Aerodinamikai kézikönyv

A jármű légellenállását befolyásoló legfontosabb tényezők

Az alacsony légellenállás segít csökkenteni az üzemanyag-fogyasztást. Ebben a tekintetben azonban óriási lehetőség van a fejlődésre. Ha természetesen az aerodinamikai szakértők egyetértenek a tervezők véleményével.

"Aerodinamika azok számára, akik nem tudnak motorkerékpárt gyártani." Ezeket a szavakat az Enzo Ferrari mondta a hatvanas években, és egyértelműen megmutatják sok akkori tervező hozzáállását az autó e technológiai oldalához. Azonban csak tíz évvel később következett be az első olajválság, amely alapjaiban változtatta meg teljes értékrendjüket. Azokat az időket, amikor az autó mozgása során fellépő összes ellenállási erőt, és különösen azokat, amelyek a légrétegeken való áthaladáskor keletkeznek, átfogó technikai megoldások győzik le, például a motorok lökettérfogatának és teljesítményének növelése, függetlenül az elfogyasztott üzemanyag mennyiségétől, elmúlnak, és a mérnökök elkezdik kinézni a célok elérésének hatékonyabb módjai.

Jelenleg az aerodinamika technológiai tényezőjét vastag porfelület borítja, de a tervezők számára ez nem újdonság. A technika története azt mutatja, hogy még a 77-es években is olyan fejlett és ötletes elmék, mint a német Edmund Rumpler és a magyar Paul Zharai (aki megalkotta az ikonikus Tatra TXNUMX-ot), áramvonalas felületeket formáltak és megalapozták az autó karosszéria-tervezésének aerodinamikai megközelítését. Őket az aerodinamikai szakemberek második hulláma követte, mint például báró Reinhard von Könich-Faxenfeld és Wunibald Kam, akik az XNUMX-okban fejlesztették ki elképzeléseiket.

Mindenki számára világos, hogy a sebesség növekedésével jön egy határ, amely felett a légellenállás kritikus tényezővé válik az autóvezetésben. Az aerodinamikailag optimalizált formák létrehozása ezt a határt jelentősen felfelé tolhatja, és ezt az úgynevezett Cx áramlási tényező fejezi ki, mivel 1,05 értéknél a légáramlásra merőlegesen megfordított kocka van (ha 45 fokkal elforgatjuk a tengelye mentén, úgy éle 0,80-ra csökken). Ez az együttható azonban csak egy része a légellenállási egyenletnek - fontos elemként hozzá kell adni az autó elülső területének méretét (A). Az aerodinamikusok feladatai közül az első a tiszta, aerodinamikailag hatékony felületek kialakítása (amelyek tényezői, mint látni fogjuk, egy autóban sok), ami végső soron alacsonyabb áramlási együtthatóhoz vezet. Ez utóbbi méréséhez szélcsatornára van szükség, ami drága és rendkívül összetett szerkezet – erre példa a 2009-ben üzembe helyezett alagút. BMW, ami 170 millió euróba került a cégnek. A legfontosabb alkatrész benne nem egy óriási ventilátor, ami annyi áramot fogyaszt, hogy külön transzformátor alállomásra van szükség, hanem egy pontos görgős állvány, amely minden erőt és nyomatékot mér, amit egy légsugár kifejt egy autóra. Feladata, hogy értékelje az autó teljes kölcsönhatását a légáramlással, és segítse a szakembereket minden részlet tanulmányozásában és megváltoztatásában, hogy az ne csak a légáramlásban legyen hatékony, hanem a tervezők kívánságai szerint is. . Alapvetően a fő légellenállás-összetevők, amelyekkel egy autó találkozik, abból adódnak, amikor az előtte lévő levegő összenyomódik és elmozdul, és – ami nagyon fontos – a mögötte, hátul fellépő heves turbulenciából. Van egy alacsony nyomású zóna, amely hajlamos húzni az autót, ami viszont erős örvényeffektussal keveredik, amit az aerodinamikusok "halott gerjesztésnek" is neveznek. Logikai okokból a kombi modellek után magasabb a vákuumszint, aminek következtében a fogyasztási együttható romlik.

