एरोडायनामिक्स हैंडबुक

कार के वायु प्रतिरोध को प्रभावित करने वाले सबसे महत्वपूर्ण कारक

कम वायु प्रतिरोध ईंधन की खपत को कम करने में मदद करता है। हालाँकि, इस संबंध में विकास की अपार संभावनाएँ हैं। जब तक, निश्चित रूप से, वायुगतिकी के विशेषज्ञ डिजाइनरों की राय से सहमत नहीं होते।

"एयरोडायनामिक्स उन लोगों के लिए जो मोटरसाइकिल बनाना नहीं जानते।" ये शब्द एंज़ो फेरारी द्वारा साठ के दशक में कहे गए थे और कार के इस तकनीकी पक्ष के प्रति उस समय के कई डिजाइनरों के रवैये को स्पष्ट रूप से प्रदर्शित करते हैं। हालाँकि, दस साल बाद ही पहला तेल संकट हुआ, जिसने उनकी संपूर्ण मूल्य प्रणाली को मौलिक रूप से बदल दिया। ऐसे समय जब कार की गति में प्रतिरोध की सभी ताकतें, और विशेष रूप से वे जो तब उत्पन्न होती हैं जब यह हवा की परतों से गुजरती है, व्यापक तकनीकी समाधानों से दूर हो जाती हैं, जैसे कि इंजन के विस्थापन और शक्ति को बढ़ाना, ईंधन की खपत की मात्रा की परवाह किए बिना, वे समाप्त हो जाते हैं, और इंजीनियर अपने लक्ष्यों को प्राप्त करने के लिए अधिक कुशल तरीकों की तलाश करना शुरू कर देते हैं।

फिलहाल, वायुगतिकी का तकनीकी कारक विस्मृति की धूल की मोटी परत से ढका हुआ है, लेकिन डिजाइनरों के लिए यह कोई नई बात नहीं है। प्रौद्योगिकी के इतिहास से पता चलता है कि 77 के दशक में भी, जर्मन एडमंड रम्पलर और हंगेरियन पॉल झाराई (प्रतिष्ठित टाट्रा TXNUMX के निर्माता) जैसे उन्नत और आविष्कारशील दिमाग सुव्यवस्थित सतहों को आकार दे रहे थे और कार बॉडी डिजाइन के लिए एक वायुगतिकीय दृष्टिकोण की नींव रख रहे थे। उनके बाद बैरन रेनहार्ड वॉन कोनिच-फैक्सनफेल्ड और वुनिबाल्ड काम जैसे वायुगतिकीविदों की दूसरी लहर आई जिन्होंने XNUMX के दशक में अपने विचार विकसित किए।

यह सभी के लिए स्पष्ट है कि बढ़ती गति के साथ एक सीमा आती है, जिसके ऊपर कार चलाने के लिए वायु प्रतिरोध एक महत्वपूर्ण कारक बन जाता है। वायुगतिकीय रूप से अनुकूलित आकृतियों का निर्माण इस सीमा को काफी ऊपर धकेल सकता है और तथाकथित प्रवाह कारक Cx द्वारा व्यक्त किया जाता है, क्योंकि 1,05 के मान में वायु प्रवाह के लंबवत एक घन उल्टा होता है (यदि इसे अपनी धुरी के साथ 45 डिग्री घुमाया जाता है, ताकि अपस्ट्रीम बढ़त घटकर 0,80 हो जाती है)। हालांकि, यह गुणांक वायु प्रतिरोध समीकरण का केवल एक हिस्सा है - आपको कार के ललाट क्षेत्र (ए) के आकार को एक महत्वपूर्ण तत्व के रूप में जोड़ना होगा। वायुगतिकीविदों के कार्यों में से पहला स्वच्छ, वायुगतिकीय रूप से कुशल सतहों (जिनके कारक, जैसा कि हम देखेंगे, एक कार में बहुत कुछ) बनाना है, जो अंततः कम प्रवाह गुणांक की ओर जाता है। उत्तरार्द्ध को मापने के लिए एक पवन सुरंग की आवश्यकता होती है, जो एक महंगी और अत्यंत जटिल संरचना है - इसका एक उदाहरण 2009 में शुरू की गई सुरंग है। बीएमडब्ल्यू, जिसकी कीमत कंपनी को 170 मिलियन यूरो है। इसमें सबसे महत्वपूर्ण घटक एक विशाल पंखा नहीं है, जो इतनी बिजली की खपत करता है कि उसे एक अलग ट्रांसफार्मर सबस्टेशन की आवश्यकता होती है, लेकिन एक सटीक रोलर स्टैंड जो उन सभी बलों और क्षणों को मापता है जो एक कार पर हवा का जेट लगाते हैं। उनका कार्य वायु प्रवाह के साथ कार की संपूर्ण बातचीत का मूल्यांकन करना है और विशेषज्ञों को हर विवरण का अध्ययन करने और इसे बदलने में मदद करना है ताकि यह न केवल वायु प्रवाह में प्रभावी हो, बल्कि डिजाइनरों की इच्छा के अनुसार भी हो। . मूल रूप से, एक कार का सामना करने वाले मुख्य ड्रैग घटक तब आते हैं जब उसके सामने की हवा संपीड़ित और शिफ्ट होती है, और - बहुत महत्वपूर्ण - पीछे की ओर तीव्र अशांति से। एक कम दबाव का क्षेत्र है जो कार को खींचता है, जो बदले में एक मजबूत भंवर प्रभाव के साथ मिश्रित होता है, जिसे वायुगतिकीविद् "मृत उत्तेजना" भी कहते हैं। तार्किक कारणों से, स्टेशन वैगन मॉडल के बाद, वैक्यूम का स्तर अधिक होता है, जिसके परिणामस्वरूप खपत गुणांक बिगड़ जाता है।

