Turbulentne vool
Sisu
Kuidas moodne tehnoloogia muudab auto aerodünaamikat
Madal õhutakistus aitab vähendada kütusekulu. Selles osas on aga tohutult võimalusi arenemiseks. Siiani nõustuvad aerodünaamikaeksperdid muidugi disainerite arvamusega.
"Aerodünaamika neile, kes ei oska mootorrattaid valmistada." Need sõnad lausus 60-ndatel Enzo Ferrari ja need näitavad selgelt paljude tolleaegsete disainerite suhtumist auto sellesse tehnoloogilisse aspekti. Kuid alles kümme aastat hiljem saabus esimene naftakriis ja kogu nende väärtuste süsteem muutus radikaalselt. Ajad, mil kõik vastupanujõud auto liikumisel, eriti need, mis tekivad selle õhukihtide läbimisel, on ületatud ulatuslike tehniliste lahendustega, näiteks mootorite töömahu ja võimsuse suurendamine, sõltumata tarbitud kütusekogusest, kaovad ja insenerid alustavad otsige tõhusamaid viise oma eesmärkide saavutamiseks.
Praegu on aerodünaamika tehnoloogiline tegur kaetud paksu unustustolmu kihiga, kuid see pole disainerite jaoks täiesti uus. Tehnoloogiaajalugu näitab, et isegi kahekümnendatel kujundasid arenenud ja leidlikud aju nagu sakslane Edmund Rumpler ja ungarlane Paul Jaray (kes lõi Tatra T77 kultuse) voolujoonelised pinnad ja panid aluse aerodünaamilisele lähenemisele autode keredisainis. Neile järgnes teine aerodünaamiliste spetsialistide laine, nagu parun Reinhard von Könich-Faxenfeld ja Wunibald Kam, kes töötasid oma ideed välja 1930. aastatel.
Kõigile on selge, et kiiruse suurenemisega tuleb piir, millest ületamisel muutub õhutakistus auto juhtimisel kriitiliseks teguriks. Aerodünaamiliselt optimeeritud kujundite loomine võib seda piiri oluliselt ülespoole nihutada ja seda väljendab nn voolukoefitsient Cx, kuna väärtusel 1,05 on kuup ümberpööratud õhuvooluga risti (kui seda pöörata 45 kraadi piki oma telge, nii et selle ülesvoolu serv väheneb 0,80-ni). See koefitsient on aga vaid üks osa õhutakistuse võrrandist – olulise elemendina tuleb lisada auto esiosa suurus (A). Aerodünaamikute esimene ülesanne on luua puhtad, aerodünaamiliselt tõhusad pinnad (mille tegureid, nagu näeme, on autos palju), mis lõpuks viib voolukoefitsiendi vähenemiseni. Viimase mõõtmiseks on vaja tuuletunnelit, mis on kulukas ja ülikeeruline rajatis – selle näiteks on BMW 2009. aastal kasutusele võetud 170 miljonit eurot maksev tunnel. Tähtsaim komponent selles pole mitte hiigelventilaator, mis tarbib nii palju elektrit, et vajaks eraldi trafojaama, vaid täpne rullalus, mis mõõdab kõiki jõude ja momente, mida õhujuga autole avaldab. Tema ülesanne on hinnata kogu auto koostoimet õhuvooluga ning aidata spetsialistidel uurida iga detaili ja muuta seda nii, et see mitte ainult õhuvoolus oleks tõhus, vaid vastaks ka projekteerijate soovidele. . Põhimõtteliselt tulenevad peamised takistused, millega auto kokku puutub, sellest, kui ees olev õhk kokku surub ja nihkub, ning – mis on äärmiselt oluline – tagaosa taga olevast intensiivsest turbulentsist. Seal tekib madalrõhutsoon, mis kipub autot tõmbama, mis omakorda seguneb tugeva keerise mõjuga, mida aerodünaamikud nimetavad ka "surnud ergastuseks". Loogilistel põhjustel on universaalmudelite taga alandatud rõhu tase kõrgem, mille tulemusena voolukoefitsient halveneb.
