Turbulentni tok
sadržaj
Kako moderna tehnologija mijenja aerodinamiku automobila
Nizak otpor zraka pomaže smanjiti potrošnju goriva. U tom pogledu, međutim, postoje ogromne mogućnosti za razvoj. Zasad se, naravno, stručnjaci za aerodinamiku slažu s mišljenjem dizajnera.
"Aerodinamika za one koji ne mogu raditi motocikle." Ove riječi govorio je Enzo Ferrari 60-ih godina i jasno pokazuju odnos mnogih tadašnjih dizajnera prema ovom tehnološkom aspektu automobila. Međutim, samo deset godina kasnije nastupila je prva naftna kriza i cijeli se njihov sustav vrijednosti radikalno promijenio. Vremena kada se sve sile otpora u kretanju automobila, a posebno one koje nastaju kao rezultat njegovog prolaska kroz slojeve zraka, prevladavaju opsežnim tehničkim rješenjima, poput povećanja zapremnine i snage motora, bez obzira na potrošenu količinu goriva, one odlaze i inženjeri započinju potražite učinkovitije načine za postizanje svojih ciljeva.
Trenutno je tehnološki faktor aerodinamike prekriven debelim slojem zaboravne prašine, ali to nije sasvim novo za dizajnere. Povijest tehnologije pokazuje da su čak i u dvadesetim godinama napredni i inventivni mozgovi poput Nijemca Edmunda Rumplera i Mađara Paula Jaraya (koji je stvorio kult Tatre T77) oblikovali pojednostavljene površine i postavili temelje aerodinamičnom pristupu dizajnu karoserije. Slijedio ih je drugi val aerodinamičkih stručnjaka poput baruna Reinharda von Kenich-Faxenfelda i Wunibalda Kama, koji su svoje ideje razvijali 1930-ih.
Svima je jasno da s povećanjem brzine dolazi granica, iznad koje otpor zraka postaje kritičan faktor u vožnji automobila. Stvaranje aerodinamički optimiziranih oblika može značajno pomaknuti ovu granicu prema gore i izražava se takozvanim koeficijentom protoka Cx, budući da vrijednost od 1,05 ima kocka okrenuta okomito na strujanje zraka (ako se zakrene za 45 stupnjeva duž svoje osi, tako da njegov uzvodni rub smanjen je na 0,80). Međutim, ovaj koeficijent je samo jedan dio jednadžbe otpora zraka - kao bitan element mora se dodati veličina prednje površine automobila (A). Prvi od zadataka aerodinamičara je stvoriti čiste, aerodinamički učinkovite površine (čimbenika kojih, kao što ćemo vidjeti, u automobilu ima mnogo), što u konačnici dovodi do smanjenja koeficijenta protoka. Za mjerenje potonjeg potreban je zračni tunel, koji je skup i iznimno složen objekt – primjer za to je BMW-ov tunel vrijedan 2009 milijuna eura koji je pušten u rad 170. godine. Najvažnija komponenta u njemu nije divovski ventilator, koji troši toliko struje da mu je potrebna zasebna trafostanica, već precizan valjkasti stalak koji mjeri sve sile i momente kojima mlaz zraka djeluje na automobil. Njegov je posao procijeniti cjelokupnu interakciju automobila s strujanjem zraka i pomoći stručnjacima da prouče svaki detalj i izmijene ga na način da ne bude samo učinkovit u protoku zraka, već i u skladu sa željama dizajnera. . U osnovi, glavne komponente otpora s kojima se automobil susreće dolaze od kada se zrak ispred njega komprimira i pomiče i – nešto izuzetno važno – od intenzivne turbulencije iza njega u stražnjem dijelu. Tamo se stvara zona niskog tlaka koja teži povući automobil, koji se opet miješa s jakim utjecajem vrtloga, koji aerodinamičari nazivaju i "mrtvo uzbuđenje". Iz logičnih razloga, iza karavan modela, razina smanjenog tlaka je viša, zbog čega se koeficijent protoka pogoršava.
