Turbulentni tok
Sadržaj
Kako moderna tehnologija mijenja aerodinamiku automobila
Nizak otpor zraka pomaže u smanjenju potrošnje goriva. U tom pogledu, međutim, postoje ogromne mogućnosti za razvoj. Zasad se, naravno, stručnjaci za aerodinamiku slažu sa mišljenjem dizajnera.
"Aerodinamika za one koji ne mogu raditi motocikle." Ove riječi je izgovorio Enzo Ferrari 60-ih godina i jasno pokazuju stav mnogih tadašnjih dizajnera prema ovom tehnološkom aspektu automobila. Međutim, samo deset godina kasnije nastupila je prva naftna kriza i čitav njihov sistem vrijednosti se radikalno promijenio. Vremena kada se sve sile otpora u kretanju automobila, a posebno one koje nastaju kao rezultat njegovog prolaska kroz slojeve zraka, prevladavaju opsežnim tehničkim rješenjima, poput povećanja zapremnine i snage motora, bez obzira na potrošenu količinu goriva, one odlaze i inženjeri započinju potražite efikasnije načine za postizanje svojih ciljeva.
Trenutno je tehnološki faktor aerodinamike prekriven debelim slojem prašine zaborava, ali to nije sasvim novo za dizajnere. Istorija tehnologije pokazuje da su čak i dvadesetih godina napredni i inventivni mozgovi poput Nijemca Edmunda Rumplera i Mađara Paula Jaraya (koji je stvorio kult Tatre T77) oblikovali ujednačene površine i postavili temelje aerodinamičnom pristupu dizajnu karoserije. Slijedio ih je drugi val aerodinamičkih stručnjaka poput barona Reinharda von Könich-Faxenfelda i Wunibalda Kama, koji su svoje ideje razvijali 1930-ih.
Svima je jasno da sa povećanjem brzine dolazi do granice, iznad koje otpor vazduha postaje kritičan faktor u vožnji automobila. Stvaranje aerodinamički optimiziranih oblika može značajno pomjeriti ovu granicu prema gore i izražava se takozvanim koeficijentom protoka Cx, budući da vrijednost od 1,05 ima kocku obrnutu okomitu na strujanje zraka (ako se rotira za 45 stepeni duž svoje ose, tako da njegova uzvodna ivica je smanjena na 0,80). Međutim, ovaj koeficijent je samo jedan dio jednačine otpora zraka - veličina prednje površine automobila (A) mora se dodati kao bitan element. Prvi od zadataka aerodinamičara je stvaranje čistih, aerodinamički efikasnih površina (čijih faktora, kao što ćemo vidjeti, ima mnogo u automobilu), što u konačnici dovodi do smanjenja koeficijenta protoka. Da bi se izmjerilo potonje, potreban je aerotunel, koji je skup i izuzetno složen objekat – primjer za to je BMW-ov tunel vrijedan 2009 miliona eura pušten u rad 170. godine. Najvažnija komponenta u njemu nije džinovski ventilator, koji troši toliko struje da mu je potrebna posebna transformatorska stanica, već precizan valjkasti stalak koji mjeri sve sile i momente koje mlaz zraka djeluje na automobil. Njegov posao je da procijeni svu interakciju automobila sa protokom zraka i pomogne stručnjacima da prouče svaki detalj i promijene ga na način da ne samo da bude efikasan u protoku zraka, već i u skladu sa željama dizajnera. . U osnovi, glavne komponente otpora sa kojima se automobil susreće potiču od kada se vazduh ispred njega kompresuje i pomera i – nešto izuzetno važno – od intenzivne turbulencije iza njega pozadi. Tamo se formira zona niskog pritiska koja teži da povuče automobil, što se zauzvrat meša sa snažnim uticajem vrtloga, koji aerodinamičari nazivaju i "mrtvom ekscitacijom". Iz logičnih razloga, iza karavan modela, nivo sniženog pritiska je veći, usled čega se koeficijent protoka pogoršava.
