera, ambos métodos experimentales para pruebas de vehículos. Se presentan los tipos y funciones de los túneles de viento. Se abordan los errores inherentes y potenciales en las pruebas en túnel de viento y se presentan los métodos de corrección. Se presentan los métodos de diseño de equipos para pruebas en carretera y los métodos de recopilación de datos para pruebas en carretera. El capítulo 4 es una introducción a los métodos numéricos. Se argumenta a favor del CFD sobre métodos de prueba en túnel de viento y en carretera en entornos particulares. Se enumeran varios tipos de modelos computacionales con sus respectivos beneficios y deficiencias. Se trata la secuencia de la solución numérica desde la construcción del modelo hasta la prescripción de la capa límite hasta la solución y la interpretación de los resultados. En el capítulo 5@ se tratan temas de estabilidad y control del vehículo y desempeño del vehículo. Se presentan superficies de control primarias como spoilers@ winglets@ y endplates. Se tratan superficies de control secundarias y medios como los bajos del vehículo y el viento cruzado. Se presenta un tratamiento detallado de la interacción camión-coche basado en extensos estudios realizados por el autor. El capítulo 6 reúne conocimientos previos de capítulos anteriores sobre el diseño de un automóvil aerodinámicamente sólido con el automóvil dividido en conjuntos delantero, medio y trasero. El capó, el parabrisas, la nariz y el conjunto de fascia forman la sección delantera. El techo y los postes que sostienen la cabina (A@ B@ C@ y a veces D) forman la sección media@ y el maletero y el parachoques trasero constituyen la sección trasera. El capítulo 7 puede considerarse como una introducción a la aerodinámica de los vehículos grandes. Desde camiones ligeros hasta remolques y autobuses, se presentan los factores aerodinámicos en el diseño del vehículo. Se presenta un análisis aerodinámico detallado de los faldones laterales, un añadido reciente a los camiones grandes. El tema de la interacción entre automóviles y camiones iniciado en el capítulo 5 recibe un tratamiento más detallado debido a una cuestión de seguridad crucial que el autor considera que está en juego en el entorno común entre automóviles y camiones en las carreteras. Si el capítulo 7 es una introducción a la aerodinámica de los vehículos grandes, el capítulo 8 es una continuación de la aerodinámica de los vehículos grandes, centrándose en los trenes. Se analizan los trenes de pasajeros de baja velocidad @ alta velocidad @ y de muy alta velocidad. Las vibraciones son un problema actual en los trenes de alta velocidad cuando circulan por túneles. Se presentan las fuerzas y momentos que desencadenan dichas vibraciones, así como las características de diseño que tienen el potencial de mejorarlas. Los capítulos 9 y 10 se encuentran en extremos opuestos del espectro aerodinámico. Los vehículos todoterreno y de servicio severo se tratan en el capítulo 9@, mientras que el capítulo 10 analiza los coches de carreras. Aunque la aerodinámica no es lo que viene a la mente en el diseño de vehículos todoterreno y de servicio severo, existen modificaciones económicas que se pueden realizar con la consiguiente mejora en la eficiencia del combustible. Un ejemplo de tales mejoras se encuentra en el perfil aerodinámico de los bajos de los vehículos de servicio severo. Los coches de carreras y los deportivos son el epítome de los vehículos terrestres aerodinámicos. Se recomienda revisar el capítulo 5 antes de embarcarse en el capítulo 10. La aerodinámica de las motocicletas se presenta en el capítulo 11. Las mismas características que se han discutido en capítulos anteriores se aplican aquí a las motocicletas. La gravedad del problema de seguridad en la interacción motocicleta-camión queda subrayada por la atención que se le presta en el tratamiento que sigue a los capítulos 5 y 7. El capítulo 12 trata el tema de la aerodinámica interna y el flujo del sistema de refrigeración en vehículos terrestres. Aunque algunos aspectos de este capítulo se tratan en los capítulos 5 y 6@, tanto el capítulo@ como el capítulo 2@ pueden estudiarse de forma independiente. El capítulo 13 es un capítulo abierto. En lugar del título@ Concept Ground Vehicles@, bien podría titularse@ The QuestContins.
SAE R-392-2014 Historia
2014SAE R-392-2014 Teoría y Aplicaciones de la Aerodinámica para Vehículos Terrestres