Даведнік па аэрадынаміцы

Найбольш важныя фактары, якія ўплываюць на паветранае супраціў аўтамабіля

Нізкі супраціў паветра дапамагае знізіць выдатак паліва. Аднак у гэтых адносінах ёсць вялізныя магчымасці для развіцця. Калі, вядома, спецыялісты па аэрадынаміцы згодныя з меркаваннем канструктараў.

«Аэрадынаміка для тых, хто не ўмее рабіць матацыклы». Гэтыя словы былі сказаны Энцо Ферары ў шасцідзесятых гадах і наглядна дэманструюць стаўленне многіх тагачасных дызайнераў да гэтага тэхналагічнага баку аўтамабіля. Аднак толькі дзесяць гадоў праз здарыўся першы нафтавай крызіс, які карэнным чынам змяніў усю іх сістэму каштоўнасцяў. Часы, калі ўсе сілы супраціву пры руху аўтамабіля, і асабліва тыя, якія ўзнікаюць пры яго праходжанні праз паветраныя слаі, пераадольваюцца шырокімі тэхнічнымі рашэннямі, такімі як павелічэнне працоўнага аб'ёму і магутнасці рухавікоў, незалежна ад колькасці спажыванага паліва, яны сыходзяць, і інжынеры пачынаюць шукаць больш эфектыўныя спосабы дасягнення сваіх мэтаў.

На дадзены момант тэхналагічны фактар ​​аэрадынамікі пакрыты тоўстым пластом пылу забыцця, але для канструктараў гэта не навіна. Гісторыя тэхналогій паказвае, што нават у 77-я гады прасунутыя і вынаходлівыя вучоныя, такія як у немца Эдмунда Румплера і венгра Паўля спякота (які стварыў культавую Tatra TXNUMX), фармавалі абцякальныя паверхні і закладвалі асновы аэрадынамічнага падыходу да дызайну кузаваў аўтамабіляў. За імі рушыла ўслед другая хваля спецыялістаў па аэрадынаміцы, такіх як барон Рэйнхард фон Кених-Факсенфельд і Вунибальд Кам, якія развілі свае ідэі ў XNUMX-х гадах.

Усім ясна, што з павелічэннем хуткасці прыходзіць мяжа, вышэй якога супраціў паветра становіцца крытычным фактарам для кіравання аўтамабіля. Стварэнне аэрадынамічна аптымізаваных формаў можа значна зрушыць гэтую мяжу ўверх і выяўляецца так званым каэфіцыентам расходу Cx, паколькі значэнне 1,05 мае куб, перавернуты перпендыкулярна паветранаму патоку (калі ён паварочваецца на 45 градусаў уздоўж сваёй восі, так што край у напрамку супраць патоку памяншаецца да 0,80). Аднак гэты каэфіцыент толькі адна частка раўнання супраціву паветра неабходна дадаць памер лэбавай вобласці аўтамабіля (A) як важны элемент. Першай з задач адмыслоўцаў па аэрадынаміцы з'яўляецца стварэнне чыстых, аэрадынамічна эфектыўных паверхняў (фактараў, якіх, як мы ўбачым, шмат у аўтамабілі), што ў канчатковым выніку прыводзіць да ніжэйшага каэфіцыента струменя. Для вымярэння апошніх патрабуецца аэрадынамічная труба, якая з'яўляецца дарагім і надзвычай складаным збудаваннем - прыкладам гэтага з'яўляецца тунэль, уведзены ў эксплуатацыю ў 2009 годзе. BMW, што абышлося кампаніі ў 170 млн. еўра. Самым важным кампанентам у ім з'яўляецца не гіганцкі вентылятар, які спажывае гэтулькі электраэнергіі, што яму патрабуецца асобная трансфарматарная падстанцыя, а дакладная ролікавая стойка, якая вымярае ўсе сілы і моманты, якія бруя паветра аказвае на аўтамабіль. Яго задача ацаніць усё ўзаемадзеянне аўтамабіля з паветранымі струменямі і дапамагчы адмыслоўцам вывучыць кожную дэталь і змяніць яе так, каб не толькі эфектыўна ў паветраным струмені, але і ў адпаведнасці з пажаданнямі канструктараў. . У прынцыпе, асноўныя кампаненты супраціву, з якімі сутыкаецца аўтамабіль, узнікаюць, калі паветра перад ім сціскаецца і ссоўваецца, і што вельмі важна з-за моцнай турбулентнасці ззаду яго задняй часткі. Тамака ўтворыцца зона нізкага ціску, якая мае тэндэнцыю цягнуць машыну, што ў сваю чаргу змешваецца з моцным уплывам віхуры, якое адмыслоўцы па аэрадынаміцы таксама завуць мёртвым узбуджэннем. Па лагічных прычынах за мадэлямі універсал вышэй узровень разрэджання, у выніку чаго пагаршаецца каэфіцыент выдатку.