Aerodinamički faktori otpora
Ovo poslednje ne zavisi samo od faktora kao što je ukupni oblik automobila, već i od specifičnih delova i površina. U praksi, ukupni oblik i proporcije modernih automobila imaju 40 posto ukupnog otpora zraka, od čega je četvrtina određena strukturom površine objekta i karakteristikama kao što su ogledala, svjetla, registarske tablice i antena. 10% otpora zraka je zbog protoka kroz rupe do kočnica, motora i mjenjača. 20% je rezultat vrtloga u raznim strukturama poda i ovjesa, odnosno svega što se dešava ispod automobila. A najzanimljivije je da je i do 30% otpora zraka zbog vrtloga koji se stvaraju oko kotača i krila. Praktična demonstracija ovog fenomena daje jasan pokazatelj toga - koeficijent potrošnje sa 0,28 po automobilu se smanjuje na 0,18 kada se kotači uklone i rupe na krilu prekriju završetkom oblika automobila. Nije slučajno da svi automobili sa iznenađujuće malom kilometražom, poput prve Honda Insight i GM-ovog EV1 električnog automobila, imaju skrivene stražnje blatobrane. Ukupni aerodinamički oblik i zatvoreni prednji kraj, zbog činjenice da elektromotor ne zahtijeva veliku količinu rashladnog zraka, omogućili su GM-ovim programerima da razviju model EV1 sa koeficijentom protoka od samo 0,195. Tesla model 3 ima Cx 0,21. Za smanjenje vrtloga oko točkova kod vozila sa motorima sa unutrašnjim sagorevanjem, tzv. "Vazdušne zavjese" u obliku tanke vertikalne struje zraka usmjeravaju se iz otvora na prednjem braniku, duvaju oko točkova i stabilizuju vrtloge. Protok do motora je ograničen aerodinamičnim zatvaračima, a dno je potpuno zatvoreno.
Što su sile mjerene stalkom valjka manje, to je niži Cx. Prema standardu, mjeri se pri brzini od 140 km/h - vrijednost 0,30, na primjer, znači da 30 posto zraka kroz koji automobil prolazi ubrzava do svoje brzine. Što se tiče prednjeg područja, njegovo očitavanje zahtijeva mnogo jednostavniju proceduru - za to se uz pomoć lasera ocrtavaju vanjske konture automobila gledano sprijeda i izračunava se zatvorena površina u kvadratnim metrima. Zatim se množi sa faktorom protoka da bi se dobio ukupni otpor vazduha vozila u kvadratnim metrima.
Vraćajući se na historijski nacrt našeg aerodinamičkog opisa, otkrivamo da je stvaranje standardiziranog ciklusa mjerenja potrošnje goriva (NEFZ) 1996. godine zapravo igralo negativnu ulogu u aerodinamičkoj evoluciji automobila (koja je značajno napredovala 1980-ih). ) jer aerodinamički faktor ima mali uticaj zbog kratkog perioda kretanja velikom brzinom. Iako se koeficijent protoka s vremenom smanjuje, povećanje veličine vozila u svakoj klasi rezultira povećanjem prednje površine, a time i povećanjem otpora zraka. Automobili kao što su VW Golf, Opel Astra i BMW serije 7 imali su veći otpor vazduha od svojih prethodnika iz 1990-ih. Ovaj trend je potaknut kohortom impresivnih SUV modela sa velikom prednjom površinom i sve lošijim prometom. Ovaj tip automobila je kritikovan uglavnom zbog svoje enormne težine, ali u praksi ovaj faktor poprima manji relativni značaj sa povećanjem brzine – dok je pri vožnji van grada brzinom od oko 90 km/h udio otpora zraka veći. oko 50 posto, pri brzinama na autoputu, povećava se na 80 posto ukupnog otpora na koji vozilo nailazi.
Aerodinamička cijev
Još jedan primjer uloge otpora zraka u performansama vozila je tipični model pametnog grada. Dvosjed na gradskim ulicama može biti okretan i okretan, ali kratko i dobro proporcionalno tijelo izuzetno je neučinkovito s aerodinamičkog stanovišta. U pozadini male težine, otpor vazduha postaje sve važniji element, a sa Smartom počinje imati snažan utjecaj pri brzinama od 50 km / h. Nije iznenađujuće što nije ispunio očekivanja za nisku cijenu uprkos laganom dizajnu.
