Turbulent strømning
Indhold
Hvordan moderne teknologi ændrer bilens aerodynamik
Lav luftmodstand hjælper med at reducere brændstofforbruget. I denne henseende er der imidlertid enorme muligheder for udvikling. Indtil videre er naturligvis aerodynamikeksperter enige i designernes mening.
"Aerodynamik til dem, der ikke kan lave motorcykler." Disse ord blev talt af Enzo Ferrari i 60'erne og viser tydeligt holdningen hos mange tiders designere til dette teknologiske aspekt af bilen. Dog kun ti år senere kom den første oliekrise, og hele deres værdisystem ændrede sig radikalt. De tidspunkter, hvor alle modstandskræfter i bilens bevægelse, og især dem, der opstår som følge af dens passage gennem luftlagene, overvindes af omfattende tekniske løsninger, såsom at øge motorernes forskydning og kraft, uanset hvor meget brændstof der forbruges, de forsvinder, og ingeniører begynder kigge efter mere effektive måder at nå dine mål på.
I øjeblikket er aerodynamikens teknologiske faktor dækket med et tykt lag af glemsel, men det er ikke helt nyt for designere. Teknologiens historie viser, at selv i tyverne formede avancerede og opfindelige hjerner som den tyske Edmund Rumpler og ungareren Paul Jaray (der skabte kulturen af Tatra T77) strømlinede overflader og lagde grundlaget for en aerodynamisk tilgang til karosseriets design. De blev efterfulgt af en anden bølge af aerodynamiske specialister som Baron Reinhard von Kenich-Faxenfeld og Wunibald Kam, der udviklede deres ideer i 1930'erne.
Det er klart for enhver, at med stigende hastighed kommer der en grænse, over hvilken luftmodstanden bliver en kritisk faktor ved bilkørsel. Skabelsen af aerodynamisk optimerede former kan flytte denne grænse opad væsentligt og udtrykkes ved den såkaldte flowkoefficient Cx, da en værdi på 1,05 har en terning inverteret vinkelret på luftstrømmen (hvis den drejes 45 grader langs sin akse, så dens opstrøms kant reduceres til 0,80). Denne koefficient er dog kun en del af luftmodstandsligningen - størrelsen af bilens frontareal (A) skal tilføjes som et væsentligt element. Den første af aerodynamikernes opgaver er at skabe rene, aerodynamisk effektive overflader (hvoraf faktorer, som vi vil se, er mange i bilen), hvilket i sidste ende fører til et fald i flowkoefficienten. For at måle sidstnævnte er der brug for en vindtunnel, hvilket er et dyrt og ekstremt komplekst anlæg – et eksempel på dette er BMWs 2009 millioner euro-tunnel, som blev taget i brug i 170. Den vigtigste komponent i den er ikke en kæmpe blæser, som forbruger så meget strøm, at den har brug for en separat transformerstation, men et præcist rullestativ, der måler alle de kræfter og momenter, som luftstrålen udøver på bilen. Hans job er at evaluere al bilens interaktion med luftstrømmen og hjælpe specialisterne med at studere hver detalje og ændre den på en sådan måde, at den ikke kun gør den effektiv i luftstrømmen, men også i overensstemmelse med designernes ønsker . Dybest set kommer de vigtigste trækkomponenter, en bil støder på, når luften foran den komprimeres og skifter og – noget ekstremt vigtigt – fra den intense turbulens bag den bagved. Der dannes en lavtrykszone, som har en tendens til at trække bilen, som igen blander sig med den stærke påvirkning fra hvirvelen, som aerodynamikere også kalder "død excitation". Af logiske årsager er niveauet af reduceret tryk bag stationsmodeller højere, hvilket resulterer i, at flowkoefficienten forringes.
