Aliran turbulen
kadar
Bagaimana teknologi modern mengubah aerodinamika mobil
Hambatan udara yang rendah membantu mengurangi konsumsi bahan bakar. Dalam hal ini, bagaimanapun, ada peluang luar biasa untuk pengembangan. Selama ini para ahli aerodinamika tentunya sependapat dengan pendapat para desainer.
"Aerodinamika untuk Mereka yang Tidak Bisa Membuat Sepeda Motor." Kata-kata ini diucapkan oleh Enzo Ferrari pada tahun 60-an dan dengan jelas menunjukkan sikap banyak desainer saat itu terhadap aspek teknologi mobil ini. Namun, hanya sepuluh tahun kemudian krisis minyak pertama datang dan seluruh sistem nilai mereka berubah secara radikal. Saat-saat ketika semua gaya hambatan dalam pergerakan mobil, dan terutama yang muncul sebagai akibat dari perjalanannya melalui 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 cari cara yang lebih efektif untuk mencapai tujuan Anda.
Saat ini, faktor teknologi aerodinamika ditutupi dengan lapisan debu tebal yang terlupakan, tetapi itu bukan hal baru bagi para desainer. Sejarah teknologi menunjukkan bahwa bahkan di usia dua puluhan, otak yang maju dan inventif seperti Edmund Rumpler Jerman dan Paul Jaray dari Hongaria (yang menciptakan kultus Tatra T77) 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 mereka pada tahun 1930-an.
Jelas bagi semua orang bahwa dengan meningkatnya kecepatan, ada batasnya, di atasnya hambatan udara menjadi faktor penting dalam mengendarai mobil. Penciptaan bentuk yang dioptimalkan secara aerodinamis dapat menggeser batas ini ke atas secara signifikan dan dinyatakan oleh apa yang disebut koefisien aliran Cx, karena nilai 1,05 memiliki kubus terbalik tegak lurus terhadap aliran udara (jika diputar 45 derajat di sepanjang sumbunya, sehingga tepi hulunya dikurangi menjadi 0,80). Namun, koefisien ini hanyalah satu bagian dari persamaan hambatan udara - ukuran area depan mobil (A) harus ditambahkan sebagai elemen penting. Tugas pertama ahli aerodinamika adalah menciptakan permukaan yang bersih dan efisien secara aerodinamis (faktor-faktor yang, seperti akan kita lihat, banyak terdapat di dalam mobil), yang pada akhirnya mengarah pada penurunan koefisien aliran. Untuk mengukur yang terakhir, diperlukan terowongan angin, yang merupakan fasilitas yang mahal dan sangat kompleks – contohnya adalah terowongan BMW senilai 2009 juta euro yang ditugaskan pada tahun 170. Komponen terpenting di dalamnya bukanlah kipas raksasa, yang menghabiskan begitu banyak listrik sehingga membutuhkan stasiun trafo terpisah, tetapi dudukan roller akurat yang mengukur semua gaya dan momen yang diberikan jet udara pada mobil. Tugasnya adalah mengevaluasi semua interaksi mobil dengan aliran udara dan membantu para spesialis mempelajari setiap detail dan mengubahnya sedemikian rupa agar tidak hanya membuatnya efisien dalam aliran udara, tetapi juga sesuai dengan keinginan para desainer. . Pada dasarnya, komponen hambatan utama yang ditemui mobil berasal dari saat udara di depannya terkompresi dan bergeser dan – sesuatu yang sangat penting – dari turbulensi yang intens di belakangnya di belakang. Di sana terbentuk zona bertekanan rendah yang cenderung menarik mobil, yang pada gilirannya bercampur dengan pengaruh pusaran yang kuat, yang juga disebut oleh ahli aerodinamika sebagai "eksitasi mati". Untuk alasan logis, di belakang model real, tingkat tekanan yang dikurangi lebih tinggi, akibatnya koefisien aliran memburuk.