Фактары аэрадынамічнага супраціву

Апошняе залежыць не толькі ад такіх фактараў, як агульная форма аўтамабіля, але і ад пэўных дэталяў і паверхняў. На практыцы агульная форма і прапорцыі сучасных аўтамабіляў складаюць 40 працэнтаў ад агульнага супраціву паветра, чвэрць якога вызначаецца структурай паверхні аб'екта і такімі элементамі, як люстэркі, ліхтары, нумарны знак і антэна. 10% супрацівы паветра злучана са струменем, праходзілым праз вентыляцыйныя адтуліны да тормазаў, рухавіку і трансмісіі. 20% гэта вынік віхуры ў розных канструкцыях падлогі і падвескі, гэта значыць усяго, што адбываецца пад аўтамабілем. І што самае цікавае - 30% супраціву паветра абумоўлена віхурамі, стваранымі вакол колаў і крылаў. Практычная дэманстрацыя гэтай з'явы ясна паказвае гэта каэфіцыент патоку з 0,28 на аўтамабіль зніжаецца да 0,18, калі колы зняты, а адтуліны ў крылах зачыненыя. Невыпадкова ўсе аўтамабілі з дзіўна нізкім выдаткам напрыклад, першы Insight of Honda і электрамабіль GM EV1 са ўтоенымі заднімі крыламі. Агульная аэрадынамічная форма і зачыненая перадпакой частка з-за таго, што электрарухавік не патрабуе вялікай колькасці астуджальнага паветра, дазволілі канструктарам GM распрацаваць мадэль EV1 з каэфіцыентам выдатку ўсяго 0,195. У Tesla Model 3 Сх 0,21. Для памяншэння завіхрэннасці колаў у аўтамабілях з рухавікамі ўнутранага згарання выкарыстоўваюцца т.зв. «Паветраныя завесы» у выглядзе тонкага вертыкальнага струменя паветра, які накіроўваецца з адтуліны ў пярэднім бамперы, які абдзімае колы і што стабілізуе віхуры, струмень да рухавіка абмяжоўваецца аэрадынамічнымі жалюзі, а дно цалкам зачынена.

Чым ніжэй значэння сіл, якія вымяраюцца ролікавай стойкай, тым менш Cx. Стандартна яна вымяраецца пры хуткасці 140 км / ч значэнне 0,30, напрыклад, азначае, што 30 адсоткаў паветра, па якім праходзіць аўтамабіль, паскараецца да хуткасці яго руху. Што да пярэдняй часткі, то яе счытванне патрабуе значна прасцейшай працэдуры для гэтага з дапамогай лазера акрэсліваюцца вонкавыя контуры аўтамабіля пры поглядзе спераду і вылічаецца замкнёны пляц у квадратных метрах. Затым яго памнажаюць на каэфіцыент выдатку, каб атрымаць агульны супраціў паветра аўтамабіля ў квадратных метрах.

Вяртаючыся да гістарычнага плана нашага аэрадынамічнага апавядання, мы выяўляем, што стварэнне стандартызаванага цыклу вымярэння выдатку паліва (NEFZ) у 1996 году фактычна згуляла адмоўную ролю ў аэрадынамічнай эвалюцыі аўтамабіляў (якая значна прасунулася ў 7-х гадах). ), таму што аэрадынамічны фактар ​​аказвае нязначны ўплыў з-за кароткага перыяду высакахуткаснага руху. Нягледзячы на ​​зніжэнне каэфіцыента выдатку з гадамі, павелічэнне габарытаў аўтамабіляў кожнага класа прыводзіць да павелічэння пляца лэбавай часткі і, такім чынам, да павелічэння супраціву паветра. Такія аўтамабілі, як VW Golf, Opel У Astra і BMW 90 серыі было больш высокі супраціў паветра, чым у іх папярэднікаў у 90-х гадах. Гэтай тэндэнцыі спрыяюць уражлівыя мадэлі пазадарожнікаў з іх вялікім пярэднім пляцам і якая пагаршаецца абцякальнасцю. Гэты тып аўтамабіляў крытыкавалі ў асноўным за вялікую вагу, але на практыцы гэты фактар ​​набывае меншае адноснае значэнне з павелічэннем хуткасці пры руху за горадам з хуткасцю каля 50 км / ч доля супраціву паветра складае каля 80 працэнтаў, на хуткасцях шашы яно павялічваецца да XNUMX працэнтаў. ад агульнага супраціву, з якім сутыкаецца аўтамабіль.

аэрадынамічная труба

Іншы прыклад ролі супраціву паветра ў характарыстыках аўтамабіля тыповая мадэль Разумнага горада . Двухмесны аўтамабіль можа быць манеўраным і манеўраным на гарадскіх вуліцах, але яго кароткі і прапарцыйны кузаў вельмі неэфектыўны з аэрадынамічнага пункта гледжання. На фоне невялікай вагі супраціў паветра становіцца ўсё важнейшым элементам, і са Smart пачынае аказваць моцны ўплыў на хуткасці 50 км/ч. Нядзіўна, што нягледзячы на ​​лёгкую канструкцыю, ён не апраўдаў чаканняў адносна нізкага кошту.

