الجريان المضطرب
ضبط سيارة,  جهاز السيارة,  تشغيل الجهاز

الجريان المضطرب

كيف تغير التكنولوجيا الحديثة الديناميكا الهوائية للسيارة

تساعد مقاومة الهواء المنخفضة على تقليل استهلاك الوقود. وفي هذا الصدد ، هناك فرص هائلة للتنمية. حتى الآن ، بالطبع ، يتفق خبراء الديناميكا الهوائية مع رأي المصممين.

"الديناميكا الهوائية لأولئك الذين لا يستطيعون صنع الدراجات النارية". تم نطق هذه الكلمات من قبل Enzo Ferrari في الستينيات وتوضح بوضوح موقف العديد من المصممين من هذا الجانب التكنولوجي للسيارة. ومع ذلك ، بعد عشر سنوات فقط ، جاءت أزمة النفط الأولى وتغير نظام القيمة بالكامل بشكل جذري. الأوقات التي يتم فيها التغلب على جميع قوى المقاومة في حركة السيارة ، وخاصة تلك التي تنشأ نتيجة لمرورها عبر طبقات الهواء ، عن طريق حلول تقنية واسعة النطاق ، مثل زيادة حجم العمل وقوة المحركات ، بغض النظر عن كمية الوقود المستهلكة ، فإنها تختفي ، والمهندسون ابحث عن طرق أكثر فعالية لتحقيق أهدافك.

في الوقت الحالي ، يتم تغطية العامل التكنولوجي للديناميكا الهوائية بطبقة سميكة من غبار النسيان ، ولكنه ليس جديدًا تمامًا للمصممين. يظهر تاريخ التكنولوجيا أنه حتى في العشرينات من القرن الماضي ، كانت العقول المتقدمة والمبدعة ، مثل الألماني إدموند رومبلر والمجري بول جاراي (الذي أنشأ عبادة تاترا T77) ، شكلت أسطحًا مبسطة وأرست أسس نهج ديناميكي هوائي لتصميم جسم السيارة. تبعهم موجة ثانية من خبراء الديناميكا الهوائية مثل البارون راينهارد فون كينيش-فاكسنفيلد ووينيبالد كام ، الذين طوروا أفكارهم في الثلاثينيات.

من الواضح للجميع أنه مع زيادة السرعة يكون هناك حد ، إذا تجاوزته مقاومة الهواء تصبح عاملاً حاسمًا في قيادة السيارة. يمكن أن يؤدي إنشاء الأشكال المحسّنة ديناميكيًا إلى تحويل هذا الحد إلى أعلى بشكل كبير ويتم التعبير عنه بواسطة ما يسمى بمعامل التدفق Cx ، نظرًا لأن القيمة 1,05 لها مكعب مقلوب بشكل عمودي على تدفق الهواء (إذا تم تدويره 45 درجة على طول محوره ، بحيث يتم تقليل حافة المنبع إلى 0,80). ومع ذلك ، فإن هذا المعامل هو جزء واحد فقط من معادلة مقاومة الهواء - يجب إضافة حجم المنطقة الأمامية للسيارة (A) كعنصر أساسي. تتمثل أولى مهام علماء الديناميكا الهوائية في إنشاء أسطح نظيفة وذات كفاءة ديناميكية هوائية (عوامل منها ، كما سنرى ، كثيرة في السيارة) ، مما يؤدي في النهاية إلى انخفاض معامل التدفق. لقياس هذا الأخير ، هناك حاجة إلى نفق للرياح ، وهو مرفق مكلف ومعقد للغاية - مثال على ذلك نفق BMW الذي تبلغ تكلفته 2009 مليون يورو والذي تم تكليفه في عام 170. أهم عنصر فيها ليس المروحة العملاقة ، التي تستهلك الكثير من الكهرباء لدرجة أنها تحتاج إلى محطة محول منفصلة ، ولكن حامل أسطوانة دقيق يقيس كل القوى واللحظات التي تمارسها طائرة الهواء على السيارة. وظيفته هي تقييم كل تفاعل السيارة مع تدفق الهواء ومساعدة المتخصصين على دراسة كل التفاصيل وتغييرها بطريقة لا تجعلها فعالة في تدفق الهواء فحسب ، ولكن أيضًا وفقًا لرغبات المصممين . في الأساس ، تأتي مكونات السحب الرئيسية التي تواجهها السيارة عندما ينضغط الهواء أمامها ويتحول - وهو أمر مهم للغاية - من الاضطرابات الشديدة خلفها في الخلف. هناك ، تتشكل منطقة ضغط منخفض تميل إلى سحب السيارة ، والتي بدورها تختلط بالتأثير القوي للدوامة ، والتي يسميها علماء الديناميكا الهوائية أيضًا "الإثارة الميتة". لأسباب منطقية ، خلف النماذج العقارية ، يكون مستوى الضغط المنخفض أعلى ، ونتيجة لذلك يتدهور معامل التدفق.