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 memiliki 40 persen bagian dari hambatan udara total, seperempatnya ditentukan oleh struktur dan fitur permukaan objek seperti kaca spion, lampu, plat nomor, dan antena. 10% hambatan udara disebabkan oleh aliran melalui lubang ke rem, mesin, dan kotak roda gigi. 20% adalah hasil pusaran di berbagai lantai dan struktur suspensi, yaitu semua yang terjadi di bawah mobil. Dan yang paling menarik adalah hingga 30% hambatan udara disebabkan oleh pusaran yang tercipta di sekitar roda dan sayap. Demonstrasi praktis dari fenomena ini memberikan indikasi yang jelas tentang hal ini - koefisien konsumsi dari 0,28 per mobil turun menjadi 0,18 ketika roda dilepas dan lubang di sayap ditutup dengan penyelesaian bentuk mobil. Bukan kebetulan bahwa semua mobil dengan jarak tempuh yang sangat rendah, seperti Honda Insight pertama dan mobil listrik GM EV1, memiliki spatbor belakang tersembunyi. Bentuk aerodinamis keseluruhan dan ujung depan yang tertutup, karena motor listrik tidak membutuhkan udara pendingin dalam jumlah besar, memungkinkan pengembang GM untuk mengembangkan model EV1 dengan koefisien aliran hanya 0,195. Model Tesla 3 memiliki Cx 0,21. Untuk mengurangi pusaran di sekitar roda pada kendaraan dengan mesin pembakaran internal, yang disebut. "Tirai udara" dalam bentuk aliran udara tipis vertikal diarahkan dari bukaan di bemper depan, bertiup di sekitar roda dan menstabilkan vortisitas. Aliran ke mesin dibatasi oleh daun jendela aerodinamis, dan bagian bawahnya tertutup rapat.
Semakin rendah gaya yang diukur oleh roller stand, semakin rendah Cx. Menurut standar, diukur pada kecepatan 140 km / jam - nilai 0,30, misalnya, berarti 30 persen udara yang dilalui mobil berakselerasi ke kecepatannya. Sedangkan untuk area depan, pembacaannya memerlukan prosedur yang jauh lebih sederhana - untuk ini, dengan bantuan laser, kontur luar mobil digariskan jika dilihat dari depan, dan area tertutup dalam meter persegi dihitung. Kemudian dikalikan dengan faktor aliran untuk mendapatkan hambatan udara total kendaraan dalam meter persegi.
Kembali ke garis sejarah deskripsi aerodinamis kami, kami menemukan bahwa penciptaan siklus pengukuran konsumsi bahan bakar standar (NEFZ) pada tahun 1996 sebenarnya memainkan peran negatif dalam evolusi aerodinamis mobil (yang meningkat secara signifikan pada 1980-an). ) karena faktor aerodinamis memiliki pengaruh yang kecil karena periode pergerakan kecepatan tinggi yang singkat. Meskipun koefisien aliran menurun dari waktu ke waktu, peningkatan ukuran kendaraan di setiap kelas menghasilkan peningkatan area frontal dan peningkatan hambatan udara. Mobil seperti VW Golf, Opel Astra, dan BMW Seri 7 memiliki hambatan udara yang lebih tinggi daripada pendahulunya di tahun 1990-an. Tren ini dipicu oleh sekumpulan model SUV yang mengesankan dengan area depan yang luas dan lalu lintas yang memburuk. Jenis mobil ini dikritik terutama karena bobotnya yang sangat besar, tetapi dalam praktiknya faktor ini menjadi relatif lebih rendah kepentingannya dengan peningkatan kecepatan - sedangkan saat berkendara ke luar kota dengan kecepatan sekitar 90 km / jam, proporsi hambatan udara adalah sekitar 50 persen, pada kecepatan di jalan raya, hambatan meningkat menjadi 80 persen dari hambatan total yang dihadapi kendaraan.
Tabung aerodinamis
Contoh lain dari peran hambatan udara dalam performa kendaraan adalah model khas kota Smart. Mobil dua tempat duduk bisa lincah dan gesit di jalanan kota, tetapi bodi pendek dan proporsional sangat tidak efisien dari sudut pandang aerodinamis. Dengan latar belakang bobotnya yang ringan, hambatan udara menjadi elemen yang semakin penting dan dengan Smart ini mulai memberikan dampak yang kuat pada kecepatan 50 km / jam. Tidak mengherankan, ia gagal memenuhi ekspektasi untuk biaya rendah meskipun desainnya ringan.
