Turbulenta plūsma
saturs
Kā modernās tehnoloģijas maina automašīnu aerodinamiku
Zema gaisa pretestība palīdz samazināt degvielas patēriņu. Šajā ziņā tomēr ir milzīgas attīstības iespējas. Līdz šim, protams, aerodinamikas eksperti piekrīt dizaineru viedoklim.
"Aerodinamika tiem, kas nemāk ražot motociklus." Šos vārdus 60. gados teica Enzo Ferrari, un tie skaidri parāda daudzu tā laika dizaineru attieksmi pret šo automašīnas tehnoloģisko aspektu. Tomēr tikai desmit gadus vēlāk nāca pirmā naftas krīze, un visa viņu vērtību sistēma radikāli mainījās. Laiki, kad visi pretestības spēki automašīnas kustībā, it īpaši tie, kas rodas, izejot cauri gaisa slāņiem, tiek pārvarēti ar plašiem tehniskiem risinājumiem, piemēram, palielinot dzinēju darba tilpumu un jaudu, neatkarīgi no patērētās degvielas daudzuma, tie pazūd, un inženieri sāk darbu meklējiet efektīvākus veidus, kā sasniegt savus mērķus.
Šobrīd aerodinamikas tehnoloģiskais faktors ir pārklāts ar biezu aizmirstības putekļu slāni, taču dizaineriem tas nav pilnīgi jauns. Tehnoloģiju vēsture rāda, ka pat divdesmitajos gados tādas progresīvas un atjautīgas smadzenes kā vācietis Edmunds Rumplers un ungārs Pols Džarajs (kurš radīja Tatra T77 kultu) veidoja racionalizētas virsmas un lika pamatus aerodinamiskai pieejai automašīnu virsbūves dizainā. Viņiem sekoja otrais aerodinamikas speciālistu vilnis, piemēram, barons Reinhards fon Kenics-Faksenfelds un Wunibalds Kam, kuri savas idejas izstrādāja pagājušā gadsimta 1930. gados.
Ikvienam ir skaidrs, ka, palielinoties ātrumam, pienāk robeža, kuru pārsniedzot, gaisa pretestība kļūst par kritisku faktoru auto vadīšanā. Aerodinamiski optimizētu formu izveide var ievērojami novirzīt šo robežu uz augšu, un to izsaka ar tā saukto plūsmas koeficientu Cx, jo vērtībai 1,05 ir kubs, kas ir apgriezts perpendikulāri gaisa plūsmai (ja tas tiek pagriezts par 45 grādiem pa savu asi, lai tās augšteces mala ir samazināta līdz 0,80). Taču šis koeficients ir tikai viena daļa no gaisa pretestības vienādojuma – kā būtisks elements jāpievieno automašīnas frontālās laukuma izmērs (A). Pirmais no aerodinamistu uzdevumiem ir radīt tīras, aerodinamiski efektīvas virsmas (to faktoru, kā mēs redzēsim, automašīnā ir daudz), kas galu galā noved pie plūsmas koeficienta samazināšanās. Lai izmērītu pēdējo, ir nepieciešams vēja tunelis, kas ir dārgs un ārkārtīgi sarežģīts objekts – piemērs tam ir 2009. gadā ekspluatācijā nodotais BMW 170 miljonus eiro vērtais tunelis. Svarīgākā sastāvdaļa tajā ir nevis milzu ventilators, kas patērē tik daudz elektrības, ka tam nepieciešama atsevišķa transformatora stacija, bet gan precīzs rullīšu statīvs, kas mēra visus spēkus un momentus, ko gaisa strūkla iedarbojas uz auto. Viņa uzdevums ir izvērtēt visu automašīnas mijiedarbību ar gaisa plūsmu un palīdzēt speciālistiem izpētīt katru detaļu un mainīt to tā, lai tas būtu ne tikai efektīvs gaisa plūsmā, bet arī saskaņā ar dizaineru vēlmēm. . Būtībā galvenās pretestības sastāvdaļas, ar kurām saskaras automašīna, rodas tad, kad gaiss priekšā saspiežas un mainās, un – kas ir ārkārtīgi svarīgi – no intensīvās turbulences aiz tās aizmugurē. Tur veidojas zema spiediena zona, kas mēdz vilkt auto, kas savukārt sajaucas ar spēcīgo virpuļa ietekmi, ko aerodinamiķi dēvē arī par "mirušo ierosmi". Loģisku iemeslu dēļ, aiz universāļa modeļiem, pazeminātā spiediena līmenis ir augstāks, kā rezultātā plūsmas koeficients pasliktinās.
