აეროდინამიკის სახელმძღვანელო
საცდელი წამყვანი

აეროდინამიკის სახელმძღვანელო

აეროდინამიკის სახელმძღვანელო

ყველაზე მნიშვნელოვანი ფაქტორები, რომლებიც გავლენას ახდენენ ავტომობილის ჰაერის წინააღმდეგობაზე

ჰაერის დაბალი წინააღმდეგობა ხელს უწყობს საწვავის მოხმარების შემცირებას. ამასთან, ამ მხრივ, განვითარების უზარმაზარი სივრცეა. თუ, რა თქმა უნდა, აეროდინამიკის ექსპერტები ეთანხმებიან დიზაინერების აზრს.

"აეროდინამიკა მათთვის, ვისაც არ შეუძლია მოტოციკლების დამზადება". ეს სიტყვები ენცო ფერარმა თქვა სამოციან წლებში და ნათლად აჩვენებს იმ დროის მრავალი დიზაინერის დამოკიდებულებას მანქანის ამ ტექნოლოგიური მხარის მიმართ. ამასთან, მხოლოდ ათი წლის შემდეგ მოხდა პირველი ნავთობის კრიზისი, რამაც ძირეულად შეცვალა მათი მთელი ღირებულების სისტემა. იმ დროს, როდესაც მანქანის მოძრაობის დროს წინააღმდეგობის ყველა ძალა და განსაკუთრებით ის, რაც წარმოიქმნება, როდესაც ის ჰაერის ფენებში გადის, გადალახულია ფართო ტექნიკური გადაწყვეტილებებით, როგორიცაა ძრავების გადაადგილებისა და სიმძლავრის გაზრდა, მოხმარებული საწვავის რაოდენობის მიუხედავად, ისინი მიდიან და ინჟინრები იწყებენ ძებნას თქვენი მიზნების მისაღწევად უფრო ეფექტური გზები.

ამ დროისთვის აეროდინამიკის ტექნოლოგიური ფაქტორი დაფარვის მტვრის სქელი ფენით არის დაფარული, მაგრამ დიზაინერებისათვის ეს სიახლე არ არის. ტექნოლოგიის ისტორია გვიჩვენებს, რომ 77-იან წლებშიც კი, მოწინავე და გამომგონებელმა გონებამ, როგორიცაა გერმანელი ედმუნდ რამპლერი და უნგრელი პოლ ჯარაი (რომელმაც შექმნა ხატი Tatra TXNUMX), ჩამოაყალიბა გამარტივებული ზედაპირები და ჩაუყარა საფუძველი ავტომობილის ძარის დიზაინის აეროდინამიკურ მიდგომას. მათ მოჰყვა აეროდინამიკის სპეციალისტების მეორე ტალღა, როგორიცაა ბარონი რეინჰარდ ფონ კონიჩ-ფაქსენფელდი და ვუნიბალდ კამ, რომლებმაც თავიანთი იდეები განავითარეს XNUMX- ში.

ყველასთვის გასაგებია, რომ სიჩქარის მატებასთან ერთად დგება ზღვარი, რომლის ზემოთ ჰაერის წინააღმდეგობა გადამწყვეტი ფაქტორი ხდება მანქანის მართვისთვის. აეროდინამიურად ოპტიმიზებული ფორმების შექმნამ შეიძლება მნიშვნელოვნად აიწიოს ეს ზღვარი და გამოიხატება ე.წ. ზღვარი მცირდება 1,05-მდე). ამასთან, ეს კოეფიციენტი არის ჰაერის წინააღმდეგობის განტოლების მხოლოდ ერთი ნაწილი - თქვენ უნდა დაამატოთ მანქანის ფრონტალური ფართობის ზომა (A), როგორც მნიშვნელოვანი ელემენტი. აეროდინამიკოსთა პირველი ამოცანაა სუფთა, აეროდინამიკურად ეფექტური ზედაპირების შექმნა (რომელთა ფაქტორები, როგორც დავინახავთ, ბევრია მანქანაში), რაც საბოლოო ჯამში განაპირობებს დაბალ ნაკადის კოეფიციენტს. ამ უკანასკნელის გასაზომად საჭიროა ქარის გვირაბი, რომელიც ძვირადღირებული და უკიდურესად რთული სტრუქტურაა – ამის მაგალითია 45 წელს ექსპლუატაციაში შესული გვირაბი. BMW, რომელიც კომპანიას 0,80 მილიონი ევრო დაუჯდა. მასში ყველაზე მნიშვნელოვანი კომპონენტი არ არის გიგანტური ვენტილატორი, რომელიც მოიხმარს იმდენ ელექტროენერგიას, რომ მას სჭირდება ცალკე სატრანსფორმატორო ქვესადგური, არამედ ზუსტი როლიკებით სტენდი, რომელიც ზომავს ყველა იმ ძალას და მომენტს, რომელსაც ჰაერის ჭავლი ახორციელებს მანქანაზე. მისი ამოცანაა შეაფასოს მანქანის მთლიანი ურთიერთქმედება ჰაერის ნაკადთან და დაეხმაროს სპეციალისტებს შეისწავლონ ყველა დეტალი და შეცვალონ ისე, რომ ის არა მხოლოდ ჰაერის ნაკადში იყოს ეფექტური, არამედ დიზაინერების სურვილების შესაბამისად. . ძირითადად, წევის ძირითადი კომპონენტები, რომლებსაც მანქანა ხვდება, მოდის მაშინ, როდესაც მის წინ ჰაერი იკუმშება და მოძრაობს, და - რაც მთავარია - უკანა მხარეს უკან არსებული ინტენსიური ტურბულენტობიდან. არსებობს დაბალი წნევის ზონა, რომელიც მიდრეკილია მანქანის ზიდვისკენ, რომელიც თავის მხრივ შერეულია ძლიერი მორევის ეფექტთან, რომელსაც აეროდინამიკოსები ასევე უწოდებენ "მკვდარ აგზნებას". ლოგიკური მიზეზების გამო, ვაგონის მოდელების შემდეგ ვაკუუმის დონე უფრო მაღალია, რის შედეგადაც უარესდება მოხმარების კოეფიციენტი.