Aerodünaamilised takistustegurid
Viimane ei sõltu ainult sellistest teguritest nagu auto üldine kuju, vaid ka konkreetsetest osadest ja pindadest. Praktikas on tänapäevaste autode üldkuju ja proportsioonide osakaal kogu õhutakistusest 40 protsenti, millest veerandi määravad objekti pinna struktuur ja omadused nagu peeglid, tuled, numbrimärk ja antenn. 10% õhutakistusest on tingitud voolust läbi aukude pidurite, mootori ja käigukasti. 20% on erinevates põranda- ja vedrustuskonstruktsioonides tekkiva keerise tulemus ehk kõik, mis auto all toimub. Ja kõige huvitavam on see, et kuni 30% õhutakistusest on tingitud rataste ja tiibade ümber tekkivatest keeristest. Selle nähtuse praktiline demonstreerimine annab sellest selgelt märku - kulukoefitsient 0,28-lt auto kohta väheneb 0,18-ni, kui rattad eemaldatakse ja tiivas olevad augud kaetakse auto kuju lõpetamisega. Pole juhus, et kõigil üllatavalt väikese läbisõiduga autodel, nagu esimesel Honda Insightil ja GMi elektriautol EV1, on peidetud tagumised poritiibad. Üldine aerodünaamiline kuju ja suletud esiosa, tänu sellele, et elektrimootor ei vaja suurt hulka jahutusõhku, võimaldasid GM-i arendajatel välja töötada EV1 mudeli, mille voolutegur on vaid 0,195. Tesla mudelil 3 on Cx 0,21. Rataste ümber tekkiva keerise vähendamiseks sisepõlemismootoriga sõidukitel nn. Esikaitserauas olevast avast suunatakse õhukese vertikaalse õhujoa kujul "õhkkardinad", mis puhuvad ümber rataste ja stabiliseerivad keeriseid. Voolu mootorisse piiravad aerodünaamilised aknaluugid ja põhi on täielikult suletud.
Mida väiksemad on rullstendi poolt mõõdetavad jõud, seda väiksem on Cx. Standardi järgi mõõdetakse seda kiirusel 140 km/h – väärtus 0,30 tähendab näiteks seda, et 30 protsenti õhust, mida auto läbib, kiirendab oma kiiruseni. Mis puudutab esiosa, siis selle lugemine nõuab palju lihtsamat protseduuri - selleks joonistatakse laseri abil auto väliskontuurid eestpoolt vaadates välja ning arvutatakse välja suletud pindala ruutmeetrites. Seejärel korrutatakse see vooluteguriga, et saada sõiduki kogu õhutakistus ruutmeetrites.
Pöördudes tagasi meie aerodünaamilise kirjelduse ajaloolise ülevaate juurde, leiame, et standardiseeritud kütusekulu mõõtmise tsükli (NEFZ) loomine 1996. aastal mängis tegelikult negatiivset rolli autode aerodünaamilises arengus (mis arenes 1980ndatel oluliselt edasi). ), kuna aerodünaamilisel teguril on kiire liikumise lühikese perioodi tõttu väike mõju. Kuigi voolukoefitsient aja jooksul väheneb, toob igas klassis sõidukite suuruse suurendamine kaasa esiosa suurenemise ja seega ka õhutakistuse suurenemise. Sellistel autodel nagu VW Golf, Opel Astra ja BMW 7. seeria oli 1990. aastatel suurem õhutakistus kui nende eelkäijatel. Seda suundumust soodustab muljetavaldavate linnamaasturite mudelite rühm nende suure esipinna ja halveneva liiklusega. Seda tüüpi autot on kritiseeritud peamiselt tohutu kaalu pärast, kuid praktikas omandab see faktor kiiruse kasvades väiksema suhtelise tähtsuse – samas kui linnast väljas sõites kiirusega umbes 90 km/h, on õhutakistuse osakaal suurem. umbes 50 protsenti maanteel sõites suureneb see 80 protsendini kogu takistusest, millega sõiduk kokku puutub.
Aerodünaamiline toru
Teine näide õhutakistuse rollist sõiduki töös on tüüpiline Smart city mudel. Kahekohaline auto võib linnatänavatel olla krapsakas ja krapsakas, kuid lühike ja korraliku proportsiooniga kere on aerodünaamilisest seisukohast äärmiselt ebaefektiivne. Kerge kaaluga on õhutakistus muutumas üha olulisemaks elemendiks ning Smarti puhul hakkab see tugevalt mõjuma kiirusel 50 km / h. Pole üllatav, et see jäi kergest disainist hoolimata ootustele odava hinna osas.