Aerodinamiskie pretestības koeficienti
Pēdējais ir atkarīgs ne tikai no tādiem faktoriem kā automašīnas kopējā forma, bet arī no konkrētām daļām un virsmām. Praksē mūsdienu automašīnu kopējā forma un proporcijas veido 40 procentus no kopējās gaisa pretestības, no kuras ceturto daļu nosaka objekta virsmas struktūra un tādas īpašības kā spoguļi, gaismas, numura zīme un antena. 10% no gaisa pretestības ir pateicoties plūsmai caur caurumiem uz bremzēm, dzinēju un pārnesumkārbu. 20% ir virpuļu rezultāts dažādās grīdas un piekares konstrukcijās, tas ir, viss, kas notiek zem automašīnas. Un pats interesantākais ir tas, ka līdz pat 30% gaisa pretestības veido ap riteņiem un spārniem izveidotie virpuļi. Praktisks šīs parādības demonstrējums par to skaidri liecina - patēriņa koeficients no 0,28 uz automašīnu samazinās līdz 0,18, kad riteņi tiek noņemti un spārna caurumi tiek pārklāti ar automašīnas formas pabeigšanu. Nav nejaušība, ka visām pārsteidzoši mazajām automašīnām, piemēram, pirmajam Honda Insight un GM EV1 elektromobilim, ir paslēpti aizmugurējie spārni. Kopējā aerodinamiskā forma un slēgtā priekšpuse, pateicoties tam, ka elektromotoram nav nepieciešams daudz dzesēšanas gaisa, ļāva GM izstrādātājiem izstrādāt EV1 modeli ar plūsmas koeficientu tikai 0,195. Tesla modelim 3 ir Cx 0,21. Lai samazinātu virpuli ap riteņiem transportlīdzekļos ar iekšdedzes dzinēju, t.s. "Gaisa aizkari" plānas vertikālas gaisa plūsmas veidā tiek virzīti no atveres priekšējā buferī, pūšot ap riteņiem un stabilizējot virpuļus. Plūsmu uz dzinēju ierobežo aerodinamiskie slēģi, un apakšdaļa ir pilnībā aizvērta.
Jo mazāki spēki, ko mēra rullīšu statīvs, jo zemāks ir Cx. Saskaņā ar standartu tas tiek mērīts ar ātrumu 140 km / h - piemēram, vērtība 0,30 nozīmē, ka 30 procenti gaisa, ko automašīna šķērso, paātrinās līdz tā ātrumam. Kas attiecas uz priekšējo laukumu, tad tā nolasīšana prasa daudz vienkāršāku procedūru - tam ar lāzera palīdzību tiek iezīmētas automašīnas ārējās kontūras, skatoties no priekšpuses, un tiek aprēķināts slēgtais laukums kvadrātmetros. Pēc tam to reizina ar plūsmas koeficientu, lai iegūtu transportlīdzekļa kopējo gaisa pretestību kvadrātmetros.
Atgriežoties pie mūsu aerodinamiskā apraksta vēsturiskajām iezīmēm, mēs atklājam, ka standartizēta degvielas patēriņa mērīšanas cikla (NEFZ) izveidei 1996. gadā faktiski bija negatīva loma automobiļu aerodinamiskajā attīstībā (kas ievērojami attīstījās 1980. gados). ), jo aerodinamiskajam faktoram ir maza ietekme sakarā ar īsu ātrgaitas kustības periodu. Lai gan plūsmas koeficients laika gaitā samazinās, palielinot katras klases transportlīdzekļu izmērus, palielinās frontālais laukums un līdz ar to palielinās gaisa pretestība. Tādām automašīnām kā VW Golf, Opel Astra un BMW 7. sērija bija lielāka gaisa pretestība nekā to priekšgājējiem deviņdesmitajos gados. Šo tendenci veicina iespaidīgu SUV modeļu kopa ar lielo priekšējo laukumu un pasliktinātu satiksmi. Šis auto tips ir kritizēts galvenokārt par milzīgo svaru, taču praksē šis faktors, pieaugot ātrumam, iegūst mazāku relatīvo nozīmi – savukārt, braucot ārpus pilsētas ar ātrumu aptuveni 1990 km/h, gaisa pretestības īpatsvars ir mazāks. aptuveni 90 procenti, braucot uz šosejas, tas palielinās līdz 50 procentiem no kopējās pretestības, ar kuru saskaras transportlīdzeklis.
Aerodinamiskā caurule
Cits piemērs gaisa pretestības lomai transportlīdzekļu darbībā ir tipiskais viedās pilsētas modelis. Divvietīga automašīna var būt veikls un veikls pilsētas ielās, taču īss un proporcionāls korpuss no aerodinamikas viedokļa ir ārkārtīgi neefektīvs. Uz neliela svara fona gaisa pretestība kļūst arvien nozīmīgāks elements, un ar Smart tas sāk spēcīgi ietekmēt ātrumu 50 km / h. Nav pārsteidzoši, ka, neraugoties uz tā vieglo konstrukciju, tas neatbilda cerībām par zemām izmaksām.