عوامل السحب الهوائية

لا يعتمد هذا الأخير فقط على عوامل مثل الشكل العام للسيارة ، ولكن أيضًا على أجزاء وأسطح معينة. من الناحية العملية ، فإن الشكل العام والنسب للسيارات الحديثة لها حصة 40 في المائة من إجمالي مقاومة الهواء ، ربعها يتم تحديده من خلال بنية سطح الجسم والميزات مثل المرايا والأضواء ولوحة الترخيص والهوائي. 10٪ من مقاومة الهواء ناتجة عن التدفق عبر الفتحات إلى الفرامل والمحرك وعلبة التروس. 20٪ ناتج عن الدوامة في مختلف هياكل الأرضية والتعليق ، أي كل ما يحدث تحت السيارة. والشيء الأكثر إثارة للاهتمام هو أن ما يصل إلى 30٪ من مقاومة الهواء ترجع إلى الدوامات المتكونة حول العجلات والأجنحة. يعطي دليل عملي لهذه الظاهرة دلالة واضحة على ذلك - ينخفض ​​معامل الاستهلاك من 0,28 لكل سيارة إلى 0,18 عند إزالة العجلات وتغطية الفتحات الموجودة في الجناح باستكمال شكل السيارة. ليس من قبيل المصادفة أن جميع السيارات ذات الأميال المنخفضة بشكل مدهش ، مثل أول سيارة هوندا إنسايت وسيارة كهربائية EV1 من جنرال موتورز ، لديها رفارف خلفية مخفية. سمح الشكل الديناميكي الهوائي الكلي والنهاية الأمامية المغلقة ، نظرًا لحقيقة أن المحرك الكهربائي لا يتطلب كمية كبيرة من هواء التبريد ، لمطوري GM بتطوير نموذج EV1 مع معامل تدفق يبلغ 0,195 فقط. نموذج تسلا 3 به Cx 0,21. لتقليل الدوامة حول العجلات في المركبات ذات محركات الاحتراق الداخلي ، ما يسمى. يتم توجيه "ستائر هوائية" على شكل تيار عمودي رفيع من الهواء من الفتحة الموجودة في الصدام الأمامي ، وتنفخ حول العجلات وتثبت الدوامات. يتم تقييد التدفق إلى المحرك بواسطة مصاريع ديناميكية هوائية ، ويتم إغلاق الجزء السفلي تمامًا.

كلما انخفضت القوى المقاسة بواسطة حامل الأسطوانة ، انخفض Cx. وفقًا للمعيار ، يتم قياسه بسرعة 140 كم / ساعة - القيمة 0,30 ، على سبيل المثال ، تعني أن 30 بالمائة من الهواء الذي تمر به السيارة يتسارع إلى سرعتها. بالنسبة للمنطقة الأمامية ، تتطلب قراءتها إجراءً أبسط بكثير - لذلك ، بمساعدة الليزر ، يتم تحديد الخطوط الخارجية للسيارة عند النظر إليها من الأمام ، ويتم حساب المنطقة المغلقة بالمتر المربع. يتم ضرب هذا لاحقًا في عامل التدفق للحصول على مقاومة الهواء الكلية للسيارة بالمتر المربع.

