Развитие дрэг-рейсинга в Российской Федерации

Введение

Дрэг-рейсинг (англ. Drag racing, распространён также неверный вариант прочтения:

Дрaг-рейсинг гоночное соревнование, являющееся спринтерским заездом на дистанцию в 402 метра (? мили). Реже проводятся заезды на? мили (ок. 804 м), 1/8 мили (201 м) либо на мерную милю (1609 м). По сути дрэг-рейсинг является гонкой на ускорение, проводящейся на прямой трассе. Особую популярность гонки этого типа снискали в США, где проводятся уже более полувека. Наиболее распространенными дисциплинами являются гонки автомобилей и мотоциклов споршневыми двигателями. Однако существуют соревнования для реактивных автомобилей и скутеров, мотоциклов, электромобилей, велосипедов даже тракторов и газонокосилок.

Соревнования по дрэг-рейсингу могут проводиться практически на любом виде транспорта, однако для профессиональных заездов строятся специальные автомобили, именуемые дрэгстерами. По своей конструкции дрэгстер представляет собой максимально облегченную конструкцию с мощным мотором, органы управления, напротив, часто бывают достаточно примитивны так как соревнования проводятся на идеально прямой трассе. Профессиональные дрэгстеры имеют мощность двигателя более 6000 л. с. и достигают 8000 л. с. в высших категориях при собственной массе менее одной тонны. Подобные автомобили проходят дистанцию в четверть мили за 3.7 — 3.8 секунды и разгоняются до 500−530 км/ч. А первые 100 км/ч достигают уже за 0.8 секунды.

До недавних пор в России заезды вида «Дрэг рейсинг» были полулегальными и чрезвычайно скандальными. Мероприятия проводились ночью на пустынных дорогах, нередки были конфликты сГИБДД. Все эти события послужили толчком к созданию в 2002 годуРоссийской Федерации Дрэг Рэйсинга (РФДР), объединившей организаторов и энтузиастов этого вида спорта из разных регионов страны и ближнего зарубежья.

29 мая 2005 года была закончена работа по строительству первой в России трассы для Дрэг Рэйсинга. Трасса находится в 200 км от г. Красноярска возле п. Балахта и санатория «Красноярское Загорье». Через год, 24 июня 2006 года, трасса была названа в честьДерешева Михаила. Вплоть до2007 года на трассе проходили соревнования по Дрэг Рэйсингу — «GT-Сейшн Сибири и Дальнего Востока».

Существуют дрэг-стрипы в московском Тушино, на трассе «Красное кольцо» в Красноярске, где до 2008 года включительно проходило крупнейшие в России соревнование по Дрэг Рейсингу — Дрэг-Битва. Примечательно, что оба стрипа были сооружены в 2007 году.

Так же дрэг-рейсинг соревнования проходят в Петрозаводске в аэропорте Пески. В рамках дрэг-рейсинг фестиваля «10 Регион».

В 2012 году в Ингушетии (станица Орджоникидзевская) была построена специализированная трасса для проведения гонок по дрэг-рейсингу. 15 июля 2012 года на этой трассе впервые состоялись соревнования — Открытый чемпионат Республики Ингушетия по дрэг-рейсингу. В соревнованиях приняли участие около 30 спортсменов из Ингушетии, Ростова, Краснодара, Ставрополья, Чечни, Кабардино-Балкарии, Адыгеи. Победителями чемпионата стали (в разбивке по классам): US — SPORT 1 место — Плиев Башир FSB — SPORT 1 место — Третьяк Владимир FSA — SPORT 1 место — Третьяк Владимир SL — SPORT 1 место — Саблиров Руслан FSA — SPORT 1 место — Сайнароев Ваха FSB — SPORT 1 место — Хазанлижев Амир Рекорд России 8,042 установлен 6 октября 2012 года Капустиным Дмитрием Nissan Skyline GTR R32 с набранной скоростью 273,5 км/ч^[1], в рамках Финала Чемпионата России по Дрэг-рейсингу 2012 года «Краснодар (турбодром „Белая стрела“)». 24 сентября 2011 годарекорд России — 8,164 с — был установлен, а Андреем КравченкоNissan Skyline R32, в рамках Финала Чемпионата России по Дрэг-рейсингу «Краснодар (турбодром „Белая стрела“)». В 2008 годурекорд России 8,702 с, был установлен Марией Пановой (Находка) на Toyota Soarer (команда Total Race, Москва) на трассе «Красное Кольцо», Красноярск. В 2007 году рекорд России был установлен Романом Нагервадзе и составил 8,80 с. Однако, по-прежнему, официальным рекордом России считается, установленный после прохождения всех необходимых процедур регистрации, рекорд Дмитрия Вялых (Омск) на трассе Тушино в рамках гонки «Гран-при Москвы 2008», который составляет около 9,4 секунды.

Как правило, гонщики, участвующие в дрэг-рэйсинге делятся на четыре класса: SL — «Уличный легкий» (Street Light). Серийный или серийный доработанный автомобиль любого производства. 4-цилиндровый. Объём двигателя до 1.600 куб. см. включительно. Сюда входят и российские легковые автомобили — ГАЗ, АЗЛК, ИЖ до 2.000 куб. см. Минимальный вес — 550 кг.

FS A — «Уличный быстрый А» (Fast Street A). Серийный или доработанный серийный легковой автомобиль импортного производства. 4-цилиндровый. Объём двигателя 1.601 — 2.000 (не включая) куб. см. Минимальный вес — 550 кг.

FS B — «Уличный быстрый В» (Fast Street B). Серийный или серийный доработанный легковой автомобиль импортного производства. 4-цилиндровый компрессорный или 6-цилиндровый атмосферный. Объём двигателя 2.000 — 2.500 (не включая) куб. см. Минимальный вес — 900 кг.