Tomēr, neskatoties uz Smart trūkumiem, mātes uzņēmuma Mercedes pieeja aerodinamikai liecina par metodisku, konsekventu un proaktīvu pieeju efektīvu formu veidošanas procesam. Var iebilst, ka šajā uzņēmumā īpaši redzami ir investīciju vēja tuneļos un smaga darba rezultāti šajā jomā. Īpaši spilgts šī procesa ietekmes piemērs ir fakts, ka pašreizējai S-klasei (Cx 0,24) ir mazāka vēja pretestība nekā Golf VII (0,28). Meklējot vairāk iekšējās telpas, kompaktā modeļa forma ir ieguvusi diezgan lielu frontālo laukumu, un plūsmas koeficients ir sliktāks nekā S-klasei īsākā garuma dēļ, kas nepieļauj garas, plūstošas virsmas. un galvenokārt pateicoties straujai pārejai uz aizmuguri, veicinot virpuļu veidošanos. VW bija pārliecināts, ka jaunajam astotās paaudzes Golfam būs ievērojami mazāka gaisa pretestība un zemāka un racionālāka forma, taču, neskatoties uz jauno dizainu un testēšanas iespējām, tas automašīnai izrādījās ārkārtīgi izaicinošs. ar šo formātu. Tomēr ar koeficientu 0,275 šis ir visu laiku aerodinamiskākais Golf. Zemākā reģistrētā degvielas patēriņa attiecība 0,22 vienam transportlīdzeklim ar iekšdedzes dzinēju ir Mercedes CLA 180 BlueEfficiency.
Elektrisko transportlīdzekļu priekšrocība
Vēl viens piemērs aerodinamiskās formas nozīmei uz svara fona ir moderni hibrīdmodeļi un vēl jo vairāk elektriskie transportlīdzekļi. Piemēram, Prius gadījumā nepieciešamību pēc ļoti aerodinamiskas formas diktē arī fakts, ka, palielinoties ātrumam, hibrīda spēka agregāta efektivitāte samazinās. Elektrisko transportlīdzekļu gadījumā viss, kas saistīts ar palielinātu nobraukumu elektriskajā režīmā, ir ārkārtīgi svarīgs. Pēc ekspertu domām, 100 kg svara zudums palielinās automašīnas nobraukumu tikai par dažiem kilometriem, bet, no otras puses, aerodinamika ir ārkārtīgi svarīga elektromobilim. Pirmkārt, tāpēc, ka šo transportlīdzekļu lielā masa ļauj atgūt daļu enerģijas, ko patērē rekuperācija, un, otrkārt, tāpēc, ka lielais elektromotora griezes moments ļauj kompensēt svara iedarbību iedarbināšanas laikā, un tā efektivitāte samazinās lielā ātrumā un lielā ātrumā. Turklāt jaudas elektronikai un elektromotoram ir nepieciešams mazāk dzesēšanas gaisa, kas ļauj mazāku atveri automašīnas priekšpusē, kas, kā jau atzīmējām, ir galvenais samazinātas ķermeņa plūsmas cēlonis. Vēl viens elements, kas motivē dizainerus radīt aerodinamiski efektīvākas formas modernajos spraudņu hibrīdmodeļos, ir režīms bez paātrinājuma tikai ar elektrību jeb tā sauktais. burāšana. Atšķirībā no buru laivām, kur šis termins tiek lietots un vējam jāpārvieto laiva, automašīnās nobraukums ar elektrību palielināsies, ja automašīnai būtu mazāka gaisa pretestība. Aerodinamiski optimizētas formas izveidošana ir rentablākais veids, kā samazināt degvielas patēriņu.
Dažu slavenu automašīnu patēriņa koeficienti:
Mercedes Simplex
Ražošana 1904. gadā, Cx = 1,05
Rumplera nometamais vagons
Ražošana 1921. gadā, Cx = 0,28
Ford modelis T
Ražošana 1927. gadā, Cx = 0,70
Kama eksperimentālais modelis
Izgatavots 1938. gadā, Cx = 0,36.
Mercedes ierakstu automašīna
Ražošana 1938. gadā, Cx = 0,12
VW autobuss
Ražošana 1950. gadā, Cx = 0,44
Volkswagen "Bruņurupucis"
Ražošana 1951. gadā, Cx = 0,40
Panhards Dina
Izgatavots 1954. gadā, Cx = 0,26.
Porsche 356 A
Izgatavots 1957. gadā, Cx = 0,36.
MG EX 181
1957. gada produkcija, Cx = 0,15
Citroen DS 19
Ražošana 1963. gadā, Cx = 0,33
NSU sporta princis
Ražošana 1966. gadā, Cx = 0,38
Mercedes S 111
Ražošana 1970. gadā, Cx = 0,29
Volvo 245 Universālis
Ražošana 1975. gadā, Cx = 0,47
Audi 100
Ražošana 1983. gadā, Cx = 0,31
Mercedes W124
Ražošana 1985. gadā, Cx = 0,29
Lamborghini grāfiste
Ražošana 1990. gadā, Cx = 0,40
Toyota Prius 1
Ražošana 1997. gadā, Cx = 0,29