بالعودة إلى الخطوط العريضة التاريخية لوصفنا الديناميكي الهوائي ، نجد أن إنشاء دورة قياس استهلاك الوقود الموحدة (NEFZ) في عام 1996 لعب دورًا سلبيًا في التطور الديناميكي الهوائي للسيارات (الذي تقدم بشكل ملحوظ في الثمانينيات). ) لأن العامل الديناميكي الهوائي له تأثير ضئيل بسبب قصر فترة الحركة عالية السرعة. على الرغم من انخفاض معامل التدفق بمرور الوقت ، إلا أن زيادة حجم المركبات في كل فئة يؤدي إلى زيادة المساحة الأمامية وبالتالي زيادة مقاومة الهواء. تتمتع سيارات مثل VW Golf و Opel Astra و BMW 1980 Series بمقاومة هواء أعلى من سابقاتها في التسعينيات. يغذي هذا الاتجاه مجموعة من طرازات سيارات الدفع الرباعي المثيرة للإعجاب بمساحتها الأمامية الكبيرة وحركة المرور المتدهورة. تم انتقاد هذا النوع من السيارات بشكل أساسي بسبب وزنه الهائل ، ولكن من الناحية العملية ، يأخذ هذا العامل أهمية نسبية أقل مع زيادة السرعة - بينما عند القيادة خارج المدينة بسرعة حوالي 7 كم / ساعة ، تكون نسبة مقاومة الهواء حوالي 1990 بالمائة ، عند سرعات الطرق السريعة ، تزداد إلى 90 بالمائة من إجمالي السحب الذي تواجهه السيارة.

نفق الرياح

مثال آخر على دور مقاومة الهواء في تشغيل السيارة هو نموذج المدينة الذكية النموذجي. يمكن أن يكون المقعد ذو المقعدين ذكيا وذكيا في شوارع المدينة ، لكن الجسم القصير والمتناسب غير فعال للغاية من وجهة نظر ديناميكية هوائية. على خلفية الوزن الخفيف ، أصبحت مقاومة الهواء عنصرًا مهمًا بشكل متزايد ، ومع Smart ، بدأت في التأثير بقوة بسرعات تبلغ 50 كم / ساعة ، وليس من المستغرب أنها لم ترق إلى مستوى التوقعات منخفضة التكلفة ، على الرغم من كونها خفيفة الوزن.

على الرغم من أوجه القصور في Smart ، إلا أن نهج الشركة الأم مرسيدس للديناميكا الهوائية يمثل نهجًا منهجيًا ومتسقًا واستباقيًا لعملية إنشاء أشكال فعالة. يمكن القول أن نتائج الاستثمارات في أنفاق الرياح والعمل الجاد في هذا المجال واضحة بشكل خاص في هذه الشركة. ومن الأمثلة الصارخة بشكل خاص على تأثير هذه العملية حقيقة أن الفئة S الحالية (Cx 0,24) لديها مقاومة أقل للرياح من Golf VII (0,28). في عملية العثور على مساحة داخلية أكبر ، اكتسب شكل النموذج المضغوط مساحة أمامية كبيرة إلى حد ما ، وكان معامل التدفق أسوأ من معامل الفئة S بسبب الطول الأقصر ، والذي لا يسمح بأسطح انسيابية طويلة ويرجع ذلك أساسًا إلى الانتقال الحاد إلى الخلف ، مما يعزز تكوين الدوامات. كانت شركة فولكس فاجن مصرة على أن الجيل الثامن من الجولف سيكون أقل مقاومة للهواء بشكل ملحوظ وشكل أقل وأكثر انسيابية ، ولكن على الرغم من إمكانات التصميم والاختبار الجديدة ، فقد ثبت أن هذا يمثل تحديًا كبيرًا للسيارة. بهذا الشكل. ومع ذلك ، مع عامل 0,275 ، تعد هذه أكثر لعبة غولف ديناميكية هوائية على الإطلاق. أقل نسبة استهلاك وقود مسجلة تبلغ 0,22 لكل مركبة بمحرك احتراق داخلي هي تلك الخاصة بسيارة مرسيدس CLA 180 BlueEfficiency.

