Buku Pegangan Aerodinamika
Uji jalan

Buku Pegangan Aerodinamika

Buku Pegangan Aerodinamika

Faktor terpenting yang mempengaruhi hambatan udara kendaraan

Hambatan udara yang rendah membantu mengurangi konsumsi bahan bakar. Namun, dalam hal ini, ada ruang besar untuk pengembangan. Jika, para ahli aerodinamika tentu saja setuju dengan pendapat para desainer.

"Aerodinamika untuk Mereka yang Tidak Bisa Membuat Sepeda Motor." Kata-kata ini diucapkan oleh Enzo Ferrari pada tahun enam puluhan dan dengan jelas menunjukkan sikap banyak desainer saat itu terhadap sisi teknologi mobil ini. Namun, baru sepuluh tahun kemudian krisis minyak pertama terjadi, yang secara radikal mengubah seluruh sistem nilai mereka. Saat-saat ketika semua gaya hambatan selama pergerakan mobil, dan terutama yang muncul saat melewati lapisan udara, diatasi dengan solusi teknis ekstensif, seperti meningkatkan perpindahan dan tenaga mesin, terlepas dari jumlah bahan bakar yang dikonsumsi, mereka menghilang, dan para insinyur mulai melirik cara yang lebih efektif untuk mencapai tujuan Anda.

Saat ini, faktor teknologi aerodinamika ditutupi dengan lapisan debu tebal yang terlupakan, tetapi bagi para desainer ini bukanlah berita. Sejarah teknologi menunjukkan bahwa bahkan di tahun 77-an, pemikiran yang maju dan inventif seperti Edmund Rumpler Jerman dan Paul Zharai dari Hungaria (yang menciptakan ikon Tatra TXNUMX) membentuk permukaan yang ramping dan meletakkan dasar untuk pendekatan aerodinamis pada desain bodi mobil. Mereka diikuti oleh gelombang kedua spesialis aerodinamis seperti Baron Reinhard von Könich-Faxenfeld dan Wunibald Kam, yang mengembangkan ide-ide mereka di XNUMXs.

Jelas bagi semua orang bahwa dengan meningkatnya kecepatan, ada batasnya, di atasnya hambatan udara menjadi faktor penting untuk mengendarai mobil. Menciptakan bentuk yang dioptimalkan secara aerodinamis dapat mendorong batas ini secara signifikan dan dinyatakan oleh apa yang disebut faktor aliran Cx, karena nilai 1,05 memiliki kubus terbalik tegak lurus terhadap aliran udara (jika diputar 45 derajat sepanjang sumbunya, sehingga bagian hulu tepi menurun menjadi 0,80). Namun, koefisien ini hanyalah salah satu bagian dari persamaan hambatan udara - Anda harus menjumlahkan luas bagian depan mobil (A) sebagai elemen penting. Tugas pertama ahli aerodinamika adalah menciptakan permukaan yang bersih dan efisien secara aerodinamis (faktor-faktor yang, seperti akan kita lihat, banyak terjadi di dalam mobil), yang pada akhirnya mengarah pada koefisien aliran yang lebih rendah. Mengukur yang terakhir membutuhkan terowongan angin, yang merupakan struktur yang mahal dan sangat rumit – contohnya adalah terowongan yang ditugaskan pada tahun 2009. BMW, yang menelan biaya perusahaan 170 juta euro. Komponen terpenting di dalamnya bukanlah kipas raksasa, yang menghabiskan begitu banyak listrik sehingga membutuhkan gardu transformator terpisah, tetapi dudukan roller akurat yang mengukur semua gaya dan momen yang diberikan semburan udara pada mobil. Tugasnya adalah mengevaluasi seluruh interaksi mobil dengan aliran udara dan membantu spesialis mempelajari setiap detail dan mengubahnya agar tidak hanya efektif pada aliran udara, tetapi juga sesuai dengan keinginan para desainer. . Pada dasarnya, komponen hambatan utama yang dihadapi mobil berasal dari saat udara di depannya terkompresi dan bergeser, dan – yang paling penting – dari turbulensi yang intens di belakangnya di belakang. Ada zona tekanan rendah yang cenderung menarik mobil, yang pada gilirannya bercampur dengan efek pusaran yang kuat, yang juga disebut oleh ahli aerodinamika sebagai "eksitasi mati". Untuk alasan logis, setelah model station wagon, tingkat vakum lebih tinggi, akibatnya koefisien konsumsi menurun.

