Aliran bergelora
Penalaan kereta,  Peranti kereta,  Operasi mesin

Aliran bergelora

Bagaimana teknologi moden mengubah aerodinamik kereta

Rintangan udara yang rendah membantu mengurangkan penggunaan bahan bakar. Namun, dalam hal ini, ada banyak peluang untuk dikembangkan. Setakat ini, tentu saja, pakar aerodinamik bersetuju dengan pendapat para pereka.

"Aerodinamik bagi mereka yang tidak dapat membuat motosikal." Kata-kata ini diucapkan oleh Enzo Ferrari pada tahun 60-an dan jelas menunjukkan sikap banyak pereka ketika itu terhadap aspek teknologi kereta ini. Namun, hanya sepuluh tahun kemudian, krisis minyak pertama datang dan keseluruhan sistem nilai mereka berubah secara radikal. Masa-masa di mana semua daya tahan dalam pergerakan kereta, dan terutama yang muncul sebagai akibat dari laluannya melalui lapisan udara, diatasi dengan penyelesaian teknikal yang luas, seperti meningkatkan jumlah kerja dan kuasa enjin, tanpa mengira jumlah bahan bakar yang digunakan, mereka akan hilang, dan jurutera mula cari kaedah yang lebih berkesan untuk mencapai matlamat anda.

Pada masa ini, faktor teknologi aerodinamik ditutup dengan lapisan debu terlupa yang tebal, tetapi ia sama sekali tidak baru bagi para pereka. Sejarah teknologi menunjukkan bahawa walaupun pada usia dua puluhan, otak maju dan inventif, seperti German Edmund Rumpler dan Hungarian Paul Jaray (yang mencipta kultus Tatra T77), membentuk permukaan yang ramping dan meletakkan asas untuk pendekatan aerodinamik untuk reka bentuk badan kereta. Mereka diikuti oleh gelombang kedua ahli aerodinamik seperti Baron Reinhard von Kenich-Faxenfeld dan Wunibald Kam, yang mengembangkan idea mereka pada tahun 1930-an.

Adalah jelas kepada semua orang bahawa dengan peningkatan kelajuan terdapat had, di atasnya rintangan udara menjadi faktor kritikal dalam memandu kereta. Penciptaan bentuk yang dioptimumkan secara aerodinamik boleh menganjak had ini ke atas dengan ketara dan dinyatakan oleh apa yang dipanggil pekali aliran Cx, kerana nilai 1,05 mempunyai kiub terbalik berserenjang dengan aliran udara (jika ia diputar 45 darjah sepanjang paksinya, supaya tepi hulunya dikurangkan kepada 0,80). Walau bagaimanapun, pekali ini hanya satu bahagian daripada persamaan rintangan udara - saiz kawasan hadapan kereta (A) mesti ditambah sebagai elemen penting. Tugas pertama ahli aerodinamik adalah untuk mencipta permukaan yang bersih dan cekap dari segi aerodinamik (faktor yang, seperti yang akan kita lihat, terdapat banyak di dalam kereta), yang akhirnya membawa kepada penurunan pekali aliran. Untuk mengukur yang terakhir, terowong angin diperlukan, yang merupakan kemudahan yang mahal dan sangat kompleks - contohnya adalah terowong 2009 juta euro BMW yang ditugaskan pada tahun 170. Komponen yang paling penting di dalamnya bukanlah kipas gergasi, yang menggunakan begitu banyak elektrik sehingga memerlukan stesen pengubah yang berasingan, tetapi pendirian roller yang tepat yang mengukur semua daya dan momen yang dikenakan jet udara pada kereta. Tugasnya adalah untuk menilai semua interaksi kereta dengan aliran udara dan membantu pakar untuk mengkaji setiap perincian dan mengubahnya sedemikian rupa untuk bukan sahaja menjadikannya cekap dalam aliran udara, tetapi juga mengikut kehendak pereka. . Pada asasnya, komponen seretan utama yang dihadapi oleh kereta datang daripada apabila udara di hadapannya mampat dan beralih dan - sesuatu yang amat penting - daripada pergolakan yang kuat di belakangnya di bahagian belakang. Di sana, zon tekanan rendah terbentuk yang cenderung untuk menarik kereta, yang seterusnya bercampur dengan pengaruh kuat pusaran, yang juga ahli aerodinamik memanggil "pengujaan mati". Atas sebab logik, di sebalik model harta tanah, tahap tekanan berkurangan adalah lebih tinggi, akibatnya pekali aliran merosot.