FS C — «Уличный быстрый С» (Fast Street C). Серийный или серийный доработанный легковой автомобиль импортного производства. 4-цилиндровый компрессорный или 6-цилиндровый атмосферный. Объём двигателя 2.500 — 3.000 (включительно) куб. см. Минимальный вес — 900 кг.

US — «Уличный неограниченный» (Unlimited Street). Серийный или серийный доработанный легковой автомобиль импортного производства. 6-цилиндровый компрессорный или 8- и более цилиндровый атмосферный. Объём двигателя свыше 3.000 куб. см. Минимальный вес — 1.000 кг.

SS — «Серийный улучшенный» (Super Stock). Серийный легковой автомобиль любого производства, проходящий дистанцию 402 метра (¼ мили) быстрее 10 с, подготовленный для дрэг-рейсинга по техническим требованиям и спецификации FIA SFI (Международной федерации автомобильного спорта) или дорожный автомобиль любого производства. 8-цилиндровый и более компрессорный. Без ограничения объёма двигателя.

Для определения класса автомобиля применяются дополнительные поправочные коэффициенты к объёму двигателя: наддув — 1,6, роторный — 1,8, NOS — 1,5. Критерием для оценки объёма двигателя является расшифровка VIN-кода.

Игра NHRA Drag Racing симулятор дрэг гонок. В игре Street legal racing присутствует возможность устроить гонки с ботами по прямой и возможность участия в нелегальном дрэге. Во многих играх серии Need For Speed дрэг включён как вид гонки. Однако, только в игре Need for Speed: ProStreet присутствует «чистый» дрэг. Во многих других играх этой серии (например, Need for Speed: Underground, Need for Speed: Underground 2, Need for Speed: Most Wanted) присутствует особый вид дрэга — уличный дрэг (англ. Street drag), который имеет ряд отличий от классического, «чистого» дрэга. Так же дрэг как вид гонки имеется в игре Real Racing 1−2-3

Также, если в уличном дрэге автомобиль потерпел аварию (ударился в неподвижный объект или элемент трафика), он автоматически выбывает из гонки.

1. Исследовательская часть

1.1 Виды автомобилей

По этому признаку автомобили условно разделяются на 3 группы

— дорожные автомобили

— Автомобили повышенной проходимости

— автомобили высокой проходимости

1. Дорожные автомобили. Это автомобили с колесной формулой 4×2, 6×4, преднозначенные для движения по дорогам с улученным покрытием.

Максимальный коэффициент суммарного сопортивления дороги, преодолеваемый этими автомобилями на 1 передач, равен:

— для легковых автомобилей и одиночных грузовых — 0,3… 0,4

— для магистральных автопоездов и междугородних автобусов — 0,22… 0,25

— для автобусов обшего пользование (пригородного собшения — 0,28…0,33)

— для грузовых автомобилей с колесной формулой 6×4 — 0,4…0,55

2. автомобили повышенной проходимостй предназначенной движения как по дорогам с улутченном дорожным покрытием, так и в условиях бездорожьия. Это автомобили с колесной формулой 4×4, 6×6. как правило, эти автомобили имеют усиленную раму, увеличенный дорожный просвет, колеса с развитыми грунтозадегами, увеличенное углы переднего и заднего свесов. иногда в качестве дополнительного оборудование эти автомобили снабжаются лебекой самовытаскивания. коеффициент суммарного дорожного сопортивления этих автомобилей равен 0,6… 0,7.

3. Автомобили высокой проходимости. Это полноприводной автомобили предназначенны для движения в условиях полного бездорожья (тундра болотистая местность и др.) Эти автомобили имеют усиленную раму, лебедку для самовытаскивание. Иногда ониимеют устройство для самовывешивания, предназначенное для частичного самовывешивания автомобиля.

Как правило, эти автомобили имеют колеса с регулируемым давлением воздуха в шынах.

Кроме колесного движителя АПП могут иметь авто резину арчного профиля, пневмо катки, гусеничный или полу гусеничный движитель, пневмо подушку автомобили, относящися п.п. 1 -3, должны соответствовать массо-габаритным параметрам, допускающим их движение по дорогам обшего пользования:

— высота до 4,0 м

— ширина до 2,6 м

— длина для одного автомобиля до 12,0 м, для автопоизда — 38,0 м

— нагрузка на одиночную ось не более 10 тс Автомобили, параметры которых превышают хотя бы одно из перечисленных свойств, относится к 4-ому типу — внедорожные автомобили. К ним относятся карьерные самосвалы, спецавтомобили для перевозкий негабаритных и тяжолых грузов.

1.2 Тягово-скоростные свойства автомобиля

Тягово-скоростными свойствами называют совокупность свойств, опре-деляющих возможные по характеристикам двигателя или сцепления ведущих колес с дорогой, диапазоны изменения скоростей движения и предельные интенсивности разгона автомобиля при его работе на тяговом режиме в различных дорожных условиях.

Наиболее употребительными оценочными показателями тягово-скоростных (динамических) свойств автомобиля являются следующие показатели:

Максимальная скорость. Условиями определения являются движение на высшей передаче по специальному измерительному участку с наибольшей скоростью при полной подаче топлива. По ГОСТ 21 398–75 у полностью нагруженных грузовых автомобилей и автопоездов должна быть, не менее 80 км/ч. По технико-эксплуатационные требования к грузовым и легковым автомобилям в настоящее время повысились: максимальная скорость легковых автомобилей до 135 км/час, одиночных грузовых автомобилей до 110 км/час.