აეროდინამიკური ჩამორჩენის ფაქტორები

ეს უკანასკნელი დამოკიდებულია არა მხოლოდ ისეთ ფაქტორებზე, როგორიცაა მანქანის საერთო ფორმა, არამედ კონკრეტულ ნაწილებსა და ზედაპირებზეც. პრაქტიკაში, თანამედროვე მანქანების საერთო ფორმა და პროპორციები შეადგენს ჰაერის მთლიანი წინააღმდეგობის 40 პროცენტს, რომლის მეოთხედი განისაზღვრება ობიექტის ზედაპირის სტრუქტურით და ისეთი მახასიათებლებით, როგორიცაა სარკეები, განათება, სანომრე ნიშანი და ანტენა. ჰაერის წინააღმდეგობის 10% გამოწვეულია სავენტილაციო ხვრელებით მუხრუჭების, ძრავისა და ტრანსმისიისკენ მიმავალი ნაკადით. 20% არის მორევის შედეგი სხვადასხვა იატაკისა და დაკიდების დიზაინში, ანუ ყველაფერი, რაც ხდება მანქანის ქვეშ. და რაც ყველაზე საინტერესოა - ჰაერის წინააღმდეგობის 30% გამოწვეულია ბორბლებისა და ფრთების გარშემო შექმნილი მორევებით. ამ ფენომენის პრაქტიკული დემონსტრირება ნათლად გვიჩვენებს ამას - ნაკადის სიჩქარე 0,28-დან ერთ მანქანაზე მცირდება 0,18-მდე, როდესაც ბორბლები მოიხსნება და ფენის ხვრელები დაიხურება. შემთხვევითი არ არის, რომ ყველა საოცრად დაბალ გარბენიან მანქანას - როგორიცაა Honda-ს პირველი Insight და GM EV1 ელექტრო მანქანა - უკანა ფარები აქვს დამალული. საერთო აეროდინამიკური ფორმა და დახურული წინა ბოლო, იმის გამო, რომ ელექტროძრავა არ საჭიროებს უამრავ გამაგრილებელ ჰაერს, GM დიზაინერებს საშუალებას აძლევდა შეემუშავებინათ EV1 მოდელი, ნაკადის კოეფიციენტით მხოლოდ 0,195. Tesla Model 3-ს აქვს Cx 0,21. შიგაწვის ძრავის მქონე მანქანებში ბორბლების მორევის შესამცირებლად ე.წ. "საჰაერო ფარდები" თხელი ვერტიკალური ჰაერის ნაკადის სახით, რომელიც მიმართულია წინა ბამპერის ღიობიდან, უბერავს ბორბლებს ირგვლივ და ასტაბილურებს მორევებს, ძრავის ნაკადი შემოიფარგლება აეროდინამიკური საკეტებით, ხოლო ქვედა ნაწილი მთლიანად დახურულია.

რაც უფრო დაბალია როლიკებით გაზომილი ძალების მნიშვნელობები, მით უფრო მცირეა Cx. ის ჩვეულებრივ იზომება 140 კმ/სთ სიჩქარით - მაგალითად, 0,30 მნიშვნელობა ნიშნავს, რომ ჰაერის 30 პროცენტი, რომელსაც მანქანა გადის, აჩქარებულია მის სიჩქარემდე. რაც შეეხება წინა მხარეს, მისი წაკითხვა გაცილებით მარტივ პროცედურას მოითხოვს - ამისთვის მანქანის გარე კონტურები წინა მხრიდან დათვალიერებისას გამოიკვეთება ლაზერით და გამოითვლება დახურული ფართობი კვადრატულ მეტრებში. შემდეგ ის მრავლდება ნაკადის კოეფიციენტზე, რათა მივიღოთ მანქანის მთლიანი ჰაერის წინააღმდეგობა კვადრატულ მეტრებში.

