Yol Deneyler

Yol deneylerinin en büyük faydası, gerçek yol şartlarında gerçek bir taşıtın denenmesidir. Bu nedenle yol deneyleri taşıt aerodinamiği incelemelerinde önemli bir yer tutmaktadır.

Deney esnasında, deney ortamında denenen taşıt ve ölçümleri yapacak bir donanıma gereksinim vardır. Taşıtın hareketli olması durumunda, ancak sınırlı sayıda ölçü aleti taşıt üzerinde taşınabilir. Bu problem farklı iki taşıt geometrisinin denenmesi sırasında ortaya çıkmakta olup, ölçü donanımının bir araçtan diğerine aktarılması zorunludur. Farklı taşıt burnu gibi model değişiklikleri ölçü donanımı için sorun çıkarabilmekte; yol ve deney şartlarının tekrarlanabilirliği açısından güçlük arz etmektedir. Bu nedenle, yol deneylerinin tekrarlanabilirliği, ölçü aletlerinin hassas olarak taşınabilme yeteneğiyle sınırlı olup, kontrol edilemeyen çevreye (rüzgârlar) de bağımlıdır. Ayrıca, aerodinamik yükler rüzgâr tünelinde sabit bir ölçü donanımı ile ölçülürken, yol deneylerinde benzer ölçümler için dolaylı yöntemler kullanılmaktadır.

4.1.1. Aerodinamik Direncin Ölçülmesi

Yol deneylerinde, aerodinamik direncin ölçülmesi, aerodinamik dirence ilaveten seyir hattı sürtünmesi ve tekerlek yuvarlanma direncinin de bulunmasından ötürü güçlük arz etmektedir. Yol deneylerinde, aerodinamik direncin ölçülebilmesi için yuvarlanma direncinin bilinmesine gerek vardır. Yuvarlanma direncinin tespiti için Şekil 4.1 ’deki gibi bir deney düzenlenebilir. Burada taşıt kendisini çevre havasından ayıran bir kutu içerisine geçirilir. İçteki kuvvetölçerler, direnç kuvvetini ölçerler (burada aerodinamik direnç bileşeni yoktur). Tekerlek yuvarlanma direnci ve mekanik sürtünme değerlerinin bilinmesi ile aerodinamik direnç kuvvetinin değeri, taşıt uzunluğu doğrultusundaki toplam direnç kuvvetinin ölçülmesi ile hesaplanabilir. Bazı deneylerde toplam seyir kuvveti, seyir milindeki momentin ölçülmesi ile hesaplanmaktadır. Özel strain-gauge' ler mil üzerine yapıştırılmakta ve seyir momenti nedeniyle oluşan birim sekil değiştirme, sabit bir alıcıya manyetik olarak iletilmektedir.

Bu bilgi toplam seyir kuvvetinin ayarı için kullanılır. Tekerlek yuvarlanma direncinin, toplam seyir kuvvetinden çıkarılması ile aerodinamik direnç kuvveti bulunur.

Denenen taşıtın belli bir başlangıç hızına getirilip daha sonradan yavaşlamaya bırakıldığı, yöntemler ile de iyi neticeler alınmaktadır. CD katsayısı, yavaşlama ivmesi ve kastedilen mesafenin ölçülmesi ile hesaplanır. Ayrıca atalet etkileri de değerlendirilmelidir. Bu yöntem dış (atmosferik) tedirginliklere, sabit hızlı deneye göre daha fazla duyarlı olup, her bir veri noktası için çok sayıda tekrara ihtiyaç vardır.

Şekil 4.1 ’de örnek olarak, bir binek taşıtına ait deney sırasındaki hız-zaman diyagramı verilmiştir. Negatif ivme taşıt üzerine uygulanan kuvvetle doğru orantılı olup, bu taşıtı yavaşlatan dış kuvvet de tekerleklerin yuvarlanma direnci ile aerodinamik direnç kuvvetinin toplamına eşittir. Küçük bir zaman aralığı için, ivme değeri

t V

 

'den hesaplanır. Bu ilkeden hareketle aşağıdaki denklemlerden toplam direnç kuvveti hesaplanır. Bu değerden tekerleklerin yuvarlanma direnci çıkarılır ve tekerleklerin dönüşünden ötürü oluşan atalet etkisi de hesaba katılır.

F a m . (4.1) t V m F     . (4.2)

Aerodinamik direnç katsayısı, (2.4) denkleminden hesaplanır. Burada dinamik basıncın ve dolayısıyla taşıt hızının bilinmesine gerek vardır. Bu ölçüm pitot tüpü ile yapılır. Ölçüm, taşıt nedeniyle akışta tedirginliklerin oluşmadığı bölgede (taşıttan yeterince uzak ön-yukarı bölgede) yapılmalıdır [10].

