Աերոդինամիկայի ձեռնարկ

Մեքենայի օդային դիմադրության վրա ազդող ամենակարևոր գործոնները

Օդի ցածր դիմադրությունը օգնում է նվազեցնել վառելիքի սպառումը: Սակայն այս առումով զարգացման հսկայական հնարավորություններ կան։ Եթե, իհարկե, աերոդինամիկայի մասնագետները համաձայն չեն դիզայներների կարծիքի հետ։

«Աերոդինամիկա նրանց համար, ովքեր մոտոցիկլետներ կառուցել չգիտեն»։ Այս խոսքերը վաթսունականներին արտասանել է Էնցո Ֆերարին և հստակ ցույց է տալիս ժամանակի շատ դիզայներների վերաբերմունքը մեքենայի այս տեխնոլոգիական կողմին: Սակայն միայն տասը տարի անց տեղի ունեցավ առաջին նավթային ճգնաժամը, որն արմատապես փոխեց նրանց ողջ արժեհամակարգը։ Այն ժամանակները, երբ մեքենայի շարժման ընթացքում դիմադրության բոլոր ուժերը և հատկապես նրանք, որոնք առաջանում են օդային շերտերով անցնելիս, հաղթահարվում են լայնածավալ տեխնիկական լուծումներով, ինչպիսիք են շարժիչների տեղաշարժի և հզորության բարձրացումը՝ անկախ դրանց քանակից։ սպառված վառելիքը, նրանք հեռանում են, և ինժեներները սկսում են ավելի արդյունավետ ուղիներ փնտրել ձեր նպատակներին հասնելու համար:

Այս պահին աերոդինամիկայի տեխնոլոգիական գործոնը ծածկված է մոռացության փոշու հաստ շերտով, սակայն դիզայներների համար դա նորություն չէ։ Տեխնոլոգիայի պատմությունը ցույց է տալիս, որ նույնիսկ 77-ականներին առաջադեմ և հնարամիտ մտքերը, ինչպիսիք են գերմանացի Էդմունդ Ռամպլերը և հունգարացի Պոլ Ժառայը (պատշգամբ Tatra TXNUMX-ի ստեղծողը) ձևավորում էին հարթ մակերեսներ և հիմքեր էին դնում մեքենայի մարմնի ձևավորման աերոդինամիկ մոտեցման համար: . Նրանց հաջորդեց աերոդինամիկների երկրորդ ալիքը, ինչպիսիք են բարոն Ռայնհարդ ֆոն Քյոնիչ-Ֆաքսենֆելդը և Վունիբալդ Քամը, ովքեր իրենց գաղափարները զարգացրին XNUMX-ում:

Բոլորի համար պարզ է, որ արագության բարձրացման հետ մեկտեղ գալիս է մի սահման, որից բարձր օդի դիմադրությունը դառնում է մեքենա վարելու վճռորոշ գործոն: Աերոդինամիկորեն օպտիմիզացված ձևերի ստեղծումը կարող է զգալիորեն բարձրացնել այս սահմանը և արտահայտվում է, այսպես կոչված, հոսքի գործակից Cx-ով, քանի որ 1,05 արժեքն ունի օդի հոսքին ուղղահայաց շրջված խորանարդ (եթե այն պտտվում է 45 աստիճանով իր առանցքի երկայնքով, այնպես, որ հոսանքն ի վեր եզրը նվազում է մինչև 0,80): Այնուամենայնիվ, այս գործակիցը օդի դիմադրության հավասարման միայն մի մասն է. որպես կարևոր տարր պետք է ավելացնել մեքենայի ճակատային տարածքի չափը (A): Աերոդինամիկների առաջադրանքներից առաջինը մաքուր, աերոդինամիկորեն արդյունավետ մակերեսների ստեղծումն է (որոնցից, ինչպես կտեսնենք, շատ բան մեքենաներում), ինչը, ի վերջո, հանգեցնում է հոսքի ավելի ցածր գործակցի։ Վերջինիս չափման համար անհրաժեշտ է հողմային թունել, որը թանկարժեք և չափազանց բարդ կառույց է. դրա օրինակն է 2009 թվականին շահագործման հանձնված թունելը: BMW-ն, որը ընկերությանը արժեցել է 170 մլն եվրո։ Դրա մեջ ամենակարևոր բաղադրիչը ոչ թե հսկա օդափոխիչն է, որն այնքան էլեկտրաէներգիա է սպառում, որ անհրաժեշտ է առանձին տրանսֆորմատորային ենթակայան, այլ ճշգրիտ գլանափաթեթը, որը չափում է բոլոր ուժերն ու պահերը, որոնք օդի շիթը գործադրում է մեքենայի վրա: Նրա խնդիրն է գնահատել մեքենայի ողջ փոխազդեցությունը օդի հոսքի հետ և օգնել մասնագետներին ուսումնասիրել յուրաքանչյուր մանրուք և փոխել այն, որպեսզի այն ոչ միայն արդյունավետ լինի օդի հոսքում, այլև դիզայներների ցանկություններին համապատասխան: . Հիմնականում, հիմնական քաշող բաղադրիչները, որոնց բախվում է մեքենան, գալիս են այն ժամանակ, երբ դիմացի օդը սեղմվում և տեղաշարժվում է, և, որ շատ կարևոր է, հետևում գտնվող ինտենսիվ տուրբուլենտությունից: Կա ցածր ճնշման գոտի, որը հակված է քաշելու մեքենան, որն իր հերթին խառնվում է ուժեղ հորձանուտի էֆեկտով, որը աերոդինամիկները նաև անվանում են «մեռած գրգռում»: Տրամաբանական պատճառներով կայանային վագոնի մոդելներից հետո վակուումի մակարդակն ավելի բարձր է, ինչի արդյունքում սպառման գործակիցը վատանում է։