ჩვენი აეროდინამიკური ნარატივის ისტორიულ მონახაზს რომ დავუბრუნდეთ, აღმოვაჩენთ, რომ 1996 წელს საწვავის მოხმარების გაზომვის სტანდარტიზებული ციკლის (NEFZ) შექმნამ რეალურად უარყოფითი როლი ითამაშა მანქანების აეროდინამიკურ ევოლუციაში (რომელიც მნიშვნელოვნად განვითარდა 7-ებში). ) რადგან აეროდინამიკურ ფაქტორს მცირე ეფექტი აქვს მაღალსიჩქარიანი მოძრაობის ხანმოკლე პერიოდის გამო. წლების განმავლობაში მოხმარების კოეფიციენტის შემცირების მიუხედავად, თითოეული კლასის მანქანების ზომების ზრდა იწვევს შუბლის არეალის ზრდას და, შესაბამისად, ჰაერის წინააღმდეგობის ზრდას. ისეთ მანქანებს, როგორებიცაა VW Golf, Opel The Astra და BMW 90 სერია, უფრო მაღალი ჰაერის წინააღმდეგობა ჰქონდათ, ვიდრე მათი წინამორბედები 90-იან წლებში. ამ ტენდენციას ხელს უწყობს შთამბეჭდავი SUV მოდელები მათი დიდი წინა ფართობით და გაუარესებული გამარტივებით. ამ ტიპის სატრანსპორტო საშუალებებს აკრიტიკებდნენ ძირითადად მისი მაღალი წონის გამო, მაგრამ პრაქტიკაში ეს ფაქტორი ნაკლებად მნიშვნელოვანი ხდება სიჩქარის მატებასთან ერთად - ქალაქგარეთ მოძრაობისას დაახლოებით 50 კმ/სთ სიჩქარით, ჰაერის წინააღმდეგობის წილი დაახლოებით. 80 პროცენტით, გზატკეცილის სიჩქარეზე ის იზრდება XNUMX პროცენტამდე იმ მთლიანი წინააღმდეგობისგან, რომელსაც მანქანა აწყდება.

აეროდინამიკური მილის

ჰაერის წინააღმდეგობის როლის კიდევ ერთი მაგალითი მანქანის მუშაობაში არის ტიპიური Smart City მოდელი. ორადგილიანი მანქანა შეიძლება იყოს მოხერხებული და მოხერხებული ქალაქის ქუჩებში, მაგრამ მისი მოკლე და პროპორციული ძარა აეროდინამიკური თვალსაზრისით ძალზე არაეფექტურია. დაბალი წონის ფონზე ჰაერის წინააღმდეგობა სულ უფრო მნიშვნელოვანი ელემენტი ხდება და Smart-ით ის იწყებს ძლიერ ეფექტს 50 კმ/სთ სიჩქარით. გასაკვირი არ არის, რომ მიუხედავად მსუბუქი დიზაინისა, მან არ გაამართლა მოლოდინი. შედარებით დაბალი ღირებულებით.

თუმცა, მიუხედავად Smart-ის ნაკლოვანებებისა, მშობელი კომპანია Mercedes-ის დამოკიდებულება აეროდინამიკისადმი არის მეთოდური, თანმიმდევრული და აქტიური მიდგომის მაგალითი სანახაობრივი ფორმების შექმნის პროცესში. შეიძლება ითქვას, რომ ამ კომპანიაში განსაკუთრებით შესამჩნევია ქარის გვირაბებში ინვესტიციების შედეგები და ამ სფეროში შრომისმოყვარეობა. ამ პროცესის ეფექტის განსაკუთრებით თვალსაჩინო მაგალითია ის ფაქტი, რომ ამჟამინდელ S-კლასს (Cx 0,24) აქვს ნაკლები ჰაერის წინააღმდეგობა, ვიდრე Golf VII (0,28). მეტი შიდა სივრცის ძიებაში კომპაქტური მოდელის ფორმამ შეიძინა საკმაოდ დიდი შუბლის ფართობი, ხოლო ნაკადის კოეფიციენტი უფრო უარესია, ვიდრე S- კლასის უფრო მოკლე სიგრძის გამო, რაც არ იძლევა გამარტივებულ ზედაპირებს და ბევრს. მეტი. - უკვე უკნიდან მკვეთრი გადასვლის გამო, რაც ხელს უწყობს მორევების ფორმირებას. თუმცა, VW მტკიცედ ამტკიცებს, რომ შემდეგი თაობის Golf-ს ექნება მნიშვნელოვნად ნაკლები ჰაერის წინააღმდეგობა და დაქვეითებული და გამარტივებული იქნება. ყველაზე დაბალი დაფიქსირებული საწვავის მოხმარების კოეფიციენტი 0,22 ICE მანქანაზე არის Mercedes CLA 180 BlueEfficiency.