Условная максимальная скорость. Это средняя скорость автомобиля на последних 400 м при его разгоне с места на участке 2000 м с полной подачей топлива и начале переключения передач при номинальной частоте вращения коленчатого вала двигателя. Этот показатель определяет верхний предел скоростных свойств на ограниченном пути. От максимальной скорости скорость _усл отличается тем, что она измеряется на ограниченном отрезке пути и более объективно характеризует максимальную скорость автомобиля.

Время разгона на заданном пути 400 и 1000 м и и до заданной скорости. Эти параметры определяют при разгоне в тех же условиях, в которых измеряют .

Скоростная характеристика разгон — выбег. Характеристика определяется графиком v=f (t) и v=f (S), полученным при разгоне с места с полной подачей топлива до на пути 2000 м и выбеге до остановки. При разгоне переключе-ние передач от низшей до высшей осуществляют при частоте, затем быстрым выключением передачи автомобиль переводят в режим выбега. Имея эту харак-теристику, можно оценить коэффициент полезного действия трансмиссии — .

Скоростная характеристика разгона на высшей передаче. Графические зави-симости v=f (t) и v=f (S) на высшей передаче определяют эту характеристику. Разгон происходит от до скорости, соответствующей при резком и полном нажатии на педаль подачи топлива и удержании ее в таком положении до конца разгона. При наличии прямой и повышающей передач эта скоростная характеристика определяется на прямой передаче. Эта характеристика показывает диапазон скоростей, с которыми автомобиль может двигаться на прямой передаче, т. е. возможность его движения в городских условиях.

Минимальная устойчивая скорость определяется на высшей передаче.

Эта скорость определяет низшую скорость, с которой можно начинать движение на прямой передаче. Чем эта скорость ниже, тем меньше приходится переключать передачи при движении в городских условиях.

Максимальный подъем. Подъем преодолевается на низшей передаче основной коробки передач и дополнительной коробки, при v=const и полной подаче топлива. По ГОСТ 21 398–75 для грузовых одиночных автомобилей с полной нагрузкой должен быть не менее 25%, для автопоездов — 18%.

Ускорения j при разгоне (максимальные и средние на передачах). Ускорения определяют потенциальные возможности автотранспортного средства при обгонах.

Мы готовим грузовой автомобиль на базе широко известного несколько лет назад грузового автомобиля Газ-51 к дорожным соревнованиям. Для оценки его возможностей нам необходимо определение скоростей, ускорений и предельных дорожных условий, в которых возможно движение автомобиля с имеющимися конструктивными свойствами.

2. Расчетная часть

2.1 Поверочный тяговый расчёт

Основой для выполнения поверочного расчета автомобиля является его техническая характеристика.

Техническая характеристика автомобиля Газ-24

Грузоподъемность, кг…400

Собственная масса буксируемого прицепа, кг…1000

Полная масса, кг…1820

Максимальная скорость, км/час…130

Двигатель…Газ-24Рядный, четырехтактный, карбюраторный, с верхним расположением клапанов Максимальная мощность, л. с…95 при 4500 об/мин Максимальный крутящий момент, кгс-м… 186,3 при 2200−2400 об/мин Коробка передач… четырехступенчатая Главная передача… одинарная коническая со спиральными зубьями Передаточные числа коробки передач… I — 3,5; II — 2,6; III ;

1,45; IV — 1,00.

Передаточное число главной передачи…4,10;

Статический радиус колеса, м…0,315

Примечание: приведены данные, используемые в поверочном расчете Расчёт скоростной характеристики двигателя.

Скоростная характеристика двигателя — это зависимость его мощности и крутящего мо-мента от частоты вращения коленвала, т. е. и. Значения, и, используемых при расчёте скоростной ха-рактеристики, берутся из технической характеристики исследуемого автомобиля. Промежуточные значения определим по формуле

кВт, где (1.1)

— - частота вращения коленвала двигателя, для которой рассчитывается ;

— a, b и c — коэффициенты, зависящие от типа и конструкции исследуемого двигателя. Для дизельного двигателя a = 0,53; b = 1,56; c = 1,09. Для бензинового двигателя a = b = c = 1,0.

При построении скоростной характеристики крутящий момент рассчитываем по формуле, Нм.

Минимальную частоту вращения коленвала двигателя принимаем рав-ной 0,13. Для нашего двигателя =0,134 500 = 600 об/мин. Промежу-ток между и разбиваем на 6 отрезков, кратных 800. В нашем случае эти участки 600 — 1400−2200 — 3000 — 3800 — 4500

Расчётные данные заносим в таблицу.

Таблица 1. Исходные данные для построения скоростной характеристики двигателя

Расчёт характеристики силового баланса автомобиля.

Тяговый (силовой) баланс отражает соотношение между тяговой силой на ведущих колёсах и силами сопротивления движению. При движении по гори-зонтальной дороге

Н, где (1.2)

— - сила сопротивления качению автомобиля;

— - сила сопротивления воздуха;

— - сила, затрачиваемая на разгон автомобиля.

Тяговая характеристика представляет собой зависимость изменения тяговой силы от скорости движения автомобиля на различных передачах.

H, где (1.3)

— - берётся из скоростной характеристики двигателя;

—, , , — соответственно, передаточные числа коробки передач, дополнительной (раздаточной) коробки, главной передачи, статический радиус колеса — из технической характеристики исследуемого автомобиля;

— - кпд трансмиссии исследуемого автомобиля выбирается из нижеприведен-ной таблицы.

Таблица 2. Значение кпд трансмиссий автомобилей

Для составления баланса сил на график наносится силы сопротивления качению и сопротивления воздуха .