Aerodinamikai ellenállási tényezők

Ez utóbbi nemcsak olyan tényezőktől függ, mint például az autó általános formája, hanem bizonyos alkatrészektől és felületektől is. A gyakorlatban a modern autók összformája és arányai a teljes légellenállás 40 százalékát teszik ki, ennek negyedét a tárgyfelület szerkezete és az olyan jellemzők határozzák meg, mint a tükrök, lámpák, rendszámtábla és antenna. A légellenállás 10%-a a szellőzőnyílásokon keresztül a fékekhez, a motorhoz és a sebességváltóhoz jut. 20%-a a különféle padló- és felfüggesztéskialakítások örvénylésének eredménye, vagyis minden, ami az autó alatt történik. És ami a legérdekesebb: a légellenállás 30%-a a kerekek és a szárnyak körül keletkező örvényeknek köszönhető. Ennek a jelenségnek a gyakorlati bemutatása egyértelműen ezt mutatja – az áramlási sebesség járművenként 0,28-ról 0,18-ra csökken, amikor a kerekeket eltávolítják és a sárvédő szellőzőnyílásait bezárják. Nem véletlen, hogy az összes meglepően alacsony futásteljesítményű autó – mint például az első Insight of Honda és a GM EV1 elektromos autó – rejtett hátsó sárvédőkkel rendelkezik. Az általános aerodinamikai forma és a zárt elülső rész, mivel az elektromos motor nem igényel sok hűtőlevegőt, lehetővé tette a GM tervezőinek, hogy az EV1-es modellt mindössze 0,195-ös áramlási tényezővel fejlesszék. A Tesla Model 3 Cx 0,21-es. A kerekek örvénylésének csökkentésére a belső égésű motorral felszerelt járművekben az ún. Az első lökhárító nyílásából irányított vékony függőleges légáramú "légfüggönyök" a kerekek körül fújva és az örvényeket stabilizálva, a motorhoz való áramlást aerodinamikus redőnyök korlátozzák, az alja pedig teljesen zárt.

Minél kisebbek a görgős állvány által mért erők, annál kisebb a Cx. Általában 140 km/h sebességnél mérik – a 0,30-as érték például azt jelenti, hogy az autó által áthaladó levegő 30 százaléka felgyorsul a sebességére. Ami az elejét illeti, annak leolvasása sokkal egyszerűbb eljárást igényel - ehhez szemből nézve lézerrel körvonalazzák az autó külső kontúrjait, és kiszámítják a bekerített területet négyzetméterben. Ezután megszorozzák az áramlási tényezővel, hogy megkapják az autó teljes légellenállását négyzetméterben.

Visszatérve aerodinamikai narratívánk történeti vázlatához, azt találjuk, hogy a szabványos üzemanyag-fogyasztás mérési ciklus (NEFZ) létrehozása 1996-ban valójában negatív szerepet játszott az autók aerodinamikai fejlődésében (amely jelentősen előrehaladt az 7-ben). ), mert az aerodinamikai tényezőnek a nagy sebességű mozgás rövid időtartama miatt kevés hatása van. Annak ellenére, hogy a fogyasztási együttható az évek során csökkent, az egyes osztályokba tartozó járművek méreteinek növekedése az elülső terület növekedéséhez és ennek következtében a légellenállás növekedéséhez vezet. Az olyan autók, mint a VW Golf, az Opel Az Astra és a BMW 90-es sorozat nagyobb légellenállással rendelkeztek, mint elődeik a 90-es években. Ezt a tendenciát elősegítik a lenyűgöző SUV-modellek nagy elülső felületükkel és egyre romló áramvonalasságukkal. Ezt az autótípust elsősorban nagy tömege miatt kritizálták, de a gyakorlatban ez a tényező a sebesség növekedésével egyre relatíve kevésbé jelentőséggel bír - városon kívül, kb 50 km/h sebességgel haladva a légellenállás aránya kb. 80 százalék, országúti sebességnél XNUMX százalékra növekszik az autó teljes ellenállásához képest.

Aerodinamikai cső

A légellenállásnak a jármű teljesítményében betöltött szerepére egy másik példa egy tipikus Smart City modell. Lehet, hogy egy kétüléses fürge és fürge a városi utcákon, de rövid és arányos karosszériája aerodinamikai szempontból rendkívül hatástalan. A kis tömeg hátterében a légellenállás egyre fontosabb elemmé válik, a Smarttal pedig már 50 km/h-s sebességnél is erőteljesen hat.Nem meglepő, hogy a könnyű kialakítás ellenére sem váltotta be a hozzá fűzött reményeket viszonylag alacsony költséggel.

