Аэродинамическая система транспортного средства

(51) МПК НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ АЭРОДИНАМИЧЕСКАЯ СИСТЕМА ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА(71) Заявитель Государственное научное учреждение Объединенный институт машиностроения Национальной академии наук Беларуси(72) Авторы Высоцкий Михаил Степанович Харитончик Сергей Васильевич Петько Валерий Иванович Ивченко Вадим Иванович Скок Александр Николаевич Лыгач Игорь Николаевич Гайсенок Иван Валентинович Седнев Даниил Дмитриевич Алешкевич Екатерина Леонтьевна(73) Патентообладатель Государственное научное учреждение Объединенный институт машиностроения Национальной академии наук Беларуси(57) 1. Аэродинамическая система транспортного средства, содержащая верхний и два боковых спойлера, образующие собой стороны усеченной опрокинутой пирамиды и установленные под углом к ее основанию, содержащие выполненную из эластичного материала окантовку, в сечении имеющую клиновидную форму, отличающаяся тем, что содержит механизмы развертывания и складывания жесткого верхнего и боковых спойлеров, при этом жесткий верхний спойлер закреплен своей внутренней кромкой по всей длине с возможностью поворота на задней кромке крыши транспортного средства, а боковые спойлеры закреплены своими внутренними кромками по всей длине с возможностью поворота на задней кромке бортов транспортного средства, а механизм развертывания и 17446 1 2013.08.30 складывания жесткого верхнего спойлера содержит не менее трех кронштейнов, установленных с помощью разъемных соединений в верхней части каждой створки задней двери транспортного средства, при этом на каждом из кронштейнов закреплен скользящий элемент с возможностью перемещения по соответствующим профилированным направляющим, установленным на внутренней поверхности верхнего спойлера и содержащим упоры с одной стороны механизмы развертывания и складывания боковых спойлеров содержат элементы переменной длины. 2. Система по п. 1, отличающаяся тем, что боковые спойлеры выполнены эластичными, при этом механизм развертывания и складывания каждого из них содержит трубку,к которой жестко прикреплена по контуру наружная кромка эластичного бокового спойлера, и не менее трех элементов переменной длины, выполненных в виде газлифтов,напорные трубы которых установлены с возможностью поворота на поверхности створки задней двери через равные промежутки, а поршневые штоки газлифтов жестко прикреплены к упомянутой выше трубке, и каждый газлифт содержит гофрированный чулок. 3. Система по п. 1, отличающаяся тем, что боковые спойлеры выполнены жесткими,а механизм развертывания и складывания каждого из них содержит профилированные направляющие и не менее трех элементов переменной длины, выполненных в виде регулируемых по длине Г-образных рычагов, установленных с возможностью поворота на поверхности створки задней двери через равные промежутки, при этом на Г-бразном конце каждого регулируемого по длине рычага закреплен штырь, помещенный с возможностью перемещения в фиксирующую канавку профилированной направляющей, закрепленной на внутренней поверхности жесткого бокового спойлера. Изобретение относится к автомобильной технике и может быть использовано для улучшения аэродинамических свойств транспортных средств, а именно кузова грузовика,прицепа или полуприцепа, имеющих задние двери с двумя створками, в том числе и для многозвенного автопоезда. При передвижении транспортного средства существенное количество воздушной турбулентности приходится на заднюю стенку его кузова, что ведет к увеличению динамического сопротивления движению и приводит к более высокому расходу топлива. Это явление увеличивается с ростом скорости транспортного средства и достигает максимума на таких дорогах, как автомагистрали. В автомобильной технике известны задние спойлеры-устройства, которые превращают ламинарный поток воздуха в турбулентный поток и улучшают аэродинамические свойства кузова автомобиля за счет жесткой установки их по периметру задних дверей кузова 1. За счет этого удается улучшить аэродинамические свойства транспортного средства и экономить топливо. Недостатком данной системы с жесткой установкой задних спойлеров является отсутствие возможности произвести их складывание, которое необходимо при открывании створок задней двери. Процедуры загрузки и разгрузки кузова, исходя из практики, требуют полного раскрытия дверного проема, т.