Faktor hambatan aerodinamis

Yang terakhir tidak hanya bergantung pada faktor-faktor seperti bentuk mobil secara keseluruhan, tetapi juga pada bagian dan permukaan tertentu. Dalam praktiknya, keseluruhan bentuk dan proporsi mobil modern menyumbang 40 persen dari hambatan udara total, seperempatnya ditentukan oleh struktur permukaan objek dan fitur seperti kaca spion, lampu, plat nomor, dan antena. 10% hambatan udara disebabkan oleh aliran melalui ventilasi ke rem, mesin, dan transmisi. 20% adalah hasil pusaran di berbagai desain lantai dan suspensi, yaitu semua yang terjadi di kolong mobil. Dan yang paling menarik - 30% hambatan udara disebabkan oleh pusaran yang tercipta di sekitar roda dan sayap. Demonstrasi praktis dari fenomena ini dengan jelas menunjukkan hal ini - laju aliran dari 0,28 per kendaraan turun menjadi 0,18 saat roda dilepas dan ventilasi spatbor ditutup. Bukan kebetulan bahwa semua mobil dengan jarak tempuh rendah yang mengejutkan - seperti Insight pertama Honda dan mobil listrik GM EV1 - memiliki spatbor belakang tersembunyi. Bentuk aerodinamis keseluruhan dan ujung depan yang tertutup, karena motor listrik tidak membutuhkan banyak udara pendingin, memungkinkan desainer GM untuk mengembangkan model EV1 dengan faktor aliran hanya 0,195. Tesla Model 3 memiliki Cx 0,21. Untuk mengurangi pusaran roda pada kendaraan dengan mesin pembakaran internal, yang disebut. "Tirai udara" berupa aliran udara vertikal tipis yang diarahkan dari bukaan di bemper depan, bertiup di sekitar roda dan menstabilkan pusaran, aliran ke mesin dibatasi oleh daun jendela aerodinamis, dan bagian bawah tertutup rapat.

Semakin rendah nilai gaya yang diukur oleh roller stand, semakin kecil Cx. Biasanya diukur pada kecepatan 140 km/jam – nilai 0,30, misalnya, berarti bahwa 30 persen udara yang dilalui mobil dipercepat ke kecepatannya. Sedangkan untuk bagian depan, pembacaannya memerlukan prosedur yang jauh lebih sederhana - untuk ini, kontur luar mobil digariskan dengan laser jika dilihat dari depan dan area tertutup dalam meter persegi dihitung. Kemudian dikalikan dengan faktor aliran untuk mendapatkan hambatan udara total mobil dalam meter persegi.

Kembali ke garis sejarah narasi aerodinamis kami, kami menemukan bahwa pembuatan siklus pengukuran konsumsi bahan bakar standar (NEFZ) pada tahun 1996 sebenarnya memainkan peran negatif dalam evolusi aerodinamis mobil (yang meningkat secara signifikan pada tahun 7-an). ) karena faktor aerodinamis memiliki pengaruh yang kecil karena periode pergerakan kecepatan tinggi yang singkat. Terlepas dari penurunan koefisien konsumsi selama bertahun-tahun, peningkatan dimensi kendaraan di setiap kelas menyebabkan peningkatan area frontal dan, akibatnya, peningkatan hambatan udara. Mobil seperti VW Golf, Opel Astra dan BMW Seri 90 memiliki hambatan udara yang lebih tinggi daripada pendahulunya di tahun 90-an. Tren ini difasilitasi oleh model SUV yang mengesankan dengan area depan yang besar dan perampingan yang memburuk. Jenis kendaraan ini dikritik terutama karena bobotnya yang tinggi, tetapi dalam praktiknya faktor ini menjadi kurang penting dengan meningkatnya kecepatan - saat berkendara ke luar kota dengan kecepatan sekitar 50 km / jam, proporsi hambatan udaranya kira-kira 80 persen, pada kecepatan jalan tol meningkat menjadi XNUMX persen dari hambatan total yang dihadapi mobil.

Tabung aerodinamis

Contoh lain dari peran hambatan udara dalam performa kendaraan adalah tipikal model Smart City. Kendaraan dua tempat duduk mungkin lincah dan lincah di jalanan kota, tetapi bodyworknya yang pendek dan proporsional sangat tidak efisien dari sudut pandang aerodinamis. Dengan latar belakang bobot yang rendah, hambatan udara menjadi elemen yang semakin penting, dan dengan Smart mulai memberikan efek yang kuat pada kecepatan 50 km / jam, tidak mengherankan bahwa meskipun desainnya ringan, namun tidak memenuhi harapan dengan biaya yang relatif murah.