A Smart hiányosságai ellenére azonban az anyavállalat, a Mercedes aerodinamikához való hozzáállása a módszeres, következetes és proaktív megközelítés példája a látványos formák létrehozásának folyamatában. Vitatható, hogy a szélcsatornákba történő befektetések és az ezen a területen végzett kemény munka eredménye ebben a társaságban különösen szembetűnő. Ennek a folyamatnak a hatásának különösen szembetűnő példája az a tény, hogy a jelenlegi S-osztály (Cx 0,24) kisebb légellenállással rendelkezik, mint a Golf VII (0,28). A nagyobb belső teret keresve a kompakt modell formája meglehetősen nagy elülső területet kapott, az áramlási együttható pedig a rövidebb hossza miatt rosszabb, mint az S-osztályé, ami nem teszi lehetővé az áramvonalas felületeket és sok több. - már egy éles hátulról történő átmenet miatt, hozzájárulva az örvények kialakulásához. A VW azonban határozottan kitart amellett, hogy a következő generációs Golf lényegesen kisebb légellenállással rendelkezik majd, alacsonyabb és áramvonalasabb lesz. A legalacsonyabb regisztrált üzemanyag-fogyasztási tényező, 0,22 ICE járművenként a Mercedes CLA 180 BlueEfficiency.

Az elektromos járművek előnye

Egy másik példa az aerodinamikai forma fontosságára a súly hátterében a modern hibrid modellek és még inkább az elektromos járművek. Például a Prius esetében a rendkívül aerodinamikus kialakítás szükségességét az is diktálja, hogy a sebesség növekedésével a hibrid hajtáslánc hatékonysága drámai módon csökken. Az elektromos járművek esetében rendkívül fontos minden, ami az elektromos üzemmódban megnövekedett futásteljesítményhez kapcsolódik. Szakértők szerint a súly 100 kg-os csökkentése csak néhány kilométerrel növeli az autó futásteljesítményét, másrészt az aerodinamika kiemelkedően fontos egy elektromos autó számára.

Egyrészt azért, mert ezeknek a járműveknek a nagy tömege lehetővé teszi, hogy a regenerációhoz felhasznált energia egy részét visszanyerjék, másrészt azért, mert az elektromos motor nagy nyomatéka lehetővé teszi az indításkor fellépő súly hatásának kompenzálását, és a hatékonysága csökken. nagy sebességnél és nagy sebességnél. Ráadásul a teljesítményelektronikának és a villanymotornak kevesebb hűtőlevegőre van szüksége, ami kisebb nyílást tesz lehetővé az autó elején, ami, mint már megjegyeztük, a fő oka a karosszéria körüli áramlás romlásának. A tervezők motivációjának másik eleme, hogy a mai plug-in hibrid modellekben aerodinamikailag hatékonyabb formákat hozzanak létre, a csak villanymotor segítségével történő gyorsítás nélküli mozgásmód, vagy az ún. vitorlázás. Ellentétben a vitorlás hajókkal, ahonnan a kifejezés ered, és ahol a szélnek kellene mozgatnia a hajót, az elektromos autók növelik a futásteljesítményt, ha az autó kisebb légellenállással rendelkezik. Az aerodinamikailag optimalizált forma kialakítása a leggazdaságosabb módja az üzemanyag-fogyasztás csökkentésének.

Szöveg: Georgy Kolev

Néhány híres autó fogyasztási együtthatói:

Mercedes Simplex

1904-es termelés, Cx = 1,05

Rumpler Tropfenwagen

1921-es termelés, Cx = 0,28

Ford T modell

1927-es termelés, Cx = 0,70

Kísérleti modell Kam

1938-es termelés, Cx = 0,36

Mercedes rekord autó

1938-es termelés, Cx = 0,12

VW busz

1950-es termelés, Cx = 0,44

VW "teknős"

1951-es termelés, Cx = 0,40

Panhard Dina

1954-es termelés, Cx = 0,26

Porsche 356

1957-es termelés, Cx = 0,36

MG EX 181

1957-es termelés, Cx = 0,15

Citroen DS 19

1963-es termelés, Cx = 0,33

NSU Sport Prince

1966-es termelés, Cx = 0,38

Mercedes C 111

1970-es termelés, Cx = 0,29

Volvo 245 Van

1975-es termelés, Cx = 0,47

Audi 100

1983-es termelés, Cx = 0,31

Mercedes W 124

1985-es termelés, Cx = 0,29

Toyota Prius 1

1997-es termelés, Cx = 0,29