е. поворота дверных петель на 270. У упомянутой выше системы поворот дверных петель возможен только на 180. При попытке раскрыть двери с поворотом дверных петель на 180 и более будет происходить поломка конструкции заднего спойлера. Наиболее близким к предлагаемой системе является система оптимизации аэродинамики транспортного средства, которая выполнена в форме опрокинутой усеченной пирамиды и состоит из двух боковых, двух верхних и двух нижних эластичных, надувных,складывающихся и простирающихся в длину под углом 15 по отношению к основанию пирамиды приблизительно на 350 мм спойлеров, прикрепленных своими твердыми внут 2 17446 1 2013.08.30 ренними основаниями к кромке задней двери кузова по ее периметру, и компрессора, установленного на донной стороне задней части кузова и связанного посредством воздуховодов с надувными складывающимися спойлерами, на внешней кромке которых находится окантовка, выполненная из эластичного материала и в сечении имеющая клиновидную форму (фиг. 1) 2. Недостатками известной системы являются невысокая оптимизация аэродинамических характеристик кузова из-за установки их на заднюю дверь, которая зачастую значительно утоплена по своему внешнему контуру относительно внешнего контура задней стенки кузова, а также большие затраты времени на развертывание и складывание надувных спойлеров, которые зависят от производительности работы компрессора и находятся в пределах от десятков минут до часа и более. Последний фактор значительно усложняет погрузочно-разгрузочные работы. Задача изобретения заключается в повышении эксплуатационных характеристик транспортного средства уменьшении его аэродинамического сопротивления и улучшении топливно-экономических показателей, а также в упрощении погрузочно-разгрузочных работ. Поставленная задача достигается тем, что аэродинамическая система транспортного средства, содержащая верхний и два боковых спойлера, образующие собой стороны усеченной опрокинутой пирамиды и установленные под углом к ее основанию, содержащие выполненную из эластичного материала окантовку, в сечении имеющую клиновидную форму, согласно техническому решению, содержит механизмы развертывания и складывания жесткого верхнего и боковых спойлеров, при этом жесткий верхний спойлер закреплен своей внутренней кромкой по всей длине с возможностью поворота на задней кромке крыши транспортного средства, а боковые спойлеры закреплены своими внутренними кромками по всей длине с возможностью поворота на задней кромке бортов транспортного средства, а механизм развертывания и складывания жесткого верхнего спойлера содержит не менее трех кронштейнов, устанавливаемых с помощью разъемных соединений в верхней части каждой створки задней двери транспортного средства, при этом на каждом из кронштейнов закреплен скользящий элемент с возможностью перемещения по соответствующим профилированным направляющим, установленным на внутренней поверхности верхнего спойлера и содержащим упоры с одной стороны механизмы развертывания и складывания боковых спойлеров содержат элементы переменной длины. Боковые спойлеры выполнены эластичными, при этом механизм развертывания и складывания каждого из них содержит трубку, к которой жестко прикреплена по контуру наружная кромка эластичного бокового спойлера, и не менее трех элементов переменной длины, выполненных в виде газлифта, напорная труба которого установлена с возможностью поворота на поверхности створки задней двери через равные