מהי אווירודינמיקה של מכוניות?
תוכן
בהתבוננות בתצלומים היסטוריים של דגמי מכוניות אגדיים, מישהו יבחין מיד שככל שאנו מתקרבים לימינו, גוף הרכב הופך פחות ופחות זוויתי.
זה נובע מאווירודינמיקה. בואו ניקח בחשבון מה המוזרויות של אפקט זה, מדוע חשוב לקחת בחשבון את החוקים האווירודינמיים, וגם לאילו מכוניות יש מקדם התייעלות גרוע, ואילו מהן טובות.
מהי אווירודינמיקה של מכוניות
כמה שזה נשמע מוזר, ככל שהמכונית תעבור מהר יותר על הכביש, כך היא תטה יותר לרדת מהקרקע. הסיבה היא שזרם האוויר שהרכב מתנגש בו נחתך לשני חלקים על ידי מרכב המכונית. האחד עובר בין הקרקעית למשטח הכביש, והשני - מעל הגג, ומתכופף סביב קווי המתאר של המכונה.
אם אתה מסתכל על גוף המכונית מהצד, אז מבחינה ויזואלית זה יהיה דומה לכנף מטוס. הייחודיות של אלמנט זה של המטוס נעוצה בעובדה שזרם האוויר מעל העיקול עובר יותר מסלול מאשר מתחת לחלק הישיר של החלק. בגלל זה נוצר ואקום, או ואקום, מעל הכנף. במהירות גוברת, כוח זה מרים את הגוף יותר.
נוצר אפקט הרמה דומה למכונית. במעלה הזרם זורם סביב מכסה המנוע, הגג ותא המטען, ואילו במורד הזרם זורם סביב התחתית. אלמנט נוסף שיוצר התנגדות נוספת הוא חלקי הגוף הקרובים לאנכית (גריל רדיאטור או שמשה).
מהירות התחבורה משפיעה ישירות על אפקט ההרמה. יתר על כן, צורת המרכב עם לוחות אנכיים יוצרת מערבולת נוספת, המפחיתה את משיכת הרכב. מסיבה זו, בעלי מכוניות קלאסיות רבות בעלות צורות זוויתיות, בעת כוונון, מחברים בהכרח ספוילר ואלמנטים אחרים למרכב המאפשרים להגדיל את כוח המשנה של המכונית.
מדוע זה הכרחי
התייעלות מאפשרת לאוויר לזרום מהר יותר לאורך הגוף ללא מערבולות מיותרות. כאשר המכונה מונעת על ידי התנגדות האוויר המוגברת, המנוע ישתמש יותר בדלק, כאילו המכונה נושאת עומס נוסף. זה ישפיע לא רק על כלכלת המכונית, אלא גם על כמות החומרים המזיקים שישתחררו דרך צינור הפליטה לסביבה.
בעת תכנון מכוניות עם אווירודינמיקה משופרת, מהנדסים מיצרני רכב מובילים מחשבים את האינדיקטורים הבאים:
- כמה אוויר חייב להיכנס לתא המנוע כדי שהמנוע יקבל קירור טבעי תקין;
- באילו חלקי גוף יישאב אוויר צח לחלל הרכב, וגם לאן הוא ישוחרר;
- מה ניתן לעשות בכדי להרעיש פחות את האוויר ברכב;
- יש לחלק את כוח ההרמה לכל סרן בהתאם למאפייני צורת מרכב הרכב.
כל הגורמים הללו נלקחים בחשבון בעת פיתוח דגמי מכונות חדשים. ואם קודם לכן יסודות הגוף עלולים להשתנות בצורה דרסטית, כיום מדענים כבר פיתחו את הצורות האידיאליות ביותר המספקות מקדם מופחת של הרמת חזית. מסיבה זו, דגמים רבים מהדור האחרון עשויים להיות שונים באופן חיצוני רק על ידי שינויים קלים בצורת המפזרים או הכנפיים בהשוואה לדור הקודם.
בנוסף ליציבות הכביש, אווירודינמיקה יכולה לתרום לזיהום פחות בחלקי גוף מסוימים. לכן, בהתנגשות עם משב רוח קדמי, פנסים קדמיים, פגוש ושמשה קדמית יתלכלכו מהר יותר מחרקים קטנים מרוסקים.