Силу сопротивления воздуха определяют по формуле

Н, где (1.4)

— - коэффициент обтекаемости автомобиля в продольном направлении. При отсутствии о коэффициенте обтекаемости в технической характеристике исследуемого автомобиля, коэффициент определяется по таблице 3;

Таблица 3. Приблизительные значения коэффициента для различных типов автомобилей

— - площадь лобового сопротивления автомобиля (площадь Миделя), м² — лобовая площадь, равная площади проекции автомобиля на плоскость, перпендикулярную её продольной оси. Приближённо площадь лобового сопротивления грузовых автомобилей, где — - колея, м; - - габаритная высота, м.

— - скорость автомобиля, определённая по формуле, км/час, где

— - частота вращения коленвала двигателя, при которой определяется скорость автомобиля;

— - передаточное число передачи, на которой определяется скорость автомобиля;

— - передаточное число дополнительно коробки передач, на которой определяется скорость автомобиля.

Силу считаем на скоростях выше 30 км/час, т.к. на скоростях ниже 30 км/час сила мала и существенно не влияет на силовой баланс.

Силу сопротивления качению определяют по формуле

H, где (1.5)

— - расчётный коэффициент дорожного сопротивления, корректируемый в зависимости от скорости автомобиля.

Для легковых автомобилей можно приближённо считать ,

для грузовых автомобилей и автопоездов .

Сила зависит от скорости движения автомобиля при его движении со скоростями выше 70 км/час, поэтому при построении характеристики силового баланса поправку коэффициента на скорость движения автомобиля производят при скоростях движения больше 30 км/час. В нашем случае данные тягового баланса нужны для расчётов динамической характеристики и ускорения автомобиля во всём диапазоне движения автомобиля, поэтому сила вносится в расчёты со скоростей 30 км/час; корректировку значений силы на скорость производят также со скоростей 30 км/час.

Данные расчётов для построения характеристики силового баланса заносим в таблицу 4.

Таблица 4. Исходные данные для построения характеристики силового баланса

Примечания: 1. Строки 1, 2 заполняются по данным таблицы 1.

2. I, II, III — номера передач.

По полученным данным строим тяговую характеристику автомобиля (рис. 4).

;. Из графика можно определить на прямой (повышающей) пе-редаче при движении на горизонтальной дороге, максимальную тяговую силу на каждой передаче, баланс сил при любой скорости.

Сила целиком зависит от конструктивных параметров автомобиля и зависит от скорости движения автомобиля. Сила также является функцией конструктивных параметров автомо-биля и его скорости. Обе силы не зависят от дорожных условий и ускорения. Разность сил — свободная сила тяги.. — при движении по дороге с укло-нами. Таким образом, используется для преодоления дорожного сопротивления и разгона автомобиля.

Рис. 3. Характеристика силового баланс автомобиля Газ-24

3. Расчёт характеристики динамического фактора.

Динамический фактор — удельная сила тяги автомобиля, отношение свободной силы тяги к полному весу автомобиля:

=. (1.6)

После преобразований уравнение примет вид

. (1.7)

Т.к., то и. Графическая зависимость называется динамической характеристикой автомобиля.

Таблица 5. Исходные данные для построения характеристики динамического фактора

Примечания: 1. Значения, и — из таблицы 4.

По полученным данным строим характеристику динамического фактора — рис. 4.

На характеристику наносим квадратичную параболу, характеризующую изменение коэффициента сопротивления качению на прямой (повышающей) передаче.

4. Расчёт характеристики ускорений автомобиля.

Ускорение автомобиля определяется по формуле

м/сек², где (1.8)

— - коэффициент учёта вращающихся масс.

Рис. 4. Характеристика динамического фактора автомобиля Газ-24

где (1.9)

— = 0,04…0,09 (меньшее значение соответствует тяжёлым автомобилям).

Таблица 6. Значение ускорений автомобилей

Расчёт характеристики времени и пути разгона автомобиля Расчёт характеристики времени разгона строится на основании характеристики ускорений автомобиля. Построение характеристики начинается с минимальной скорости на 1-ой передаче, соответствующей n_{e min}. Данные I понижающей передачи в построении не участвуют.

Время трогания автомобиля (разгон от V₀=0 км/час до V_min) из-за его неопределённости из графика исключаем.

На каждой передаче автомобиль разгоняется от V_iн до V_iк (начальная и конечная скорости),

i — номер передачи. Участок разгона на каждой передаче разбиваем на составляющие участки: на 1-ой передаче ДV 2…3 км/час для грузовых автомобилей и 3…5 км/час для легковых автомобилей, на промежуточных передачах этот диапазон увеличивается. На прямой передаче ДV 10…15 км/час Время разгона автомобиля на каждом интервале скоростей определяется по формуле

сек, где (1.10)

— ДV — принятый интервал скоростей, км/час;

— j_н — ускорение в начале интервала, м/сек²;

— j_н+1 — ускорение в конце интервала, м/сек².

При переключении передач в связи с отключением трансмиссии от двигателя на время переключения скорость автомобиля снижается. Величина этого снижения

_п, км/час, где (1.11)

— Р_к+Р_в — суммарная сила сопротивления качения и воздуха, Н. Величина Р_к и Р_в берутся из расчёта тяговой характеристики;

— t_п — время разгона в каждом интервале скоростей, сек. Для автомобилей с бензиновым двигателем t_п = 0,5 сек; с дизельным — t_п = 1,5 сек.

Время разгона автомобиля на каждой передаче равно

сек, где (1.12)

— - время разгона в каждом интервале скорости на данной передаче, сек.

Начальная скорость V_iн равна конечной скорости на предшествующей передаче, уменьшенной на величину снижения скорости во время переключения с предыдущей скорости на искомую (:

км/час. (1.13)

Точки V_iн и V_iк, а также V_{i пр} — промежуточные скорости на данной передаче находим на характеристике ускорений автомобиля. Там же определяем соответствующие этим скоростям ускорения.

Таблица 7. Расчёт характеристики времени разгона автомобиля

На основании полученных данных строим характеристику времени разгона автомобиля от на 1-ой передаче до .(рис. 5.)