Աերոդինամիկ դիմադրության գործոններ

Վերջինս կախված է ոչ միայն այնպիսի գործոններից, ինչպիսիք են մեքենայի ընդհանուր ձևը, այլ նաև կոնկրետ մասերից և մակերեսներից: Գործնականում ժամանակակից մեքենաների ընդհանուր ձևն ու համամասնությունները կազմում են օդի ընդհանուր դիմադրության 40 տոկոսը, որի մեկ քառորդը որոշվում է օբյեկտի մակերեսի կառուցվածքով և այնպիսի հատկանիշներով, ինչպիսիք են հայելիները, լույսերը, պետհամարանիշը և ալեհավաքը: Օդի դիմադրության 10%-ը պայմանավորված է օդանցքների միջոցով դեպի արգելակներ, շարժիչ և փոխանցման տուփ: 20%-ը տարբեր հատակների և կախոցների նախագծման հորձանուտի արդյունք է, այսինքն՝ այն ամենը, ինչ տեղի է ունենում մեքենայի տակ։ Իսկ ամենահետաքրքիրը՝ օդի դիմադրության 30%-ը պայմանավորված է անիվների և թեւերի շուրջ ստեղծված հորձանուտներով։ Այս երևույթի պրակտիկ ցուցադրումը հստակ ցույց է տալիս դա. հոսքի արագությունը 0,28-ից մեկ մեքենայի համար նվազում է մինչև 0,18, երբ անիվները հանվում են և ցողունի օդափոխիչները փակ են: Պատահական չէ, որ բոլոր զարմանալիորեն ցածր վազքի մեքենաները, ինչպիսիք են Honda-ի առաջին Insight-ը և GM EV1 էլեկտրական մեքենան, ունեն թաքնված հետևի փետուրներ: Ընդհանուր աերոդինամիկ ձևը և փակ առջևի ծայրը, պայմանավորված այն հանգամանքով, որ էլեկտրական շարժիչը շատ սառեցնող օդ չի պահանջում, GM դիզայներներին թույլ տվեցին մշակել EV1 մոդելը ընդամենը 0,195 հոսքի գործակիցով: Tesla Model 3-ն ունի Cx 0,21: Ներքին այրման շարժիչներով մեքենաներում անիվների պտտումը նվազեցնելու համար, այսպես կոչված. «Օդային վարագույրներ» բարակ ուղղահայաց օդի հոսքի տեսքով, որն ուղղված է առջևի բամպերի բացվածքից, փչելով անիվների շուրջը և կայունացնելով պտուտները, հոսքը դեպի շարժիչ սահմանափակվում է աերոդինամիկ փեղկերով, իսկ ներքևը ամբողջովին փակ է:

Որքան ցածր են գլանափաթեթի կողմից չափվող ուժերի արժեքները, այնքան փոքր է Cx-ը: Այն սովորաբար չափվում է 140 կմ/ժ արագությամբ, օրինակ՝ 0,30 արժեքը նշանակում է, որ մեքենան անցնող օդի 30 տոկոսը արագանում է մինչև իր արագությունը: Ինչ վերաբերում է առջևին, ապա դրա ընթերցումը պահանջում է շատ ավելի պարզ ընթացակարգ. դրա համար մեքենայի արտաքին ուրվագծերը ուրվագծվում են առջևից դիտելիս լազերով և հաշվարկվում է փակ տարածքը քառակուսի մետրերով: Այնուհետև այն բազմապատկվում է հոսքի գործակիցով, որպեսզի ստացվի մեքենայի օդի ընդհանուր դիմադրությունը քառակուսի մետրերով:

