Buku Panduan Aerodinamik

Faktor yang paling penting mempengaruhi ketahanan udara kenderaan

Rintangan udara yang rendah membantu mengurangkan penggunaan bahan bakar. Namun, dalam hal ini, ada ruang besar untuk pembangunan. Sekiranya, tentu saja, pakar aerodinamik bersetuju dengan pendapat para pereka.

"Aerodinamik untuk Mereka yang Tidak Boleh Membuat Motosikal." Kata-kata ini diucapkan oleh Enzo Ferrari pada tahun enam puluhan dan jelas menunjukkan sikap banyak pereka pada masa itu terhadap sisi teknologi kereta ini. Namun, hanya sepuluh tahun kemudian krisis minyak pertama terjadi, yang secara radikal mengubah keseluruhan sistem nilai mereka. Masa ketika semua daya tahan semasa pergerakan kereta, dan terutama yang timbul ketika melewati lapisan udara, diatasi dengan penyelesaian teknikal yang luas, seperti meningkatkan perpindahan dan kuasa enjin, tanpa mengira jumlah bahan bakar yang digunakan, mereka akan hilang, dan jurutera mula melihat kaedah yang lebih berkesan untuk mencapai matlamat anda.

Pada masa ini, faktor teknologi aerodinamik ditutup dengan lapisan tebal debu terlupa, tetapi bagi pereka ini bukan berita. Sejarah teknologi menunjukkan bahawa walaupun pada tahun 77-an, pemikiran maju dan inventif, seperti Edmund Rumpler Jerman dan Hungaria Paul Zharai (yang mencipta Tatra TXNUMX yang ikonik), membentuk permukaan yang ramping dan meletakkan dasar untuk pendekatan aerodinamik terhadap reka bentuk badan kereta. Mereka diikuti oleh gelombang kedua pakar aerodinamik seperti Baron Reinhard von Könich-Faxenfeld dan Wunibald Kam, yang mengembangkan idea mereka di XNUMX.

Adalah jelas kepada semua orang bahawa dengan peningkatan kelajuan terdapat had, di atasnya rintangan udara menjadi faktor kritikal untuk memandu kereta. Mencipta bentuk yang dioptimumkan secara aerodinamik boleh menolak had ini dengan ketara dan dinyatakan oleh faktor aliran Cx yang dipanggil, kerana nilai 1,05 mempunyai kiub terbalik berserenjang dengan aliran udara (jika ia diputar 45 darjah sepanjang paksinya, supaya hulu sungai tepi berkurangan kepada 0,80). Walau bagaimanapun, pekali ini hanya satu bahagian daripada persamaan rintangan udara - anda mesti menambah saiz kawasan hadapan kereta (A) sebagai elemen penting. Tugas pertama ahli aerodinamik ialah mencipta permukaan yang bersih dan cekap dari segi aerodinamik (faktor yang, seperti yang akan kita lihat, banyak dalam kereta), yang akhirnya membawa kepada pekali aliran yang lebih rendah. Mengukur yang terakhir memerlukan terowong angin, yang merupakan struktur yang mahal dan sangat kompleks - contohnya adalah terowong yang ditugaskan pada tahun 2009. BMW, yang menelan belanja syarikat 170 juta euro. Komponen yang paling penting di dalamnya bukanlah kipas gergasi, yang menggunakan terlalu banyak elektrik sehingga memerlukan pencawang pengubah yang berasingan, tetapi pendirian roller yang tepat yang mengukur semua daya dan momen yang dikenakan jet udara pada kereta. Tugasnya adalah untuk menilai keseluruhan interaksi kereta dengan aliran udara dan membantu pakar untuk mengkaji setiap butiran dan mengubahnya supaya ia bukan sahaja berkesan dalam aliran udara, tetapi juga mengikut kehendak pereka. . Pada asasnya, komponen seretan utama yang dihadapi oleh kereta datang dari semasa udara di hadapannya mampat dan beralih, dan - yang paling penting - daripada pergolakan yang kuat di belakangnya di bahagian belakang. Terdapat zon tekanan rendah yang cenderung untuk menarik kereta, yang seterusnya bercampur dengan kesan pusaran yang kuat, yang juga ahli aerodinamik memanggil "pengujaan mati". Atas sebab logik, selepas model gerabak stesen, tahap vakum lebih tinggi, akibatnya pekali penggunaan merosot.