Рис. 5. Характеристика времени и пути разгона автомобиля Газ 24

Для определения пути разгона S используются данные предшествующего расчёта, при этом используются те же временные отрезки которые использовались при определении ускорений. Путь разгона в указанном интервале времени равен

м, где км/час. (1.14)

Скорости соответствуют начальной и конечной скоростям в период. Путь, проходимый автомобилем за период переключения передач равен

/3,6 м. (1.15)

Таблица 8. Расчёт характеристики пути разгона автомобиля

Путь S как и в предыдущем графике времени разгона, заносим нарастающим итогом. Путь, проходимый автомобилем за время переключения передач (0,5 сек) очень мал по сравнению с масштабом графика, поэтому на кривой пути мы его не отображаем.

5. Итоги поверочного расчета

1. На прямой (четвертой) передаче автомобиль развивает максимальную скорость v_a max = 62 км/час (смотр. данные силового баланса и динамической характеристики).

2. Время разгона автомобиля до скорости 64 км/час составляет 44,2 сек (см. рис. 7 характеристику времени и пути разгона).

По своим скоростным характеристикам автомобиль не удовлетворяет требованиям стандарта, согласно которому максимальная скорость одиночного автомобиля должна быть 110 км/час.

Для участия автомобиля в Drag Racing нужно кардинально изменить его динамические характеристики:

— увеличить мощность двигателя

— подобрать коробку передач, позволяющую использовать повышающие передачи.

— снизить лобовое сопротивление автомобиля.

С этой целью на базовый автомобиль Газ 24 устанавливается силовой агрегат (двигатель и коробка передач) с автомобиля TOYOTA SUPRA.

Техническая характеристика силового агрегата TOYOTA Supra.

Двигатель… 2 jz GTE, рядное, четырехтактный, шестицилиндровый, двух распредвальный,

24 клапн Максимальная мощность, квт, (л.с.)…230, (169) при 6000 об/мин Максимальный крутящий момент, кгс-м…284 при 4800 об/мин Коробка передач… АКПП четырехступенчатая Передаточные числа… I — 2,804; II — 1,531; III-1;

IV — 0,7;

Масса агрегатов, кг:

двигатель с оборудованием…190

коробка передач…110

При подборе двигателя на автомобиль используется формула:

N_e =, где (2.1)

— коэффициент запаса мощности;

— кпд трансмиссии;

— полный вес автомобиля, Н;

— коэффициент дорожного сопротивления;

— предельная составляющая аэродинамического сопротивления;

— площадь поперечного сечения, м².

Для получения максимальной скорости, из анализа формулы, нам необходимо:

1) Уменьшить вес автомобиля;

2) Уменьшить лобовое сопротивление автомобиля путем уменьшения коэффициента с_х и площади поперечного сечения автомобиля F.

В случае достижения больших скоростей () автомобиль оборудуется расчетными спойлерами. Мы же ограничиваемся только установкой обтекателей.

Эти мероприятия, по нашим предположениям, дадут возможность снизить с_х до 0,4; а площадь поперечного сечения F уменьшить на 44%.

Промежуточный кардан из конструкции трансмиссии исключается, основной кардан укорачивается до размера 850 мм. Передний конец укороченного кардана крепится к фланцу ручного тормоза.

Задний мост и колеса используются от базового автомобиля.

2.2 Проектировочный тяговый расчет

Цель расчета:

— Определение массо-габаритных параметров модернизированного автомобиля.

— Определение основных параметров двигателя и трансмиссии, которые обеспечивают максимальную скорость и ускорение движение автомобиля по дорогам с усовершенствованным покрытием с суммарным дорожным сопротивлением не ниже 0,4.

Определение массы автомобиля.

Переоборудованный к гонкам автомобиль представляемый собой базовый автомобиль со снятым силовым агрегатом и установленным на его шасси силовым агрегатом автомобиля TOYOTA Supra.

— собственная масса переоборудованного автомобиля

m_с = m_сб — m_саб + m_саЗил кг,

— m_сб — собственная масса автомобиля

m_сб — 1475 кг;

— m_саб — силовой агрегат базового автомобиля

m_саб — 250 кг;

— m_са — силовой агрегат автомобиля TOYOTA Supra

m_са — 300 кг;

m_с = 1475 — 250 + 300 = 1575 кг.

— Эксплуатационная масса автомобиля — его масса, с которой он участвует в соревнованиях, т. е. с водителем. Масса водителя — 75 кг.

Эксплуатационная масса m_э = m_с + m_в =400 + 75 = 475 (4233H)

2. Подбор внешней скоростной характеристики двигателя.

Согласно технической характеристики двигателя TOYOTA Supra максимальная мощность n_{e max} = 110 кВт. Максимальная частота вращения коленвала 6000 об/мин Минимальная частота вращения коленвала равна

n_{e min} = 6 000 800 об/мин (2.2)

Интервал частоты от n_{e min} = 780 об/мин до n_N = 800 об/мин разбиваем на 6 частей: 800; 1600; 2400; 3200; 4000.4800. 6000.

По приведенным выше формулам определяем промежуточное значения N_e и М_е

Данные расчета заносим в таблицу № 9

Таблица № 9. Данные для расчета внешней скоростной характеристики двигателя 2 jz gte

Построение характеристики силового баланса Для расчета характеристики силового баланса используем следующие данные:

Данные расчета скоростной характеристики двигателя (таб. 9)

Таблица 10. Исходные данные для построения характеристики силового баланса

Движение начинаем со второй передачи, первую передачу блокируем.

При заполнении таблицы 10 используем формулы приведенные в пункте 2, главы А.