Վերադառնալով մեր աերոդինամիկ պատմվածքի պատմական ուրվագծին՝ մենք գտնում ենք, որ 1996 թվականին վառելիքի սպառման չափման ստանդարտացված ցիկլի (NEFZ) ստեղծումը իրականում բացասական դեր է խաղացել մեքենաների աերոդինամիկ էվոլյուցիայի մեջ (որը զգալիորեն առաջադիմել է 7-ում): ) քանի որ աերոդինամիկ գործոնը քիչ ազդեցություն ունի բարձր արագությամբ շարժման կարճ ժամանակահատվածի պատճառով: Չնայած տարիների ընթացքում սպառման գործակիցի նվազմանը, յուրաքանչյուր դասի տրանսպորտային միջոցների չափսերի ավելացումը հանգեցնում է ճակատային հատվածի ավելացման և, հետևաբար, օդի դիմադրության բարձրացման: Մեքենաները, ինչպիսիք են VW Golf-ը, Opel The Astra-ն և BMW 90 Series-ն ավելի բարձր օդային դիմադրություն ունեին, քան 90-ականների իրենց նախորդները: Այս տենդենցին նպաստում են տպավորիչ ամենագնաց մոդելները՝ իրենց մեծ առջևի տարածքով և վատթարացող արագաշարժությամբ: Մեքենաների այս տեսակը քննադատության է ենթարկվել հիմնականում իր բարձր քաշի համար, բայց գործնականում արագության աճով այս գործոնը դառնում է ավելի քիչ հարաբերական նշանակություն. 50 տոկոսով, մայրուղու արագության դեպքում այն ​​ավելանում է մինչև 80 տոկոս՝ մեքենայի դիմադրության ընդհանուր դիմադրության համեմատ:

Աերոդինամիկ խողովակ

Մեքենայի աշխատանքի մեջ օդի դիմադրության դերի մեկ այլ օրինակ է Smart City-ի տիպիկ մոդելը: Երկտեղանոց մեքենան կարող է արագաշարժ և արագաշարժ լինել քաղաքի փողոցներում, սակայն դրա կարճ և համաչափ թափքը շատ անարդյունավետ է աերոդինամիկ տեսանկյունից: Ցածր քաշի ֆոնի վրա օդի դիմադրությունը դառնում է ավելի ու ավելի կարևոր տարր, և Smart-ի հետ այն սկսում է ուժեղ ազդեցություն ունենալ 50 կմ/ժ արագության դեպքում: Զարմանալի չէ, որ չնայած թեթև դիզայնին, այն չարդարացրեց սպասելիքները: համեմատաբար ցածր գնով:

Այնուամենայնիվ, չնայած Smart-ի թերություններին, մայր ընկերության Mercedes-ի վերաբերմունքը աերոդինամիկայի նկատմամբ մեթոդական, հետևողական և ակտիվ մոտեցման օրինակ է տպավորիչ ձևեր ստեղծելու գործընթացին: Կարելի է պնդել, որ այս ընկերությունում հատկապես նկատելի են հողմային թունելներում ներդրումների և այս ոլորտում քրտնաջան աշխատանքի արդյունքները։ Այս գործընթացի ազդեցության հատկապես վառ օրինակ է այն փաստը, որ ներկայիս S դասը (Cx 0,24) ունի ավելի քիչ օդի դիմադրություն, քան Golf VII-ը (0,28): Ավելի շատ ներքին տարածություն փնտրելիս կոմպակտ մոդելի ձևը ձեռք է բերել բավականին մեծ ճակատային տարածք, և հոսքի գործակիցը ավելի վատ է, քան S դասի գործակիցը ավելի կարճ երկարության պատճառով, որը թույլ չի տալիս հարթեցված մակերեսներ և շատ: ավելին։ - արդեն թիկունքից կտրուկ անցման շնորհիվ՝ նպաստելով հորձանուտների առաջացմանը։ Այնուամենայնիվ, VW-ն հաստատակամ է, որ հաջորդ սերնդի Golf-ը կունենա զգալիորեն ավելի քիչ օդի դիմադրություն և կլինի ավելի ցածր և ավելի պարզունակ: Վառելիքի սպառման ամենացածր գործակիցը՝ 0,22 յուրաքանչյուր ICE մեքենայի համար, Mercedes CLA 180 BlueEfficiency-ն է:

