Turbulentinis srautas
Turinys
Kaip šiuolaikinės technologijos keičia automobilių aerodinamiką
Mažas oro pasipriešinimas padeda sumažinti degalų sąnaudas. Tačiau šiuo atžvilgiu yra milžiniškos plėtros galimybės. Kol kas, žinoma, aerodinamikos ekspertai sutinka su dizainerių nuomone.
"Aerodinamika tiems, kurie nemoka gaminti motociklų". Šiuos žodžius Enzo Ferrari ištarė 60-aisiais ir jie aiškiai parodo daugelio to meto dizainerių požiūrį į šį technologinį automobilio aspektą. Tačiau tik po dešimties metų atėjo pirmoji naftos krizė ir visa jų vertybių sistema radikaliai pasikeitė. Laikai, kai visos pasipriešinimo jėgos judant automobilį, ypač tos, kurios kyla dėl jo pravažiavimo per oro sluoksnius, yra įveikiamos taikant plataus masto techninius sprendimus, pavyzdžiui, padidinant variklių darbinį tūrį ir galią, nepaisant sunaudoto kuro kiekio, jos praeina, o inžinieriai pradeda darbą ieškoti efektyvesnių būdų savo tikslams pasiekti.
Šiuo metu aerodinamikos technologinis veiksnys yra padengtas storu užmaršties dulkių sluoksniu, tačiau dizaineriams tai nėra visiškai nauja. Technikos istorija rodo, kad net dvidešimtajame dešimtmetyje pažangios ir išradingos smegenys, tokios kaip vokietis Edmundas Rumpleris ir vengras Paulas Jaray (sukūręs Tatra T77 kultą), suformavo racionalius paviršius ir padėjo pamatus aerodinaminiam požiūriui į automobilio kėbulo dizainą. Po jų sekė antra aerodinamikos specialistų, tokių kaip baronas Reinhardas von Könichas-Faxenfeldas ir Wunibaldas Kam, banga, kurie savo idėjas plėtojo 1930-aisiais.
Visiems aišku, kad didėjant greičiui ateina riba, kurią viršijus oro pasipriešinimas tampa kritiniu veiksniu vairuojant automobilį. Aerodinamiškai optimizuotų formų kūrimas gali žymiai padidinti šią ribą ir išreiškiamas vadinamuoju srauto koeficientu Cx, nes 1,05 vertės kubas yra apverstas statmenai oro srautui (jei jis pasukamas 45 laipsniais išilgai savo ašies, todėl jo prieš srovę kraštas sumažinamas iki 0,80). Tačiau šis koeficientas yra tik viena oro pasipriešinimo lygties dalis – kaip esminį elementą reikia pridėti automobilio priekinės dalies dydį (A). Pirmoji iš aerodinamininkų užduočių – sukurti švarius, aerodinamiškai efektyvius paviršius (kurių faktorių, kaip matysime, automobilyje yra daug), kas galiausiai lemia srauto koeficiento mažėjimą. Pastarajam išmatuoti reikalingas vėjo tunelis, kuris yra brangus ir itin sudėtingas įrenginys – pavyzdys yra BMW 2009 mln. eurų vertės tunelis, pradėtas eksploatuoti 170 m. Jame svarbiausias komponentas – ne milžiniškas ventiliatorius, sunaudojantis tiek elektros energijos, kad jam reikia atskiros transformatorinės, o tikslus ritininis stovas, matuojantis visas jėgas ir momentus, kuriuos oro srovė veikia automobiliui. Jo darbas – įvertinti visą automobilio sąveiką su oro srautu ir padėti specialistams išstudijuoti kiekvieną detalę ir ją pakeisti taip, kad ji būtų ne tik efektyvi oro sraute, bet ir pagal dizainerių pageidavimus. . Iš esmės pagrindiniai pasipriešinimo komponentai, su kuriais susiduria automobilis, atsiranda dėl to, kad oras priešais jį susispaudžia ir pasislenka, ir – tai labai svarbu – dėl intensyvios turbulencijos už jo gale. Ten susidaro žemo slėgio zona, kuri linkusi traukti automobilį, o tai savo ruožtu susimaišo su stipria sūkurio įtaka, kurią aerodinamikai dar vadina „mirusiu sužadinimu“. Dėl logiškų priežasčių, už universalių modelių, sumažinto slėgio lygis yra didesnis, dėl to pablogėja srauto koeficientas.
