کتاب آیرودینامیک

مهمترین عوامل موثر بر مقاومت هوا در خودرو

مقاومت کم هوا به کاهش مصرف سوخت کمک می کند. با این حال ، در این زمینه ، فضای زیادی برای توسعه وجود دارد. اگر البته متخصصان آیرودینامیک با نظر طراحان موافق هستند.

"آیرودینامیک برای کسانی که نمی توانند موتورسیکلت بسازند." این کلمات توسط انزو فراری در دهه شصت گفته شده و به وضوح نشان دهنده نگرش بسیاری از طراحان آن زمان نسبت به این سمت تکنولوژیکی خودرو است. با این حال ، تنها ده سال بعد بود که اولین بحران نفت رخ داد ، که به طور بنیادی کل سیستم ارزشی آنها را تغییر داد. در مواقعی که تمام نیروهای مقاومت در حین حرکت ماشین و به ویژه نیروهایی که هنگام عبور آن از لایه های هوا بوجود می آیند ، با راه حل های فنی گسترده ای مانند افزایش میزان جابجایی و قدرت موتورها ، صرف نظر از میزان سوخت مصرف شده ، برطرف می شوند و مهندسان شروع به جستجو می کنند. روشهای م moreثرتری برای دستیابی به اهداف خود.

در حال حاضر ، عامل فناوری آیرودینامیک با یک لایه ضخیم از غبار فراموشی پوشانده شده است ، اما برای طراحان این موضوع جدید نیست. تاریخچه فناوری نشان می دهد که حتی در دهه 77 ، ذهناتی پیشرفته و مبتکر مانند ادموند رامپلر آلمانی و پل زارای مجارستانی (که نمادین Tatra TXNUMX را خلق کرده است) به صورت سطوح آراسته شکل گرفته و پایه رویکرد آیرودینامیکی طراحی بدنه خودرو را بنا نهاده اند. به دنبال آنها موج دوم متخصصان آیرودینامیک مانند بارون رینهارد فون کنیچ-فاکسنفلد و ونیبالد کام ، که ایده های خود را در XNUMX توسعه دادند ، بود.

برای همه روشن است که با افزایش سرعت محدودیتی به وجود می آید که بالاتر از آن مقاومت هوا به عاملی حیاتی برای رانندگی خودرو تبدیل می شود. ایجاد اشکال بهینه شده از نظر آیرودینامیکی می تواند این حد را به میزان قابل توجهی بالا ببرد و به اصطلاح با ضریب جریان Cx بیان می شود، زیرا مقدار 1,05 دارای یک مکعب عمود بر جریان هوا معکوس است (اگر 45 درجه در امتداد محور خود بچرخد، به طوری که بالادست لبه به 0,80 کاهش می یابد). با این حال، این ضریب تنها بخشی از معادله مقاومت هوا است - شما باید اندازه ناحیه جلویی خودرو (A) را به عنوان یک عنصر مهم اضافه کنید. اولین وظیفه آیرودینامیک ها ایجاد سطوح تمیز و کارآمد از نظر آیرودینامیکی است (عواملی که همانطور که خواهیم دید در خودرو بسیار زیاد است) که در نهایت منجر به ضریب جریان پایین تر می شود. اندازه گیری دومی نیاز به یک تونل باد دارد که ساختاری گران قیمت و بسیار پیچیده است – نمونه ای از آن تونلی است که در سال 2009 راه اندازی شد. BMW که برای این شرکت 170 میلیون یورو هزینه در بر داشت. مهمترین جزء در آن یک فن غول پیکر نیست که آنقدر برق مصرف می کند که نیاز به یک پست ترانسفورماتور جداگانه دارد، بلکه یک پایه غلتکی دقیق است که تمام نیروها و لحظاتی را که یک جت هوا به یک ماشین وارد می کند اندازه گیری می کند. وظیفه او ارزیابی کل تعامل خودرو با جریان هوا است و به متخصصان کمک می کند تا همه جزئیات را مطالعه کرده و آن را تغییر دهند تا نه تنها در جریان هوا موثر باشد، بلکه مطابق با خواسته طراحان باشد. . اساساً، اجزای اصلی درگ که یک خودرو با آن مواجه می‌شود از زمانی که هوای جلوی آن فشرده می‌شود و جابجا می‌شود، و - بسیار مهم - از تلاطم شدید پشت آن در عقب ناشی می‌شود. یک ناحیه کم فشار وجود دارد که تمایل دارد ماشین را بکشد، که به نوبه خود با یک اثر گرداب قوی مخلوط می شود که آیرودینامیک ها آن را "تحریک مرده" نیز می نامند. به دلایل منطقی بعد از مدل های استیشن، سطح خلاء بالاتر است و در نتیجه ضریب مصرف کاهش می یابد.