Faktor seretan aerodinamik

Yang terakhir bergantung bukan sahaja pada faktor seperti bentuk keseluruhan kereta, tetapi juga pada bahagian dan permukaan tertentu. Dalam amalan, bentuk dan bahagian keseluruhan kereta moden mempunyai bahagian 40 peratus daripada jumlah rintangan udara, satu perempat daripadanya ditentukan oleh struktur permukaan objek dan ciri seperti cermin, lampu, plat lesen dan antena. 10% rintangan udara adalah disebabkan oleh aliran melalui lubang ke brek, enjin dan kotak gear. 20% adalah hasil pusaran dalam pelbagai lantai dan struktur penggantungan, iaitu, semua yang berlaku di bawah kereta. Dan perkara yang paling menarik ialah sehingga 30% rintangan udara adalah disebabkan oleh pusaran yang dicipta di sekeliling roda dan sayap. Demonstrasi praktikal fenomena ini memberikan petunjuk yang jelas tentang ini - pekali penggunaan daripada 0,28 setiap kereta berkurangan kepada 0,18 apabila roda ditanggalkan dan lubang di sayap ditutup dengan penyiapan bentuk kereta. Bukan kebetulan bahawa semua kereta perbatuan rendah yang mengejutkan, seperti Honda Insight pertama dan kereta elektrik EV1 GM, mempunyai fender belakang yang tersembunyi. Bentuk aerodinamik keseluruhan dan bahagian hadapan tertutup, disebabkan oleh fakta bahawa motor elektrik tidak memerlukan sejumlah besar udara penyejuk, membenarkan pemaju GM untuk membangunkan model EV1 dengan pekali aliran hanya 0,195. Model Tesla 3 mempunyai Cx 0,21. Untuk mengurangkan pusaran di sekeliling roda dalam kenderaan dengan enjin pembakaran dalaman, dipanggil. "Tirai udara" dalam bentuk aliran udara menegak nipis diarahkan dari bukaan di bumper hadapan, meniup di sekeliling roda dan menstabilkan vorteks. Aliran ke enjin dihadkan oleh pengatup aerodinamik, dan bahagian bawah ditutup sepenuhnya.

Semakin rendah daya yang diukur oleh pendirian penggelek, semakin rendah Cx. Mengikut piawaian, ia diukur pada kelajuan 140 km / j - nilai 0,30, sebagai contoh, bermakna 30 peratus udara yang dilalui kereta memecut ke kelajuannya. Bagi kawasan hadapan, bacaannya memerlukan prosedur yang lebih mudah - untuk ini, dengan bantuan laser, kontur luaran kereta digariskan apabila dilihat dari hadapan, dan kawasan tertutup dalam meter persegi dikira. Ia kemudiannya didarab dengan faktor aliran untuk mendapatkan jumlah rintangan udara kenderaan dalam meter persegi.

Berbalik kepada garis besar sejarah penerangan aerodinamik kami, kami mendapati bahawa penciptaan kitaran pengukuran penggunaan bahan api piawai (NEFZ) pada tahun 1996 sebenarnya memainkan peranan negatif dalam evolusi aerodinamik kereta (yang maju dengan ketara pada tahun 1980-an). ) kerana faktor aerodinamik mempunyai sedikit kesan kerana tempoh singkat pergerakan berkelajuan tinggi. Walaupun pekali aliran berkurangan dari semasa ke semasa, peningkatan saiz kenderaan dalam setiap kelas menyebabkan peningkatan dalam kawasan hadapan dan oleh itu peningkatan rintangan udara. Kereta seperti VW Golf, Opel Astra dan BMW 7 Series mempunyai rintangan udara yang lebih tinggi daripada pendahulunya pada tahun 1990-an. Trend ini didorong oleh kohort model SUV yang mengagumkan dengan kawasan hadapan yang besar dan trafik yang semakin merosot. Kereta jenis ini telah dikritik terutamanya kerana beratnya yang besar, tetapi dalam praktiknya faktor ini mengambil kepentingan relatif yang lebih rendah dengan peningkatan kelajuan - manakala apabila memandu di luar bandar pada kelajuan kira-kira 90 km / j, bahagian rintangan udara adalah kira-kira 50 peratus, pada kelajuan lebuh raya, ia meningkat kepada 80 peratus daripada jumlah seretan yang dihadapi kenderaan.

Tiub aerodinamik

Contoh lain dari peranan ketahanan udara dalam pengendalian kereta adalah model bandar pintar khas. Tempat duduk dua tempat duduk boleh lincah dan gesit di jalan-jalan kota, tetapi badan yang pendek dan berkadar sangat tidak efisien dari sudut pandang aerodinamik. Terhadap latar belakang berat ringan, rintangan udara menjadi elemen yang semakin penting, dan dengan Smart, ia mula mempunyai pengaruh kuat pada kelajuan 50 km / jam. Tidak menghairankan bahawa ia tidak memenuhi jangkaan kos rendah, walaupun konstruksi ringan.

