OTOMOBİLLERİN AERODİNAMİK KARAKTERİSTİĞİNİN BİR RÜZGAR TÜNELİNDE İNCELENMESİ
- Devam -
H. Y. AKA
H.Yildiz.Aka@metroloji-okulu.com.tr
5. VERİLERİN ANALİZİ VE ÖLÇÜ BELİRSİZLİĞİNİN BELİRLENMESİ
Bu bölümde 4. Bölümde verilen ölçüm sonuçları kullanılarak her bir basınç portuna ait basınç katsayıları (Cp), modele ait sürüklenme kuvveti katsayısı (CD), kaldırma kuvveti katsayısı (CL) ve yunuslama momenti katsayısı (CMR) hesaplandıktan sonra, yapılan ölçümlerdeki belirsizliğin miktarı araştırılmıştır.
Rüzgar tünelinin hız kontrolünün elle yapılması nedeniyle 6 seri kuvvet ölçümünün tamamı aynı hızlarda alınamamıştır. Örneğin 1. serinin ilk ölçümü 4,7 m/s'de dengelenmişken 2. Serinin ilk ölçümü 5,6 m/s'de dengelenmiştir. Karşılaştırmaların kolaylıkla yapılabilmesi için, bu bölümdeki çizelge ve grafiklerde kuvvet ölçümleri tüm seriler için aynı hızlarda (5m/s ile 25m/s arasında eşit aralıklı 11 hız değerinde) verilmiştir. Bunun için gerektiğinde ardışık iki ölçüm arasında interpolasyon yapılmıştır.
Kuvvet ölçümlerinde alınan 6 seri ölçüm sonucu ve bunlar arasındaki tekrarlanabilirlik farkı çizelge ve şekillerde gösterilmiştir. Tekrarlanabilirlik farkı belirli bir hız değerinde bir yük hücresinden ölçülen 6 seri ölçüm içindeki maksimum ve minimum değerler arasındaki fark alınarak hesaplanmıştır.
5.1 Basınç Katsayılarının (Cp) Belirlenmesi
Herbir basınç ölçüm portuna ait basınç katsayıları Cp, Çizelge 4.1'de verilen ölçüm sonuçları kullanılarak
eşitliğinden hesaplanmıştır. Bu eşitlikteki terimlerin anlamları aşağıda verilmiştir.
D Port : Herbir basınç portu için alınan 3 seri basınç ölçümünün aritmetik ortalaması (Pa)
r : Havanın (akışkanın) yoğunluğu (laboratuvar ortam koşullarında 1,22 kg/m3)
V : Serbest akış hızı (m/s)
Hesaplanan katsayılar Çizelge 5.1, 5.2 ve Şekil 5.1, 5.2 'de Re sayısına bağlı olarak verilmiştir.
Değerler incelendiğinde Re sayısı 3,2x105 'i geçtiği andan itibaren genel olarak Cp'lerin ± 0,01 salınımla sabit kaldığı görülmektedir. Salınımlar rüzgar tünelindeki hız dalgalanmalarından kaynaklanabilir.
5.2 Sürüklenme Direnci Katsayısının (CD) Belirlenmesi
Sonuçların güvenilirliği ölçümlerin tekrarlanabilirliği ile doğrudan ilişkilidir. Bu nedenle herhangi bir değerlendirme yapılmadan önce ölçümlerin ne ölçüde tekrarlanabilir olduğu araştırılmalıdır. Çizelge 5.3 ve Şekil 5.3.'de tüm serilerde ölçülen direnç kuvvetleri ve seriler arasındaki tekrarlanabilirlik farkı gösterilmiştir.
Modelin sürüklenme direnci katsayısı CD, Çizelge 4.2 ve Şekil 4.4'de verilen kuvvet ölçüm sonuçları kullanılarak
eşitliğinden hesaplanmıştır. Bu eşitlikteki terimlerin açıklamaları aşağıda verilmiştir.
FD : Sürüklenme direnç kuvveti (N)
r :
Havanın (akışkanın) yoğunluğu (laboratuvar ortam
koşullarında 1,22 kg/m3)
V : Serbest akış hızı (m/s)
A : Karakteristik alan (model için 0,0095m2)
Hesaplanan katsayılar Çizelge 5.4 ve Şekil 5.4'de Re sayısına bağlı olarak verilmiştir.