वायुगतिकीय खींचें कारक

उत्तरार्द्ध न केवल कार के समग्र आकार जैसे कारकों पर निर्भर करता है, बल्कि विशिष्ट भागों और सतहों पर भी निर्भर करता है। व्यवहार में, आधुनिक कारों का समग्र आकार और अनुपात कुल वायु प्रतिरोध का 40 प्रतिशत है, जिसका एक चौथाई वस्तु की सतह संरचना और दर्पण, रोशनी, लाइसेंस प्लेट और एंटीना जैसी सुविधाओं द्वारा निर्धारित किया जाता है। वायु प्रतिरोध का 10% वेंट के माध्यम से ब्रेक, इंजन और ट्रांसमिशन के प्रवाह के कारण होता है। 20% विभिन्न मंजिलों और निलंबन डिजाइनों में भंवर का परिणाम है, जो कि कार के नीचे होने वाली हर चीज है। और जो सबसे दिलचस्प है - वायु प्रतिरोध का 30% पहियों और पंखों के चारों ओर बने भंवरों के कारण होता है। इस घटना का एक व्यावहारिक प्रदर्शन स्पष्ट रूप से यह दिखाता है - प्रवाह दर 0,28 प्रति वाहन से गिरकर 0,18 हो जाती है जब पहियों को हटा दिया जाता है और फेंडर वेंट बंद हो जाते हैं। यह कोई संयोग नहीं है कि आश्चर्यजनक रूप से कम माइलेज वाली सभी कारों - जैसे कि होंडा की पहली इनसाइट और GM EV1 इलेक्ट्रिक कार - में छिपे हुए रियर फेंडर हैं। समग्र वायुगतिकीय आकार और सामने का बंद सिरा, इस तथ्य के कारण कि इलेक्ट्रिक मोटर को बहुत अधिक ठंडी हवा की आवश्यकता नहीं होती है, जीएम डिजाइनरों को केवल 1 के प्रवाह कारक के साथ EV0,195 मॉडल विकसित करने की अनुमति देता है। टेस्ला मॉडल 3 में Cx 0,21 है। आंतरिक दहन इंजन वाले वाहनों में पहियों की गति को कम करने के लिए, तथाकथित। "हवा के पर्दे" एक पतली ऊर्ध्वाधर वायु प्रवाह के रूप में सामने वाले बम्पर में खुलने से निर्देशित होते हैं, पहियों के चारों ओर उड़ते हैं और भंवरों को स्थिर करते हैं, इंजन का प्रवाह वायुगतिकीय शटर द्वारा सीमित होता है, और नीचे पूरी तरह से बंद होता है।

रोलर स्टैंड द्वारा मापा गया बल का मान जितना कम होगा, Cx उतना ही छोटा होगा। इसे आम तौर पर 140 किमी/घंटा की गति से मापा जाता है - 0,30 का मान, उदाहरण के लिए, इसका मतलब है कि एक कार जिस हवा से गुजरती है उसका 30 प्रतिशत उसकी गति को त्वरित करता है। सामने के लिए, इसके पढ़ने के लिए बहुत सरल प्रक्रिया की आवश्यकता होती है - इसके लिए, कार के बाहरी आकृति को सामने से देखने पर एक लेज़र से रेखांकित किया जाता है और वर्ग मीटर में संलग्न क्षेत्र की गणना की जाती है। वर्ग मीटर में कार के कुल वायु प्रतिरोध को प्राप्त करने के लिए इसे प्रवाह कारक से गुणा किया जाता है।

