Órólegur flæði
efni
Hvernig nútímatækni er að breyta loftaflfræði bíla
Lágt loftviðnám hjálpar til við að draga úr eldsneytisnotkun. Að þessu leyti eru hins vegar gríðarleg tækifæri til þróunar. Hingað til eru auðvitað sérfræðingar í loftfræðslu sammála áliti hönnuðanna.
„Loftaflfræði fyrir þá sem ekki geta búið til mótorhjól.“ Þessi orð voru töluð af Enzo Ferrari á sjötugsaldri og sýna greinilega afstöðu margra hönnuða samtímans gagnvart þessum tækniþætti bílsins. Hins vegar aðeins tíu árum síðar kom fyrsta olíukreppan og allt gildikerfið breyttist róttæklega. Þeir tímar þar sem öll mótstöðuöflin í hreyfingu bílsins, og sérstaklega þau sem myndast vegna farar þess í gegnum loftlögin, eru sigruð með umfangsmiklum tæknilegum lausnum, svo sem að auka tilfærslu og afl vélar, óháð því hversu mikið eldsneyti er neytt, þeir hverfa og verkfræðingar byrja leita að árangursríkari leiðum til að ná markmiðum þínum.
Sem stendur er tæknilegi þátturinn í loftaflfræðinni þakinn þykku lagi af gleymskunnar ryki, en hann er ekki alveg nýr fyrir hönnuðina. Saga tækninnar sýnir að jafnvel á þrítugsaldri lögðu háþróaðir og hugvitssamir gáfur eins og þýski Edmund Rumpler og Ungverjinn Paul Jaray (sem bjó til Tatra T77 Cult) straumlínulagaða fleti og lagði grunninn að loftaflfræðilegri nálgun á hönnun bílsins. Þeim var fylgt eftir af annarri bylgju loftafræðilegra sérfræðinga eins og Baron Reinhard von Könich-Faxenfeld og Wunibald Kam, sem þróaði hugmyndir sínar á fjórða áratugnum.
Öllum er ljóst að með auknum hraða koma mörk þar sem loftmótstaða verður mikilvægur þáttur í akstri bíls. Sköpun loftaflfræðilega fínstilltra forma getur fært þessum mörkum verulega upp á við og er gefið upp með svokölluðum flæðisstuðli Cx, þar sem gildið 1,05 hefur tening á hvolfi hornrétt á loftflæðið (ef honum er snúið 45 gráður eftir ásnum, þannig að andstreymisbrún hans minnkar í 0,80). Hins vegar er þessi stuðull aðeins einn hluti af loftmótstöðujöfnunni - stærð framhliðar svæðis bílsins (A) verður að bæta við sem nauðsynlegur þáttur. Fyrsta verkefni loftaflfræðinga er að búa til hreint, loftaflfræðilega skilvirkt yfirborð (þættir sem, eins og við munum sjá, eru margir í bílnum), sem að lokum leiðir til lækkunar á flæðisstuðlinum. Til að mæla hið síðarnefnda þarf vindgöng, sem er kostnaðarsöm og afar flókin aðstaða – dæmi um þetta eru 2009 milljón evra göng BMW sem voru tekin í notkun árið 170. Mikilvægasti þátturinn í honum er ekki risastór vifta, sem eyðir svo miklu rafmagni að það þurfi sérstaka spennistöð, heldur nákvæmur rúllustandur sem mælir alla krafta og andartök sem loftstraumurinn beitir á bílinn. Starf hans er að meta öll samskipti bílsins við loftflæðið og hjálpa sérfræðingunum að kynna sér hvert smáatriði og breyta því á þann hátt að það sé ekki bara skilvirkt í loftflæðinu heldur einnig í samræmi við óskir hönnuða. . Í grundvallaratriðum koma helstu dragþættirnir sem bíll lendir í þegar loftið fyrir framan hann þjappast saman og breytist og - eitthvað afar mikilvægt - frá mikilli ókyrrð fyrir aftan hann. Þar myndast lágþrýstisvæði sem hefur tilhneigingu til að toga bílinn sem aftur blandast sterkum áhrifum hvirfilsins sem loftaflsfræðingar kalla einnig „dauða örvun“. Af rökréttum ástæðum, að baki búlíkönum, er þrýstingslækkandi hærra, sem leiðir til þess að flæðistuðullinn versnar.