ელექტრომობილების უპირატესობა

აეროდინამიკური ფორმის მნიშვნელობის კიდევ ერთი მაგალითია წონის ფონზე თანამედროვე ჰიბრიდული მოდელები და მით უმეტეს ელექტრომობილები. მაგალითად, Prius- ის შემთხვევაში, მაღალ აეროდინამიკური დიზაინის საჭიროება ასევე უკავშირდება იმ ფაქტს, რომ სიჩქარის ზრდასთან ერთად, ჰიბრიდული ძრავის ეფექტურობა მკვეთრად იკლებს. ელექტრომობილების შემთხვევაში, ყველაფერი რაც ელექტრონულ რეჟიმში გარბენის გაზრდას უკავშირდება, ძალზე მნიშვნელოვანია. ექსპერტების აზრით, წონის შემცირება 100 კგ-ით გაზრდის მანქანის გარბენს სულ რამდენიმე კილომეტრით, მაგრამ მეორეს მხრივ, აეროდინამიკას უდიდესი მნიშვნელობა აქვს ელექტრო მანქანისთვის.

ჯერ ერთი, იმიტომ, რომ ამ მანქანების მაღალი მასა საშუალებას აძლევს მათ აღადგინონ გამოჯანმრთელებისთვის გამოყენებული ენერგიის ნაწილი, და მეორეც, რადგან ელექტროძრავის მაღალი ბრუნვის მომენტი საშუალებას გაძლევთ კომპენსიროთ წონის ეფექტი გაშვებისას და მისი ეფექტურობა მცირდება. მაღალი სიჩქარით და მაღალი სიჩქარით. გარდა ამისა, დენის ელექტრონიკას და ელექტროძრავას სჭირდება ნაკლები გაგრილების ჰაერი, რაც საშუალებას იძლევა უფრო მცირე გახსნა მოხდეს მანქანის წინ, რაც, როგორც უკვე აღვნიშნეთ, არის სხეულის გარშემო ნაკადის გაუარესების მთავარი მიზეზი. დიზაინერების მოტივაციის კიდევ ერთი ელემენტი, შექმნან უფრო აეროდინამიკურად ეფექტური ფორმები დღევანდელ პლაგ-ინ ჰიბრიდულ მოდელებში, არის მოძრაობის რეჟიმი აჩქარების გარეშე მხოლოდ ელექტროძრავის დახმარებით, ანუ ე.წ. ნაოსნობა. იალქნიანი ნავებისგან განსხვავებით, საიდანაც ეს ტერმინი მოდის და სადაც ქარი უნდა გადაადგილდეს ნავს, ელექტრომობილები გაზრდის გარბენს, თუ მანქანას ექნება ჰაერის ნაკლები წინააღმდეგობა. აეროდინამიურად ოპტიმიზებული ფორმის შექმნა საწვავის მოხმარების შემცირების ყველაზე ეკონომიური გზაა.

ტექსტი: გეორგი კოლევი

ზოგიერთი ცნობილი მანქანის მოხმარების კოეფიციენტები:

მერსედესის მარტივი

1904 წლის წარმოება, Cx = 1,05

რუმპლერი ტროფფენვაგენი

1921 წლის წარმოება, Cx = 0,28

ფორდ მოდელი T

1927 წლის წარმოება, Cx = 0,70

ექსპერიმენტული მოდელი კამ

1938 წლის წარმოება, Cx = 0,36

მერსედესის ჩამწერი მანქანა

1938 წლის წარმოება, Cx = 0,12

VW ავტობუსი

1950 წლის წარმოება, Cx = 0,44

VW "კუ"

1951 წლის წარმოება, Cx = 0,40

პანჰარდ დინა

1954 წლის წარმოება, Cx = 0,26

Porsche 356

1957 წლის წარმოება, Cx = 0,36

MG EX 181

1957 წლის წარმოება, Cx = 0,15

Citroen DS 19

1963 წლის წარმოება, Cx = 0,33

NSU Sport Prince

1966 წლის წარმოება, Cx = 0,38

Mercedes C 111

1970 წლის წარმოება, Cx = 0,29

ვოლვო 245 ვანი

1975 წლის წარმოება, Cx = 0,47

Audi 100

1983 წლის წარმოება, Cx = 0,31

Mercedes W 124

1985 წლის წარმოება, Cx = 0,29

ტოიოტა პრიუსი 1

1997 წლის წარმოება, Cx = 0,29

ახალი კომენტარის დამატება