Međutim, uprkos nedostacima Smarta, pristup matične kompanije Mercedes aerodinamici predstavlja primjer metodičnog, dosljednog i proaktivnog pristupa procesu stvaranja efikasnih oblika. Može se reći da su rezultati ulaganja u aerotunele i napornog rada u ovoj oblasti posebno vidljivi u ovoj kompaniji. Posebno upečatljiv primjer efekta ovog procesa je činjenica da trenutna S-Klasa (Cx 0,24) ima manji otpor vjetra od Golfa VII (0,28). U procesu pronalaženja većeg unutrašnjeg prostora, oblik kompaktnog modela je dobio prilično veliku frontalnu površinu, a koeficijent protoka je lošiji od onog kod S-klase zbog kraće dužine, što ne dozvoljava duge aerodinamične površine i to uglavnom zbog oštrog prijelaza u stražnji dio, promovišući stvaranje vrtloga. VW je bio uporan da će nova osma generacija Golfa imati znatno manji otpor zraka i niži i aerodinamičniji oblik, ali uprkos novom dizajnu i mogućnostima testiranja, ovo se pokazalo izuzetno izazovnim za automobil. sa ovim formatom. Međutim, sa faktorom 0,275, ovo je najaerodinamičniji Golf ikada napravljen. Najniži zabilježeni omjer potrošnje goriva od 0,22 po vozilu s motorom s unutrašnjim sagorijevanjem je onaj kod Mercedesa CLA 180 BlueEfficiency.
Prednost električnih vozila
Još jedan primjer važnosti aerodinamičnog oblika u odnosu na težinu su moderni hibridni modeli i još više električnih vozila. Na primjer, u slučaju Priusa, potreba za visoko aerodinamičnim oblikom diktirana je i činjenicom da se povećanjem brzine efikasnost hibridnog pogonskog sklopa smanjuje. U slučaju električnih vozila, sve što je povezano s povećanom kilometražom u električnom režimu je izuzetno važno. Prema stručnjacima, gubitak težine od 100 kg povećat će kilometražu automobila za samo nekoliko kilometara, ali s druge strane, aerodinamika je od presudne važnosti za električni automobil. Prvo, jer im velika masa ovih vozila omogućava povrat dijela energije potrošene rekuperacijom, i drugo, zato što mu veliki obrtni moment elektromotora omogućuje nadoknadu utjecaja težine tijekom pokretanja, a njegova učinkovitost smanjuje se pri velikim brzinama i velikim brzinama. Uz to, energetska elektronika i elektromotor zahtijevaju manje zraka za hlađenje, što omogućava manji otvor u prednjem dijelu automobila, što je, kao što smo primijetili, glavni uzrok smanjenog protoka tijela. Još jedan element motivisanja dizajnera za stvaranje aerodinamički efikasnijih oblika u modernim plug-in hibridnim modelima je režim vožnje bez električnog ubrzanja ili tzv. jedrenje. Za razliku od jedrilica, gdje se koristi pojam i vjetar mora pomicati čamac, u automobilima bi se kilometraža na električni pogon povećala ako bi automobil imao manji otpor zraka. Stvaranje aerodinamički optimizovanog oblika je najisplativiji način smanjenja potrošnje goriva.
Koeficijenti potrošnje nekih poznatih automobila:
Mercedes Simplex
Proizvodnja 1904, Cx = 1,05
Rampler vagoni
Proizvodnja 1921, Cx = 0,28
Ford model T
Proizvodnja 1927, Cx = 0,70
Kama eksperimentalni model
Proizvedeno 1938. godine, Cx = 0,36.
Mercedes rekordni automobil
Proizvodnja 1938, Cx = 0,12
VW autobus
Proizvodnja 1950, Cx = 0,44
Volkswagen "kornjača"
Proizvodnja 1951, Cx = 0,40
Panhard Dina
Proizvedeno 1954. godine, Cx = 0,26.
Porsche 356 A
Proizvedeno 1957. godine, Cx = 0,36.
MG EX 181
Proizvodnja iz 1957., Cx = 0,15
Citroen DS 19
Proizvodnja 1963, Cx = 0,33
NSU Sport Prince
Proizvodnja 1966, Cx = 0,38
Mercedes S 111
Proizvodnja 1970, Cx = 0,29
Volvo 245 Kombi
Proizvodnja 1975, Cx = 0,47
Audi 100
Proizvodnja 1983, Cx = 0,31
Mercedes W124
Proizvodnja 1985, Cx = 0,29
Lamborghini Countach
Proizvodnja 1990, Cx = 0,40
Toyota Prius 1
Proizvodnja 1997, Cx = 0,29