ميزة المركبات الكهربائية

مثال آخر على أهمية الشكل الديناميكي الهوائي على خلفية الوزن هي النماذج الهجينة الحديثة ، وحتى السيارات الكهربائية. في حالة بريوس ، على سبيل المثال ، فإن الحاجة إلى شكل ديناميكي هوائي عالي تمليها حقيقة أنه مع زيادة السرعة ، تنخفض كفاءة محطة الطاقة الهجينة. في حالة السيارات الكهربائية ، كل ما يتعلق بزيادة الأميال في الوضع الكهربائي مهم للغاية. وفقًا للخبراء ، سيؤدي فقدان الوزن بمقدار 100 كجم إلى زيادة المسافة المقطوعة لأميال السيارة بمقدار بضعة كيلومترات فقط ، ولكن من ناحية أخرى ، تعتبر الديناميكا الهوائية ذات أهمية قصوى للسيارة الكهربائية. أولاً ، لأن الكتلة الكبيرة لهذه السيارات تسمح لها بإعادة جزء من الطاقة التي يستهلكها الانتعاش ، وثانيًا ، لأن عزم الدوران العالي للمحرك الكهربائي يسمح لك بالتعويض عن تأثير الوزن عند بدء التشغيل ، وتنخفض كفاءته بسرعات عالية وسرعات عالية. بالإضافة إلى ذلك ، تتطلب إلكترونيات الطاقة والمحرك الكهربائي هواء تبريد أقل ، مما يقلل من الثقب الموجود في مقدمة السيارة ، وهو ، كما أشرنا بالفعل ، هو السبب الرئيسي لتدهور تدفق الجسم. عنصر آخر في تحفيز المصممين لإنشاء أشكال أكثر فعالية للديناميكية الهوائية في النماذج الهجينة الحديثة مع وحدة توصيل هو وضع الحركة دون التسارع فقط بمساعدة محرك كهربائي أو ما يسمى. الإبحار. على عكس المراكب الشراعية ، حيث يتم استخدام المصطلح ويجب أن تحرك الرياح القارب ، في السيارات التي قطعت مسافات طويلة بالكهرباء ستزداد إذا كانت السيارة أقل مقاومة للهواء. إن إنشاء شكل محسّن للديناميكا الهوائية هو الطريقة الأكثر فعالية من حيث التكلفة لتقليل استهلاك الوقود.

معدلات تدفق بعض السيارات الشهيرة:

مرسيدس Simplex

الإنتاج 1904 ، Cx = 1,05

إسقاط سيارة Rumpler

الإنتاج 1921 ، Cx = 0,28

فورد موديل T

الإنتاج 1927 ، Cx = 0,70

نموذج كاما التجريبي

الإنتاج 1938 ، Cx = 0,36.

سيارة مرسيدس قياسية

الإنتاج 1938 ، Cx = 0,12

فولكس فاجن حافلة

الإنتاج 1950 ، Cx = 0,44

فولكس فاجن "ترتل"

الإنتاج 1951 ، Cx = 0,40

بانهارد دينا

الإنتاج 1954 ، Cx = 0,26.

بورش 356 أ

الإنتاج 1957 ، Cx = 0,36.

إم جي EX 181

إنتاج 1957 ، Cx = 0,15

سيتروين دي إس 19

الإنتاج 1963 ، Cx = 0,33

الأمير NSU سبورت

الإنتاج 1966 ، Cx = 0,38

مرسيدس C 111

الإنتاج 1970 ، Cx = 0,29

فولفو 245 العقارية

الإنتاج 1975 ، Cx = 0,47

أودي 100

الإنتاج 1983 ، Cx = 0,31

مرسيدس دبليو 124

الإنتاج 1985 ، Cx = 0,29

لامبورغيني المفتاحيات

الإنتاج 1990 ، Cx = 0,40

تويوتا بريوس 1

الإنتاج 1997 ، Cx = 0,29

إضافة تعليق