Walaupun kekurangan Smart, bagaimanapun, pendekatan aerodinamik syarikat induk Mercedes menunjukkan pendekatan berkaedah, konsisten dan proaktif kepada proses mencipta bentuk yang cekap. Ia boleh dikatakan bahawa hasil pelaburan dalam terowong angin dan kerja keras di kawasan ini amat kelihatan di syarikat ini. Satu contoh yang sangat ketara tentang kesan proses ini ialah hakikat bahawa Kelas-S semasa (Cx 0,24) mempunyai rintangan angin yang kurang daripada Golf VII (0,28). Dalam proses mencari lebih banyak ruang dalaman, bentuk model padat telah memperoleh kawasan hadapan yang agak besar, dan pekali aliran lebih teruk daripada kelas S disebabkan oleh panjang yang lebih pendek, yang tidak membenarkan permukaan diperkemas yang panjang. dan terutamanya disebabkan oleh peralihan tajam ke belakang, menggalakkan pembentukan vorteks. VW bertegas bahawa Golf generasi kelapan baharu akan mempunyai rintangan udara yang jauh lebih sedikit dan bentuk yang lebih rendah dan lebih kemas, tetapi walaupun reka bentuk baharu dan keupayaan ujian, ini terbukti sangat mencabar untuk kereta itu. dengan format ini. Walau bagaimanapun, dengan faktor 0,275, ini adalah Golf paling aerodinamik pernah dibuat. Nisbah penggunaan bahan api terendah yang direkodkan sebanyak 0,22 bagi setiap kenderaan dengan enjin pembakaran dalaman ialah Mercedes CLA 180 BlueEfficiency.

Kelebihan kenderaan elektrik

Contoh lain mengenai kepentingan bentuk aerodinamik dengan latar belakang berat badan adalah model hibrid moden, dan lebih-lebih lagi kereta elektrik. Dalam contoh Prius, keperluan bentuk aerodinamik yang sangat tinggi juga ditentukan oleh fakta bahawa dengan peningkatan kelajuan kecekapan loji kuasa hibrid menurun. Bagi kenderaan elektrik, segala yang berkaitan dengan peningkatan jarak tempuh dalam mod elektrik adalah sangat penting. Menurut pakar, penurunan berat badan 100 kg akan meningkatkan jarak tempuh kereta hanya beberapa kilometer, tetapi, sebaliknya, aerodinamik sangat penting bagi kenderaan elektrik. Pertama, kerana jisim besar kereta ini memungkinkan mereka mengembalikan sebahagian tenaga yang digunakan oleh pemulihan, dan kedua, kerana tork tinggi motor elektrik membolehkan anda mengimbangi pengaruh berat pada permulaan, dan kecekapannya menurun pada kelajuan tinggi dan kelajuan tinggi. Sebagai tambahan, elektronik tenaga dan motor elektrik memerlukan udara penyejukan yang lebih sedikit, yang mengurangkan lubang di bahagian depan kereta, yang, seperti yang telah kita perhatikan, adalah sebab utama kemerosotan aliran badan. Elemen motivasi pereka lain untuk membuat bentuk yang lebih efisien secara aerodinamik dalam model hibrid moden dengan modul pemalam adalah mod pergerakan tanpa pecutan hanya dengan bantuan motor elektrik atau yang disebut. belayar. Tidak seperti kapal layar, di mana istilah itu digunakan dan angin harus menggerakkan kapal, jarak tempuh kereta dengan elektrik akan meningkat jika mobil memiliki daya tahan lebih sedikit terhadap udara. Membuat bentuk yang dioptimumkan secara aerodinamik adalah kaedah yang paling menjimatkan untuk mengurangkan penggunaan bahan bakar.

Kadar aliran beberapa kereta terkenal:

Mercedes Simplex

Pengeluaran 1904, Cx = 1,05

Kereta drop Rumpler

Pengeluaran 1921, Cx = 0,28

Model Ford T

Pengeluaran 1927, Cx = 0,70

Model Eksperimen Kama

Pengeluaran 1938, Cx = 0,36.

Kereta rakaman Mercedes

Pengeluaran 1938, Cx = 0,12

Bas VW

Pengeluaran 1950, Cx = 0,44

Volkswagen "Penyu"

Pengeluaran 1951, Cx = 0,40

Panhard Dina

Pengeluaran 1954, Cx = 0,26.

Porsche 356 A

Pengeluaran 1957, Cx = 0,36.

MG EX 181

Pengeluaran 1957, Cx = 0,15

Citroen DS 19

Pengeluaran 1963, Cx = 0,33

Putera Sukan NSU

Pengeluaran 1966, Cx = 0,38

Mercedes C 111

Pengeluaran 1970, Cx = 0,29

Estet Volvo 245

Pengeluaran 1975, Cx = 0,47

Audi 100

Pengeluaran 1983, Cx = 0,31

Mercedes W124

Pengeluaran 1985, Cx = 0,29

Countach Lamborghini

Pengeluaran 1990, Cx = 0,40

Toyota Prius 1

Pengeluaran 1997, Cx = 0,29

Tambah komen