Değerler incelendiğinde CD'nin, Re sayısının 3,2x105 değerini geçmesinden sonra sabitlendiği ve bu değerden sonra Re sayısından etkilenmediği görülür. Kuvvet ölçümlerindeki maksimum 0,04N tekrarlanabilirlik hatasının CD hesaplamaları üzerindeki etkisinin 17 m/s'nin üzerinde (Re > 3,2x105) 0,02' den küçük olması da bu durumu doğrular. Ayrıca düşük hızlarda CD' de görülen dalgalanmaların nedeni de kuvvet ölçümlerindeki tekrarlanabilirlik hataları ve düşük hızlarda, hızdaki dalgalanmalardır. Çünkü CD, düşük hızlarda hızın ölçümündeki hatalara ve kuvvet ölçümlerindeki tekrarlanabilirlik hatalarına daha duyarlıdır.
Örneğin hızın 5 m/s ve 25 m/s olduğu iki ayrı örnek için CD hesaplansın. Her bir hız için iki kez tekrarlanan ölçümler arasında kuvvet ölçümünde 0,04 N, hız ölçümünde 0,1 m/s tekrarlanabilirlik hatası yapılmış olsun;
a) Hız 5m/s
Vµ = 5 m/s Vµ = 5,1 m/s FD= 0,03 N FD = 0,07 N r =1,22 kg/m³ r =1,22 kg/m³ A = 0,0095 m² A = 0,0095 m² CD = 0,21 CD = 0,46 |
b) Hız
25m/s Vµ = 25 m/s Vµ = 25,1 m/s FD= 1,26 N FD = 1,30 N r =1,22 kg/m³ r =1,22 kg/m³ A = 0,0095 m² A = 0,0095 m² CD = 0,35 CD = 0,36 |
Görüldüğü gibi 5 m/s hız için alınan iki ölçüm için hesaplanan CD'ler arasındaki fark 0,25 iken, hızın 25 m/s olduğu durumda alınan iki ölçüm için hesaplanan CD'ler arasındaki fark sadece 0,01'dir. Bu durum düşük hızlarda alınan ölçüm sonuçlarından hesaplanan CD katsayısının neden çok değişken olduğunu açıklamaktadır.
5.3 Kaldırma Kuvveti Katsayısının (CL) Belirlenmesi
Toplam kaldırma kuvvetlerindeki tekrarlanabilirlik hataları Çizelge 5.5 ve Şekil 5.5.'de verilmiştir. Bu çizelge ve şekilden görüldüğü gibi genel olarak kaldırma kuvvetlerinin değişimi hızın karesiyle doğru orantılıdır. Alınan 6 seri ölçüm arasındaki tekrarlanabilirlik hataları hızın 17 m/s'nin altındaki değerlerinde 0,05 N iken hızın 17m/s'nin üzerindeki değerleri için 0,03 N'dur. Grafik değerlendirilirken tekrarlanabilirlik hatalarının rakamsal değerinin aslında oldukça küçük olduğuna dikkat edilmelidir.
Modelin sürüklenme direnci katsayısı (CL), Çizelge 4.2 ve Şekil 4.4'de verilen kuvvet ölçüm sonuçları kullanılarak
eşitliğinden hesaplanmıştır. FL = Toplam kaldırma kuvveti olup diğer terimler bölüm 5.2'de verildiği gibidir.
Hesaplanan katsayılar Çizelge 5.6 ve Şekil 5.6'da Re sayısına bağlı olarak verilmiştir.
Değerler incelendiğinde, CL katsayısının Re sayısının 3,2x105 'den büyük olduğu ölçümlerde Re sayısından bağımsız hale geldiği görülmektedir.
5.4 Yunuslama Momenti Katsayısının (CMR) Belirlenmesi
Deneylerde aracın ön ve arkasından farklı miktarlarda kaldırma kuvveti ölçülmüştür. Kaldırma kuvvetleri arasındaki bu fark yunuslama momenti oluşmasına neden olur. Yunuslama momentinin büyüklüğü değerlendirme işlemlerinde Eş.5.1 kullanılarak hesaplanmıştır.
MR = FLön x l -FLarka x l [5.1]
(l : akslar arası mesafe = 0,168 m )
Hesaplanan yunuslama momentleri
eşitliği kullanılarak boyutsuz hale getirilmiştir.
