अशांत प्रवाह
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आधुनिक तकनीक कार के एयरोडायनामिक्स को कैसे बदल रही है?
कम वायु प्रतिरोध ईंधन की खपत को कम करने में मदद करता है। हालाँकि, इस संबंध में विकास की अपार गुंजाइश है। बेशक, वायुगतिकी के विशेषज्ञ डिजाइनरों की राय से सहमत हैं।
"एयरोडायनामिक्स उन लोगों के लिए जो मोटरसाइकिल बनाना नहीं जानते।" ये शब्द एंज़ो फेरारी द्वारा 60 के दशक में बोले गए थे और कार के इस तकनीकी पहलू के प्रति उस समय के कई डिजाइनरों के दृष्टिकोण को स्पष्ट रूप से प्रदर्शित करते हैं। हालाँकि, केवल दस साल बाद पहला तेल संकट आया और उनके मूल्यों की पूरी प्रणाली मौलिक रूप से बदल गई। ऐसे समय जब कार की गति में प्रतिरोध की सभी ताकतें, और विशेष रूप से वे जो हवा की परतों के माध्यम से इसके पारित होने के परिणामस्वरूप उत्पन्न होती हैं, 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 गुमनामी की धूल की मोटी परत से ढका हुआ है, लेकिन यह डिजाइनरों के लिए पूरी तरह से नया नहीं है। प्रौद्योगिकी के इतिहास से पता चलता है कि बीस के दशक में भी, जर्मन एडमंड रम्पलर और हंगेरियन पॉल जारे (जिन्होंने पंथ टाट्रा टी77 बनाया) जैसे उन्नत और आविष्कारशील दिमागों ने सुव्यवस्थित सतहों को आकार दिया और कार बॉडी डिजाइन के लिए एक वायुगतिकीय दृष्टिकोण की नींव रखी। उनके बाद बैरन रेनहार्ड वॉन कोएनिच-फैक्सनफेल्ड और वुनिबाल्ड काम जैसे वायुगतिकीविदों की दूसरी लहर आई, जिन्होंने 1930 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 में वायु प्रतिरोध एक महत्वपूर्ण कारक बन जाता है। वायुगतिकीय रूप से अनुकूलित आकृतियों का निर्माण इस सीमा को महत्वपूर्ण रूप से ऊपर की ओर स्थानांतरित कर सकता है और तथाकथित प्रवाह गुणांक Cx द्वारा व्यक्त किया जाता है, क्योंकि 1,05 के मान में हवा के प्रवाह के लंबवत एक घन उल्टा होता है (यदि इसे अपनी धुरी पर 45 डिग्री घुमाया जाता है, ताकि इसका अपस्ट्रीम एज 0,80 तक कम हो गया है)। हालांकि, यह गुणांक वायु प्रतिरोध समीकरण का केवल एक हिस्सा है - कार के ललाट क्षेत्र (ए) का आकार एक आवश्यक तत्व के रूप में जोड़ा जाना चाहिए। वायुगतिकीविदों के कार्यों में से पहला स्वच्छ, वायुगतिकीय रूप से कुशल सतहों (जिनके कारक, जैसा कि हम देखेंगे, कार में कई हैं) बनाना है, जो अंततः प्रवाह गुणांक में कमी की ओर जाता है। उत्तरार्द्ध को मापने के लिए, एक पवन सुरंग की आवश्यकता होती है, जो एक महंगी और अत्यंत जटिल सुविधा है - इसका एक उदाहरण बीएमडब्ल्यू की 2009 मिलियन यूरो सुरंग है जिसे 170 में कमीशन किया गया था। इसमें सबसे महत्वपूर्ण घटक एक विशाल पंखा नहीं है, जो इतनी बिजली की खपत करता है कि उसे एक अलग ट्रांसफार्मर स्टेशन की आवश्यकता होती है, लेकिन एक सटीक रोलर स्टैंड जो उन सभी बलों और क्षणों को मापता है जो कार पर एयर जेट लगाते हैं। उनका काम एयरफ्लो के साथ कार के सभी इंटरैक्शन का मूल्यांकन करना है और विशेषज्ञों को हर विवरण का अध्ययन करने और इसे इस तरह से बदलने में मदद करना है कि यह न केवल एयरफ्लो में कुशल 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 - कुछ अत्यंत महत्वपूर्ण - पीछे की ओर तीव्र अशांति से। वहां, एक कम दबाव क्षेत्र बनता है जो कार को खींचता है, जो बदले में भंवर के मजबूत प्रभाव के साथ मिश्रित होता है, जिसे वायुगतिकीविद् "मृत उत्तेजना" भी कहते हैं। तार्किक कारणों से, एस्टेट मॉडल के पीछे, कम दबाव का स्तर अधिक होता है, जिसके परिणामस्वरूप प्रवाह 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 के समग्र आकार और अनुपात में कुल वायु प्रतिरोध का 40 प्रतिशत हिस्सा होता है, जिसका एक चौथाई वस्तु की सतह संरचना और दर्पण, रोशनी, लाइसेंस प्लेट और एंटीना जैसी सुविधाओं से निर्धारित होता है। वायु प्रतिरोध का 10% छिद्रों के माध्यम से ब्रेक, इंजन और गियरबॉक्स में प्रवाह के कारण होता है। 