جریان آشفته
مقدار
چگونه فناوری مدرن آیرودینامیک خودرو را تغییر می دهد
مقاومت کم هوا به کاهش مصرف سوخت کمک می کند. با این حال ، از این نظر ، فرصت های فوق العاده ای برای توسعه وجود دارد. البته تاکنون کارشناسان آیرودینامیک با نظر طراحان موافق هستند.
"آیرودینامیک برای کسانی که نمی توانند موتورسیکلت بسازند." این کلمات توسط Enzo Ferrari در دهه 60 گفته شده و به وضوح نشان دهنده نگرش بسیاری از طراحان آن زمان نسبت به این جنبه تکنولوژیکی خودرو است. با این حال ، تنها ده سال بعد اولین بحران نفتی رخ داد و کل سیستم ارزشهای آنها به طور اساسی تغییر کرد. در مواقعی که تمام نیروهای مقاومت در حرکت ماشین و به ویژه نیروهایی که در نتیجه عبور آن از لایه های هوا بوجود می آیند ، با راه حل های فنی گسترده مانند افزایش جابجایی و قدرت موتورها ، صرف نظر از میزان سوخت مصرفی ، برطرف می شوند و مهندسان شروع به کار می کنند به دنبال روشهای موثرتر برای دستیابی به اهداف خود باشید.
در حال حاضر ، عامل فناوری آیرودینامیک با لایه ضخیمی از غبار فراموشی پوشانده شده است ، اما برای طراحان کاملاً جدید نیست. تاریخچه فناوری نشان می دهد که حتی در دهه بیست میلادی ، مغزهای پیشرفته و مبتکر مانند ادموند رامپلر آلمانی و پاول جارای مجارستانی (که فرقه Tatra T77 را ایجاد کرد) به صورت سطوح ساده ای شکل دادند و پایه های آیرودینامیکی طراحی بدنه خودرو را بنا نهادند. به دنبال آنها موج دوم متخصصان آیرودینامیک مانند بارون رینهارد فون کنیچ-فاکسنفلد و ونیبالد کام ، که ایده های خود را در دهه 1930 توسعه دادند ، بود.
برای همه روشن است که با افزایش سرعت محدودیتی وجود دارد که بالاتر از آن مقاومت هوا به عاملی حیاتی در رانندگی خودرو تبدیل می شود. ایجاد اشکال بهینه شده از نظر آیرودینامیکی می تواند این حد را به طور قابل توجهی به سمت بالا تغییر دهد 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 لبه بالادست آن به 0,80 کاهش می یابد). با این حال، این ضریب تنها بخشی از معادله مقاومت هوا است - اندازه ناحیه جلویی خودرو (A) باید به عنوان یک عنصر ضروری اضافه شود. اولین کار 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 کاهش ضریب جریان می شود. برای اندازه گیری دومی، به یک تونل باد نیاز است که یک تاسیسات پرهزینه و بسیار پیچیده است – نمونه ای از این تونل 2009 میلیون یورویی BMW است که در سال 170 راه اندازی شد. مهمترین جزء در آن یک فن غول پیکر نیست که آنقدر برق مصرف می کند که نیاز به یک ایستگاه ترانسفورماتور جداگانه دارد، بلکه یک پایه غلتکی دقیق است که تمام نیروها و لحظاتی را که جت هوا به ماشین وارد می کند اندازه گیری می کند. وظیفه او ارزیابی تمام تعامل خودرو با جریان هوا است و به متخصصان کمک می کند تا همه جزئیات را مطالعه کنند و آن را به گونه ای تغییر دهند که نه تنها در جریان هوا کارآمد 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 جابه‌جا می‌شود و – چیزی بسیار مهم – از تلاطم شدید پشت آن در عقب ناشی می‌شود. در آنجا، یک منطقه فشار کم تشکیل می شود که تمایل به کشیدن ماشین دارد، که به نوبه خود با تأثیر قوی گرداب مخلوط می شود، که آیرودینامیک ها آن را "تحریک مرده" نیز می نامند. به دلایل منطقی، در پشت مدلهای استیت، سطح کاهش فشار بیشتر است، در نتیجه ضریب جریان بدتر می‌شود.