промежутки, а поршневой шток газлифта жестко прикреплен к упомянутой выше трубке, и газлифт содержит гофрированный чулок. Боковые спойлеры выполнены жесткими, а механизм развертывания и складывания каждого из них содержит направляющие и не менее трех элементов переменной длины,выполненных в виде регулируемых по длине Г-образных рычагов, установленных с возможностью поворота на поверхности створки задней двери, и при этом на Г-образном конце каждого регулируемого по длине рычага закреплен штырь, помещенный с возможностью перемещения в фиксирующую канавку профилированной направляющей, закрепленной на внутренней поверхности бокового жесткого спойлера. Технический результат изобретения заключается в том, что совокупность существенных признаков позволяет совмещать по времени операции складывания и развертывания задних спойлеров с операциями закрывания и открывания створок задней двери кузова соответственно, исключив проблему погрузки-разгрузки транспортного средства. Кроме этого, происходит такое развертывание спойлеров, когда внешние поверхности верхнего,левого и правого боковых спойлеров совпадают с внешними поверхностями крыши, лево 3 17446 1 2013.08.30 го и правого бортов кузова соответственно и превращают ламинарный поток воздуха в турбулентный поток далеко за пределами транспортного средства (фиг. 1), максимально возможно улучшая его аэродинамические характеристики в отличие от известной системы 2 (фиг. 2). Сущность изобретения иллюстрируется фигурами. На фиг. 1 изображена схема распределения потоков воздуха при движении транспортного средства с системой, описанной в 2 (прототип). На фиг. 2 изображена схема распределения потоков воздуха при движении транспортного средства с заявляемой системой. На фиг. 3 изображена аэродинамическая система транспортного средства, вид сзади. На фиг. 4 - то же, вид снизу. На фиг. 5 изображен механизм развертывания и складывания верхнего жесткого спойлера при закрытых створках задней двери, вид сверху. На фиг. 6 изображен увеличенный разрез - на фиг. 5. На фиг. 7 - то же, -. На фиг. 8 - то же, -. На фиг. 9 изображен механизм развертывания и складывания верхнего жесткого спойлера при раскрытии створок задней двери кузова и повороте их на дверных петлях на 45,вид сверху. На фиг. 10 изображен увеличенный разрез - на фиг. 9. На фиг. 11 - то же, разрез -. На фиг. 12 изображен механизм развертывания и складывания боковых эластичных спойлеров системы при закрытых створках задней двери кузова, вид сверху. На фиг. 13 - то же при раскрытии створок задней двери кузова и повороте их на дверных петлях на 180, вид сверху. На фиг. 14 - то же при раскрытии створок задней двери кузова и повороте их на дверных петлях на 255, вид сверху. На фиг. 15 изображен механизм развертывания и складывания боковых жестких спойлеров при закрытых створках задней двери, вид сверху. На фиг. 16 изображен видфиг. 15. На фиг. 17 - то же, что и на фиг. 15, при раскрытии створок двери и повороте их на дверных петлях на 180, вид сверху. На фиг. 18 - то же при раскрытии створки двери и повороте их на дверных петлях на 255, вид сверху. Аэродинамическая система транспортных средств, имеющих на задней стенке кузова двери с двумя 1 и 2 створками, содержит (фиг. 3) верхний 3 жесткий и 4 и 5 боковые спойлеры, образующие собой стороны усеченной опрокинутой пирамиды и установленные под углом к ее основанию. Спойлеры 3, 4 и 5 содержат по внешним краям окантовку 6(фиг. 3 и фиг. 4), имеющую в сечении клиновидную форму (фиг. 5) и выполненную из эластичного материала, например из резины. Система содержит механизмы 7 (фиг. 3 и 5) и 8 (фиг. 4 и 13) развертывания и складывания верхнего жесткого 3 и боковых 4 и 5 спойлеров соответственно. Механизмы 8 содержат элементы 9 переменной длины. Верхний 3 жесткий спойлер закреплен своей внутренней кромкой 10 по всей длине с возможностью поворота, например с использованием петлевых соединений 14, на задней кромке