Loftaflfræðilegar dragaþættir
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 með 40 prósenta hlutdeild af heildarloftmótstöðu, fjórðungur hennar ræðst af yfirborðsbyggingu hlutar og eiginleikum eins og speglum, ljósum, númeraplötu og loftneti. 10% af loftmótstöðunni er vegna flæðis í gegnum götin að bremsum, vél og gírkassa. 20% eru afleiðing af hvirfli í hinum ýmsu gólf- og fjöðrunarvirkjum, það er allt sem gerist undir bílnum. Og það áhugaverðasta er að allt að 30% af loftmótstöðunni er vegna hvirflanna sem myndast í kringum hjólin og vængina. Hagnýt sýning á þessu fyrirbæri gefur skýra vísbendingu um þetta - eyðslustuðullinn úr 0,28 á bíl lækkar í 0,18 þegar hjólin eru fjarlægð og götin á vængnum eru þakin með því að klára lögun bílsins. Það er engin tilviljun að allir bílar með furðulítinn kílómetrafjölda, eins og fyrsti Honda Insight og EV1 rafbíllinn frá GM, eru með falda afturhlið. Loftaflfræðileg lögun í heild og lokaður framendinn, vegna þess að rafmótorinn krefst ekki mikils magns af kælilofti, gerði GM þróunaraðilum kleift að þróa EV1 líkanið með rennslisstuðul upp á aðeins 0,195. Tesla módel 3 er með Cx 0,21. Að minnka hringiðuna í kringum hjólin í farartækjum með brunahreyfla, svokallaða. „Loftgardínur“ í formi þunns lóðrétts loftstraums eru beint frá opinu á framstuðaranum, blása í kringum hjólin og koma á stöðugleika í hvirflunum. Flæði til vélarinnar er takmarkað af loftaflfræðilegum lokum og botninn er alveg lokaður.
Því lægri sem kraftarnir eru mældir af rúllustandinum, því lægri er Cx. Samkvæmt staðlinum er hann mældur á 140 km/klst hraða - gildið 0,30 þýðir til dæmis að 30 prósent af loftinu sem bíll fer í gegnum hraðar sér í hraða. Hvað framhliðina varðar, krefst lestur þess mun einfaldari aðferð - fyrir þetta, með hjálp leysis, eru ytri útlínur bílsins útlínur þegar litið er að framan og lokað svæði í fermetrum reiknað út. Þetta er síðan margfaldað með flæðistuðlinum til að fá heildarloftmótstöðu ökutækisins í fermetrum.
Ef snúið er aftur að sögulegu útlínunni af loftaflfræðilegri lýsingu okkar, komumst við að því að stofnun staðlaðrar mælingar á eldsneytisnotkun (NEFZ) árið 1996 gegndi í raun neikvæðu hlutverki í loftaflfræðilegri þróun bifreiða (sem fór verulega fram á níunda áratugnum). ) vegna þess að loftaflfræðilegur þáttur hefur lítil áhrif vegna skamms tíma háhraðahreyfingar. Þrátt fyrir að flæðisstuðullinn minnki með tímanum veldur aukning á stærð ökutækja í hverjum flokki aukið flatarmál að framan og því aukið loftmótstöðu. Bílar eins og VW Golf, Opel Astra og BMW 1980 Series höfðu meiri loftmótstöðu en forverar þeirra á tíunda áratugnum. Þessi þróun er knúin áfram af hópi glæsilegra jeppagerða með stórt flatarmál að framan og versnandi umferð. Þessi tegund bíla hefur einkum verið gagnrýnd fyrir gífurlega þyngd en í reynd fær þessi þáttur minna hlutfallslegt vægi með auknum hraða - en þegar ekið er utan borgar á um 7 km/klst hraða er hlutfall loftmótstöðu. um 1990 prósent, á Á þjóðvegahraða eykst það í 90 prósent af heildartogi sem ökutækið lendir í.
Loftaflfræðileg rör
Annað dæmi um hlutverk loftmótstöðu í afköstum ökutækisins er hið dæmigerða Smart City líkan. Tveggja sæta bíll getur verið fimur og fimur á götum borgarinnar, en stutt og hlutfallsleg líkami er afar óhagkvæmur frá loftaflfræðilegu sjónarmiði. Með hliðsjón af léttri þyngd verður loftviðnám sífellt mikilvægari þáttur og með Smart byrjar það að hafa sterk áhrif á hraðann 50 km / klst. Það kemur ekki á óvart að það féll undir væntingum fyrir litlum tilkostnaði þrátt fyrir létt hönnun.