MR : Yunuslama momenti (Nm)
L : Karakteristik uzunluğu (aracın ön ve arka en uç noktaları arasındaki uzaklık - model için 0,280 m) göstermektedir.
Diğer terimler bölüm 5.2'de verildiği gibidir.
Eş. 5.1 kullanılarak hesaplanan yunuslama momenti değerleri, Çizelge 5.7'de verilmiştir. Ölçümlerdeki tekrarlanabilirlik hatalarının yunuslama momenti üzerindeki etkisi Çizelge 5.8 ve Şekil 5.8' de gösterilmiş, 6 seri ölçüm sonucu kullanılarak hesaplanan yunuslama momenti katsayıları Çizelge 5.9 ve Şekil 5.9'da verilmiştir.
Sonuçlar incelendiğinde, diğer boyutsuz katsayılarda olduğu gibi CMR katsayılarının da Re>3,2x105 için sabitlendiği bu değerden sonra Re sayısından etkilenmediği görülür.
5.5 Ölçü Belirsizliğinin Belirlenmesi
Ölçümler her zaman bir miktar hata içerir. Ölçülenin sıfır hata ile belirlenmesi mümkün değildir. Ancak ölçümlerdeki hatanın en fazla ne kadar olabileceği belirlenebilir. Ölçülen değer için belirlenen bu hata miktarına ölçüm belirsizliği denir.
Örneğin x1,x2,x3,….xn gibi değişkenler ölçülerek R=R(x1,x2,x3,….xn) belirlenmeye çalışılırsa R’nin belirlenmesindeki hata miktarı aşağıdaki gibi ifade edilebilir.
[5.2]
Burada w1, w2, w3,……,wn, ilgili değişkenlerin (x1, x2, x3,……,xn) ölçümlerindeki hata veya belirsizlik miktarıdır. Bu çalışmada ölçülen değişkenler ve ölçümlerindeki hata veya belirsizlik miktarları aşağıdaki gibi tanımlanabilir.
w1= wr = Akışkan (hava) yoğunluğunun belirlenmesindeki hata payı : Deneylerin yapıldığı ortam sıcaklığına bağlı olarak 1,22 kg/m³ olarak belirlenmişti. Ortam sıcaklığındaki ±5°C’lik değişimler havanın yoğunluğunda ± 0,01 kg/m³ değerinde bir belirsizliğe neden olacaktır. Buna göre wr = ± 0,01 kg/m³
w2= wA = Model karakteristik alanının belirlenmesindeki hata payı:
Modelin karakteristik alanındaki belirsizlik yapılan ardışık boyutsal ölçümler arasındaki farka bağlı olarak wA ± 0,0002 m² tahmin edilmiştir.
w3= wL = Karakteristik uzunluğun belirlenmesindeki hata payı:
Yapılan ardışık ölçümler arasındaki farka bağlı olarak wL = ± 0,002 m tahmin edilmittir.
w4= wV = Serbest akış hızı ölçümlerindeki hata payı:
Serbest akış hızı 3.Bölüm’de anlatıldığı gibi elektronik bir fark basınç ölçer ve bir pitot tüp kullanılarak ölçülmüştür. Fark basınç ölçer işlem öncesi ve sonrası kalibre edilmiş olup sonuçlara göre ±1 Pa hata yapmaktadır ve hız ölçümü üzerindeki etkisi ihmal edilebilir düzeydedir. Ancak deneyler öncesinde rüzgar tünelinde akış hızının zamana bağlı kararlılığı ve homojenitesi araştırılmış sonuçlara göre serbest akış hızında homojenite ve kararlılık kaynaklı wV=±0,3 m/s belirsizlik gözlenmiştir.
w5= wP = Basınç ölçümlerindeki hata payı:
Kullanılan fark basınç ölçerin kalibrasyon sonucuna göre maksimum hata payı ±1Pa'dır. Ancak model üzerinde yapılan 3 seri basınç ölçümünde diğer etkilerden kaynaklanan ve takrarlanabilirk farkına neden olan ±3Pa belirsizlik gözlenmiştir. Fark basınç ölçerin kalibrasyonu sonucu bulunan hata payı ile deneylerde gözlenen belirsizliğin karesel ortalaması alınarak, basınç ölçümlerindeki toplam belirsizlik aşağıdaki gibi bulunabilir.