Vaatamata Smarti puudujääkidele ilmestab emafirma Mercedes lähenemine aerodünaamikale aga metoodilist, järjepidevat ja proaktiivset lähenemist tõhusate kujundite loomise protsessile. Võib väita, et tuuletunnelitesse tehtud investeeringute ja selle valdkonna raske töö tulemused on selles ettevõttes eriti nähtavad. Eriti ilmekas näide selle protsessi mõjust on asjaolu, et praegusel S-klassil (Cx 0,24) on väiksem tuuletakistus kui Golf VII-l (0,28). Siseruumi juurde leidmise käigus on kompaktse mudeli kuju omandanud üsna suure esipinna ning voolutegur on lühema pikkuse tõttu kehvem kui S-klassil, mis ei võimalda pikki voolujoonelisi pindu. ja peamiselt tänu järsule üleminekule tahapoole, soodustades keeriste teket. VW oli kindel, et uuel kaheksanda põlvkonna Golfil on oluliselt väiksem õhutakistus ning madalam ja voolujoonelisem kuju, kuid vaatamata uuele disainile ja testimisvõimalustele osutus see auto jaoks ülimalt väljakutsuvaks. selle formaadiga. Koefitsiendiga 0,275 on see aga kõige aerodünaamilisem Golf, mis eales tehtud. Madalaim registreeritud kütusekulu suhe 0,22 sisepõlemismootoriga sõiduki kohta on Mercedes CLA 180 BlueEfficiency.
Elektrisõidukite eelis
Teine näide aerodünaamilise kuju olulisusest kaalu taustal on tänapäevased hübriidmudelid ja veelgi enam elektrisõidukid. Näiteks Priuse puhul dikteerib vajadust väga aerodünaamilise kuju järele ka see, et kiiruse suurenedes hübriidjõuseadme efektiivsus väheneb. Elektrisõidukite puhul on kõik, mis on seotud elektrirežiimi suurenenud läbisõiduga, äärmiselt oluline. Ekspertide sõnul suurendab 100 kg kaalukaotus auto läbisõitu vaid mõne kilomeetri võrra, kuid teisalt on aerodünaamika elektriauto jaoks esmatähtis. Esiteks seetõttu, et nende sõidukite suur mass võimaldab neil taastada osa taastumisel tarbitud energiast, ja teiseks seetõttu, et elektrimootori suur pöördemoment võimaldab tal kompenseerida kaalu mõju käivitamisel ning selle efektiivsus väheneb suurel kiirusel ja suurel kiirusel. Lisaks vajavad jõuelektroonika ja elektrimootor vähem jahutusõhku, mis võimaldab väiksemat ava auto esiosas, mis, nagu oleme märkinud, on kerevoolu vähenemise peamine põhjus. Teine element, mis motiveerib disainereid kaasaegsetes pistikprogrammides hübriidmudelites aerodünaamiliselt tõhusamate vormide loomiseks, on kiirenduseta režiim ainult elektriline ehk nn. purjetamine. Erinevalt purjekatest, kus seda terminit kasutatakse ja tuul peab paati liigutama, suureneks autodes elektriajamiga läbisõit, kui autol oleks väiksem õhutakistus. Aerodünaamiliselt optimeeritud kuju loomine on kõige kulutõhusam viis kütusekulu vähendamiseks.
Mõne kuulsa auto tarbimiskoefitsiendid:
Mercedes Simplex
Tootmine 1904, Cx = 1,05
Rumpleri tilkvagun
Tootmine 1921, Cx = 0,28
Fordi mudel T
Tootmine 1927, Cx = 0,70
Kama eksperimentaalne mudel
Valmistatud 1938. aastal, Cx = 0,36.
Mercedese rekordauto
Tootmine 1938, Cx = 0,12
VW buss
Tootmine 1950, Cx = 0,44
Volkswagen "kilpkonn"
Tootmine 1951, Cx = 0,40
Panhard Dina
Valmistatud 1954. aastal, Cx = 0,26.
Porsche 356 A
Valmistatud 1957. aastal, Cx = 0,36.
MG EX 181
1957. aasta toodang, Cx = 0,15
Citroen DS 19
Tootmine 1963, Cx = 0,33
NSU spordiprints
Tootmine 1966, Cx = 0,38
Mercedes S 111
Tootmine 1970, Cx = 0,29
Volvo 245 universaal
Tootmine 1975, Cx = 0,47
Audi 100
Tootmine 1983, Cx = 0,31
Mercedes W 124
Tootmine 1985, Cx = 0,29
Lamborghini krahv
Tootmine 1990, Cx = 0,40
Toyota Prius 1
Tootmine 1997, Cx = 0,29