عوامل کشش آیرودینامیکی

مورد دوم نه تنها به عواملی مانند شکل کلی خودرو، بلکه به قطعات و سطوح خاص نیز بستگی دارد. در عمل، شکل کلی و نسبت‌های خودروهای مدرن 40 درصد از کل مقاومت هوا را تشکیل می‌دهد که یک چهارم آن توسط ساختار سطح جسم و ویژگی‌هایی مانند آینه، چراغ‌ها، پلاک و آنتن تعیین می‌شود. 10 درصد مقاومت هوا به دلیل جریان از طریق دریچه ها به ترمز، موتور و گیربکس است. 20% حاصل گرداب در طرح های مختلف کف و سیستم تعلیق است، یعنی هر اتفاقی که در زیر خودرو می افتد. و جالبتر از همه - 30٪ از مقاومت هوا به دلیل گردابه های ایجاد شده در اطراف چرخ ها و بال ها است. یک نمایش عملی از این پدیده به وضوح این را نشان می دهد - نرخ جریان از 0,28 در هر وسیله نقلیه به 0,18 کاهش می یابد، هنگامی که چرخ ها برداشته می شوند و دریچه های گلگیر بسته می شوند. تصادفی نیست که همه خودروهای کم مسافت پیموده شده - مانند اولین Insight هوندا و خودروی الکتریکی GM EV1 - دارای گلگیرهای عقب مخفی هستند. شکل کلی آیرودینامیکی و قسمت جلویی بسته، به دلیل این واقعیت که موتور الکتریکی به هوای خنک کننده زیادی نیاز ندارد، به طراحان جنرال موتورز اجازه داد تا مدل EV1 را با ضریب جریان فقط 0,195 توسعه دهند. تسلا مدل 3 دارای Cx 0,21 است. برای کاهش گردابه چرخ ها در وسایل نقلیه با موتورهای احتراق داخلی، به اصطلاح. "پرده های هوا" به شکل یک جریان هوای نازک عمودی که از دهانه سپر جلو هدایت می شود، در اطراف چرخ ها می وزد و گرداب ها را تثبیت می کند، جریان به موتور توسط کرکره های آیرودینامیکی محدود می شود و قسمت پایین کاملاً بسته است.

هرچه مقادیر نیروهای اندازه گیری شده توسط پایه غلتکی کمتر باشد، Cx کوچکتر است. معمولاً با سرعت 140 کیلومتر در ساعت اندازه گیری می شود - برای مثال مقدار 0,30 به این معنی است که 30 درصد از هوایی که خودرو از آن عبور می کند به سرعت آن می رسد. در مورد جلو، خواندن آن به روش بسیار ساده تری نیاز دارد - برای این، خطوط بیرونی خودرو هنگام مشاهده از جلو با لیزر مشخص می شود و منطقه محصور در متر مربع محاسبه می شود. سپس در ضریب جریان ضرب می شود تا کل مقاومت هوای خودرو بر حسب متر مربع بدست آید.

با بازگشت به طرح کلی تاریخی روایت آیرودینامیکی خود، متوجه می‌شویم که ایجاد چرخه استاندارد اندازه‌گیری مصرف سوخت (NEFZ) در سال 1996 در واقع نقش منفی در تکامل آیرودینامیکی اتومبیل‌ها (که در 7s پیشرفت قابل‌توجهی داشت) داشت. ) زیرا فاکتور آیرودینامیکی به دلیل کوتاه بودن مدت حرکت با سرعت بالا تاثیر کمی دارد. با وجود کاهش ضریب مصرف در طی سالیان، افزایش ابعاد خودروهای هر کلاس منجر به افزایش سطح جلو و در نتیجه افزایش مقاومت هوا می شود. خودروهایی مانند VW Golf، Opel The Astra و BMW سری 90 مقاومت هوای بالاتری نسبت به مدل های قبلی خود در دهه 90 داشتند. این روند توسط مدل‌های SUV چشمگیر با مساحت جلوی بزرگ و رو به وخامت روند تسهیل می‌شود. این نوع وسیله نقلیه عمدتاً به دلیل وزن بالا مورد انتقاد قرار گرفته است، اما در عمل با افزایش سرعت این عامل از اهمیت نسبی کمتری برخوردار می شود - هنگام رانندگی در خارج از شهر با سرعت حدود 50 کیلومتر در ساعت، نسبت مقاومت هوا در حدود است. 80 درصد، در سرعت های بزرگراه به XNUMX درصد از کل مقاومت خودرو افزایش می یابد.

لوله آیرودینامیکی

نمونه دیگری از نقش مقاومت هوا در عملکرد خودرو یک مدل معمولی شهر هوشمند است. یک خودروی دو نفره ممکن است در خیابان های شهر چابک و چابک باشد، اما بدنه کوتاه و متناسب آن از نظر آیرودینامیکی بسیار ناکارآمد است. با توجه به وزن کم، مقاومت هوا به یک عنصر مهم تبدیل می‌شود و با اسمارت در سرعت‌های 50 کیلومتر در ساعت تأثیر قوی می‌گذارد. جای تعجب نیست که با وجود طراحی سبک وزن، انتظارات را برآورده نکرد. با هزینه نسبتا کم