כדי להפחית את ההשפעה השלילית של מעלית, יצרני הרכב שואפים להפחית מִרוָח לערך המקסימלי המותר. עם זאת, ההשפעה הקדמית אינה הכוח השלילי היחיד המשפיע על יציבות המכונה. מהנדסים תמיד "מאזנים" בין התייעלות חזיתית לרוחבית. אי אפשר להשיג את הפרמטר האידיאלי בכל אזור, ולכן בייצור גוף חדש, מומחים תמיד מתפשרים.
עובדות אווירודינמיות בסיסיות
מהיכן נובעת ההתנגדות הזו? הכל פשוט מאוד. מסביב לכוכב הלכת שלנו יש אווירה המורכבת מתרכובות גזיות. בממוצע, צפיפות השכבות המוצקות של האטמוספירה (שטח מהקרקע למבט הציפור) היא כ -1,2 ק"ג למ"ר. כאשר אובייקט נמצא בתנועה, הוא מתנגש במולקולות גז המרכיבות את האוויר. ככל שהמהירות גבוהה יותר, כך יותר אלמנטים אלה יפגעו באובייקט. מסיבה זו, כשנכנסים לאטמוספירה של כדור הארץ, החללית מתחילה להתחמם מאוד מחיכוך.
המשימה הראשונה שמפתחי העיצוב החדש של הדגם מנסים להתמודד איתה היא כיצד להפחית את הגרר. פרמטר זה גדל פי 4 אם הרכב מאיץ בטווח שבין 60 קמ"ש ל -120 קמ"ש. כדי להבין עד כמה זה משמעותי, שקול דוגמה קטנה.
משקל ההובלה הוא אלפיים ק"ג. התחבורה מאיצה ל -2 קמ"ש. במקביל מוציאים רק 36 וואט כוח בכדי להתגבר על כוח זה. כל השאר מושקע באוברקלוק. אבל כבר במהירות של 600 קמ"ש. 108 קילוואט כוח כבר משמשים להתגברות על ההתנגדות הקדמית. בנסיעה במהירות של 16 קמ"ש. המכונית כבר מוציאה עד 250 כוחות סוס על כוח הגרירה. אם הנהג רוצה להאיץ את המכונית עוד יותר, עד 180 קמ"ש, בנוסף לכוח להגביר את המהירות, המנוע יצטרך לצרוך 300 סוסים כדי להתמודד עם זרימת האוויר הקדמית. לכן מכונית ספורט זקוקה למניע כוח כה חזק.
כדי לפתח את התחבורה הכי יעילה, אך יחד עם זאת די נוחה, מהנדסים מחשבים את המקדם Cx. פרמטר זה בתיאור המודל הוא החשוב ביותר ביחס למבנה הגוף האידיאלי. טיפת מים היא בגודל אידיאלי באזור זה. יש לה מקדם זה של 0,04. אף יצרנית רכב לא תסכים לתכנון מקורי שכזה לדגם המכונית החדש שלה, אם כי היו אפשרויות בתכנון זה בעבר.
ישנן שתי דרכים להפחית את עמידות הרוח:
- שנה את צורת הגוף כך שזרם האוויר יזרום סביב המכונית ככל האפשר;
- הפוך את המכונית לצרה.
כאשר המכונה זזה, פועל עליה כוח אנכי. זה יכול להיות בעל השפעה של לחץ למטה שיש לו השפעה חיובית על המשיכה. אם הלחץ על המכונית לא יוגדל, המערבולת המתקבלת תבטיח את הפרדת הרכב מהקרקע (כל יצרן מנסה לחסל אפקט זה ככל האפשר).
מצד שני, בזמן שהמכונית נעה, פועל עליה כוח שלישי - הכוח הרוחבי. אזור זה נשלט עוד פחות, מכיוון שהוא מושפע מערכים משתנים רבים, כמו רוח רוחב בנסיעה ישר קדימה או בפנייה. לא ניתן לחזות את חוזקו של גורם זה, ולכן מהנדסים אינם מסתכנים בכך ויוצרים מקרים עם רוחב המאפשר לבצע פשרה מסוימת ביחס Cx.