20% विभिन्न मंजिलों और निलंबन संरचनाओं में भंवर का परिणाम है, जो कि कार के नीचे होने वाली हर चीज है। और सबसे दिलचस्प बात यह है कि 30% तक वायु प्रतिरोध पहियों और पंखों के चारों ओर बने भंवरों के कारण होता है। इस घटना का एक व्यावहारिक प्रदर्शन इस बात का स्पष्ट संकेत देता है - पहियों को हटा दिए जाने पर प्रति कार खपत गुणांक 0,28 से घटकर 0,18 हो जाता है और पंख में छेद कार के आकार को पूरा करने के साथ कवर हो जाते हैं। यह कोई संयोग नहीं है कि पहली होंडा इनसाइट और जीएम की ईवी1 इलेक्ट्रिक कार जैसी आश्चर्यजनक रूप से कम माइलेज देने वाली सभी कारों में छिपे हुए रियर फेंडर हैं। समग्र वायुगतिकीय आकार और सामने का बंद सिरा, इस तथ्य के कारण कि इलेक्ट्रिक मोटर को बड़ी मात्रा में ठंडी हवा की आवश्यकता नहीं होती है, जीएम डेवलपर्स को केवल 1 के प्रवाह गुणांक 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 के चारों ओर भंवर को कम करने के लिए, तथाकथित। हवा की एक पतली ऊर्ध्वाधर धारा के रूप में "हवा के पर्दे" सामने वाले बम्पर में खुलने से, पहियों के चारों ओर बहने और भंवरों को स्थिर करने के लिए निर्देशित होते हैं। इंजन का प्रवाह वायुगतिकीय शटर द्वारा सीमित है, और नीचे पूरी तरह से बंद है।
रोलर स्टैंड द्वारा मापा गया बल जितना कम होगा, Cx उतना ही कम होगा। मानक के अनुसार, इसे 140 किमी / घंटा की गति से मापा जाता है - उदाहरण के लिए, 0,30 का मान, इसका मतलब है कि 30 प्रतिशत हवा जो एक कार से गुजरती है, उसकी गति को तेज करती है। सामने के क्षेत्र के लिए, इसके पढ़ने के लिए बहुत सरल प्रक्रिया की आवश्यकता होती है - इसके लिए, लेजर की मदद से, कार के बाहरी आकृति को सामने से देखने पर रेखांकित किया जाता है, और वर्ग मीटर में बंद क्षेत्र की गणना की जाती है। वर्ग मीटर में वाहन के कुल वायु प्रतिरोध को प्राप्त करने के लिए इसे बाद में प्रवाह कारक से गुणा किया जाता है।
हमारे वायुगतिकीय विवरण की ऐतिहासिक रूपरेखा पर लौटते हुए, हम पाते हैं कि 1996 में मानकीकृत ईंधन खपत माप चक्र (एनईएफजेड) के निर्माण ने वास्तव में ऑटोमोबाइल के वायुगतिकीय विकास (जो 1980 के दशक में महत्वपूर्ण रूप से उन्नत हुआ) में नकारात्मक भूमिका निभाई थी। ) क्योंकि उच्च गति की गति की छोटी अवधि के कारण वायुगतिकीय कारक का बहुत कम प्रभाव पड़ता है। हालांकि प्रवाह गुणांक समय के साथ घटता जाता है, प्रत्येक वर्ग में वाहनों के आकार में वृद्धि के परिणामस्वरूप ललाट क्षेत्र में वृद्धि होती है और इसलिए वायु प्रतिरोध में वृद्धि होती है। VW गोल्फ, ओपल एस्ट्रा और बीएमडब्ल्यू 7 सीरीज जैसी कारों में 1990 के दशक में उनके पूर्ववर्तियों की तुलना में उच्च वायु प्रतिरोध था। इस चलन को उनके बड़े फ्रंट एरिया और बिगड़ते ट्रैफिक के साथ प्रभावशाली एसयूवी मॉडल के एक समूह द्वारा बढ़ावा मिला है। इस प्रकार की कार की मुख्य रूप से इसके भारी वजन के लिए आलोचना की गई है, लेकिन व्यवहार में यह कारक बढ़ती गति के साथ कम सापेक्ष महत्व लेता है - जबकि शहर के बाहर लगभग 90 किमी / घंटा की गति से गाड़ी चलाते समय, वायु प्रतिरोध का अनुपात होता है लगभग 50 प्रतिशत, हाईवे की गति पर, यह वाहन के कुल ड्रैग का 80 प्रतिशत तक बढ़ जाता है।
एरोडायनामिक ट्यूब