Aerodynamiske trækfaktorer
Sidstnævnte afhænger ikke kun af faktorer som bilens overordnede form, men også af specifikke dele og overflader. I praksis har moderne bilers overordnede form og proportioner en andel på 40 procent af den samlede luftmodstand, hvoraf en fjerdedel bestemmes af objektets overfladestruktur og funktioner som spejle, lys, nummerplade og antenne. 10 % af luftmodstanden skyldes strømmen gennem hullerne til bremser, motor og gearkasse. 20 % er resultatet af vortex i de forskellige gulv- og ophængskonstruktioner, det vil sige alt, hvad der sker under bilen. Og det mest interessante er, at op til 30 % af luftmodstanden skyldes de hvirvler, der er skabt omkring hjulene og vingerne. En praktisk demonstration af dette fænomen giver en klar indikation af dette - forbrugskoefficienten fra 0,28 pr. bil falder til 0,18, når hjulene fjernes og hullerne i vingen dækkes med færdiggørelsen af bilens form. Det er ikke tilfældigt, at alle biler med overraskende lavt kilometertal, som den første Honda Insight og GM's EV1-elbil, har skjulte bagskærme. Den overordnede aerodynamiske form og den lukkede forende, på grund af det faktum, at elmotoren ikke kræver en stor mængde køleluft, gjorde det muligt for GM-udviklerne at udvikle EV1-modellen med en flowkoefficient på kun 0,195. Tesla model 3 har Cx 0,21. At reducere hvirvelen omkring hjulene i køretøjer med forbrændingsmotorer, såkaldte. "Luftgardiner" i form af en tynd lodret luftstrøm ledes fra åbningen i den forreste kofanger, blæser rundt om hjulene og stabiliserer hvirvlerne. Strømningen til motoren er begrænset af aerodynamiske skodder, og bunden er helt lukket.
Jo lavere kræfter målt af rullestativet, jo lavere er Cx. Ifølge standarden måles den med en hastighed på 140 km/t - en værdi på for eksempel 0,30 betyder, at 30 procent af luften, som en bil passerer igennem, accelererer til sin hastighed. Hvad angår det forreste område, kræver dets aflæsning en meget enklere procedure - til dette, ved hjælp af en laser, skitseres bilens ydre konturer, når de ses forfra, og det lukkede område i kvadratmeter beregnes. Denne ganges efterfølgende med flowfaktoren for at få køretøjets samlede luftmodstand i kvadratmeter.
Vender vi tilbage til den historiske oversigt over vores aerodynamiske beskrivelse, finder vi, at skabelsen af den standardiserede brændstofforbrugsmålingscyklus (NEFZ) i 1996 faktisk spillede en negativ rolle i den aerodynamiske udvikling af biler (som udviklede sig betydeligt i 1980'erne). ) fordi den aerodynamiske faktor har ringe effekt på grund af den korte periode med højhastighedsbevægelse. Selvom flowkoefficienten falder over tid, resulterer en forøgelse af størrelsen af køretøjer i hver klasse i en stigning i frontarealet og derfor en stigning i luftmodstanden. Biler som VW Golf, Opel Astra og BMW 7-serie havde højere luftmodstand end deres forgængere i 1990'erne. Denne trend er drevet af en kohorte af imponerende SUV-modeller med deres store frontareal og forværrede trafik. Denne type biler er hovedsageligt blevet kritiseret for dens enorme vægt, men i praksis får denne faktor en lavere relativ betydning med stigende hastighed - mens der ved kørsel uden for byen med en hastighed på omkring 90 km/t er andelen af luftmodstanden. omkring 50 procent, ved Ved motorvejshastigheder øges det til 80 procent af det samlede træk, køretøjet møder.
Aerodynamisk rør
Et andet eksempel på luftmotstandens rolle i køretøjets ydeevne er den typiske Smart City-model. En to-personers bil kan være kvikk og kvikk i byens gader, men en kort og proportional krop er ekstremt ineffektiv set fra et aerodynamisk synspunkt. På baggrund af let vægt bliver luftmodstand et stadig vigtigere element, og med Smart begynder det at have en stærk påvirkning i hastigheder på 50 km / t. Ikke underligt, at det ikke faldt forventninger til lave omkostninger på trods af sin lette design.