Faktor seretan aerodinamik

Yang terakhir bergantung bukan sahaja pada faktor seperti bentuk keseluruhan kereta, tetapi juga pada bahagian dan permukaan tertentu. Dalam amalan, bentuk keseluruhan dan perkadaran kereta moden menyumbang 40 peratus daripada jumlah rintangan udara, satu perempat daripadanya ditentukan oleh struktur permukaan objek dan ciri seperti cermin, lampu, plat lesen dan antena. 10% rintangan udara adalah disebabkan oleh aliran melalui bolong ke brek, enjin dan transmisi. 20% adalah hasil vorteks dalam pelbagai reka bentuk lantai dan suspensi, iaitu, semua yang berlaku di bawah kereta. Dan apa yang paling menarik - 30% rintangan udara adalah disebabkan oleh pusaran yang dicipta di sekeliling roda dan sayap. Demonstrasi praktikal fenomena ini jelas menunjukkan ini - kadar aliran dari 0,28 setiap kenderaan turun kepada 0,18 apabila roda ditanggalkan dan bolong fender ditutup. Bukan kebetulan bahawa semua kereta yang menghairankan jarak tempuh rendah - seperti Insight pertama Honda dan kereta elektrik GM EV1 - mempunyai fender belakang yang tersembunyi. Bentuk aerodinamik keseluruhan dan bahagian hadapan tertutup, disebabkan oleh fakta bahawa motor elektrik tidak memerlukan banyak udara penyejuk, membolehkan pereka GM membangunkan model EV1 dengan faktor aliran hanya 0,195. Tesla Model 3 mempunyai Cx 0,21. Untuk mengurangkan vorticity roda dalam kenderaan dengan enjin pembakaran dalaman, yang dipanggil. "Tirai udara" dalam bentuk aliran udara menegak nipis yang diarahkan dari bukaan di bumper hadapan, meniup di sekeliling roda dan menstabilkan vorteks, aliran ke enjin dihadkan oleh bidai aerodinamik, dan bahagian bawah ditutup sepenuhnya.

Semakin rendah nilai daya yang diukur oleh kaki penggelek, semakin kecil Cx. Ia biasanya diukur pada kelajuan 140 km/j – nilai 0,30, contohnya, bermakna 30 peratus udara yang dilalui kereta dipercepatkan ke kelajuannya. Bagi bahagian hadapan, bacaannya memerlukan prosedur yang lebih mudah - untuk ini, kontur luaran kereta digariskan dengan laser apabila dilihat dari hadapan dan kawasan tertutup dalam meter persegi dikira. Ia kemudiannya didarab dengan faktor aliran untuk mendapatkan jumlah rintangan udara kereta dalam meter persegi.

Berbalik kepada garis besar sejarah naratif aerodinamik kami, kami mendapati bahawa penciptaan kitaran pengukuran penggunaan bahan api piawai (NEFZ) pada tahun 1996 sebenarnya memainkan peranan negatif dalam evolusi aerodinamik kereta (yang maju dengan ketara pada tahun 7). ) kerana faktor aerodinamik mempunyai sedikit kesan kerana tempoh singkat pergerakan berkelajuan tinggi. Walaupun penurunan dalam pekali penggunaan selama bertahun-tahun, peningkatan dalam dimensi kenderaan setiap kelas membawa kepada peningkatan dalam kawasan hadapan dan, akibatnya, kepada peningkatan rintangan udara. Kereta seperti VW Golf, Opel The Astra dan BMW 90 Series mempunyai rintangan udara yang lebih tinggi daripada pendahulunya pada tahun 90-an. Trend ini difasilitasi oleh model SUV yang mengagumkan dengan kawasan hadapan yang besar dan penyelarasan yang semakin teruk. Kenderaan jenis ini telah dikritik terutamanya kerana beratnya yang tinggi, tetapi dalam praktiknya faktor ini menjadi kurang kepentingan relatif dengan peningkatan kelajuan - apabila memandu di luar bandar pada kelajuan kira-kira 50 km / j, bahagian rintangan udara adalah kira-kira 80 peratus, pada kelajuan lebuh raya ia meningkat kepada XNUMX peratus daripada jumlah rintangan yang dihadapi oleh kereta.

Tiub aerodinamik

Satu lagi contoh peranan rintangan udara dalam prestasi kenderaan ialah model Bandar Pintar biasa. Dua tempat duduk mungkin lincah dan lincah di jalan-jalan bandar, tetapi kerja badannya yang pendek dan berkadar sangat tidak cekap dari sudut aerodinamik. Berlatarbelakangkan berat rendah, rintangan udara menjadi elemen yang semakin penting, dan dengan Smart ia mula memberi kesan kuat pada kelajuan 50 km / j. Tidak menghairankan bahawa walaupun reka bentuk yang ringan, ia tidak memenuhi jangkaan dengan kos yang agak rendah.

