Lofthreyfishandbók

Mikilvægustu þættirnir sem hafa áhrif á loftmótstöðu ökutækisins

Lítil loftþol hjálpar til við að draga úr eldsneytiseyðslu. En hvað þetta varðar er mikið svigrúm til þróunar. Ef að sjálfsögðu eru lofthjúpssérfræðingar sammála áliti hönnuðanna.

„Loftaflfræði fyrir þá sem ekki geta búið til mótorhjól.“ Þessi orð voru sögð af Enzo Ferrari á sjöunda áratugnum og sýna glögglega afstöðu margra hönnuða þess tíma til þessarar tæknihliðar bílsins. Það var þó aðeins tíu árum síðar sem fyrsta olíukreppan átti sér stað sem gjörbreytti öllu verðmætakerfi þeirra. Tímar þegar viðnámsöflin við hreyfingu bílsins, og sérstaklega þau sem myndast þegar hann fer í gegnum loftlögin, eru yfirstigin af umfangsmiklum tæknilegum lausnum, svo sem að auka rýmingu og afl véla, óháð magni eldsneytis sem eytt er, þeir hverfa og verkfræðingar fara að líta árangursríkari leiðir til að ná markmiðum þínum.

Sem stendur er tækniþáttur lofthreyfingar þakinn þykku lagi af gleymskunarryki en fyrir hönnuði eru þetta ekki fréttir. Saga tækninnar sýnir að jafnvel á áttunda áratugnum mótuðu háþróaðir og hugvitssamir hugarar eins og Þjóðverjinn Edmund Rumpler og Ungverjinn Paul Zharai (sem bjó til hina táknrænu Tatra T77) straumlínulagaða fleti og lagði grunninn að loftdýnamískri nálgun við yfirbyggingu bílsins. Í kjölfar þeirra fylgdi önnur bylgja sérfræðinga í loftaflfræði eins og Reinhard von Könich-Faxenfeld barón og Wunibald Kam, sem þróuðu hugmyndir sínar í XNUMX.

Öllum er ljóst að með auknum hraða koma mörk þar sem loftmótstaða verður mikilvægur þáttur í akstri bíls. Að búa til loftaflfræðilega fínstillt form getur þrýst þessum mörkum upp töluvert og er gefið upp með svokölluðum flæðistuðli Cx, þar sem gildið 1,05 hefur tening á hvolfi hornrétt á loftflæðið (ef honum er snúið 45 gráður eftir ásnum, þannig að andstreymi brún minnkar í 0,80). Hins vegar er þessi stuðull aðeins einn hluti af loftmótstöðujöfnunni - þú verður að bæta við stærð framhliðar bílsins (A) sem mikilvægan þátt. Fyrsta verkefni loftaflfræðinga er að búa til hreint, loftaflfræðilega skilvirkt yfirborð (þættir sem, eins og við munum sjá, mikið í bíl), sem leiðir að lokum til lægri flæðisstuðuls. Til að mæla hið síðarnefnda þarf vindgöng, sem er dýrt og afar flókið mannvirki – dæmi um þetta eru göngin sem tekin voru í notkun árið 2009. BMW, sem kostaði fyrirtækið 170 milljónir evra. Mikilvægasti íhluturinn í honum er ekki risastór vifta, sem eyðir svo miklu rafmagni að það þurfi sérstakt spennivirki, heldur nákvæmur rúllustandur sem mælir alla krafta og andartök sem loftstróki beitir á bíl. Verkefni hans er að leggja mat á allt samspil bílsins við loftflæðið og aðstoða sérfræðinga við að kynna sér hvert smáatriði og breyta því þannig að það skili ekki aðeins árangri í loftflæðinu heldur einnig í samræmi við óskir hönnuðanna. . Í grundvallaratriðum koma helstu dragþættirnir sem bíll lendir í þegar loftið fyrir framan hann þjappast saman og breytist, og - mjög mikilvægt - frá mikilli ókyrrð fyrir aftan hann. Það er lágþrýstisvæði sem hefur tilhneigingu til að toga bílinn, sem aftur er blandað með sterkum hvirfiláhrifum, sem loftaflsfræðingar kalla einnig "dauða örvun". Af rökréttum ástæðum er lofttæmisstigið hærra eftir stationbílagerðir, sem leiðir til þess að neyslustuðullinn versnar.