крыши 12,а боковые 4 и 5 спойлеры закреплены своими внутренними кромками 13 по всей длине с возможностью поворота, например с использованием петлевых соединений 14, на задней кромке бортов 15 и 16 транспортного средства соответственно. Механизм развертывания и складывания верхнего 3 жесткого спойлера, изготовленного, например, из традиционных для спойлеров материалов, таких как стеклопластик, -пластик, силикон или углепластик ////, содержит не менее трех кронштейнов 17, установленных жестко, например с использованием разъемных соединений, на верхней части створок 1 4 17446 1 2013.08.30 и 2 задней двери соответственно. На фиг. 5 установлено три кронштейна 17. На торцах каждого из кронштейнов 17 закреплены скользящие элементы 18, например шарики или ролики, и помещены в направляющие 19, например в профилированные направляющие,закрепленные на внутренней поверхности верхнего 3 спойлера и содержащие с одной стороны упоры 20. Скользящие элементы 18 помещены в направляющие 19 с возможностью свободного перемещения по ним и гарантийного их взаимодействия с целью обеспечения открытия и закрытия створок 1 и 2 задней двери при развороте их на дверных петлях на углы до 270. При этом направляющие 19, взаимодействующие с соответствующими кронштейнами 18, расположенными у продольной оси симметрии задней двери, имеют большую длину, чем направляющие 19, расположенные у оси разворота створок задней двери. Боковые 21 и 22 спойлеры могут быть эластичными, например изготовленными из брезента, и механизм 8 развертывания и складывания каждого из них выполнен из трубки 23(фиг. 13), к которой жестко прикреплена по контуру наружная кромка эластичного спойлера 21 и трех элементов 9 переменной длины, выполненных в виде газлифтов -24 , напорные трубы 25 которых крепятся с возможностью поворота, например, с использованием петлевых соединений 26 через равные промежутки на верхней части створки 1 или 2 задней двери соответственно. Поршневые штоки 27 газлифтов 24 жестко закреплены на трубке 23. Каждый из упомянутых газлифтов 24 снабжен гофрированным чулком 28, один конец которого жестко закреплен, например, с помощью хомута на напорной трубе 23 газлифта 24, а второй - на петлевом соединительном элементе штока 27 газлифта 24 (фиг. 13). Боковые 29 и 30 спойлеры могут быть жесткими, изготовленными из традиционных для спойлеров материалов, например таких как стеклопластик, -пластик, силикон или углепластик ////. Внутренняя кромка спойлеров 29 и 30 по всей своей длине крепится с возможностью поворота, например с использованием петлевых соединений 14, на кромке 15 и 16 бортов соответственно. Механизм 8 развертывания и складывания каждого из них выполнен из профилированных направляющих 31 (фиг. 13) и трех регулируемых по длине Г-образных рычагов 32, в качестве которых может быть,например, рычаг, состоящий из гайки и двух стержней, соединяемые через нее концы которых имеют левую и правую резьбы. Г-образные рычаги 32 крепятся с возможностью поворота, например с использованием петлевых соединений 33, через равные промежутки на поверхности створки задней двери. На конце каждого Г-образного регулируемого 32 рычага закреплен штырь 34 (фиг. 17), помещенный в фиксирующую канавку 35 соответствующей профилированной направляющей 36 с возможностью перемещения в ней, при этом профилированная направляющая 36 закреплена с использованием неразъемных соединений на внутренней поверхности бокового 29 жесткого спойлера. Работу системы рассмотрим в четырех позициях первая - створки 1 и 2 задней двери кузова грузового автомобиля закрыты и автомобиль находится в движении по трассе вторая - створки 1 и 2 задней двери кузова грузового автомобиля раскрываются частично и поворачиваются на дверных петлях на 0-180, автомобиль стоит и идет подготовка к погрузочно-разгрузочным работам третья - створки 1 и 2 задней двери кузова грузового автомобиля раскрываются полностью при повороте их на дверных петлях от 180 до 255 и автомобиль полностью готов к погрузочно-разгрузочным работам четвертая - створки 1 и 2 задней двери кузова грузового автомобиля закрываются, погрузочно-разгрузочные работы закончены, створки задней двери закрыты, спойлеры развернуты и автомобиль готов снова к движению по трассам. Рассмотрим первую позицию системы, когда створки 1 и 2 задней двери кузова грузового автомобиля закрыты (фиг. 3-8, 12, 15 и 16). 