Karesel ortalama = [5.3]
buna göre
w6 = wFD = Sürüklenme direnç kuvveti ölçümlerindeki hata hata payı:
Yük hücresinin kalibrasyon sonuçlarına göre hata payı ±0,01N'dur. Deney düzeneğinden ve/veya ortam koşullarındaki değişikliklerden kaynaklanan ve deneylerde tekrarlanabilirlik farkına neden olan ±0,02N belirsizlik gözlenmiştir. Yük hücresinin kalibrasyon sonucu bulunan hata payı ile deneylerde gözlenen belirsizliğin karesel ortalaması alınarak, sürüklenme direnç kuvveti ölçümlerindeki toplam belirsizlik aşağıdaki gibi bulunabilir.
w7 = wFL = Kaldırma kuvveti ölçümlerindeki hata hata payı:
Ön ve arka aks hizalarından ölçüm yapan iki yük hücresinin kal sonuçlarına göre hata payları ±0,01N'dur. Deney düzeneğinden ve/veya ortam koşullarındaki değişikliklerden kaynaklanan ve toplam kaldırma kuvvetinin ölçümünde tekrarlanabilirlik farkına neden olan ±0,03N belirsizlik gözlenmiştir. Yük hücrelerinin kalibrasyon sonucu belirlenen hata payı ile deneylerde gözlenen belirsizliğin karesel ortalaması alınarak, toplam kaldırma kuvveti ölçümlerindeki belirsizlik aşağıdaki gibi bulunabilir.
w8, = wMR = Yunuslama momenti ölçümlerindeki hata hata payı:
Yunuslama momenti MR=FLön x l-FL-arka x l eşitliğinden hesaplanarak bulunmuştu. Buna göre yunuslama mometinin belirlenmesindeki belirsizlik akslar arası mesafenin ölçümündeki belirsizlik ve kaldırma kuvveti ölçümündeki belirsizliklerden kaynaklanır.
[5.4]
[5.5]
wl=akslar arası mesafenin ölçümünde ardışık alınan ölçümler arasındaki farka bağlı olarak = ±0,002 m belirsizlik gözlenmittir.
Kaldırma kuvvetlerinin ölçümlerindeki hata payı wFL-ön = wFL-arka = ±0,03N olup Re>3,2x105 için ilgili terimler Eş.5.4’de yerine konulduğunda yunuslama momentinin belirlenmesindeki maksimum hata payı WMR = 0,007 Nm elde edilir.
Et.5.2, hesaplanarak bulunan boyutsuz katsayılar için ayrı ayrı düzenlenir ve ölçülen değişkenlerin yukarıda verilen hata payları elde edilen yeni eşitliklerde yerine konulursa ilgili boyutsuz katsayıların belirlenmesindeki ölçüm belirsizlikleri aşağıda verildiği gibi hesaplanabilir.
WCp = Cp Basınç katsayısının belirlenmesindeki hata payı:
olduğundan Cp’nin belirlenmesindeki hata payı şöyle ifade edilebilir.
[5.6]
[5.7]
Cp katsayısındaki ölçüm belirsizliği, (tüm basınç ölçüm noktaları için ayrı ayrı hesaplanmasına gerek olmadığından) değerlerin en yüksek olduğu 7 no’lu basınç ölçüm portu için ve Re>3,2 x 105 için hesaplanırsa Çizelge 5.10'da verilen değerler elde edilir.
Çizelge 5.10 Cp Basınç katsayısının belirlenmesindeki ölçü belirsizliği
wP | wV | wr | |||
V | D Port | ± 3,2 Pa | ± 0,3m/s | ± 0,01kg/m³ | WCp |
(m/s) | (Pa) | UP | UV | Ur | |
16,8 | -260 | ± 0,0003 | ± 0,003 | ± 0,00015 | ± 0,06 |
19 | -335 | ± 0,0002 | ± 0,002 | ± 0,00016 | ± 0,05 |
21 | -412 | ± 0,0001 | ± 0,002 | ± 0,00016 | ± 0,05 |
23 | -493 | ± 0,0001 | ± 0,002 | ± 0,00016 | ± 0,04 |
25 | -583 | ± 0,0001 | ± 0,001 | ± 0,00016 | ± 0,04 |
WCD = CD Sürüklenme direnç kuvveti katsayının belirlenmesindeki hata payı:
Benzer tekilde Et.5.2, CD’nin belirlenmesindeki hata payını bulmak üzere düzenlenirse aşağıdaki ifade elde edilir.
olduğuna göre CD’nin belirlenmesindeki hata payı;
[5.8]
[5.9]
6 seri sürüklenme direnci kuvvetinin ortalaması alınarak ve serbest akış hızına bağlı olarak CD katsayısının belirlenmesindeki ölçüm belirsizliği Re>3,2x105 için hesaplanırsa Çizelge 5.11'de verilen değerler elde edilir.