Loftaflfræðilegir dráttarþættir

Hið síðarnefnda fer ekki aðeins eftir þáttum eins og heildarformi bílsins heldur einnig á tilteknum hlutum og yfirborði. Í reynd eru heildarlögun og hlutföll nútímabíla 40 prósent af heildarloftmótstöðu, þar af fjórðungur ræðst af yfirborðsbyggingu hlutar og eiginleikum eins og speglum, ljósum, númeraplötu og loftneti. 10% af loftmótstöðu er vegna flæðis í gegnum loftopin til bremsa, vélar og skiptingar. 20% er afleiðing af hvirfli í ýmsum gólf- og fjöðrunarhönnun, það er allt sem gerist undir bílnum. Og það sem er áhugaverðast - 30% af loftmótstöðu er vegna hvirflanna sem myndast í kringum hjólin og vængi. Hagnýt sýning á þessu fyrirbæri sýnir þetta greinilega - flæðishraðinn úr 0,28 á hvert ökutæki lækkar niður í 0,18 þegar hjólin eru fjarlægð og loftopin á hlífinni lokuð. Það er engin tilviljun að allir bílar með furðu lága kílómetrafjölda - eins og fyrsta Insight af Honda og GM EV1 rafbílnum - eru með falda afturhlið. Loftaflfræðileg lögun í heild og lokaður framendinn, vegna þess að rafmótorinn krefst ekki mikils kælilofts, gerði hönnuðum GM kleift að þróa EV1 líkanið með flæðistuðli upp á aðeins 0,195. Tesla Model 3 er með Cx 0,21. Til að draga úr hringiðu hjólanna í farartækjum með brunahreyfla, svokallaða. „Loftgardínur“ í formi þunns lóðrétts loftflæðis sem beint er frá opinu á framstuðaranum, blæs í kringum hjólin og koma á stöðugleika í hvirflunum, flæði til vélarinnar er takmarkað af loftaflfræðilegum hlerar og botninn er alveg lokaður.

Því lægri sem gildi kraftanna sem mældir eru af rúllustandinum, því minni Cx. Hann er venjulega mældur á 140 km/klst hraða – gildið 0,30 þýðir til dæmis að 30 prósent af loftinu sem bíll fer í gegnum er hraðað upp að sínum hraða. Hvað að framan varðar, þá krefst lestur þess mun einfaldari aðferð - fyrir þetta eru ytri útlínur bílsins útlínur með leysi þegar það er skoðað að framan og lokað svæði í fermetrum reiknað út. Hann er síðan margfaldaður með rennslisstuðlinum til að fá heildarloftmótstöðu bílsins í fermetrum.

Þegar við snúum aftur til sögulegra útlína loftaflfræðilegrar frásagnar okkar, komumst við að því að stofnun staðlaðrar mælingar á eldsneytisnotkun (NEFZ) árið 1996 gegndi í raun neikvæðu hlutverki í loftaflfræðilegri þróun bíla (sem fór verulega fram á 7s). ) vegna þess að loftaflfræðilegur þáttur hefur lítil áhrif vegna skamms tíma háhraðahreyfingar. Þrátt fyrir lækkun á eyðslustuðli í gegnum árin leiðir stækkun á stærð ökutækja í hverjum flokki til aukningar á framhliðinni og þar af leiðandi til aukningar á loftmótstöðu. Bílar eins og VW Golf, Opel The Astra og BMW 90 Series höfðu meiri loftmótstöðu en forverar þeirra á tíunda áratugnum. Þessi þróun er auðvelduð af glæsilegum jeppagerðum með stóru framsvæði og versnandi hagræðingu. Þessi tegund ökutækja hefur einkum verið gagnrýnd fyrir mikla þyngd en í reynd skiptir þessi þáttur minna máli með auknum hraða - þegar ekið er utan borgar á um 90 km/klst hraða er hlutfall loftmótstöðu u.þ.b. 50 prósent, á þjóðvegahraða eykst það í 80 prósent frá heildarviðnáminu sem bíllinn stendur frammi fyrir.

Loftaflfræðileg rör

Annað dæmi um hlutverk loftmótstöðu í frammistöðu ökutækja er dæmigerð Smart City líkan. Tveggja sæta er kannski lipur og lipur á götum borgarinnar, en stutt og hlutfallsleg yfirbygging hans er mjög óhagkvæm frá loftaflfræðilegu sjónarmiði. Í ljósi lítillar þyngdar verður loftmótstaða sífellt mikilvægari þáttur og með Smart fer hún að hafa mikil áhrif á 50 km hraða. Það kemur ekki á óvart að þrátt fyrir létta hönnunina stóðst hún ekki væntingar af tiltölulega litlum tilkostnaði.

