Manuale di Aerodinamica

I fattori più impurtanti chì influenzanu a resistenza à l'aria di u veiculu

A bassa resistenza à l'aria aiuta à riduce u cunsumu di carburante. Tuttavia, à stu riguardu, ci hè una stanza enorme per u sviluppu. Sì, benintesa, l'esperti in aerodinamica sò d'accordu cù l'opinione di i cuncettori.

"Aerodinamica per Quelli chì ùn ponu micca fà Motociclette". Queste parolle sò state dite da Enzo Ferrari in l'anni sissanta è mostranu chjaramente l'attitudine di parechji cuncettori di l'epica versu stu latu tecnologicu di a vittura. Tuttavia, hè solu dece anni dopu chì a prima crisa di u petroliu hè accaduta, chì hà cambiatu in fondu u so sistema di valori. Tempi in cui tutte e forze di resistenza durante u muvimentu di a vittura, è in particulare quelle chì si presentanu quandu passa per i strati d'aria, sò superate da ampie soluzioni tecniche, cume aumentà u spostamentu è a putenza di i motori, indipendentemente da a quantità di carburante consumatu, si ne vanu, è l'ingegneri cumincianu à guardà modi più efficaci per uttene i vostri scopi.

À u mumentu, u fattore tecnulugicu di l'aerodinamica hè cupertu cun un spessu stratu di polvere di l'oblit, ma per i cuncettori ùn hè micca una nutizia. A storia di a tecnulugia mostra chì ancu in l'anni 77, menti avanzate è inventive, cum'è l'alemanu Edmund Rumpler è l'ungherese Paul Jarai (chì hà creatu l'icònica Tatra TXNUMX), anu furmatu superfici simplificate è pusatu e basi per un approcciu aerodinamicu à u cuncepimentu di a carrozzeria. Sò stati seguitati da una seconda onda di specialisti in aerodinamica cum'è u Barone Reinhard von Könich-Faxenfeld è Wunibald Kam, chì anu sviluppatu e so idee in i XNUMX.

Hè chjaru per tutti chì cù a velocità crescente vene un limitu, sopra à quale a resistenza di l'aria diventa un fattore criticu per guidà una vittura. A creazione di forme aerodinamicamente ottimizzate pò spinghja stu limitu considerablemente è hè spressione da u cusì chjamatu fattore di flussu Cx, postu chì un valore di 1,05 hà un cubu invertitu perpendiculare à u flussu d'aria (se hè rotatu 45 gradi longu u so assi, in modu chì u flussu upstream). edge diminuisce à 0,80). Tuttavia, stu coefficient hè solu una parte di l'equazioni di resistenza di l'aria - duvete aghjunghje a dimensione di l'area frontale di a vittura (A) cum'è un elementu impurtante. U primu di i travaglii di l'aerodinamichi hè di creà superfici pulite, aerodinamicamente efficienti (fattori di quale, cum'è avemu da vede, assai in una vittura), chì ultimamente porta à un coefficient di flussu più bassu. A misurazione di l'ultime richiede un tunnel di ventu, chì hè una struttura caru è estremamente cumplessa - un esempiu di questu hè u tunnel cumissioni in 2009. BMW, chì costa a cumpagnia 170 milioni d'euros. U cumpunente più impurtante in questu ùn hè micca un fan giant, chì cunsuma tanta electricità chì hà bisognu di una substazione di trasformatore separata, ma un stand di rulli precisu chì misura tutte e forze è i mumenti chì un jet d'aria esercita nantu à una vittura. U so compitu hè di valutà l'interazzione sana di a vittura cù u flussu di l'aire è aiutà i specialisti à studià ogni ditagliu è cambià per quessa ùn hè micca solu efficace in u flussu di l'aire, ma ancu in cunfurmità cù i desideri di i diseggiani. . In fondu, i principali cumpunenti di trascinamentu chì una vittura scontra venenu da quandu l'aria in fronte si comprime è cambia, è - assai impurtante - da l'intensa turbulenza daretu à ellu à a parte posteriore. Ci hè una zona di pressione bassa chì tende à tirà a vittura, chì à u turnu hè mischju cù un forte effettu vortice, chì l'aerodinamichi chjamanu ancu "excitazione morta". Per ragioni lògichi, dopu à i mudelli di stazioni, u livellu di vacuum hè più altu, per via di quale u coefficient di cunsumu si deteriora.