Terlepas dari kekurangan Smart, bagaimanapun, pendekatan perusahaan induk Mercedes terhadap aerodinamika mencontohkan pendekatan metodis, konsisten dan proaktif untuk proses menciptakan bentuk yang efisien. 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 angin yang lebih kecil daripada Golf VII (0,28). Dalam proses menemukan 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 panjang. dan terutama karena transisi tajam ke belakang, mendorong pembentukan vortisitas. VW bersikukuh bahwa Golf generasi kedelapan yang baru akan memiliki hambatan udara yang jauh lebih sedikit dan bentuk yang lebih rendah dan lebih ramping, tetapi terlepas dari kemampuan desain dan pengujian baru, ini terbukti sangat menantang bagi mobil tersebut. dengan format ini. Namun, dengan faktor 0,275, inilah Golf paling aerodinamis yang pernah dibuat. Rasio konsumsi bahan bakar tercatat terendah sebesar 0,22 per kendaraan dengan mesin pembakaran internal adalah dari 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 bentuk yang sangat aerodinamis juga ditentukan oleh fakta bahwa dengan meningkatnya kecepatan, efisiensi pembangkit listrik hibrid menurun. Dalam kasus kendaraan listrik, segala sesuatu yang berhubungan dengan peningkatan jarak tempuh dalam mode listrik sangatlah penting. Menurut para ahli, penurunan berat 100 kg akan meningkatkan jarak tempuh mobil hanya beberapa kilometer, tetapi di sisi lain, aerodinamika adalah yang terpenting bagi mobil listrik. Pertama, karena massa besar kendaraan ini memungkinkan mereka memulihkan sebagian energi yang dikonsumsi oleh pemulihan, dan kedua, karena torsi tinggi dari motor listrik memungkinkannya untuk mengimbangi efek berat selama start, dan efisiensinya menurun pada kecepatan tinggi dan kecepatan tinggi. Selain itu, elektronika daya dan motor listrik memerlukan lebih sedikit udara pendingin, yang memungkinkan bukaan yang lebih kecil di bagian depan mobil, yang, seperti yang kami catat, merupakan penyebab utama berkurangnya aliran bodi. Elemen lain yang memotivasi para perancang untuk menciptakan bentuk yang lebih efisien secara aerodinamis dalam model hibrida plug-in modern adalah mode penggerak hanya-listrik tanpa percepatan, atau yang disebut. pelayaran. Tidak seperti perahu layar, yang menggunakan istilah dan angin harus menggerakkan perahu, pada mobil, jarak tempuh bertenaga listrik akan meningkat jika mobil memiliki hambatan udara yang lebih sedikit. Menciptakan bentuk yang dioptimalkan secara aerodinamis adalah cara paling hemat biaya untuk mengurangi konsumsi bahan bakar.
Koefisien konsumsi beberapa mobil terkenal:
Mercedes Simplex
Manufaktur 1904, Cx = 1,05
Gerobak jatuhkan rumpler
Manufaktur 1921, Cx = 0,28
Ford Model T.
Manufaktur 1927, Cx = 0,70
Model eksperimental Kama
Diproduksi pada tahun 1938, Cx = 0,36.
Mobil rekaman Mercedes
Manufaktur 1938, Cx = 0,12
VW Bus
Manufaktur 1950, Cx = 0,44
Volkswagen "Penyu"
Manufaktur 1951, Cx = 0,40
Panhard Dina
Diproduksi pada tahun 1954, Cx = 0,26.
Porsche 356 A
Diproduksi pada tahun 1957, Cx = 0,36.
MG EX 181
Produksi 1957, Cx = 0,15
Citroen DS 19
Manufaktur 1963, Cx = 0,33
NSU Sport Prince
Manufaktur 1966, Cx = 0,38
Mercedes S 111
Manufaktur 1970, Cx = 0,29
Perumahan Volvo 245
Manufaktur 1975, Cx = 0,47
Audi 100
Manufaktur 1983, Cx = 0,31
Mercedez W 124
Manufaktur 1985, Cx = 0,29
Lamborghini Countach
Manufaktur 1990, Cx = 0,40
Toyota Prius 1
Manufaktur 1997, Cx = 0,29