En þrátt fyrir annmarka Smart er afstaða móðurfyrirtækis Mercedes til loftaflfræði dæmi um aðferðafræðilega, samkvæma og fyrirbyggjandi nálgun á því ferli að búa til stórbrotin form. Færa má rök fyrir því að árangur af fjárfestingu í vindgöngum og mikilli vinnu á þessu sviði sé sérstaklega áberandi hjá þessu fyrirtæki. Sérstaklega sláandi dæmi um áhrif þessa ferlis er sú staðreynd að núverandi S-Class (Cx 0,24) hefur minni loftmótstöðu en Golf VII (0,28). Í leitinni að meira innra rými hefur lögun fyrirferðarlítils gerðarinnar öðlast frekar stórt flatarmál að framan og rennslisstuðullinn er verri en í S-flokknum vegna styttri lengdar, sem gerir ekki ráð fyrir straumlínulagað yfirborð og mikið. meira. - þegar vegna skarpra umskipta aftan frá, sem stuðlar að myndun hvirfla. VW er hins vegar staðráðinn í því að næsta kynslóð Golf verði með verulega minni loftmótstöðu og verði lækkaður og straumlínulagaður. Lægsti skráði eldsneytisnotkunarstuðullinn, 0,22 á hvert ICE ökutæki, er Mercedes CLA 180 BlueEfficiency.

Kosturinn við rafknúin farartæki

Annað dæmi um mikilvægi lofthreyfingarforms miðað við þyngd eru nútímaleg tvinnlíkön og jafnvel fleiri rafknúin ökutæki. Í tilviki Prius er til dæmis þörf fyrir mjög loftaflfræðilegan hönnun ráðin af því að þegar hraðinn eykst lækkar skilvirkni tvinnræsarafls verulega. Þegar um er að ræða rafknúin ökutæki er allt sem tengist aukningu á mílufjöldi í rafstillingu afar mikilvægt. Að mati sérfræðinga mun þyngdarlækkun um 100 kg auka kílómetrafjölda bílsins um örfáa kílómetra, en á hinn bóginn er lofthreyfing í fyrirrúmi fyrir rafbíl.

Í fyrsta lagi vegna þess að mikill massi þessara farartækja gerir þeim kleift að endurheimta hluta af orkunni sem notuð er til endurheimtar, og í öðru lagi vegna þess að hátt tog rafmótorsins gerir þér kleift að bæta upp fyrir áhrif þyngdar við gangsetningu og skilvirkni hans minnkar. á miklum hraða og miklum hraða. Auk þess þurfa rafeindatæknin og rafmótorinn minna kæliloft sem gerir ráð fyrir minna opi framan á bílnum, sem er, eins og áður hefur komið fram, aðalástæðan fyrir versnandi flæði um yfirbygginguna. Annar þáttur í hvatningu hönnuða til að búa til loftaflfræðilega skilvirkari form í tengitvinnbílum nútímans er hreyfing án hröðunar eingöngu með hjálp rafmótors, eða svokallaða. siglingar. Ólíkt seglbátum, hvaðan hugtakið kemur og hvaðan vindurinn á að færa bátinn, munu rafbílar auka kílómetrafjölda ef bíllinn hefur minni loftmótstöðu. Að búa til loftaflfræðilega fínstillt form er hagkvæmasta leiðin til að draga úr eldsneytisnotkun.

Texti: Georgy Kolev

Neyslustuðlar sumra frægra bíla:

Mercedes Simplex

Framleiðsla 1904, Cx = 1,05

Rumpler Tropfenwagen

Framleiðsla 1921, Cx = 0,28

Ford líkan T

Framleiðsla 1927, Cx = 0,70

Tilraunalíkan Kam

Framleiðsla 1938, Cx = 0,36

Upptökubíll Mercedes

Framleiðsla 1938, Cx = 0,12

VW strætó

Framleiðsla 1950, Cx = 0,44

VW "skjaldbaka"

Framleiðsla 1951, Cx = 0,40

Panhard Dina

Framleiðsla 1954, Cx = 0,26

Porsche 356

Framleiðsla 1957, Cx = 0,36

MG EX 181

Framleiðsla 1957, Cx = 0,15

Citroen DS 19

Framleiðsla 1963, Cx = 0,33

NSU Sport Prince

Framleiðsla 1966, Cx = 0,38

Mercedes C 111

Framleiðsla 1970, Cx = 0,29

Volvo 245 sendibíll

Framleiðsla 1975, Cx = 0,47

Audi 100

Framleiðsla 1983, Cx = 0,31

Mercedes W 124

Framleiðsla 1985, Cx = 0,29

Toyota Prius 1

Framleiðsla 1997, Cx = 0,29