На основании полученных данных строим график силового баланса (рис. 6.) В точке пересечения кривой тягового усилия Р_т на четвертой передаче и сил сопротивления движению (Р_к + Р_а) определяем максимальную скорость, которая равна 180 км/час.

Максимальная скорость на четвертой передаче равна 180 км/час.

Рис. 6. Характеристика силового баланса модернизированного автомобиля Расчет характеристики динамического фактора При расчете характеристики динамического фактора используем данные

1. Данные расчета скоростной характеристики двигателя (таб. 9)

2. Методику расчета предложенную в пункте 3, главы А.

Данные расчета заносим в таблицу 11

Таблица 11. Исходные данные для построения характеристики динамического фактора

Расчет характеристики ускорений модернизированного автомобиля.

Таблица 11. Значение ускорений автомобиля

По полученным данным строим характеристику ускорений автомобиля на разных передачах (рис. 7)

Рис. 7. График ускорении модернизированного автомобиля Расчет характеристики времени и пути разгона автомобиля.

На основании характеристики ускорений автомобиля строим характеристику времени разгона.

Таблица 12. Расчёт характеристики времени разгона автомобиля

Таблица 13. Расчёт характеристики пути разгона автомобиля

На основании полученных данных строим характеристику времени и пути разгона автомобиля. Для наглядности совместим графики времени и пути разгона автомобиля до модернизации (Газ — 24) и после модернизации. (рис. 8)

Рис. 8. Характеристики времени и пути разгона автомобиля до переоборудования (I) и после (II)

Выводы Согласно данным графоаналитического анализа максимальная скорость базового автомобиля Газ-24 была равна 100 км/час, время разгона до скорости 60 км/час составило 19,2 сек.

После произведенного преобразования максимальная скорость автомобиля возросла до 180 км/час, время разгона до 100 км/час — 8.8 сек.

3. Конструкторская часть

Основными задачами по переоборудованию автомобиля Газ-24 в гоночный автомобиль является:

1. Переделка ходовой части автомобиля с целью:

— размещения на ней двигателя TOYOTA Supra, который имеет повышенный габарит;

— изменение конфигурации рамы с целью уменьшения высоты центра тяжести и уменьшения высоты автомобиля.

2. Переделка кабины автомобиля с целью уменьшения ее высоты (в проекте отображения не получило).

3. Установка пневмоподвески с целью большей приспосабливаемости к дороге и лучшей управляемости.

4. Реконструкция карданного вала в связи с изменением растояния от заднего фланца коробки передач до фланца ведущей шестерни главной передачи (смотр. рис.)

5. Возможности повышения мощности двигателя путем установки организованной системы выхлопа.

Проведение работ по модернизации автомобиля.

Изменение конфигурации рамы. Рама автомобиля Газ-24 имеет плоскую лестничную конфигурацию. Верхняя плоскость рамы имеет высоту над дорогой 850 мм, двигатель установлен над передним мостом и его высота над дорогой по фильтру — 1530 мм. В итоге общая высота автомобиля — 1350 мм. Клиренс автомобиля (по редуктору заднего моста) — 300 мм (рис…)

Самая главня цель была в занижении автомобиля на уровень легкового, что бы сократить площадь переднего лобового сопротивления. Для этого в первую очередь пришлось занизить кузов. Оставляя базу автомобиля в таком же размере как и в прежнем, мы изготовили совершенно иную конструкцию рамы. Если прежняя рама была прямой с передней оси до задней, то нынешняя рама начинается после передней оси и на месте кронштейнов задней рессоры рама облизывает задний мост с верхней стороны. Это нам дало максимальное занижение автомобиля не трогая задний мост. При занижении всего автомобиля нам пришлось сместить кузов назад. Так как если бы мы опустили его на месте, то не получили бы удовлетворяющюю нами высоту автомобиля. Со смещением кузова облик машины изменился, стал более подходить на легковой автомобиль. Старые кронштейны двигателя были убраны. Установились новые кронштейны. Центр тяжести сместился назад. Ходовая часть автомобиля изменилось. Рессоры были убраны вместе с кронштейнами. Вместо них установили пневмо баллоны с амортизаторы. Усиленные реактивные тяги дали нам устойчивость автомобиля, а так же задний стабилизатор ровномерное ускорение автомобиля. Крепление тяги передней подвески крепляется в раме на уровне начало двери. Передняя часть тяги крепляется на балку. Задняя подвеска имеет 4 реактивных тяг. Их крепление на раме установлены на месте конца кузова. Наружные тяги заднего моста крепляются в районе полуосей, внутренние над редуктором.

Переделка кабины автомобиля. Кабина автомобиля расположена так что водитель сидит за рулем прямо, т. е. прямо перпендикулярно к раме автомобиля. За счет этого у таких автомобилей идут высокие кабины и лобовые, боковые стекла. Это им дает хороший обзор при вождении. При своей стандартной кабине автомобиль Газ-24 достигал высоту 1490 мм. При такой высоте автомобилю было бы тяжело рагоняться, даже если изменить ее динамические зарактеристики. Было принято решение изменение кабины что бы максимально сократить лобовое сопротивление автомобиля. В первую очередь занизили крышу кабины, путем среза крыши на половину высоты лобового стекла. Следующие дороботки были поднятие днища. Как мы говорили в начале, в кабине автомобиля водитель сидит с прямой спиной, а в нашей модернизированной кабине он будет сидеть в полулежачем положении. Это нам дало сходство сидячего положения водителя как и в легковом автомобиле. В старой кабине в лежачем положении водитель не мог полностью выровнить ноги, для этого было смещено часть кабины где оборудованны педали газа, сцепления и тормоза. Сидения диванного типа были заменены на ковшы, спортивные сидения для получения максимально удобной езды при резких маневрах. Между двух сидушек проходит туннель под ним которой проходят коробка передач и карданный вал. Этот туннель влез в салон автомобиля за счет занижения всего автомобиля. Рулевая колонка так же снизилась и теперь перпендикулярна к водителю. В результате выполнения 1 и 2 общая высота автомобиля уменьшилась до 1350 мм. Что соизмеримо с леговыми автомобилями среднего класса.