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 به خود اختصاص می‌دهند که یک چهارم آن توسط ساختار سطح جسم و ویژگی‌هایی مانند آینه‌ها، چراغ‌ها، پلاک خودرو و آنتن تعیین می‌شود. 10 درصد مقاومت هوا به دلیل جریان از سوراخ ها به ترمز، موتور و گیربکس است. 20% حاصل گرداب در سازه های مختلف کف و سیستم تعلیق است، یعنی هر اتفاقی که در زیر خودرو می افتد. و جالب ترین چیز این است که تا 30 درصد از مقاومت هوا به دلیل گردابه های ایجاد شده در اطراف چرخ ها و بال ها است. نمایش عملی این پدیده نشانه واضحی از این موضوع را نشان می دهد - ضریب مصرف از 0,28 در هر خودرو به 0,18 کاهش می یابد که چرخ ها برداشته شوند و سوراخ های بال با تکمیل شکل خودرو پوشانده شود. تصادفی نیست که همه خودروهای کم مسافت پیموده شده، مانند اولین هوندا اینسایت و خودروی الکتریکی EV1 جنرال موتورز، دارای گلگیرهای عقب مخفی هستند. شکل کلی آیرودینامیکی و قسمت جلویی بسته، به دلیل این که موتور الکتریکی به مقدار زیادی هوای خنک کننده نیاز ندارد، به توسعه دهندگان GM اجازه داد تا مدل EV1 را با ضریب جریان 0,195 توسعه دهند. تسلا مدل 3 دارای Cx 0,21 است. برای کاهش گرداب اطراف چرخ ها در خودروهای دارای موتور احتراق داخلی به اصطلاح. "پرده های هوا" به شکل جریان عمودی نازکی از هوا از دهانه سپر جلو هدایت می شود و 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 نیروهای اندازه گیری شده توسط پایه غلتکی کمتر باشد، Cx کمتر است. طبق استاندارد، با سرعت 140 کیلومتر در ساعت اندازه گیری می شود - به عنوان مثال مقدار 0,30 به این معنی است که 30 درصد هوایی که یک خودرو از آن عبور می کند به سرعت خود می رسد. در مورد قسمت جلویی، خواندن آن به روش بسیار ساده تری نیاز دارد - برای این کار، با کمک لیزر، خطوط بیرونی خودرو هنگام مشاهده از جلو مشخص می شود و منطقه بسته در متر مربع محاسبه می شود. متعاقباً این مقدار در ضریب جریان ضرب می شود تا مقاومت کل هوای خودرو بر حسب متر مربع بدست آید.
با بازگشت به طرح کلی تاریخی توصیف آیرودینامیکی خود، متوجه می‌شویم که ایجاد چرخه اندازه‌گیری مصرف سوخت استاندارد (NEFZ) در سال 1996 در واقع نقش منفی در تکامل آیرودینامیکی خودروها (که در دهه 1980 پیشرفت چشمگیری داشت) داشت. ) زیرا فاکتور آیرودینامیکی به دلیل کوتاه بودن مدت حرکت با سرعت بالا تاثیر کمی دارد. اگرچه ضریب جریان در طول زمان کاهش می یابد، اما افزایش اندازه وسایل نقلیه در هر کلاس منجر به افزایش سطح جلو و در نتیجه افزایش مقاومت هوا می شود. خودروهایی مانند VW Golf، Opel Astra و BMW سری 7 مقاومت هوای بالاتری نسبت به مدل های قبلی خود در دهه 1990 داشتند. این روند توسط گروهی از مدلهای SUV چشمگیر با مساحت جلویی بزرگ و ترافیک رو به وخامت تقویت می‌شود. این نوع خودرو عمدتاً به دلیل وزن بسیار زیادش مورد انتقاد قرار گرفته است، اما در عمل این عامل با افزایش سرعت اهمیت نسبی کمتری پیدا می کند - در حالی که هنگام رانندگی در خارج از شهر با سرعت حدود 90 کیلومتر در ساعت، نسبت مقاومت هوا برابر است. حدود 50 درصد، در سرعت های بزرگراه، به 80 درصد کشش کل خودرو با آن افزایش می یابد.
لوله آیرودینامیکی
نمونه دیگری از نقش مقاومت هوا در عملکرد خودرو ، مدل معمولی شهر هوشمند است. یک ماشین دو نفره می تواند در خیابان های شهر چابک و زیرک باشد ، اما بدنه ای کوتاه و متناسب از نظر آیرودینامیکی بسیار ناکارآمد است. در برابر پس زمینه سبک وزن ، مقاومت هوا در حال تبدیل شدن به عنصری فزاینده مهم است و با Smart شروع به تأثیر شدید در سرعت 50 کیلومتر در ساعت می کند. جای تعجب نیست که با وجود طراحی سبک ، از انتظار برای هزینه کم عقب مانده است.