Çizelge 5.11 CD Sürüklenme direnç kuvveti katsasıyının belirlenmesindeki ölçü belirsizliği
V | Ortalama | wFD | wV | wr | wA | |
(m/s) | FD | ± 0,02 N | ± 0,3m/s | ± 0,01kg/m³ | ± 0,0002 m² | WCD |
(N) | UFD | UV | Ur | UA | ||
17 | 0,60 | ± 1,43E-4 | ± 1,60E-4 | ± 8,6E-6 | ± 5,69E-5 | ± 0,019 |
19 | 0,74 | ± 9,14E-5 | ± 1,25E-4 | ± 8,4E-6 | ± 5,55E-5 | ± 0,017 |
21 | 0,91 | ± 6,12E-5 | ± 1,04E-4 | ± 8,5E-6 | ± 5,62E-5 | ± 0,015 |
23 | 1,10 | ± 4,26E-5 | ± 8,76E-5 | ± 8,7E-6 | ± 5,71E-5 | ± 0,014 |
25 | 1,28 | ± 3,05E-5 | ± 7,19E-5 | ± 8,4E-6 | ± 5,54E-5 | ± 0,013 |
WCL = CL Kaldırma kuvveti katsayının belirlenmesindeki hata payı:
Benzer tekilde Et.5.2 CL kaldırma kuvveti katsayısının belirlenmesindeki ölçü belirsizliğini belirlemek üzere yeniden düzenlenir ve ilgili değerler eşitlikte yerine konulursa Re>3,2x105 için Çizelge 5.12'de verilen değerler elde edilir.
Çizelge 5.12 CL Kaldırma kuvveti katsasıyının belirlenmesindeki ölçü belirsizliği
V | Ortalama |
wFL | wV | wr | wA | |
(m/s) | FL |
± 0,02 N | ± 0,3m/s | ± 0,01kg/m³ | ± 0,0002 m² | WCL |
(N) |
UFL | UV | Ur | UA | ||
17 | -0,18 |
± 3,2E-4 | ± 1,4E-5 | ± 7,8E-7 | ± 5,1E-6 | ± 0,018 |
19 | -0,21 |
± 2,1E-4 | ± 1,0E-5 | ± 6,8E-7 | ± 4,5E-6 | ± 0,015 |
21 | -0,25 |
± 1,4E-4 | ± 7,8E-6 | ± 6,4E-7 | ± 4,2E-6 | ± 0,012 |
23 | -0,29 |
± 9,6E-5 | ± 6,1E-6 | ± 6,0E-7 | ± 4,0E-6 | ± 0,010 |
25 | -0,34 |
± 6,9E-5 | ± 5,1E-6 | ± 5,9E-7 | ± 3,9E-6 | ± 0,009 |
WCMR = CMR Yunuslama momenti katsayının belirlenmesindeki hata payı:
Benzer tekilde Et.5.2 CMR yunuslama momenti katsayısının belirlenmesindeki ölçü belirsizliğini belirlemek üzere yeniden düzenlenir ve ilgili değerler eşitlikte yerine konulursa Re>3,2x105 için Çizelge 5.13'de verilen değerler elde edilir.