כדי לקבוע עד כמה ניתן לקחת בחשבון את הפרמטרים של כוחות אנכיים, חזיתיים ורוחביים, מקימים יצרני רכב מובילים מעבדות מיוחדות שמבצעות בדיקות אווירודינמיות. בהתאם לאפשרויות החומר, מעבדה זו עשויה לכלול מנהרת רוח, בה נבדקת יעילות התייעלות התחבורתית תחת זרימת אוויר גדולה.
באופן אידיאלי, יצרני דגמי מכוניות חדשים מבקשים להביא את מוצריהם למקדם של 0,18 (כיום זה האידיאל), או לחרוג ממנו. אבל איש עדיין לא הצליח בשנייה, משום שאי אפשר לחסל כוחות אחרים הפועלים על המכונה.
כוח הידוק והרמה
הנה ניואנס נוסף שמשפיע על הטיפול בתחבורה. במקרים מסוימים, לא ניתן למזער גרירה. דוגמה לכך היא מכוניות ה- F1. למרות שגופם יעיל לחלוטין, הגלגלים פתוחים. אזור זה מהווה את מירב הבעיות עבור המפיקים. עבור תחבורה כזו, Cx הוא בטווח שבין 1,0 ל- 0,75.
אם לא ניתן לבטל את המערבולת האחורית במקרה זה, ניתן להשתמש בזרימה להגדלת המתיחה עם המסילה. לשם כך, מותקנים על הגוף חלקים נוספים שיוצרים downforce. לדוגמא, הפגוש הקדמי מצויד בספוילר המונע ממנו להתרומם מהקרקע, דבר חשוב ביותר למכונית ספורט. כנף דומה מחוברת לחלק האחורי של המכונית.
הכנף הקדמית לא מכוונת את הזרימה מתחת למכונית, אלא לחלק העליון של המרכב. מסיבה זו, אף הרכב מכוון תמיד לכביש. ואקום נוצר מלמטה, ונראה שהמכונית נדבקת למסלול. הספוילר האחורי מונע היווצרות מערבולת מאחורי המכונית - החלק שובר את הזרימה לפני שהוא מתחיל להישאב לאזור הוואקום שמאחורי הרכב.
אלמנטים קטנים משפיעים גם על צמצום הגרר. לדוגמה, קצה מכסה המנוע של כמעט כל המכוניות המודרניות מכסה את להבי המגבים. מכיוון שחזית המכונית פוגשת יותר מכל את הזרימה המתקרבת, תשומת לב מוקדשת אפילו לאלמנטים קטנים כמו הסחות אוויר.
בעת התקנת ערכות גוף ספורטיביות, עליכם לקחת בחשבון כי כוח נוסף למטה הופך את המכונית לבטוחה יותר על הכביש, אך יחד עם זאת הזרימה הכיוונית מגבירה את הגרר. מסיבה זו מהירות השיא של הובלה כזו תהיה נמוכה יותר מאשר ללא אלמנטים אווירודינמיים. השפעה שלילית נוספת היא שהמכונית נהיית יותר רעבתנית. נכון, ההשפעה של ערכת גוף הספורט תורגש במהירות של 120 קילומטר לשעה, כך שברוב המצבים בכבישים ציבוריים פרטים כאלה.
דגמים עם גרור אווירודינמי גרוע:
דגמים עם גרור אווירודינמי טוב:
בנוסף, צפו בסרטון קצר על אווירודינמיקה של מכוניות:
2 комментария
בוגדן
שלום. שאלה לא מובנת.
אם מכונית נסעה במהירות של 100 קמ"ש ב-2000 סל"ד, ואותה מכונית נסעה במהירות של 200 קמ"ש ב-2000 סל"ד, האם הצריכה תהיה שונה? מה אם זה שונה? ערך גבוה?
או מה הצריכה של הרכב? במהירות מנוע או במהירות?
תודה
קרע
הכפלת מהירות המכונית מכפילה את התנגדות הגלגול ומכפילה את התנגדות האוויר פי ארבעה, כך שדרושה יותר אנרגיה. זה אומר שאתה צריך לשרוף יותר דלק, גם אם סל"ד קבוע, אז אתה לוחץ על דוושת הגז והלחץ בסעפת גדל ומסה גדולה יותר של אוויר נכנסת לכל צילינדר. זה אומר שהמנוע שלך מזריק יותר דלק, אז כן, גם אם הסל"ד שלך יישאר זהה, תשתמש בסביבות פי 4.25 יותר דלק לק"מ.