Aerodinaminiai pasipriešinimo koeficientai
Pastaroji priklauso ne tik nuo tokių faktorių kaip bendra automobilio forma, bet ir nuo konkrečių dalių bei paviršių. Praktiškai šiuolaikinių automobilių bendra forma ir proporcijos sudaro 40 procentų bendro oro pasipriešinimo, kurio ketvirtadalį lemia objekto paviršiaus struktūra ir tokios savybės kaip veidrodžiai, žibintai, valstybinis numeris, antena. 10% oro pasipriešinimo susidaro dėl srauto per angas į stabdžius, variklį ir pavarų dėžę. 20% yra sūkurių rezultatas įvairiose grindų ir pakabos konstrukcijose, tai yra, viskas, kas vyksta po automobiliu. O įdomiausia tai, kad iki 30% oro pasipriešinimo susidaro dėl aplink ratus ir sparnus susidarančių sūkurių. Praktinis šio reiškinio demonstravimas tai aiškiai parodo – sunaudojimo koeficientas nuo 0,28 vienam automobiliui sumažėja iki 0,18, kai nuimami ratai ir sparno skylės uždengiamos užbaigus automobilio formą. Neatsitiktinai visi stebėtinai mažos ridos automobiliai, kaip ir pirmasis „Honda Insight“ bei GM EV1 elektromobilis, turi paslėptus galinius sparnus. Bendra aerodinaminė forma ir uždaras priekis, dėl to, kad elektros varikliui nereikia didelio aušinimo oro kiekio, leido GM kūrėjams sukurti EV1 modelį, kurio srauto koeficientas yra tik 0,195. Tesla 3 modelio Cx 0,21. Siekiant sumažinti sūkurį aplink ratus transporto priemonėse su vidaus degimo varikliais, vadinamieji. Plonos vertikalios oro srovės formos „oro užuolaidos“ nukreipiamos iš angos priekiniame buferyje, pučiančios aplink ratus ir stabilizuojančios sūkurius. Srautas į variklį ribojamas aerodinaminėmis sklendėmis, o dugnas yra visiškai uždarytas.
Kuo mažesnės jėgos, išmatuotos pagal ritininį stovą, tuo mažesnė Cx. Pagal standartą jis matuojamas esant 140 km/h greičiui – pavyzdžiui, 0,30 reikšmė reiškia, kad 30 procentų oro, kuriuo pravažiuoja automobilis, įsibėgėja iki greičio. Kalbant apie priekinę sritį, jos nuskaitymas reikalauja kur kas paprastesnės procedūros – tam lazerio pagalba nubrėžiami išoriniai automobilio kontūrai žiūrint iš priekio ir apskaičiuojamas uždaras plotas kvadratiniais metrais. Vėliau jis padauginamas iš srauto koeficiento, kad būtų gautas bendras transporto priemonės oro pasipriešinimas kvadratiniais metrais.
Grįžtant prie istorinių mūsų aerodinaminio aprašymo metmenų, matome, kad standartizuoto degalų sąnaudų matavimo ciklo (NEFZ) sukūrimas 1996 m. iš tikrųjų suvaidino neigiamą vaidmenį automobilių aerodinaminėje raidoje (kuri labai pažengė į priekį devintajame dešimtmetyje). ), nes aerodinaminis veiksnys mažai veikia dėl trumpo judėjimo dideliu greičiu. Nors srauto koeficientas laikui bėgant mažėja, didėjant kiekvienos klasės transporto priemonių dydžiui, padidėja priekinis plotas, taigi ir oro pasipriešinimas. Tokie automobiliai kaip VW Golf, Opel Astra ir 1980 serijos BMW turėjo didesnį oro pasipriešinimą nei jų pirmtakai 7-aisiais. Šią tendenciją skatina daugybė įspūdingų visureigių modelių su dideliu priekiniu plotu ir prastėjančiu eismu. Šio tipo automobiliai buvo kritikuojami daugiausia dėl didžiulio svorio, tačiau praktikoje šis veiksnys įgauna mažesnę santykinę reikšmę didėjant greičiui – tuo tarpu važiuojant už miesto ribų apie 1990 km/h greičiu, oro pasipriešinimo dalis yra mažesnė. apie 90 proc., važiuojant greitkelyje, jis padidėja iki 50 proc. viso transporto priemonės pasipriešinimo.
Aerodinaminis vamzdis
Kitas oro pasipriešinimo vaidmens transporto priemonių darbe pavyzdys yra tipiškas „Smart city“ modelis. Dvivietis automobilis miesto gatvėse gali būti vikrus ir vikrus, tačiau trumpas ir proporcingas kėbulas aerodinaminiu požiūriu yra ypač neefektyvus. Lengvo svorio fone oro pasipriešinimas tampa vis svarbesniu elementu, o su „Smart“ jis pradeda stipriai veikti 50 km / h greičiu. Nenuostabu, kad nepaisant lengvo dizaino, jis nepateikė lūkesčių dėl mažų sąnaudų.