Çizelge 5.13 CMR Yunuslama Momenti katsasıyının belirlenmesindeki ölçü belirsizliği
V |
Ortalama |
WMR |
wV |
wr |
wA |
wL |
|
(m/s) |
MR |
± 0,007 Nm |
± 0,3m/s |
± 0,01kg/m³ | ± 0,0002 m² | ± 0,002 m |
WCMR |
(Nm) |
UMR |
UV |
Ur |
UA |
UL |
||
17 |
0,039 |
± 0,0002 |
± 8,6E-6 |
± 4,6E-7 |
± 3,1E-6 |
± 3,5E-7 |
± 0,015 |
19 |
0,049 |
± 0,0001 |
± 7,0E-6 |
± 4,7E-7 |
± 3,1E-6 |
± 3,6E-7 |
± 0,012 |
21 |
0,060 |
± 0,0001 |
± 5,7E-6 |
± 4,7E-7 |
± 3,1E-6 |
± 3,6E-7 |
± 0,010 |
23 |
0,072 |
± 0,0001 |
± 4,8E-6 |
± 4,7E-7 |
± 3,1E-6 |
± 3,6E-7 |
± 0,009 |
25 |
0,089 |
± 0,0001 |
± 4,4E-6 |
± 5,2E-7 |
± 3,4E-6 |
± 3,9E-7 |
± 0,008 |
Sonuç olarak Re sayısının 3,2x105’den büyük olduğu ölçümler için CP, CD,CL,CMR katsayılarının belirlenmesindeki ölçü belirsizliklerinin ortalama değerleri aşağıdaki gibi verilebilir.
WCP= 0,05 WCD=0,015 WCL=0,013 WCMR=0,010
Ölçüm belirsizliği analizinde ölçümlerin %95 güvenilirlikle belirtilen belirsizliğin içinde kaldığının ifade edilebilmesi için hesaplanan belirsizliklerin K=2 güvenilirlik katsayısı ile çarpılması gerekir. Ölçüm belirsizliğinin K=2 ile çarpılmış haline "Genişletilmiş Ölçüm Belirsizliği" denir. Aşağıda Re>3,2x105 için incelenen boyutsuz parametrelerin maksimum ölçüm belirsizliği ve genişletilmiş ölçü belirsizlikleri verilmiştir.
Ölçüm Belirsizliği | Genişletilmiş Ölçüm Belirsizliği | |
WCP | ± 0,05 | ± 0,10 |
WCD | ± 0,15 | ± 0,03 |
WCL | ± 0,13 | ± 0,026 |
WCMR | ± 0,01 | ± 0,020 |
6 SONUÇLAR VE ÖNERİLER
Bu bölümde deneylerde kullanılan modelin ölçümlerle belirlenen aerodinamik karakteristiği tanıtılmış, sonuçlarda olabilecek hata kaynakları araştırılmış, önceki çalışmalarda elde edilen bulgular incelenmiş ve son olarak bundan sonra yapılacak çalışmalar için önerilere yer verilmiştir.
6. 1 Modelin Aerodinamik Karakteristiği
Bölüm 5'de yapılan değerlendirme sonuçları biraraya getirildiğinde modelin aerodinamik karekteristiği aşağıdaki gibi özetlenebilir.
Çizelge 6.1 Sonuç olarak belirlenen Cp dağılımı ( Re>3,2x105 için)
Basınç ölçüm portları | Basınç katsayısı (Cp) | Genişletilmiş Ölçü Belirsizliği |
1. port | 0,02 | ± 0,1 |
2. port | -0,94 | ± 0,1 |
3. port | -0,50 | ± 0,1 |
4. port | -0,84 | ± 0,1 |
5. port | -1,40 | ± 0,1 |
6. port | -0,91 | ± 0,1 |
7. port | -1,50 | ± 0,1 |
8. port | -1,39 | ± 0,1 |
9. port | -1,11 | ± 0,1 |
10. port | -0,94 | ± 0,1 |
11. port | -1,17 | ± 0,1 |
Çizelge 6.1'de verilen değerler Şekil 6.2'de model üzerindeki port numaralarına göre grafik üzerinde gösterilmiştir.
Grafik incelendiğinde modelin öndeki en uç noktasında kaldırma yönünde bir kuvvet oluşmadığı görülür. En etkili kaldırma kuvvetlerinin, ön camın model tavanıyla kesişim noktasında (5. port) ve modelin tavan orta noktasında (7.port) oluştuğu görülmektedir. Arka cam hizasında ise kaldırma kuvvetlerinde bir azalma oluşmuştur.
Yapılan kuvvet ölçümlerine göre modelin aerodinamik katsayıları Çizelge 6.2'de verilmiştir.