با وجود کاستی‌های اسمارت، رویکرد شرکت مادر مرسدس به آیرودینامیک نمونه‌ای از یک رویکرد روشمند، سازگار و پیشگیرانه برای فرآیند ایجاد اشکال کارآمد است. می توان ادعا کرد که نتایج سرمایه گذاری در تونل های باد و سخت کوشی در این زمینه به ویژه در این شرکت نمایان است. یک مثال برجسته از تأثیر این فرآیند این واقعیت است که کلاس S فعلی (Cx 0,24) مقاومت کمتری نسبت به Golf VII (0,28) در برابر باد دارد. در فرآیند یافتن فضای داخلی بیشتر، شکل مدل جمع و جور، ناحیه جلویی نسبتاً بزرگی به دست آورده است و ضریب جریان بدتر از کلاس S به دلیل طول کوتاهتر است، که اجازه نمی دهد سطوح صاف و طولانی داشته باشد. و عمدتاً به دلیل انتقال شدید به عقب، تشکیل گرداب ها را ترویج می کند. فولکس واگن مصمم بود که نسل هشتم گلف جدید مقاومت هوا به میزان قابل توجهی کمتر و شکل کمتر و ساده‌تری داشته باشد، اما با وجود طراحی و قابلیت‌های آزمایشی جدید، این امر برای این خودرو بسیار چالش‌برانگیز بود. با این فرمت با این حال، با ضریب 0,275، این آیرودینامیک ترین گلف ساخته شده است. کمترین نسبت مصرف سوخت ثبت شده 0,22 در هر خودرو با موتور احتراق داخلی مربوط به مرسدس CLA 180 BlueEfficiency است.
مزیت وسایل نقلیه الکتریکی
نمونه دیگری از اهمیت شکل آیرودینامیکی در برابر وزن ، مدلهای هیبریدی مدرن و حتی بیشتر از آن وسایل نقلیه برقی هستند. به عنوان مثال ، در مورد پریوس ، نیاز به شکل بسیار آیرودینامیکی نیز از این واقعیت حکایت دارد که با افزایش سرعت ، کارایی پیشرانه هیبریدی کاهش می یابد. در مورد وسایل نقلیه الکتریکی ، هر چیزی که در مسافت پیموده شده در حالت برقی افزایش یابد بسیار مهم است. به گفته کارشناسان ، کاهش 100 کیلوگرمی مسافت پیموده شده خودرو را فقط چند کیلومتر افزایش می دهد ، اما از طرف دیگر ، آیرودینامیک برای اتومبیل الکتریکی از اهمیت بالایی برخوردار است. اولاً به دلیل اینکه جرم زیاد این وسایل نقلیه به آنها اجازه می دهد تا مقداری از انرژی مصرف شده توسط بازیابی را بازیابی کنند و ثانیاً به دلیل اینکه گشتاور بالای موتور الکتریکی به آن اجازه می دهد تا اثر وزن هنگام استارت را جبران کند و در سرعت های بالا و سرعت بالا کارایی آن کاهش می یابد. علاوه بر این ، الکترونیک قدرت و موتور الکتریکی به هوای خنک کننده کمتری احتیاج دارند ، این امر باعث می شود دهانه کوچکتری در جلوی اتومبیل ایجاد شود ، که همانطور که اشاره کردیم ، علت اصلی کاهش جریان بدن است. یکی دیگر از عناصر ایجاد انگیزه در طراحان برای ایجاد اشکال آیرودینامیکی کارآمدتر در مدلهای پلاگین هیبریدی مدرن ، حالت فقط الکتریکی بدون شتاب یا به اصطلاح دیگر است. کشتیرانی. بر خلاف قایق های بادبانی ، جایی که این اصطلاح استفاده می شود و باد باید قایق را حرکت دهد ، اگر اتومبیل مقاومت در برابر هوا کمتری داشته باشد ، مسافت پیموده شده با انرژی الکتریکی افزایش می یابد. ایجاد یک شکل بهینه شده آیرودینامیکی ، مقرون به صرفه ترین روش برای کاهش مصرف سوخت است.
ضرایب مصرف برخی از اتومبیل های معروف:
مرسدس سیمپلکس
ساخت 1904 ، Cx = 1,05
واگن افتاده رمپلر
ساخت 1921 ، Cx = 0,28
فورد مدل T
ساخت 1927 ، Cx = 0,70
مدل آزمایشی کاما
تولید شده در سال 1938 ، Cx = 0,36.
ماشین رکورد مرسدس
ساخت 1938 ، Cx = 0,12
اتوبوس VW
ساخت 1950 ، Cx = 0,44
فولکس واگن "لاک پشت"
ساخت 1951 ، Cx = 0,40
پنهارد دینا
تولید شده در سال 1954 ، Cx = 0,26.
پورشه 356 A
تولید شده در سال 1957 ، Cx = 0,36.
MG EX 181
تولید 1957 ، Cx = 0,15
سیتروئن DS 19
ساخت 1963 ، Cx = 0,33
NSU Sport Prince
ساخت 1966 ، Cx = 0,38
مرسدس S 111
ساخت 1970 ، Cx = 0,29
ولوو 245 استیت
ساخت 1975 ، Cx = 0,47
آئودی 100
ساخت 1983 ، Cx = 0,31
مرسدس W 124
ساخت 1985 ، Cx = 0,29
لامبورگینی Countach
ساخت 1990 ، Cx = 0,40
تویوتا پریوس 1
ساخت 1997 ، Cx = 0,29