På trods af Smarts mangler er moderselskabet Mercedes' tilgang til aerodynamik dog et eksempel på en metodisk, konsekvent og proaktiv tilgang til processen med at skabe effektive former. Det kan argumenteres for, at resultaterne af investeringer i vindtunneller og hårdt arbejde på dette område er særligt synlige i denne virksomhed. Et særligt slående eksempel på effekten af denne proces er, at den nuværende S-klasse (Cx 0,24) har mindre vindmodstand end Golf VII (0,28). I processen med at finde mere indvendig plads har formen på den kompakte model fået et ret stort frontareal, og flowkoefficienten er dårligere end S-klassen på grund af den kortere længde, som ikke tillader lange strømlinede overflader og hovedsageligt på grund af en skarp overgang til bagsiden, hvilket fremmer dannelsen af hvirvler. VW var stejlt på, at den nye ottende generation af Golf ville have markant mindre luftmodstand og en lavere og mere strømlinet form, men på trods af det nye design og testmuligheder, viste det sig at være ekstremt udfordrende for bilen. med dette format. Men med en faktor på 0,275 er dette den mest aerodynamiske Golf nogensinde lavet. Det laveste registrerede brændstofforbrugsforhold på 0,22 pr. køretøj med forbrændingsmotor er Mercedes CLA 180 BlueEfficiency.
Fordelen ved elektriske køretøjer
Et andet eksempel på betydningen af aerodynamisk form kontra vægt er moderne hybridmodeller og endnu flere elektriske køretøjer. I tilfælde af Prius, for eksempel, dikteres behovet for en meget aerodynamisk form også af det faktum, at når hastigheden øges, reduceres effektiviteten af hybrid drivlinjen. For elektriske køretøjer er alt, hvad der hænger sammen med øget kilometertal i elektrisk tilstand, ekstremt vigtigt. Ifølge eksperter vil et vægttab på 100 kg øge bilens kilometertal med kun få kilometer, men på den anden side er aerodynamik af største vigtighed for en elbil. For det første fordi den store masse af disse køretøjer gør det muligt for dem at genvinde noget af den energi, der forbruges af genvindingen, og for det andet fordi det høje drejningsmoment for den elektriske motor tillader den at kompensere for effekten af vægten under start, og dens effektivitet falder ved høje hastigheder og høje hastigheder. Derudover kræver kraftelektronikken og den elektriske motor mindre køleluft, hvilket giver mulighed for en mindre åbning foran på bilen, hvilket, som vi bemærkede, er den vigtigste årsag til reduceret kropstrøm. Et andet element i at motivere designere til at skabe mere aerodynamisk effektive former i moderne plug-in hybrid-modeller er ikke-acceleration elektrisk-kun tilstand, eller såkaldt. sejlads. I modsætning til sejlbåde, hvor udtrykket bruges, og vinden er nødt til at bevæge båden, ville i biler elektrisk drevet kilometertal stige, hvis bilen havde mindre luftmodstand. At skabe en aerodynamisk optimeret form er den mest omkostningseffektive måde at reducere brændstofforbruget på.
Forbrugsfaktorer for nogle berømte biler:
Mercedes Simplex
Fremstilling 1904, Cx = 1,05
Rumpler drop vogn
Fremstilling 1921, Cx = 0,28
Ford Model T.
Fremstilling 1927, Cx = 0,70
Kama eksperimentel model
Fremstillet i 1938, Cx = 0,36.
Mercedes pladebil
Fremstilling 1938, Cx = 0,12
VW Bus
Fremstilling 1950, Cx = 0,44
Volkswagen "Turtle"
Fremstilling 1951, Cx = 0,40
Panhard Dina
Fremstillet i 1954, Cx = 0,26.
Porsche 356 A
Fremstillet i 1957, Cx = 0,36.
MG EX 181
1957 produktion, Cx = 0,15
Citroen DS 19
Fremstilling 1963, Cx = 0,33
NSU Sport Prince
Fremstilling 1966, Cx = 0,38
Mercedes S 111
Fremstilling 1970, Cx = 0,29
Volvo 245 Stationcar
Fremstilling 1975, Cx = 0,47
Audi 100
Fremstilling 1983, Cx = 0,31
Mercedes W124
Fremstilling 1985, Cx = 0,29
Lamborghini Countach
Fremstilling 1990, Cx = 0,40
Toyota Prius 1
Fremstilling 1997, Cx = 0,29