Þrátt fyrir annmarka Smart er nálgun móðurfyrirtækis Mercedes að loftaflfræði dæmi um aðferðafræðilega, samkvæma og fyrirbyggjandi nálgun á því ferli að búa til skilvirk form. Færa má rök fyrir því að árangur af fjárfestingum í vindgöngum og mikilli vinnu á þessu sviði sé sérstaklega áberandi í þessu fyrirtæki. Sérstaklega sláandi dæmi um áhrif þessa ferlis er sú staðreynd að núverandi S-Class (Cx 0,24) hefur minna vindmótstöðu en Golf VII (0,28). Í því ferli að finna meira innra pláss hefur lögun fyrirferðarlítils gerðarinnar fengið frekar stórt flatarmál að framan og rennslisstuðullinn er verri en í S-flokknum vegna styttri lengdar, sem gerir ekki ráð fyrir löngum straumlínuflötum. og aðallega vegna mikils umskiptis að aftan, sem stuðlar að myndun hvirfla. VW var staðráðinn í því að ný áttunda kynslóð Golf myndi hafa umtalsvert minni loftmótstöðu og lægra og straumlínulagaða lögun, en þrátt fyrir nýja hönnun og prófunargetu reyndist þetta afar krefjandi fyrir bílinn. með þessu sniði. Hins vegar, með stuðlinum 0,275, er þetta loftaflfræðilegasti Golf sem framleiddur hefur verið. Lægsta skráða eldsneytiseyðsluhlutfallið, 0,22 fyrir hvert ökutæki með brunavél, er það í Mercedes CLA 180 BlueEfficiency.
Kosturinn við rafknúin farartæki
Annað dæmi um mikilvægi loftaflfræðilegrar lögunar miðað við þyngd eru nútíma blendingagerðir og jafnvel fleiri rafknúin farartæki. Þegar um er að ræða Prius, til dæmis, ræðst þörfin fyrir mjög loftaflfræðileg lögun af því að þegar hraðinn eykst minnkar skilvirkni blendinga aflstraumsins. Þegar um er að ræða rafknúin ökutæki er allt sem tengist aukinni mílufjöldi í rafmagnsstillingu ákaflega mikilvægt. Samkvæmt sérfræðingum mun 100 kg þyngdartap auka ökutæki bílsins aðeins um nokkra kílómetra, en á móti kemur að loftaflfræði skiptir öllu máli fyrir rafbíl. Í fyrsta lagi vegna þess að mikill massi þessara ökutækja gerir þeim kleift að endurheimta hluta af orkunni sem neytt er af endurheimtunni, og í öðru lagi vegna þess að hátt togi rafmótorsins gerir það kleift að bæta upp þyngdaráhrifin við ræsingu og skilvirkni hans minnkar á miklum hraða og miklum hraða. Að auki krefst rafrænn rafeindatækni og rafmótorinn minna kælingarlofts, sem gerir kleift að fá minni opnun framan á bílnum, sem, eins og við tókum fram, er aðalorsökin fyrir minni líkamsflæði. Annar þáttur í því að hvetja hönnuðina til að búa til skilvirkari loftaflfræðileg form í nútíma innbyggðum blendingamódelum er drifháttur rafmagns eingöngu hröðun eða svokallaður. sigling. Ólíkt seglbátum, þar sem hugtakið er notað og vindurinn þarf að færa bátinn, í bílum, myndi rafknúnur mílufjöldi aukast ef bíllinn hafði minni loftmótstöðu. Að búa til loftfræðilega bjartsýni lögun er hagkvæmasta leiðin til að draga úr eldsneytisnotkun.
Neyslustuðlar sumra frægra bíla:
Mercedes Simplex
Framleiðsla 1904, Cx = 1,05
Rumpler dropvagn
Framleiðsla 1921, Cx = 0,28
Ford líkan T
Framleiðsla 1927, Cx = 0,70
Kama tilrauna líkan
Framleitt árið 1938, Cx = 0,36.
Upptökubíll Mercedes
Framleiðsla 1938, Cx = 0,12
VW strætó
Framleiðsla 1950, Cx = 0,44
Volkswagen "skjaldbaka"
Framleiðsla 1951, Cx = 0,40
Panhard Dina
Framleitt árið 1954, Cx = 0,26.
Porsche 356 A
Framleitt árið 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 S 111
Framleiðsla 1970, Cx = 0,29
Volvo 245 Estate
Framleiðsla 1975, Cx = 0,47
Audi 100
Framleiðsla 1983, Cx = 0,31
Mercedes W 124
Framleiðsla 1985, Cx = 0,29
Lamborghini countach
Framleiðsla 1990, Cx = 0,40
Toyota Prius 1
Framleiðsla 1997, Cx = 0,29