कार के संचालन में वायु प्रतिरोध की भूमिका का एक और उदाहरण एक विशिष्ट स्मार्ट सिटी मॉडल है। शहर की सड़कों पर दो सीटों वाला वाहन फुर्तीला और फुर्तीला हो सकता है, लेकिन एक छोटा और सुगठित शरीर वायुगतिकीय दृष्टिकोण से अत्यधिक अक्षम है। कम वजन की पृष्ठभूमि के खिलाफ, वायु प्रतिरोध एक तेजी से महत्वपूर्ण तत्व बनता जा रहा 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 यह अपने हल्के डिजाइन के बावजूद कम लागत की उम्मीदों पर खरा नहीं उतरा।
हालांकि, स्मार्ट की कमियों के बावजूद, मूल कंपनी मर्सिडीज का वायुगतिकीय दृष्टिकोण कुशल आकार बनाने की प्रक्रिया के लिए एक व्यवस्थित, सुसंगत और सक्रिय दृष्टिकोण का उदाहरण है। यह तर्क दिया जा सकता है कि इस कंपनी में पवन सुरंगों में निवेश और इस क्षेत्र में कड़ी मेहनत के परिणाम विशेष रूप से दिखाई दे रहे 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 हवा का प्रतिरोध है। अधिक आंतरिक स्थान खोजने की प्रक्रिया में, कॉम्पैक्ट मॉडल के आकार ने एक बड़े ललाट क्षेत्र का अधिग्रहण किया है, और प्रवाह गुणांक कम लंबाई के कारण एस-क्लास की तुलना में खराब है, जो लंबी सुव्यवस्थित सतहों की अनुमति नहीं देता है। और मुख्य रूप से पीछे की ओर एक तेज संक्रमण के कारण, भंवरों के निर्माण को बढ़ावा देता है। VW इस बात पर अड़ा था कि नई आठवीं पीढ़ी के गोल्फ में काफी कम वायु प्रतिरोध और कम और अधिक सुव्यवस्थित आकार होगा, लेकिन नए डिजाइन और परीक्षण क्षमताओं के बावजूद, यह कार के लिए बेहद चुनौतीपूर्ण साबित हुआ। इस प्रारूप के साथ। हालांकि, 0,275 के कारक के साथ, यह अब तक का सबसे वायुगतिकीय गोल्फ है। आंतरिक दहन इंजन के साथ प्रति वाहन 0,22 का सबसे कम रिकॉर्ड किया गया ईंधन खपत अनुपात मर्सिडीज सीएलए 180 ब्लूएफिशिएंसी का 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 आकार की आवश्यकता इस तथ्य से भी तय होती है कि जैसे-जैसे गति बढ़ती है, हाइब्रिड प्रणोदन प्रणाली की दक्षता कम हो जाती है। इलेक्ट्रिक वाहनों के मामले में इलेक्ट्रिक मोड में माइलेज बढ़ाने से जुड़ी हर चीज बेहद महत्वपूर्ण है। विशेषज्ञों के अनुसार, 100 किलोग्राम वजन घटाने 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 पुनर्प्राप्ति द्वारा खपत की गई कुछ ऊर्जा वापस 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 उच्च गति और उच्च गति पर इसकी दक्षता कम हो जाती है। 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, खराब शरीर प्रवाह 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 इलेक्ट्रिक मोटर या तथाकथित की मदद से आंदोलन का गैर-त्वरित मोड है। नाव चलाना। सेलबोटों के विपरीत, जहां शब्द का उपयोग किया जाता है और माना जाता है कि हवा नाव को चलाती है, कारों में, अगर कार में हवा का प्रतिरोध कम होता तो बिजली के साथ माइलेज बढ़ जाती। ईंधन की खपत को कम करने के लिए वायुगतिकीय रूप से अनुकूलित आकार बनाना सबसे लागत प्रभावी तरीका है।
कुछ प्रसिद्ध कारों का उपभोग अनुपात:
मर्सिडीज सिम्प्लेक्स
उत्पादन 1904, सीएक्स = 1,05
रम्पलर ड्रॉप कार
उत्पादन 1921, सीएक्स = 0,28
फोर्ड मॉडल टी
उत्पादन 1927, सीएक्स = 0,70
प्रायोगिक मॉडल काम
1938 में निर्मित, सीएक्स = 0,36।
मर्सिडीज रिकॉर्ड कार
उत्पादन 1938, सीएक्स = 0,12
VW बस
उत्पादन 1950, सीएक्स = 0,44
वोक्सवैगन "कछुआ"
उत्पादन 1951, सीएक्स = 0,40
पनहार्ड दीना
1954 में निर्मित, सीएक्स = 0,26।
पोर्शे 356 ए
1957 में निर्मित, 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 एस्टेट
उत्पादन 1975, सीएक्स = 0,47
ऑडी 100
उत्पादन 1983, सीएक्स = 0,31
मर्सिडीज डब्ल्यू 124
उत्पादन 1985, सीएक्स = 0,29
लेम्बोर्गिनी काउंटच
उत्पादन 1990, सीएक्स = 0,40
टोयोटा प्रियस 1
उत्पादन 1997, सीएक्स = 0,29