4.1.2. Aerodinamik Kaldırmanın Ölçülmesi

Yol deneylerinde, genelde kaldırma etkisi, aerodinamik yük nedeniyle süspansiyondaki sekil değişimi veya yer değişiminin ölçülmesi ile belirlenmektedir. Her bir tekerleğin süspansiyon yer değişimi ölçülüp, buna tekabül eden süspansiyon bileşenleri eşdeğer bir kaldırma değerine dönüştürülmektedir. Bu yöntemin faydalı yönü tekerleklerin yük dağılımının biliniyor olması, mahzurlu yönü ise tekerleklerin kendine ait kaldırma değerinin bilinmiyor olmasıdır. Ancak kıyaslama çalışmaları için iyi sonuç vermektedir.

Süspansiyondaki aerodinamik yük, yaylar üzerine yerleştirilmiş şekil değiştirme ölçen aletler ile veya optik seyir yüksekliğini ölçen aletler ile de ölçülebilmektedir.

4.1.3. Yüzey Basıncının Ölçülmesi

Şekil 4.2 ’de görüldüğü gibi yüzey basıncının ölçümü için taşıt yüzeyi üzerine küçük bir delik açılır ve burası bir basınç algılayıcıya bağlanır. Delik düz ve yüzeye dik olmalıdır. Bu yöntemle yerel statik basınç ölçülür. Buna tekabül eden basınç katsayısı Cp' nin hesabı için, dinamik basınç da gerekli olup, o da pitot tüpü ile

ölçülür. Statik basınç katsayısının matematiksel ifadesi denklem (4.3)'de verilmektedir. 2 2 1     V p p C_p  (4.3)

Taşıt yüzeyi üzerinde ayrıntılı bir basınç dağılımı elde etmek için, çok sayıda basınç delikleri açılıp, bunlar merkezi bir ölçü ünitesine bağlanmalıdır.

Yol deneylerindeki yüzey basıncı ölçümlerinde, taşıt üzerindeki sınırlı hacim nedeniyle deney aletlerinin taşınması zorluk teşkil etmektedir. Ayrıca yolda yapılan bu ölçüm yönteminde deliklerin toz veya pislikler tarafından tıkanma olasılığının önüne geçilmelidir.

Şekil 4.2: Taşıt yüzeyine yerleştirilen bir basınç alıcısının şematik görünümü

4.1.4. Akışın Görüntülenmesi

Taşıt yüzeyi üzerinden akış ayrılmalarının ve akış dolaşımlarının olduğu bölgeler ile akış yönünün tespiti için akışın görüntülenmesi yöntemleri kullanılır.

Akışın görüntülenmesi yöntemleri, taşıt yüzeyi üzerinde ve taşıtın üstündeki akışın görüntülenmesi olmak üzere başlıca iki kısma ayrılabilir. Birincisi için, akış yönü ile kolayca bükülebilen püsküller (bir ucundan yüzeye yapıştırılmış kısa pamuk veya yün iplikleri) sıkça kullanılır. Taşıt yüzeyine bitişik akış durumunda püsküller akış yönünde stabil olarak durmaktadır. Akış ayrılmalarının olduğu durumlarda ise püsküller hızlıca salınım yapmaya başlamakta ve beklenen akış yönüne uzak bir konum almaktadır.

Benzer bulgular, viskoz bir akışkanın (genellikle boya katilmiş yağlar) akım çizgilerinin gözlemlenmesi ile de elde edilebilir.

İkinci kısımda yer alan taşıt üstündeki (çevresindeki) akışın görüntülenmesi için, en çok rüzgâr tünellerinde taşıt üzerine yollanan dumanın akim çizgileri gözlemlenir. Şekil 4.3 ‘te duman çizgileri taşıt modeli önüne yerleştirilen tüplerle oluşturulmaktadır. Yol deneylerinde akışın görüntülenmesinin sonuçlan taşıt üzerine veya gözlemleyen bir başka araba üzerine yerleştirilmiş televizyon kamerası ile kaydedilir. Gözlemci bir araba kullanılması durumunda iki taşıt arasındaki etkileşim ve kameranın stabilizasyonu esas zorunluluğu oluşturmaktadır.

Şekil 4.3: Taşıt etrafındaki akışın rüzgâr tünelinde duman kullanılarak görüntülenmesi Ayrıntılı yol deneyleri, genel olarak rüzgâr tünelleri deneylerine göre daha pahalı olup, sadece taşıtın tam ölçekli modeli üzerinde deney imkânı mevcuttur. Bu nedenle, ayrıntılı aerodinamik yol deneyleri daha az popülerdir fakat birçok deney programında, kısmi aerodinamik deneyler sıkça uygulanabilmektedir. Birçok yol deneyinde aerodinamik yüklerin mutlak değerlerinin tam doğru olarak elde edilmesi zor olmakla beraber, artım (bağıl) değerlerinin elde edilmesi yeterince hassas olarak kabul edilmektedir.