Nepaisant Smart trūkumų, patronuojančios bendrovės Mercedes požiūris į aerodinamiką parodo metodišką, nuoseklų ir iniciatyvų požiūrį į efektyvių formų kūrimo procesą. Galima teigti, kad šioje įmonėje ypač matomi investicijų į vėjo tunelius ir sunkaus darbo šioje srityje rezultatai. Ypač ryškus šio proceso poveikio pavyzdys yra tai, kad dabartinė S klasė (Cx 0,24) turi mažesnį vėjo pasipriešinimą nei Golf VII (0,28). Ieškant daugiau vidaus erdvės, kompaktiško modelio forma įgavo gana didelį priekinį plotą, o srauto koeficientas yra prastesnis nei S klasės dėl trumpesnio ilgio, kuris neleidžia ilgų supaprastintų paviršių. ir daugiausia dėl aštraus perėjimo į galą, skatinančio sūkurių susidarymą. VW buvo įsitikinęs, kad naujasis aštuntos kartos „Golf“ turės žymiai mažesnį oro pasipriešinimą ir žemesnę bei labiau aptakesnę formą, tačiau nepaisant naujo dizaino ir testavimo galimybių, tai automobiliui pasirodė itin sudėtinga. su šiuo formatu. Tačiau su 0,275 koeficientu tai yra aerodinamiškiausias kada nors pagamintas Golfas. Mažiausias užfiksuotas degalų sąnaudų koeficientas – 0,22 vienam automobiliui su vidaus degimo varikliu – yra Mercedes CLA 180 BlueEfficiency.
Elektrinių transporto priemonių pranašumas
Kitas aerodinaminės formos ir svorio svarbos pavyzdys yra modernūs hibridiniai modeliai ir dar daugiau elektrinių transporto priemonių. Pavyzdžiui, „Prius“ atveju labai aerodinaminės formos poreikį diktuoja ir tai, kad didėjant greičiui, mažėja hibridinės pavaros efektyvumas. Elektrinių transporto priemonių atveju viskas, kas susiję su padidėjusia rida elektriniu režimu, yra nepaprastai svarbu. Ekspertų teigimu, 100 kg svorio metimas padidins automobilio ridą vos keliais kilometrais, tačiau, kita vertus, aerodinamika yra itin svarbi elektromobiliui. Pirma, dėl to, kad didelė šių transporto priemonių masė leidžia jiems susigrąžinti dalį energijos, kurią sunaudoja rekuperacija, ir, antra, dėl to, kad didelis elektros variklio sukimo momentas leidžia kompensuoti svorio poveikį paleidimo metu, o jo efektyvumas mažėja važiuojant dideliu greičiu ir dideliu greičiu. Be to, galios elektronikai ir elektriniam varikliui reikia mažiau aušinančio oro, o tai leidžia mažesnę angą automobilio priekyje, o tai, kaip pažymėjome, yra pagrindinė sumažėjusio kėbulo srauto priežastis. Kitas elementas, motyvuojantis dizainerius kurti šiuolaikiškesnius įskiepius hibridinius modelius aerodinamiškai efektyvesnes formas, yra tik be pagreičio veikiantis tik elektrinis pavaros režimas arba vadinamasis. buriavimas. Skirtingai nuo burlaivių, kur šis terminas vartojamas ir vėjas turi judinti valtį, automobiliuose elektra varoma rida padidėtų, jei automobilis turėtų mažiau oro pasipriešinimo. Aerodinamiškai optimizuotos formos sukūrimas yra ekonomiškiausias būdas sumažinti degalų sąnaudas.
Kai kurių garsių automobilių vartojimo koeficientai:
„Mercedes Simplex“
Gamyba 1904 m., Cx = 1,05
Rumplerio numetamas vagonas
Gamyba 1921 m., Cx = 0,28
„Ford“ modelis T.
Gamyba 1927 m., Cx = 0,70
Kama eksperimentinis modelis
Pagaminta 1938 m., Cx = 0,36.
„Mercedes“ rekordinis automobilis
Gamyba 1938 m., Cx = 0,12
VW autobusas
Gamyba 1950 m., Cx = 0,44
Volkswagen "vėžlys"
Gamyba 1951 m., Cx = 0,40
Panhardas Dina
Pagaminta 1954 m., Cx = 0,26.
„Porsche 356 A“
Pagaminta 1957 m., Cx = 0,36.
MG EX 181
1957 m. Gamyba, Cx = 0,15
Citroen DS 19
Gamyba 1963 m., Cx = 0,33
NSU sporto princas
Gamyba 1966 m., Cx = 0,38
„Mercedes S 111“
Gamyba 1970 m., Cx = 0,29
Volvo 245 universalas
Gamyba 1975 m., Cx = 0,47
„Audi 100“
Gamyba 1983 m., Cx = 0,31
„Mercedes W 124“
Gamyba 1985 m., Cx = 0,29
„Lamborghini“ grafas
Gamyba 1990 m., Cx = 0,40
„Toyota Prius 1“
Gamyba 1997 m., Cx = 0,29