С уменьшением высоты автомобиля уменьшилась площадь поперечного сечения автомобиля (площадь Миделя). Это привело к уменьшению аэродинамического сопротивления автомобиля. Аэродинамическая сопротивление автомобиля зависит от площади поперечного сечения и коэффициента Сх — продольная составляющая коэффициента аэродинамической силы. На величину Сх влияют следующие факторы. Габариты автомобиля, наличие выступающих элементов, перепады высот между отдельными элементами автомобиля (кабина, кузов). Улучшают обтекаемость автомобиля путем создания так называемой обтякаемой формы (каплевидной, трелообразной), установкой взевозможных щитков, спойлеров, канардов, вихревых гинераторов.

Канарды совместно с вихревыми генераторами создают турбулентности (вихри) образующие в нижней части, по бокам машины, особый «барьер». Если все элементы расположены правильно, то канарды при помощи этого барьера удерживают воздух под высоким давлением от попадания его под днище и / или другие области с низким давлением. (Примечание. Как многие из Вас знают, области с низким давлением, особенно расположенные под днищем, создают эффект «прилипания / присасывания» автомобиля к трассе. Эффект именуется «Граунд Эффектом» (Ground Effect).

Есть и обратная сторона такого барьера — увеличение сопротивления. Но при всем при этом, канарды в наши дни используются практически на всех гоночных машинах, так как создаваемая ими, хоть и сравнительно небольшая, прижимная сила повышает контакт передних колес с трассой, что в свою очередь приводит к устранению недостаточной поворачиваемости или нормализации баланса. поворачиваемости на обеих осях.

Вихревой генератор — несимметричный плоский закрылок треугольной формы служащий для увеличения сопротивления потоку воздуха в определенной зоне. Форма закрылка (генератора) определяется по нескольким факторам: какой необходим диаметр потока (вихря), длина потока, создание симметричного (параллельно машине) или ассиметричного потока (Например от переднего бампера вихряьдвижется до заднего и попадает, «врезается» в него. (Это может быть использовано для дополнительного направления этого вихря на задний генератор для его усиления. Также нужно это в том случае, если требуется максимальная прижимная сила, генерируемая от всех компонентов машины, в ущерб максимальной скорости). Также вихревые генераторы Вы можете увидеть на крышах тех машин, у которых линия заднего стекла резко ниспадает до багажника — седаны, хэтчбеки, некоторые купе (Toyota MR2 первого поколения). В этом случае они похожи на небольшие «зубья». Рассмотрим несколько видов функциональности.

Вихревые генераторы (зубья) установлены над задним стеклом автомобиля с кузовом седан в сочетании с задним антикрылом. В этом случае генараторы разбивают поток и теперь он движется к антикрылу с большими завихрениями. Это снижает эффективность антикрыла, что в свою очередь увеличивает максимальную скорость. Нужна данная настройка если выбраны все отрицательные позиции для угла атаки антикрыла, т. е. по регламенту крыло не может быть установлено еще агрессивнее. В данном контексте генераторы снижают прижимную силу только на высоких скоростях, оставляя высокое ее значение на средних. В гражданских целях данная функция скорее служит для увеличения максимальной скорости — наиболее яркий пример такой машины — Mitsubishi Lancer Evolution 9 MR FQ400. Здесь зубья нужны для уменьшения давления на заднее антикрыло на высоких скоростях во избежание его повреждений / перелома. «Пусть уберут крыло» — скажет кто-то из Вас. Но тогда многократно возрастет подъемная сила на задней оси, что определенно не будет способствовать управляемости и стабильности поведения. «Пусть разработают новое заднее антикрыло»: да, это возможно. Но аэродинамика чрезвычайно сложная наука, что можно увидеть в Формуле 1, и на ее исследования тратятся огромные суммы. Создание нового антикрыла потребует пересмотра всех частей Lancer Evolution и может нарушить выверенный баланс аэродинамических сил.

Второй случай. Вихревые генераторы (зубья) установлены над задним стеклом автомобиля с кузовом седан, заднее антикрыло отсутствует. Создавая вихри, зубья направляют организованные турбулентные потоки ближе к края крышки багажника. Вихри, достигая крышки, усиливаются от вихрей создаваемых непосредственно самой крышкой позади машины. Данная область «вытягиевает» часть воздуха из-под днища автомобиля, увеличивая прижимную силу. Данный метод может использоваться совместно с первым.

Вихри могут создаваться и на боковых концах антикрыльев, когда встречается высокое давление над крылом, низкое за крылом, низкое под крылом и возле краев. Эти вихри можно часто увидеть при влажной погоде в гонках Формулы 1. Однако эти вихри негативно влияют на максимальную скорость, так как их высокая энергия (ведь их формируют 3 и более зон давления) вызывает огромное сопротивление. Постепенно, поднимаясь от концов крыла вверх на несколько метров и наружу, вихри рассеиваются встречным потоком воздуха. Чем выше разность давлений, чем больше вихри.

Балка переднего моста была смещена вперед. Кабина сместилось назад. Задние колеса стоят за кабиной, не давая потоку воздуха сталкиваться о колеса, что бы не создовалось завихрение. Внутри кабины место крепления педали тормозов, сцепления и газа сместились вперед, для того что бы при заниженной кабине человек поместился во внутрь. как и в спортивных заниженныых автомобилях, туннель под которой размещена коробка и проходит карданный вал приподнялись. Если у нас прежняя форма сидении было цельной, то нынешняя совсем другая. Стоят отдельно два ковша, т. е. спортивные сиденья. Рулевая опутилась вниз, она перпендикулярна к раме.