Fattori di trascinamentu aerodinamicu

L'ultime dipende micca solu di fatturi, cum'è a forma generale di a vittura, ma ancu di parti è superfici specifiche. In pratica, a forma generale è e proporzioni di e vitture muderne cuntanu u 40 per centu di a resistenza di l'aria tutale, un quartu di quale hè determinatu da a struttura di a superficia di l'ughjettu è e caratteristiche cum'è specchi, luci, targhetta è antenna. U 10% di a resistenza di l'aria hè dovutu à u flussu attraversu i venti à i freni, u mutore è a trasmissione. 20% hè u risultatu di vortex in diversi disinni di pavimentu è di sospensione, vale à dì tuttu ciò chì succede sottu à a vittura. E ciò chì hè più interessante - 30% di a resistenza di l'aire hè dovutu à i vortici creati intornu à i roti è l'ale. Una dimostrazione pratica di stu fenomenu mostra chjaramente questu - u flussu da 0,28 per veiculu cade à 0,18 quandu i roti sò sguassati è i ventilatori di parafanghi sò chjusi. Ùn hè micca una coincidenza chì tutte e vitture sorprendentemente pocu chilometru - cum'è u primu Insight di Honda è a vittura elettrica GM EV1 - anu ammucciatu parafanghi posteriori. A forma aerodinamica generale è u front-end chjusu, per via di u fattu chì u mutore elettricu ùn hà micca bisognu di assai aria di rinfrescante, hà permessu à i diseggiani GM di sviluppà u mudellu EV1 cù un fattore di flussu di solu 0,195. Tesla Model 3 hà Cx 0,21. Per riduce a vorticità di i roti in i veiculi cù mutori di combustione interna, u cusì chjamatu. "Air curtains" in a forma di un flussu di aria verticale magre diretta da l'apertura in u paraurti frontale, sopra à i roti è stabilizzà i vortici, u flussu à u mutore hè limitatu da persiane aerodinamica, è u fondu hè cumplettamente chjusu.

U più bassu i valori di e forze misurate da u roller stand, u più chjucu Cx. Hè tipicamenti misurata à una vitezza di 140 km / h - un valore di 0,30, per esempiu, significa chì u 30 per centu di l'aria chì passa una vittura hè accelerata à a so vitezza. In quantu à u fronte, a so lettura precisa una prucedura assai più simplice - per questu, i contorni esterni di a vittura sò delineati cù un laser quandu si vede da u fronte è l'area chjusa in metri quadrati hè calculata. Hè tandu multiplicate da u fattore di flussu per ottene a resistenza di l'aria tutale di a vittura in metri quatratu.

Riturnendu à u schema storicu di a nostra narrativa aerodinamica, truvamu chì a creazione di u ciculu di misurazione di u cunsumu di carburante standardizatu (NEFZ) in 1996 hà fattu un rolu negativu in l'evoluzione aerodinamica di e vitture (chì avanzava significativamente in i 7). ) perchè u fattore aerodinamicu hà pocu effettu per via di u cortu periodu di muvimentu à alta velocità. Malgradu a diminuzione di u coefficient di cunsumu annantu à l'anni, l'aumentu di e dimensioni di i veiculi di ogni classa porta à un aumentu di l'area frontale è, in cunseguenza, à un aumentu di a resistenza di l'aria. Cars cum'è a VW Golf, l'Opel Astra è a BMW Serie 90 anu avutu una resistenza à l'aria più altu ch'è i so predecessori in l'anni 90. Questa tendenza hè facilitata da mudelli SUV impressiunanti cù a so grande zona frontale è a razionalizzazione deteriorante. Stu tipu di veìculu hè statu criticatu principarmenti per u so pesu altu, ma in a pratica stu fattore diventa menu di una impurtanza relativa cù a velocità crescente - quandu guida fora di a cità à una vitezza di circa 50 km / h, a proporzione di resistenza di l'aria hè di circa. 80 per centu, à a velocità di l'autostrada aumenta à XNUMX per centu da a resistenza tutale affrontata da a vittura.

Tubu aerodinamicu

Un altru esempiu di u rolu di a resistenza di l'aria in u rendiment di u veiculu hè un mudellu tipicu di Smart City. Un dui posti pò esse agile è agile nantu à e strade di a cità, ma a so carrozzeria corta è proporzionale hè assai inefficace da un puntu di vista aerodinamicu. In u sfondate di pocu pesu, a resistenza di l'aria diventa un elementu sempre più impurtante, è cù Smart cumencia à avè un forte effettu à a velocità di 50 km / h. Ùn hè micca surprisante chì, malgradu u disignu ligeru, ùn hà micca campatu à l'aspettattivi. di un costu relativamente bassu.