5 17446 1 2013.08.30 Рабочее положение верхнего жесткого спойлера 3 (фиг. 4 и 5) определяется креплением внутреннего канта 10 по всей своей длине через петлевые соединения 14 на задней кромке крыши 12 с одной стороны и механизмом 7 развертывания и складывания за счет фиксированного положения всех скользящих элементов 18 кронштейнов 17 в упорах 20 профилированных направляющих 19 каждой из створок 1 и 2 задней двери с другой стороны. Эта позиция для трех профилированных направляющих 20 зафиксирована на фиг. 6,7 и 8 по разрезам -, - и - соответственно. В случае выполнения боковых 21 и 22 спойлеров эластичными их рабочее положение определяется натяжением брезентовых полотен спойлеров за счет жесткого закрепления по всей своей длине их внутренних кантов 13 на боковых 15 и 16 бортах кузова соответственно с одной стороны и механизмом 8 развертывания и складывания (фиг. 12), в котором происходит автоматическая фиксация первого устойчивого положения штоков 27 газлифтов 24. В случае выполнения боковых 29 и 30 спойлеров жесткими предварительно при установке спойлеров на транспортное средство в механизмах 8 развертывания и складывания(фиг. 15 и 16) с помощью регулирования длины рычагов 32 производят фиксацию штырей 34 в фиксирующих канавках 35 профилирующих направляющих 36. Фиксация жестких 29 и 30 спойлеров в рабочем положении происходит за счет крепления их внутренней кромки через петлевые соединения 14 по всей своей длине на заднем канте бортов 15 и 16 кузова с одной стороны и устойчивого положения штырей 34 в фиксирующих канавках 35 профилированных направляющих 36 жестких 29 и 30 спойлеров с другой стороны. В этой позиции система готова к работе, т.е. все спойлеры установлены, закреплены и готовы к аэродинамическим нагрузкам от встречного воздушного потока. Рассмотрим вторую позицию системы, когда створки 1 и 2 задних дверей кузова грузового автомобиля раскрываются при повороте их на дверных петлях от 0 до 180 (фиг. 9-11, 13 и 17). В механизме 7 развертывания и складывания верхнего жесткого спойлера 3 в процессе раскрывания дверных створок 1 и 2 (фиг. 9 - 11) все скользящие элементы 17, например ролики, прокатываются по своим профилированным направляющим 19, создают по эстафетному принципу вертикальное давление на них и обеспечивают подъем наружной кромки твердого 3 спойлера за счет постепенного поворота его плоскости на петлевой оси соединительного элемента 14. При этом скользящие элементы 17 один за другим, начиная с тех, которые ближе к продольной оси симметрии задней двери, выходят из своих направляющих и устанавливают верхний спойлер таким образом, что его внешняя поверхность становится продолжением поверхности крыши кузова и не препятствует процедуре открытия дверных створок. В механизмах 8 развертывания и складывания боковых спойлеров никаких изменений при этом не будет происходить, т.к. они установлены на створках задних дверей и на них не оказывается никакого давления, транспортное средство не двигается и готовится к погрузочно-разгрузочным работам. Рассмотрим третью позицию системы, когда створки задних дверей кузова грузового автомобиля раскрываются при повороте их на дверных петлях от 180 до 255(фиг. 11, 14 и 18). В механизме 7 развертывания и складывания верхнего жесткого спойлера 3 все скользящие элементы 17 покинут свои профилированные направляющие 19, петлевое соединение 14 позволит развернуть спойлер 3 в положении, когда его рабочая поверхность будет параллельной поверхности крыши кузова (фиг. 11). В случае