हमारे वायुगतिकीय आख्यान की ऐतिहासिक रूपरेखा पर लौटते हुए, हम पाते हैं कि 1996 में मानकीकृत ईंधन खपत माप चक्र (NEFZ) के निर्माण ने वास्तव में कारों के वायुगतिकीय विकास (जो 7 के दशक में महत्वपूर्ण रूप से उन्नत हुआ) में एक नकारात्मक भूमिका निभाई। ) क्योंकि उच्च गति की गति की छोटी अवधि के कारण वायुगतिकीय कारक का बहुत कम प्रभाव पड़ता है। वर्षों से खपत गुणांक में कमी के बावजूद, प्रत्येक वर्ग के वाहनों के आयामों में वृद्धि से ललाट क्षेत्र में वृद्धि होती है और इसके परिणामस्वरूप वायु प्रतिरोध में वृद्धि होती है। VW गोल्फ, ओपल द एस्ट्रा और बीएमडब्ल्यू 90 सीरीज जैसी कारों में 90 के दशक में उनके पूर्ववर्तियों की तुलना में उच्च वायु प्रतिरोध था। इस प्रवृत्ति को उनके बड़े फ्रंट एरिया और बिगड़ती सुव्यवस्थितता के साथ प्रभावशाली एसयूवी मॉडल द्वारा सुगम बनाया गया है। इस प्रकार के वाहन की मुख्य रूप से इसके उच्च वजन के लिए आलोचना की गई है, लेकिन व्यवहार में यह कारक बढ़ती गति के साथ एक सापेक्ष महत्व कम हो जाता है - जब शहर के बाहर लगभग 50 किमी / घंटा की गति से वाहन चलाते हैं, तो वायु प्रतिरोध का अनुपात लगभग होता है 80 प्रतिशत, हाईवे की गति पर यह कार द्वारा सामना किए गए कुल प्रतिरोध से XNUMX प्रतिशत तक बढ़ जाता है।

एरोडायनामिक ट्यूब

वाहन के प्रदर्शन में वायु प्रतिरोध की भूमिका का एक अन्य उदाहरण विशिष्ट स्मार्ट सिटी मॉडल है। एक टू-सीटर शहर की सड़कों पर फुर्तीला और फुर्तीला हो सकता है, लेकिन इसका छोटा और आनुपातिक बॉडीवर्क वायुगतिकीय दृष्टिकोण से अत्यधिक अक्षम है। कम वजन की पृष्ठभूमि के खिलाफ, वायु प्रतिरोध एक तेजी से महत्वपूर्ण तत्व बन जाता है, और स्मार्ट के साथ यह 50 किमी / घंटा की गति पर एक मजबूत प्रभाव डालना शुरू कर देता है। यह आश्चर्य की बात नहीं है कि हल्के डिजाइन के बावजूद, यह उम्मीदों पर खरा नहीं उतरा अपेक्षाकृत कम लागत का।

हालांकि, स्मार्ट की कमियों के बावजूद, मूल कंपनी मर्सिडीज का वायुगतिकी के प्रति रवैया शानदार रूपों को बनाने की प्रक्रिया के लिए एक व्यवस्थित, सुसंगत और सक्रिय दृष्टिकोण का एक उदाहरण है। यह तर्क दिया जा सकता है कि पवन सुरंगों में निवेश और इस क्षेत्र में कड़ी मेहनत के परिणाम इस कंपनी में विशेष रूप से ध्यान देने योग्य हैं। इस प्रक्रिया के प्रभाव का एक विशेष रूप से आकर्षक उदाहरण यह तथ्य है कि वर्तमान एस-क्लास (Cx 0,24) में गोल्फ VII (0,28) की तुलना में कम वायु प्रतिरोध है। अधिक आंतरिक स्थान की तलाश में, कॉम्पैक्ट मॉडल के आकार ने एक बड़े ललाट क्षेत्र का अधिग्रहण किया है, और प्रवाह गुणांक इसकी छोटी लंबाई के कारण एस-क्लास की तुलना में खराब है, जो सुव्यवस्थित सतहों और बहुत कुछ के लिए अनुमति नहीं देता है। अधिक। - पहले से ही पीछे से एक तेज संक्रमण के कारण, भंवरों के निर्माण में योगदान। हालांकि, VW इस बात पर अडिग है कि अगली पीढ़ी के गोल्फ में हवा का प्रतिरोध काफी कम होगा और इसे कम और सुव्यवस्थित किया जाएगा। प्रति आईसीई वाहन 0,22 का सबसे कम दर्ज ईंधन खपत कारक मर्सिडीज सीएलए 180 ब्लूएफिशिएंसी है।