Էլեկտրական տրանսպորտային միջոցների առավելությունը

Քաշի ֆոնի վրա աերոդինամիկ ձևի կարևորության ևս մեկ օրինակ են ժամանակակից հիբրիդային մոդելները և առավել եւս էլեկտրական մեքենաները: Օրինակ, Prius-ի դեպքում բարձր աերոդինամիկ դիզայնի անհրաժեշտությունը թելադրված է նաև նրանով, որ արագության աճի հետ հիբրիդային ուժային համակարգի արդյունավետությունը կտրուկ նվազում է: Էլեկտրական մեքենաների դեպքում այն ​​ամենը, ինչ կապված է էլեկտրական ռեժիմում վազքի ավելացման հետ, չափազանց կարևոր է։ Մասնագետների կարծիքով՝ քաշը 100 կգ-ով նվազեցնելով ավտոմեքենայի վազքը կավելանա ընդամենը մի քանի կիլոմետրով, սակայն, մյուս կողմից, էլեկտրական մեքենայի համար աերոդինամիկան առաջնային նշանակություն ունի։

Նախ, քանի որ այս մեքենաների բարձր զանգվածը թույլ է տալիս վերականգնել վերականգնման համար օգտագործվող էներգիայի մի մասը, և երկրորդը, որովհետև էլեկտրական շարժիչի բարձր ոլորող մոմենտը թույլ է տալիս փոխհատուցել քաշի ազդեցությունը գործարկման ժամանակ, և դրա արդյունավետությունը նվազում է: բարձր արագությամբ և բարձր արագությամբ: Բացի այդ, ուժային էլեկտրոնիկան և էլեկտրական շարժիչը պակաս սառեցնող օդի կարիք ունեն, ինչը թույլ է տալիս ավելի փոքր բացվածք ունենալ մեքենայի առջևում, ինչը, ինչպես արդեն նշել ենք, մարմնի շուրջ հոսքի վատթարացման հիմնական պատճառն է: Դիզայներների մոտիվացիայի մեկ այլ տարր՝ ավելի աերոդինամիկորեն արդյունավետ ձևեր ստեղծելու այսօրվա plug-in հիբրիդային մոդելներում, առանց արագացման շարժման ռեժիմն է միայն էլեկտրական շարժիչի օգնությամբ, կամ այսպես կոչված։ ծովագնացություն. Ի տարբերություն առագաստանավերի, որտեղից առաջացել է այդ տերմինը և որտեղից ենթադրվում է, որ քամին տեղափոխում է նավը, էլեկտրական մեքենաները կբարձրացնեն վազքը, եթե մեքենան ավելի քիչ օդի դիմադրություն ունենա: Աերոդինամիկորեն օպտիմիզացված ձևի ստեղծումը վառելիքի սպառումը նվազեցնելու ամենատնտեսող միջոցն է:

Տեքստ ՝ Գեորգի Կոլև

Որոշ հայտնի մեքենաների սպառման գործակիցները.

Mercedes Simplex

1904-ի արտադրություն, Cx = 1,05

Rumpler Tropfenwagen

1921-ի արտադրություն, Cx = 0,28

Ford Model T

1927-ի արտադրություն, Cx = 0,70

Փորձարարական մոդել Քամ

1938-ի արտադրություն, Cx = 0,36

Mercedes ռեկորդային մեքենա

1938-ի արտադրություն, Cx = 0,12

VW ավտոբուս

1950-ի արտադրություն, Cx = 0,44

VW «կրիա»

1951-ի արտադրություն, Cx = 0,40

Պանհարդ Դինա

1954-ի արտադրություն, Cx = 0,26

Porsche 356

1957-ի արտադրություն, Cx = 0,36

MG EX 181

1957-ի արտադրություն, Cx = 0,15

Citroen DS 19

1963-ի արտադրություն, Cx = 0,33

NSU Sport Prince

1966-ի արտադրություն, Cx = 0,38

Mercedes C 111

1970-ի արտադրություն, Cx = 0,29

Volvo 245 Van

1975-ի արտադրություն, Cx = 0,47

Audi 100

1983-ի արտադրություն, Cx = 0,31

Mercedes W 124

1985-ի արտադրություն, Cx = 0,29

Toyota Prius 1

1997-ի արտադրություն, Cx = 0,29