когда боковые спойлеры выполнены эластичными, в механизме 8 на все штоки 27 газлифтов 24 через трубки 23 передается давление бортов 15 и 16 кузова соответственно, газлифты 24 при этом за счет движения штоков 27 уменьшают свою длину,поворачиваются на петлевых соединениях 26 и складывают эластичные спойлеры 21 и 22 в пространстве между соответствующими створками 1 и 2 двери и бортами 15 и 16 кузова 17446 1 2013.08.30 В случае когда боковые спойлеры 29 и 30 выполнены жесткими, в механизме 8 на них передается давление бортов 15 и 16 кузова. Поперечные цилиндрические штыри 34 регулируемых по длине рычагов 32 выходят из фиксирующих канавок 35, передвигаются по своим профилированным направляющим 36 до упора, разворачивают рычаги 32 на петлевых соединениях 33 и складывают жесткие спойлеры 29 и 30 в пространстве между соответствующими створками 1 и 2 двери и бортами 15 и 16 кузова. В этой позиции транспортное средство имеет раскрытые на 255 створки задних дверей и готово к погрузочно-разгрузочным операциям. Рассмотрим четвертую позицию системы, когда створки задних дверей кузова грузового автомобиля закрываются при повороте дверных петель от 255 до 0. Рабочее положение верхнего жесткого спойлера 3 (фиг. 4 и 5) определяется креплением внутреннего канта 10 по всей своей длине через петлевые соединения 14 на задней кромке крыши 12 с одной стороны и механизмом 7 установки и складывания спойлеров(фиг. 3 и 4), в котором все скользящие элементы 17, например ролики, один за другим,начиная от самых дальних от продольной оси симметрии задней двери, войдут в свои профилированные направляющие 19, продвинутся в них до упоров 20 и поставят верхний жесткий спойлер 3 в исходную позицию. В случае выполнения боковых 21 и 22 спойлеров эластичными их рабочее положение определится натяжением брезентовых полотен спойлеров за счет жесткого закрепления по всей своей длине их внутренних кромок 13 на боковых 15 и 16 бортах кузова соответственно с одной стороны и механизмом 8 развертывания и складывания (фиг. 12), в котором все газлифты 24 повернутся на петлевых соединениях 26 и займут устойчивое положение. При дальнейшем повороте дверных петель от 180 до 0, газлифты 24, оставаясь в этом устойчивом положении, через штоки 27 и соединительные трубки 23 произведут натяжение и установку в рабочее положение эластичных спойлеров 21 и 22. Фиксация жестких 29 и 30 спойлеров в рабочем положении происходит за счет крепления их внутренней кромки через петлевые соединения 14 по всей своей длине на задней кромке бортов 15 и 16 кузова с одной стороны и работы механизма 8 с другой стороны при повороте дверных петель от 255 до 180. В последнем все штыри 34 регулируемых по длине рычагов 32 обоих 29 и 30 боковых жестких спойлеров продвинутся по своим профилированным направляющим 36 от упора до фиксирующих канавок 35, развернут рычаги 32 и при дальнейшем повороте дверных петель от 180 до 0, оставаясь в этом устойчивом положении, произведут установку в рабочее положение жестких боковых спойлеров 29 и 30. Введенные в систему механизмы позволят совмещать по времени операции развертывания и складывания задних спойлеров с операциями закрывания и открывания створок задних дверей кузова соответственно, при этом они производят такое их развертывание,когда внешние контуры поверхностей верхнего, левого и правого боковых спойлеров совпадают с внешними поверхностями плоскостей крыши, левого и правого бортов кузова соответственно. Таким образом, предложенная система оптимизации аэродинамики транспортного средства улучшает их аэродинамические свойства и топливно-экономические показатели на крейсерских скоростях движения и сокращает до минимума время установки и складывания задних спойлеров системы при загрузке и разгрузке транспортного средства. Источники информации 1. Патент 2112686, МПК 62 37/02, 1998. 2. Патент 1870321 1, МПК 6235/00, 2007. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 12