Аднак, нягледзячы на ​​недахопы Smart, стаўленне матчынай кампаніі Mercedes у аэрадынаміцы прыклад метадычнага, паслядоўнага і актыўнага падыходу да працэсу стварэння эфектных формаў. Можна сцвярджаць, што вынікі інвестыцый у аэрадынамічныя трубы і ўпартая праца ў гэтай вобласці асабліва прыкметныя ў гэтай кампаніі. Асабліва яркім прыкладам эфекту гэтага працэсу з'яўляецца той факт, што цяперашні S-клас (Сх 0,24) мае меншы супраціў паветраным пластам, чым Golf VII (0,28). Падчас пошуку большай унутранай прасторы форма кампактнай мадэлі набыла даволі вялікі франтальны пляц, а каэфіцыент выдатку горш, чым у S-класа з-за меншай даўжыні, што не дазваляе ствараць абцякальныя паверхні і шматлікае іншае. – ужо за кошт рэзкага пераходу ззаду, які спрыяе адукацыі віхур. Аднак VW непахісны ў тым, што наступнае пакаленне Golf будзе мець значна меншы супраціў паветра і будзе мець ніжэйшую і абцякальную форму. Самы нізкі зарэгістраваны каэфіцыент выдатку 0,22 на аўтамабіль з рухавіком унутранага згарання ў Mercedes CLA 180 BlueEfficiency.

перавага электрамабіляў

Яшчэ адным прыкладам важнасці аэрадынамічнай формы на фоне вагі з'яўляюцца сучасныя гібрыдныя мадэлі і тым больш электрамабілі. У выпадку Prius, напрыклад, неабходнасць у канструкцыі з высокай аэрадынамікай таксама прадыктавана тым фактам, што з павелічэннем хуткасці эфектыўнасць гібрыднай сілавой ўстаноўкі рэзка зніжаецца. У выпадку з электрамабілямі вельмі важна ўсё, што звязана з павелічэннем прабегу ў электрычным рэжыме. На думку экспертаў, зніжэнне вагі на 100 кг павялічыць прабег аўтамабіля ўсяго на некалькі кіламетраў, але, з другога боку, першараднае значэнне для электрамабіля мае аэрадынаміка.

Па-першае, таму, што вялікая маса гэтых аўтамабіляў дазваляе ім вяртаць частку энергіі, выдаткаванай на рэкуперацыю, а па-другое, таму што высокі крутоўны момант электрарухавіка дазваляе кампенсаваць уплыў вагі пры запуску, а яго эфектыўнасць змяншаецца на высокіх хуткасцях і высокіх хуткасцях. Акрамя таго, сілавая электроніка і электрарухавік маюць патрэбу ў меншай колькасці астуджальнага паветра, што дазваляе паменшыць праём у перадпакоі часткі аўтамабіля, што, як мы ўжо адзначылі, з'яўляецца асноўным чыннікам пагаршэння обтекания кузава. Яшчэ адным элементам матывацыі дызайнераў да стварэння больш аэрадынамічна эфектыўных формаў у сучасных якія падключаюцца гібрыдных мадэлях з'яўляецца рэжым руху без паскарэння толькі з дапамогай электрарухавіка, ці так званы. парусны спорт. У адрозненне ад ветразных лодак, адкуль прыйшоў гэты тэрмін і дзе вецер павінен рухаць лодку, у аўтамабілях прабег з электрычнасцю павялічыцца, калі ў аўтамабіля будзе меншы супраціў паветра. Стварэнне аэрадынамічна аптымізаванай формы - самы эканамічны спосаб знізіць выдатак паліва.

Тэкст: Георгій Колеў

Каэфіцыенты выдатку некаторых вядомых аўтамабіляў:

Мерседэс Сімплекс

Вытворчасць 1904 г., Cx = 1,05

Rumpler Tropfenwagen

Вытворчасць 1921 г., Cx = 0,28

Ford Мадэль T

Вытворчасць 1927 г., Cx = 0,70

Эксперыментальная мадэль Кам

Вытворчасць 1938 г., Cx = 0,36

Мэрсэдэс рэкордны аўтамабіль

Вытворчасць 1938 г., Cx = 0,12

Аўтобус VW

Вытворчасць 1950 г., Cx = 0,44

VW "чарапаха"

Вытворчасць 1951 г., Cx = 0,40

Панхард Дзіна

Вытворчасць 1954 г., Cx = 0,26

Porsche 356

Вытворчасць 1957 г., Cx = 0,36

MG EX 181

Вытворчасць 1957 г., Cx = 0,15

Citroen DS 19

Вытворчасць 1963 г., Cx = 0,33

Спартыўны прынц NSU

Вытворчасць 1966 г., Cx = 0,38

Mercedes C 111

Вытворчасць 1970 г., Cx = 0,29

Фургон Volvo 245

Вытворчасць 1975 г., Cx = 0,47

Audi 100

Вытворчасць 1983 г., Cx = 0,31

Мэрсэдэс W 124

Вытворчасць 1985 г., Cx = 0,29

Toyota Prius 1

Вытворчасць 1997 г., Cx = 0,29