Aerodinamički faktori otpora
Potonje ne ovisi samo o čimbenicima kao što je cjelokupni oblik automobila, već i o određenim dijelovima i površinama. U praksi, cjelokupni oblik i proporcije modernih automobila imaju 40 posto udjela u ukupnom otporu zraka, od čega je četvrtina određena strukturom površine objekta i značajkama kao što su retrovizori, svjetla, registarska pločica i antena. 10% otpora zraka nastaje zbog protoka kroz rupe do kočnica, motora i mjenjača. 20% je rezultat vrtloga u raznim strukturama poda i ovjesa, odnosno svega što se događa ispod automobila. A najzanimljivije je da do 30% otpora zraka nastaje zbog vrtloga koji se stvaraju oko kotača i krila. Praktična demonstracija ovog fenomena daje to jasnu naznaku - koeficijent potrošnje s 0,28 po automobilu smanjuje se na 0,18 kada se skinu kotači i pokriju rupe na krilu s dovršetkom oblika automobila. Nije slučajnost da svi automobili s iznenađujuće malom kilometražom, poput prve Honde Insight i GM-ovog električnog automobila EV1, imaju skrivene stražnje blatobrane. Ukupni aerodinamični oblik i zatvoreni prednji kraj, zbog činjenice da elektromotor ne zahtijeva veliku količinu zraka za hlađenje, omogućili su GM-ovim programerima da razviju model EV1 s koeficijentom protoka od samo 0,195. Tesla model 3 ima Cx 0,21. Za smanjenje vrtloga oko kotača kod vozila s motorima s unutarnjim izgaranjem, tzv. Iz otvora na prednjem braniku usmjeravaju se "zračne zavjese" u obliku tanke okomite struje zraka koja puše oko kotača i stabilizira vrtloge. Protok do motora ograničen je aerodinamičkim zatvaračima, a dno je potpuno zatvoreno.
Što su niže sile koje mjeri postolje s valjcima, to je Cx manji. Prema standardu, ona se mjeri pri brzini od 140 km/h – vrijednost od 0,30, primjerice, znači da 30 posto zraka kroz koji automobil prolazi ubrzava do svoje brzine. Što se tiče prednjeg dijela, njegovo očitavanje zahtijeva mnogo jednostavniji postupak - za to se uz pomoć lasera ocrtavaju vanjske konture automobila gledano sprijeda i izračunava se zatvorena površina u kvadratnim metrima. Zatim se množi s faktorom protoka kako bi se dobio ukupni otpor zraka vozila u kvadratnim metrima.
Vraćajući se na povijesni pregled našeg opisa aerodinamike, otkrivamo da je stvaranje standardiziranog ciklusa mjerenja potrošnje goriva (NEFZ) 1996. zapravo odigralo negativnu ulogu u aerodinamičkoj evoluciji automobila (koja je značajno napredovala 1980-ih). ) jer aerodinamički čimbenik ima mali učinak zbog kratkog razdoblja kretanja velikom brzinom. Iako se koeficijent protoka s vremenom smanjuje, povećanje veličine vozila u svakoj klasi rezultira povećanjem prednje površine, a time i povećanjem otpora zraka. Automobili kao što su VW Golf, Opel Astra i BMW serije 7 imali su veći otpor zraka od svojih prethodnika 1990-ih. Ovaj trend potiče kohorta impresivnih SUV modela s velikom prednjom površinom i sve lošijim prometom. Ovaj tip automobila kritiziran je uglavnom zbog svoje enormne težine, ali u praksi taj faktor s povećanjem brzine poprima sve manju relativnu važnost - dok se pri vožnji izvan grada brzinom od oko 90 km/h udio otpora zraka oko 50 posto, pri brzinama na autocesti, povećava se na 80 posto ukupnog otpora s kojim se vozilo susreće.
Aerodinamička cijev
Sljedeći primjer uloge otpora zraka u performansama vozila je tipični model pametnog grada. Dvosjed na gradskim ulicama može biti okretan i okretan, ali kratko i dobro proporcionalno tijelo s aerodinamičkog je stajališta krajnje neučinkovito. U pozadini male težine, otpor zraka postaje sve važniji element, a sa Smartom počinje snažno utjecati pri brzinama od 50 km / h. Nije iznenađujuće što nije uspio ispuniti očekivanja zbog niske cijene unatoč laganom dizajnu.