Çizelge 6.2 Sonuç olarak belirlenen CD, CL, CMR katsayıları (Re>3,2x105 için)
Ölçümler | CD | CL | CMR |
1. Seri | 0,354 | -0,094 | 0,077 |
2. Seri | 0,354 | -0,099 | 0,087 |
3. Seri | 0,356 | -0,101 | 0,085 |
4. Seri | 0,358 | -0,099 | 0,083 |
5. Seri | 0,356 | -0,098 | 0,087 |
6. Seri | 0,356 | -0,094 | 0,086 |
Ortalama | 0,355 | -0,097 | 0,084 |
Genişletilmiş Ölçü Belirsizliği | ± 0,03 | ± 0,03 | ± 0,02 |
Modelin sürüklenme direnci katsayısı günümüz binek otomobilleri için belirtilen değerlere yakındır. Ancak prototip imalatçısı aynı model binek otomobilleri için CD değerini 0,31 mertebesinde açıklamaktadır. Aradaki farkın nedenlerine bir sonraki bölümde değinilmiştir.
Otomobil aerodinamiğinde uçakların tersine kaldırma kuvvetinin küçük olması istenir. Kaldırma kuvvetinin düşük olması aracın yol tutuşunun iyileşmesine ve özellikle virajlarda savrulmamasına yardımcı olur. Ancak ters yönde etki edecek bir baskı kuvveti de, araç ve tekerlek arasındaki sürtünme kuvvetini artıracağı için yakıt sarfiyatında artışa ve hızlanma kabiliyetinde düşüşe neden olacaktır. Bu nedenle imalatçılar aerodinamik yapıyı kullanarak kaldırma kuvvetini belirli bir seviyede tutmayı amaçlarlar. Çizelge 6.2'de verilen CL katsayısı oldukça düşük bir değerdir.
Ortaya çıkan aerodinamik karakteristiğe göre prototipin maruz kalacağı aerodinamik kuvvet ve yunuslama momenti hesaplanabilir.
Çizelge 6.3 Prototip üzerine etki eden aerodinamik kuvvetler ve yunuslama momenti
Hız (m/s) / (km/h) | FD (N) | FL (N) | MR (Nm) |
15 / 61,2 20 / 72 25 / 90 30 / 108 35 / 126 40 / 144 45 / 162 50 / 180 55 / 198 |
118 211 329 474 645 843 1066 1317 1593 |
- 32 - 58 - 90 - 130 - 176 - 230 - 291 - 360 - 435 |
125 223 348 501 682 891 1128 1393 1685 |
6. 2 Sonuçların Değerlendirilmesi ve Öneriler
Sonuçlar incelendiğinde ölçümlerdeki hata paylarının oldukça küçük olduğu görülür ve yapılan ölçü belirsizliği analizine göre sonuçlar güvenilirdir. Ancak yukarıda belirtildiği gibi bu çalışmada kullanılan modelin ait olduğu prototip için imalatçı, internet sitesinde CD katsayısını 0,31 olarak bildirmiştir. Bu çalışmada bulunan sonuç ile arasında % 5 oranda fark vardır.
Bu farkın nedenleri aşağıdaki faktörler olabilir.
a) Modelin geometrik
benzerliğinde %100 benzerliğin sağlanmamış olma ihtimali,
b) Blokaj etkileri,
c) Model dış yüzeyinin prototipe
oranla bir miktar pürüzlü olması,
d) Gerçek koşulların simülasyonu için modelin üzerinde
duracağı bir hareketli bandın olmaması (Durağan haldeki
model alt yüzeyi ve yol arasında oluşan blokaj etkileri
gerçekte olduğundan daha büyük olacaktır.)
Otomobillerin sürüklenme direnci katsayıları için verilen rakamların genellikle 0,39-0,29 arasında değiştiği görülmektedir. Kaynaklar incelendiğinde yapılan iyileştirmelerin CD üzerinde %10 mertebesinde küçülme etkisi yaptığı görülmektedir. Geropp ve Odenthal (5) Coanda effect yöntemiyle modelin CD değerini 0,39'dan 0,33' e indirilebileceğini göstermiştir. Ohno ve Kohri (4) kenar hava bentleri ile aracın CD ve CL katsayılarının 0,03 azaltılabileceğini, Schenkel (3) spoyler ilaveleri ile CD ve CL katsayılarında 0,04 küçülme etkisi olduğunu yaptıkları rüzgar tüneli deneylerinde gözlemişlerdir. Bu tez çalışmasıyla benzerlikleri olan "Advanced Testing Group" (6)'un çalışmalarındaki tekrarlanabilirlik değerleri CD ve CL için ± 0,09 mertebesindedir.