Namun, terlepas dari kekurangan Smart, sikap perusahaan induk Mercedes terhadap aerodinamika adalah contoh pendekatan metodis, konsisten, dan proaktif dalam proses pembuatan bentuk yang spektakuler. Dapat dikatakan bahwa hasil investasi di terowongan angin dan kerja keras di bidang ini sangat terlihat di perusahaan ini. Contoh yang sangat mencolok dari efek proses ini adalah kenyataan bahwa S-Class saat ini (Cx 0,24) memiliki hambatan udara yang lebih kecil daripada Golf VII (0,28). Dalam mencari lebih banyak ruang interior, bentuk model kompak telah memperoleh area depan yang agak besar, dan koefisien aliran lebih buruk daripada kelas-S karena panjangnya yang lebih pendek, yang tidak memungkinkan permukaan yang ramping dan banyak lagi. - sudah karena transisi tajam dari belakang, berkontribusi pada pembentukan pusaran. Namun, VW bersikukuh bahwa Golf generasi berikutnya akan memiliki hambatan udara yang jauh lebih sedikit dan diturunkan serta disederhanakan. Faktor konsumsi bahan bakar tercatat terendah sebesar 0,22 per kendaraan ICE adalah Mercedes CLA 180 BlueEfficiency.

Keuntungan kendaraan listrik

Contoh lain tentang pentingnya bentuk aerodinamis versus bobot adalah model hybrid modern dan bahkan lebih banyak kendaraan listrik. Dalam kasus Prius, misalnya, kebutuhan akan desain yang sangat aerodinamis juga ditentukan oleh fakta bahwa dengan meningkatnya kecepatan, efisiensi powertrain hybrid turun drastis. Dalam kasus kendaraan listrik, segala sesuatu yang berhubungan dengan peningkatan jarak tempuh dalam mode listrik sangatlah penting. Menurut para ahli, mengurangi bobot hingga 100 kg akan meningkatkan jarak tempuh mobil hanya beberapa kilometer, tetapi di sisi lain, aerodinamika adalah yang terpenting bagi mobil listrik.

Pertama, karena massa yang tinggi dari kendaraan ini memungkinkan mereka memulihkan sebagian energi yang digunakan untuk pemulihan, dan kedua, karena torsi tinggi dari motor listrik memungkinkan Anda untuk mengkompensasi efek bobot saat start-up, dan efisiensinya menurun. dengan kecepatan tinggi dan kecepatan tinggi. Selain itu, elektronika daya dan motor listrik membutuhkan lebih sedikit udara pendingin, yang memungkinkan bukaan yang lebih kecil di bagian depan mobil, yang, seperti yang telah kami catat, merupakan alasan utama kerusakan aliran di sekitar bodi. Elemen lain yang menjadi motivasi para desainer untuk menciptakan bentuk yang lebih aerodinamis pada model hybrid plug-in saat ini adalah mode pergerakan tanpa akselerasi hanya dengan bantuan motor listrik, atau biasa disebut. pelayaran. Berbeda dengan kapal layar, dari mana istilah itu berasal dan dari mana angin seharusnya menggerakkan kapal, mobil listrik akan menambah jarak tempuh jika mobil tersebut memiliki hambatan udara yang lebih sedikit. Menciptakan bentuk yang dioptimalkan secara aerodinamis adalah cara paling ekonomis untuk mengurangi konsumsi bahan bakar.

Teks: Georgy Kolev

Koefisien konsumsi beberapa mobil terkenal:

Mercedes Simplex

Produksi 1904, Cx = 1,05

Rumpler Tropfenwagen

Produksi 1921, Cx = 0,28

Ford Model T

Produksi 1927, Cx = 0,70

Model eksperimental Kam

Produksi 1938, Cx = 0,36

Mobil rekaman Mercedes

Produksi 1938, Cx = 0,12

VW Bus

Produksi 1950, Cx = 0,44

VW "kura-kura"

Produksi 1951, Cx = 0,40

Panhard Dina

Produksi 1954, Cx = 0,26

Porsche 356

Produksi 1957, Cx = 0,36

MG EX 181

Produksi 1957, Cx = 0,15

Citroen DS 19

Produksi 1963, Cx = 0,33

NSU Sport Prince

Produksi 1966, Cx = 0,38

Mercedes C 111

Produksi 1970, Cx = 0,29

Volvo 245 Van

Produksi 1975, Cx = 0,47

Audi 100

Produksi 1983, Cx = 0,31

Mercedes W 124

Produksi 1985, Cx = 0,29

Toyota Prius 1

Produksi 1997, Cx = 0,29

Tambah komentar