Međutim, unatoč Smartovim nedostacima, pristup matične tvrtke Mercedes aerodinamici primjer je metodičnog, dosljednog i proaktivnog pristupa procesu stvaranja učinkovitih oblika. Može se reći da su rezultati ulaganja u zračne tunele i napornog rada na ovom području posebno vidljivi u ovoj tvrtki. Posebno upečatljiv primjer učinka ovog procesa je činjenica da trenutna S-klasa (Cx 0,24) ima manji otpor vjetra od Golfa VII (0,28). U procesu pronalaženja više unutarnjeg prostora, oblik kompaktnog modela dobio je prilično veliku prednju površinu, a koeficijent protoka je lošiji od onog kod S-klase zbog kraće duljine, što ne dopušta duge aerodinamične površine i uglavnom zbog oštrog prijelaza u stražnji dio, promičući stvaranje vrtloga. VW je bio uporan da će nova osma generacija Golfa imati znatno manji otpor zraka te niži i aerodinamičniji oblik, no unatoč novom dizajnu i mogućnostima testiranja, to se pokazalo iznimno izazovnim za automobil. s ovim formatom. Međutim, s faktorom 0,275, ovo je najaerodinamičniji Golf ikada napravljen. Najniži zabilježeni omjer potrošnje goriva od 0,22 po vozilu s motorom s unutarnjim izgaranjem ima Mercedes CLA 180 BlueEfficiency.
Prednost električnih vozila
Još jedan primjer važnosti aerodinamičnog oblika u odnosu na težinu su moderni hibridni modeli, a još više električna vozila. Na primjer, u slučaju Priusa, potreba za visoko aerodinamičnim oblikom također je diktirana činjenicom da se povećanjem brzine učinkovitost hibridnog pogonskog sklopa smanjuje. U slučaju električnih vozila, izuzetno je važno sve što je povezano s povećanom kilometražom u električnom načinu rada. Prema stručnjacima, gubitak težine od 100 kg povećat će kilometražu automobila za samo nekoliko kilometara, ali s druge strane, aerodinamika je od najveće važnosti za električni automobil. Prvo, zato što im velika masa tih vozila omogućuje povrat dijela energije potrošene rekuperacijom, i drugo, jer mu veliki okretni moment elektromotora omogućuje kompenzaciju učinka težine tijekom pokretanja, a njegova učinkovitost smanjuje se pri velikim brzinama i velikim brzinama. Uz to, energetska elektronika i elektromotor zahtijevaju manje zraka za hlađenje, što omogućuje manji otvor u prednjem dijelu automobila, što je, kao što smo primijetili, glavni uzrok smanjenog protoka tijela. Još jedan element u motiviranju dizajnera za stvaranje aerodinamički učinkovitijih oblika u modernim plug-in hibridnim modelima je način rada bez električnog ubrzanja ili tzv. jedrenje. Za razliku od jedrilica, gdje se koristi pojam i vjetar mora pomicati čamac, u automobilima bi se kilometraža na električni pogon povećala ako bi automobil imao manji otpor zraka. Stvaranje aerodinamički optimiziranog oblika najisplativiji je način smanjenja potrošnje goriva.
Koeficijenti potrošnje nekih poznatih automobila:
Mercedes Simplex
Proizvodnja 1904, Cx = 1,05
Rumpler vagoni
Proizvodnja 1921, Cx = 0,28
Fordov model T
Proizvodnja 1927, Cx = 0,70
Kama eksperimentalni model
Proizvedeno 1938. godine, Cx = 0,36.
Mercedesov rekordni automobil
Proizvodnja 1938, Cx = 0,12
VW Bus
Proizvodnja 1950, Cx = 0,44
Volkswagen "kornjača"
Proizvodnja 1951, Cx = 0,40
Panhard Dina
Proizvedeno 1954. godine, Cx = 0,26.
Porsche 356 A
Proizvedeno 1957. godine, Cx = 0,36.
MG EX 181
Proizvodnja iz 1957., Cx = 0,15
Citroen DS 19
Proizvodnja 1963, Cx = 0,33
NSU Sport Prince
Proizvodnja 1966, Cx = 0,38
Mercedes S 111
Proizvodnja 1970, Cx = 0,29
Volvo 245 Kombi
Proizvodnja 1975, Cx = 0,47
Audi 100
Proizvodnja 1983, Cx = 0,31
Mercedes W124
Proizvodnja 1985, Cx = 0,29
Lamborghini countach
Proizvodnja 1990, Cx = 0,40
Toyota Prius 1
Proizvodnja 1997, Cx = 0,29