Sonuç olarak, otomobil aerodinamiğini iyileştirmeye yönelik benzer çalışmaların Cp katsayısı için ± 0,1, CD ve CL katsayıları için ± 0,03 genişletilmiş belirsizlik oranında, küçük ölçekli rüzgar tüneli deneyleri ile yapılabileceği görülmektedir. Yukarıda sözü geçen hata kaynakları ise düzeltilebilir hatalardır. Günümüz teknolojisi yüksek doğruluklu modeller yapılmasına imkan vermektedir. Kullanılacak rüzgar tünellerine küçük boyutlarda ince bir hareketli bant donanımı ilave edilerek modelin gerçek yol koşullarındaki hareketi simüle edilebilir. Bundan sonra yapılacak çalışmalarda, söz konusu hata kaynaklarının araştırılması tavsiye edilir.
TEŞEKKÜR
Bu çalışma danışman hocalarım Prof. Dr. Haşmet Türkoğlu ve Yrd. Doç. Dr. Cevdet AYGÜN'ün değerli katkıları ve yönlendirmeleri ile sonuca ulaşabilmiştir.
Prof. Dr. Mecit SİVRİOĞLU ve Yrd. Doç. Dr. Cevdet AYGÜN bu deneysel çalışmanın, başlangıçta planlandığı şekilde Ankara Rüzgar Tünelinde 1/5 ölçekli bir model üzerinde yapılabilmesi için gerekli girişimlerde bulunmuşlar, yoğun çaba ve zaman harcamışlardır. Ayrıca Tofaş Otomobil Fabrikası yetkilileri ve özellikle Sayın Aydın Başeski kısa bir zaman zarfında kendi üretimleri olan 1/5 ölçekli bir modeli tarafımıza ulaştırmış, (Ancak Ankara Rüzgar Tüneli yetkililerinden gerekli izin alınamadığından bu model kullanılamamıştır.), doküman taleplerimizi hiç tereddüt etmeden olumlu karşılamışlardır.
Sayın Murat Arda Çakmak konuyla ilgili kendi tecrübeleriyle, değerli arkadaşlarım Sayın Dr. Oğuz Turgut, Makina Mühendisi Sayın Serkan Yurttaş önerileriyle ve Sayın Serpil Pirinçcioğlu imla kurallarına uygunluğun kontrolünde ve Makina Yüksek Mühendisi Sayın İhsan Akyüz sınırsız bilgi birikimleriyle destek olmuşlardır.
Yukarıda adı geçen ve bu çalışmanın amacına ulaşmasını sağlayan kuruluş ve kişilere sonsuz teşekkürlerimi sunarım.
KAYNAKLAR
1- Çakmak, M. A., "Kara Taşıtlarinin Aerodinamik Bakımdan İncelenmesi", Mühendis Makina, ISSN 1300-3402: 35-41 (Ekim-2000).
2- White, R.G.S., "A Method of estimating automobile drag coefficients", International Automotive Engineering Congres, Detroit Mich., 13-17 (1969).
3- Schenkel, K.F. , "The origins of drag and lift reductions on automobiles with front and rear spoilers", SAE, Paper No 770389, 1-11 (1977).
4- Ohno, H., Kohri, I., "Improvement of aerodynamic characteristics of a passenger car by side airdams", International Journal of Vehicle Design, vol 12. nos 5/6: 598-608 (1991).
5- Geropp, D., Odenthal, H. J., "Drag reduction of motor vehicles by active control using the Coanda effect", Experiments in Fluids, 28: 74-85 (2000).
6- Kelley K., Lee D., Schmitt K.,"Determination of Optimal Body Shape of Hydrogen Powered Van", Drag and Lift Experts, http://www-personal.engin.umich.edu/~kschmitz/Final%20Lab-Intro.doc1-10 (2002)
7- Anderson, JR. J. D.,"Fundamentals of Aerodynamics 2nd ed.", MC Graw Hill, Singapore, 3-148, 637-739 (1991).
Ana Sayfa || Hakkımızda || İletişim || Forum || Eğitim || Servis || CALexpert
Tüm hakları saklıdır _ METROLOJİ OKULU _ (2005 - 2006)