Пневмобаллоны поставили между рамой и моста (балкой). Пневмоподвеска дает нам возможность в нужной нам ситуации увеличить или уменьшить клиренс автомобиля. Рулевое управление с гидроусилителем, управляетя модернизированный автомобиль без особых усилений.

В системе пневмопривода установлены 2 дополнительных рессивера для питания пневмоподвески. Пневмоболлоны вполне могут заменить пружины, так как по эксплуатационным характеристикам не уступают свойствам пружины. На дороге машина ведет себя вполне устойчиво. Рассмотрим некоторые нужные аспекты по поводу пневмоподвески:

Адаптивность. Пневмоподвеска дает широкий диапазон настройки жесткости, клиренса и допустимой нагрузки на ось. Замена стандартных пружин на заниженные и / или более жесткие не всегда позволяет с первого раза получить требуемые клиренс и жесткость с учетом нагрузки, и в результате фактическое занижение автомобиля может сильно отличаться от величин, указанных производителем подвески. Пневмобалоны, в отличие от пружин, дают куда более широкий диапазон оптимальных настроек и не так критичны к подбору их характеристик.

Управляемость. Большинство пневмобаллонов имеют прогрессивную характеристику — чем больше они сжимаются, тем их жесткость становится выше. Таким образом прогрессивность характеристики пневмоэлементов и возможность быстрой настройки давления в них прямо из салона автомобиля дает широчайший диапазон рабочих характеристик пневмоподвески. При повышенных требованиях к управляемости пневматические упругие элементы могут устанавливаться совместно со спортивными амортизаторами, а так же с более жесткими стабилизаторами поперечной устойчивости.

Настраиваимость. Каждый водитель имеет собственное виденье того, как его автомобиль должен ехать и управляться. С пневматической подвеской эти пожелания зачастую могут быть легко реализованы без замены компонентов подвески. Изменяя давление в системе, вы можете добиться того, что один и тот же автомобиль будет мягким и комфортным, жестким и собранным или где-то посередине.

Индивидуальность. Пожалуй самое эффектное свойство пневмоподвески это возможность быстрого изменения клиренса в очень широких пределах. Вы можете прямо из салона максимально занизить свой автомобиль как настоящий американский лоурайдер, вернуть в комфортное среднее положение или максимально поднять. Многие считают, что только для американских лоурайдеров и существует пневмоподвеска, но на самом деле лоурайдеры представляют лишь маленькую долю рынка пневмоподвесок. Куда более типичное применение — это установка пневмоподвески для получения возможности быстрого изменения клиренса автомобиля, без какого-либо ущерба управляемости, надежности и универсальности. Независимо от того, как низко изначально «стоит» автомобиль, пневмоподвеска позволяет легко и быстро увеличить клиренс для переезда лежачего полицейского, парковки на бордюре, заезда на дачу, проезда сугроба зимой или бездорожья летом. А затем вы так же быстро можете вернуться в среднее комфортное положение или эффектно опустить машину максимально низко.

Практичность. Пневмоподвеска позволяет более полно использовать грузоподъемность автомобиля и даже допускает легкий перегруз без ущерба комфорту и безопасности водителя и окружающих. Это свойство особенно актуально для пикапов, легких коммерческих грузовиков и фургонов. Пневмоподвеска так же помогает решить проблему излишней жесткости подвески на джипах и кемперах, облегчить буксировку тяжелых прицепов и автодач.

Как видно, все эти преимущества позволяют широко использовать пневмоподвеску на различных автомобилях для решения самых разнообразных задач — улучшить комфорт и безопасность, скорректировать управляемость, расширить возможности передвижения зимой и по плохим дорогам, улучшить внешний вид. Кроме того, наличие пневмосистемы на борту автомобиля дает возможность использовать сжатый воздух для различных целей — от подкачки шин и установки пневматического клаксона до пневматического привода крышки багажника или ламбо-дверей.

Виды пневмобаллонов

Различают три основных вида пневматических упругих элементов.

Double-convoluted пневмобаллон в общем случае обладает большей грузоподъемностью, коротким ходом и наиболее прогрессивной характеристикой и поэтому оптимален для установки на передней (более загруженной) оси автомобилей.

Tapered-sleeve и rolling-sleeve пневмобаллоны меньше в диаметре, имеют больший ход и более линейную характеристику и оптимальны для установки на задней оси т.к. имеют больший ход и меньшую грузоподъемность. Однако в каждом конкретном случае тип и размер мпневмобаллонов выбирается индивидуально.

Рис. 9. Виды пневмобаллонов

Компрессоры

Разумеется пневмобаллоны можно было бы «надувать» от внешнего источника на заправке или шиномонтаже, а то и вовсе шинным насосом, но очевидно, что реализовать все их возможности без бортовой пневмосистемы невозможно. Добавляя нагрузку на ось — будь это бензин, пассажиры или багаж, мы сжимаем воздух в пневмобаллонах и автомобиль «приседает». Чтобы иметь возможность компенсировать это «приседание» или быстро изменить клиренс по своему желанию необходимо закачивать или стравливать воздух из пневмобаллонов. Для этих целей и устанавливается бортовая пневмосистема.

Бортовая пневмосистема состоит по крайней мере из одного компрессора, резервуара для хранения сжатого воздуха (ресивера) и своего рода системы управления и распределения воздуха. Производительность компрессора, давление в системе, обьм ресиверов, размер клапанов, диаметры воздушных магистралей и прочие параметры конкретной системы подбираются индивидуально в зависимости от веса автомобиля, требований к быстродействию и возможностям подвески.