با این حال، علیرغم کاستی های اسمارت، نگرش شرکت مادر مرسدس به آیرودینامیک نمونه ای از رویکرد روشمند، سازگار و پیشگیرانه در فرآیند ایجاد فرم های دیدنی است. می توان ادعا کرد که نتایج سرمایه گذاری در تونل های باد و سخت کوشی در این زمینه به ویژه در این شرکت به چشم می خورد. یک مثال برجسته از تأثیر این فرآیند این واقعیت است که کلاس S فعلی (Cx 0,24) مقاومت هوای کمتری نسبت به Golf VII (0,28) دارد. در جستجوی فضای داخلی بیشتر، شکل مدل جمع و جور، ناحیه جلویی نسبتاً بزرگی را به خود اختصاص داده است و ضریب جریان بدتر از کلاس S به دلیل طول کوتاه‌تر آن است، که اجازه نمی‌دهد سطوح صاف و خیلی زیاد باشد. بیشتر. - در حال حاضر به دلیل انتقال شدید از پشت، به شکل گیری گرداب ها کمک می کند. با این حال، فولکس‌واگن مصر است که نسل بعدی گلف مقاومت هوا به میزان قابل‌توجهی کمتر خواهد بود و پایین‌تر و ساده‌تر می‌شود. کمترین ضریب مصرف سوخت ثبت شده 0,22 در هر خودرو ICE، مرسدس CLA 180 BlueEfficiency است.

مزیت وسایل نقلیه الکتریکی

نمونه دیگری از اهمیت شکل آیرودینامیکی در برابر وزن ، مدلهای هیبریدی مدرن و حتی وسایل نقلیه الکتریکی بیشتر است. به عنوان مثال ، در مورد پریوس ، نیاز به طراحی بسیار آیرودینامیکی نیز از این واقعیت حکایت دارد که با افزایش سرعت ، کارایی پیشرانه هیبریدی به طرز چشمگیری کاهش می یابد. در مورد وسایل نقلیه الکتریکی ، همه موارد مربوط به افزایش مسافت پیموده شده در حالت الکتریکی بسیار مهم است. به گفته کارشناسان ، کاهش 100 کیلوگرمی وزن تنها چند کیلومتر مسافت پیموده شده در خودرو را افزایش می دهد ، اما از طرف دیگر ، آیرودینامیک برای یک ماشین الکتریکی از اهمیت فوق العاده ای برخوردار است.

اولاً به این دلیل که جرم بالای این وسایل نقلیه به آنها اجازه می دهد تا مقداری از انرژی مصرف شده برای بازیابی را بازیابی کنند و ثانیاً به دلیل اینکه گشتاور بالای موتور الکتریکی به شما امکان می دهد تا تأثیر وزن را هنگام راه اندازی جبران کنید و بازده آن کاهش می یابد. با سرعت بالا و سرعت بالا. علاوه بر این، الکترونیک قدرت و موتور الکتریکی به هوای خنک‌کننده کمتری نیاز دارند، که باعث می‌شود یک دهانه کوچک‌تر در جلوی خودرو ایجاد شود، که همانطور که قبلاً اشاره کردیم، دلیل اصلی بدتر شدن جریان اطراف بدنه است. یکی دیگر از عناصر انگیزه طراحان برای ایجاد اشکال آیرودینامیکی کارآمدتر در مدل های هیبریدی پلاگین امروزی، حالت حرکت بدون شتاب تنها با کمک موتور الکتریکی یا به اصطلاح است. کشتیرانی. برخلاف قایق‌های بادبانی که این اصطلاح از آنجا می‌آید و قرار است باد قایق را به حرکت درآورد، اگر خودرو مقاومت هوای کمتری داشته باشد، خودروهای الکتریکی مسافت پیموده شده را افزایش می‌دهند. ایجاد یک شکل بهینه شده از نظر آیرودینامیکی اقتصادی ترین راه برای کاهش مصرف سوخت است.

متن: جورجی کولف

ضرایب مصرف برخی از اتومبیل های معروف:

مرسدس سیمپلکس

تولید 1904 ، Cx = 1,05

Rumpler Tropfenwagen

تولید 1921 ، Cx = 0,28

فورد مدل تی

تولید 1927 ، Cx = 0,70

مدل تجربی Kam

تولید 1938 ، Cx = 0,36

ماشین رکورد مرسدس

تولید 1938 ، Cx = 0,12

اتوبوس VW

تولید 1950 ، Cx = 0,44

فولکس واگن "لاک پشت"

تولید 1951 ، Cx = 0,40

پنهارد دینا

تولید 1954 ، Cx = 0,26

پورشه 356

تولید 1957 ، Cx = 0,36

MG EX 181

تولید 1957 ، Cx = 0,15

سیتروئن DS 19

تولید 1963 ، Cx = 0,33

NSU Sport Prince

تولید 1966 ، Cx = 0,38

مرسدس C 111

تولید 1970 ، Cx = 0,29

ولوو 245 ون

تولید 1975 ، Cx = 0,47

100 آئودی

تولید 1983 ، Cx = 0,31

مرسدس W 124

تولید 1985 ، Cx = 0,29

تویوتا پریوس 1

تولید 1997 ، Cx = 0,29