इलेक्ट्रिक वाहनों का लाभ

वजन की पृष्ठभूमि के खिलाफ वायुगतिकीय रूप के महत्व का एक और उदाहरण आधुनिक हाइब्रिड मॉडल और यहां तक ​​​​कि इलेक्ट्रिक वाहन हैं। उदाहरण के लिए, प्रियस के मामले में, अत्यधिक वायुगतिकीय डिजाइन की आवश्यकता इस तथ्य से भी तय होती है कि जैसे-जैसे गति बढ़ती है, हाइब्रिड पावरट्रेन की दक्षता नाटकीय रूप से कम हो जाती है। इलेक्ट्रिक वाहनों के मामले में इलेक्ट्रिक मोड में माइलेज बढ़ाने से जुड़ी हर चीज बेहद महत्वपूर्ण है। विशेषज्ञों के मुताबिक, 100 किलो वजन कम करने से कार का माइलेज केवल कुछ किलोमीटर बढ़ जाएगा, लेकिन दूसरी ओर, इलेक्ट्रिक कार के लिए एयरोडायनामिक्स सबसे महत्वपूर्ण है।

सबसे पहले, क्योंकि इन वाहनों का उच्च द्रव्यमान उन्हें रिकवरी के लिए उपयोग की जाने वाली कुछ ऊर्जा को पुनर्प्राप्त करने की अनुमति देता है, और दूसरी बात, क्योंकि इलेक्ट्रिक मोटर का उच्च टोक़ आपको स्टार्ट-अप पर वजन के प्रभाव की भरपाई करने की अनुमति देता है, और इसकी दक्षता कम हो जाती है। उच्च गति और उच्च गति पर। इसके अलावा, पावर इलेक्ट्रॉनिक्स और इलेक्ट्रिक मोटर को कम ठंडी हवा की आवश्यकता होती है, जो कार के सामने एक छोटे से उद्घाटन की अनुमति देता है, जैसा कि हमने पहले ही नोट किया है, शरीर के चारों ओर प्रवाह में गिरावट का मुख्य कारण है। आज के प्लग-इन हाइब्रिड मॉडल में अधिक वायुगतिकीय रूप से कुशल आकार बनाने के लिए डिजाइनरों की प्रेरणा का एक अन्य तत्व केवल एक इलेक्ट्रिक मोटर, या तथाकथित की मदद से त्वरण के बिना आंदोलन का तरीका है। नाव चलाना। नौकायन नौकाओं के विपरीत, जहां से यह शब्द आता है और जहां हवा को नाव को स्थानांतरित करना चाहिए, अगर कार में हवा का प्रतिरोध कम है तो इलेक्ट्रिक कारों का माइलेज बढ़ जाएगा। ईंधन की खपत को कम करने के लिए एक वायुगतिकीय रूप से अनुकूलित आकार बनाना सबसे किफायती तरीका है।

पाठ: जॉर्जी कोल्लेव

कुछ प्रसिद्ध कारों का उपभोग अनुपात:

मर्सिडीज सिम्प्लेक्स

उत्पादन 1904, सीएक्स = 1,05

रमप्लर ट्रॉपफेनवेगन

उत्पादन 1921, सीएक्स = 0,28

फोर्ड मॉडल टी

उत्पादन 1927, सीएक्स = 0,70

प्रायोगिक मॉडल काम

उत्पादन 1938, सीएक्स = 0,36

मर्सिडीज रिकॉर्ड कार

उत्पादन 1938, सीएक्स = 0,12

VW बस

उत्पादन 1950, सीएक्स = 0,44

VW "कछुआ"

उत्पादन 1951, सीएक्स = 0,40

पनहार्ड दीना

उत्पादन 1954, सीएक्स = 0,26

पोर्श 356

उत्पादन 1957, सीएक्स = 0,36

एमजी ईएक्स 181

उत्पादन 1957, सीएक्स = 0,15

सिट्रोएन डीएस 19

उत्पादन 1963, सीएक्स = 0,33

एनएसयू स्पोर्ट प्रिंस

उत्पादन 1966, सीएक्स = 0,38

मर्सिडीज सी 111

उत्पादन 1970, सीएक्स = 0,29

वोल्वो 245 वैन

उत्पादन 1975, सीएक्स = 0,47

ऑडी 100

उत्पादन 1983, सीएक्स = 0,31

मर्सिडीज डब्ल्यू 124

उत्पादन 1985, सीएक्स = 0,29

टोयोटा प्रियस 1

उत्पादन 1997, सीएक्स = 0,29