Walau bagaimanapun, di sebalik kelemahan Smart, sikap syarikat induk Mercedes terhadap aerodinamik adalah contoh pendekatan berkaedah, konsisten dan proaktif terhadap proses mencipta bentuk yang menakjubkan. Boleh dikatakan bahawa hasil pelaburan dalam terowong angin dan kerja keras di kawasan ini amat ketara dalam syarikat ini. Satu contoh yang sangat ketara tentang kesan proses ini ialah hakikat bahawa Kelas-S semasa (Cx 0,24) mempunyai rintangan udara yang kurang daripada Golf VII (0,28). Dalam mencari lebih banyak ruang dalaman, bentuk model padat telah memperoleh kawasan hadapan yang agak besar, dan pekali aliran lebih teruk daripada kelas S kerana panjangnya yang lebih pendek, yang tidak membenarkan permukaan yang diperkemas dan banyak lagi. lebih. - sudah disebabkan oleh peralihan tajam dari belakang, menyumbang kepada pembentukan vorteks. Walau bagaimanapun, VW bertegas bahawa Golf generasi akan datang akan mempunyai rintangan udara yang jauh lebih rendah dan diturunkan serta diperkemas. Faktor penggunaan bahan api terendah yang direkodkan iaitu 0,22 bagi setiap kenderaan ICE ialah Mercedes CLA 180 BlueEfficiency.

Kelebihan kenderaan elektrik

Contoh lain mengenai kepentingan bentuk aerodinamik berbanding berat badan adalah model hibrid moden dan kenderaan elektrik lebih banyak lagi. Dalam kes Prius, misalnya, keperluan untuk reka bentuk yang sangat aerodinamik juga ditentukan oleh fakta bahawa apabila kelajuan meningkat, kecekapan powertrain hibrid menurun secara mendadak. Bagi kenderaan elektrik, segala yang berkaitan dengan peningkatan jarak tempuh dalam mod elektrik adalah sangat penting. Menurut para pakar, mengurangkan berat badan sebanyak 100 kg akan meningkatkan jarak tempuh kereta hanya beberapa kilometer, tetapi di sisi lain, aerodinamik sangat penting bagi sebuah kereta elektrik.

Pertama, kerana jisim tinggi kenderaan ini membolehkan mereka memulihkan sebahagian daripada tenaga yang digunakan untuk pemulihan, dan kedua, kerana tork motor elektrik yang tinggi membolehkan anda mengimbangi kesan berat semasa permulaan, dan kecekapannya berkurangan pada kelajuan tinggi dan kelajuan tinggi. Di samping itu, elektronik kuasa dan motor elektrik memerlukan kurang udara penyejukan, yang membolehkan bukaan yang lebih kecil di hadapan kereta, yang, seperti yang telah kami nyatakan, adalah sebab utama kemerosotan aliran di sekeliling badan. Satu lagi elemen motivasi pereka untuk mencipta bentuk yang lebih cekap secara aerodinamik dalam model hibrid plug-in hari ini ialah mod pergerakan tanpa pecutan hanya dengan bantuan motor elektrik, atau apa yang dipanggil. belayar. Tidak seperti bot layar, dari mana istilah itu berasal dan di mana angin sepatutnya menggerakkan bot, kereta elektrik akan meningkatkan perbatuan jika kereta mempunyai rintangan udara yang kurang. Mencipta bentuk yang dioptimumkan secara aerodinamik adalah cara paling menjimatkan untuk mengurangkan penggunaan bahan api.

Teks: Georgy Kolev

Kadar aliran beberapa kereta terkenal:

Mercedes Simplex

Pengeluaran 1904, Cx = 1,05

Rumpler Tropfenwagen

Pengeluaran 1921, Cx = 0,28

Model Ford T

Pengeluaran 1927, Cx = 0,70

Model eksperimen Kam

Pengeluaran 1938, Cx = 0,36

Kereta rakaman Mercedes

Pengeluaran 1938, Cx = 0,12

Bas VW

Pengeluaran 1950, Cx = 0,44

VW "penyu"

Pengeluaran 1951, Cx = 0,40

Panhard Dina

Pengeluaran 1954, Cx = 0,26

Porsche 356

Pengeluaran 1957, Cx = 0,36

MG EX 181

Pengeluaran 1957, Cx = 0,15

Citroen DS 19

Pengeluaran 1963, Cx = 0,33

Putera Sukan NSU

Pengeluaran 1966, Cx = 0,38

Mercedes C 111

Pengeluaran 1970, Cx = 0,29

Volvo 245 Van

Pengeluaran 1975, Cx = 0,47

Audi 100

Pengeluaran 1983, Cx = 0,31

Mercedes W 124

Pengeluaran 1985, Cx = 0,29

Toyota Prius 1

Pengeluaran 1997, Cx = 0,29