In ogni casu, malgradu i difetti di Smart, l'attitudine di a casa madre Mercedes à l'aerodinamica hè un esempiu di un approcciu metudicu, coherente è proattivu à u prucessu di creazione di formi spettaculari. Pò esse dichjaratu chì i risultati di l'investimentu in i tunnel di ventu è u travagliu duru in questa zona sò soprattuttu notevuli in questa cumpagnia. Un esempiu particularmente impressiunanti di l'effettu di stu prucessu hè u fattu chì l'attuale S-Class (Cx 0,24) hà menu resistenza à l'aria chì u Golf VII (0,28). In a ricerca di più spaziu internu, a forma di u mudellu compactu hà acquistatu una zona frontale piuttostu grande, è u coefficient di flussu hè peggiu di quellu di a classa S per via di a so lunghezza più corta, chì ùn permette micca superfici streamlined è assai. più. - digià per via di una transizione brusca da daretu, cuntribuiscenu à a furmazione di vortici. Tuttavia, VW hè fermu chì a prossima generazione di Golf averà una resistenza di l'aria significativamente menu è esse abbassata è simplificata. U più bassu fattore di cunsumu di carburante registratu di 0,22 per veiculu ICE hè u Mercedes CLA 180 BlueEfficiency.

U vantaghju di i veiculi elettrichi

Un altru esempiu di l'impurtanza di a forma aerodinamica nant'à u fondu di u pesu sò i mudelli ibridi muderni è ancu di più i veiculi elettrichi. In u casu di u Prius, per esempiu, a necessità di un cuncepimentu altamente aerodinamicu hè ancu dettata da u fattu chì cume a velocità aumenta, l'efficienza di u gruppu di propulsione ibrida scende drammaticamente. In u casu di i veiculi elettrichi, tuttu ciò chì tocca à u chilometraghju aumentatu in modu elettricu hè estremamente impurtante. Sicondu i sperti, riduce u pesu di 100 kg aumenterà u chilometraghju di a vittura di solu pochi chilometri, ma d'altra parte, l'aerodinamica hè di primura per una vittura elettrica.

Prima, perchè l'alta massa di sti veiculi li permette di ricuperà una parte di l'energia utilizata per a ricuperazione, è in segundu, perchè l'altu torque di u mutore elettricu permette di cumpensà l'effettu di u pesu à l'iniziu, è a so efficienza diminuisce. à alta velocità è alta velocità. Inoltre, l'elettronica di putenza è u mutore elettricu necessitanu menu aria di rinfrescante, chì permette una apertura più chjuca in u fronte di a vittura, chì, cum'è avemu digià nutatu, hè u mutivu principale di a deteriorazione di u flussu intornu à u corpu. Un altru elementu di a mutivazione di i diseggiani per creà forme più aerodinamicamente efficaci in i mudelli hibridi plug-in d'oghje hè u modu di muvimentu senza accelerazione solu cù l'aiutu di un mutore elettricu, o cusì chjamatu. vela. A cuntrariu di e barche à vela, induve u terminu vene da è induve u ventu hè suppostu di spustà a barca, i vitture elettriche aumenteranu a milla se a vittura hà menu resistenza di l'aria. A creazione di una forma aerodinamicamente ottimizzata hè u modu più economicu per riduce u cunsumu di carburante.

Testu: Georgy Kolev

I coefficienti di cunsumu di alcune vitture famose:

Mercedes Simplex

Produzzione 1904, Cx = 1,05

Rumpler Tropfenwagen

Produzzione 1921, Cx = 0,28

Ford Model T

Produzzione 1927, Cx = 0,70

Mudellu sperimentale Kam

Produzzione 1938, Cx = 0,36

Vittura record di Mercedes

Produzzione 1938, Cx = 0,12

autobus VW

Produzzione 1950, Cx = 0,44

VW "tartaruga"

Produzzione 1951, Cx = 0,40

Panhard Dina

Produzzione 1954, Cx = 0,26

Porsche 356

Produzzione 1957, Cx = 0,36

MG EX 181

Produzzione 1957, Cx = 0,15

Citroen DS 19

Produzzione 1963, Cx = 0,33

NSU Sport Prince

Produzzione 1966, Cx = 0,38

Coprisedili Mercedes C 111

Produzzione 1970, Cx = 0,29

Volvo 245 Van

Produzzione 1975, Cx = 0,47

Audi 100

Produzzione 1983, Cx = 0,31

Coprisedili Mercedes W 124

Produzzione 1985, Cx = 0,29

Toyota Prius 1

Produzzione 1997, Cx = 0,29