Turbulent strømning
Tuning biler,  Kjøretøy enhet,  Betjening av maskiner

Turbulent strømning

Hvordan moderne teknologi endrer bilens aerodynamikk

Lav luftmotstand bidrar til å redusere drivstofforbruket. I denne forbindelse er det imidlertid enorme muligheter for utvikling. Så langt er selvfølgelig aerodynamikkeksperter enige i designenes mening.

"Aerodynamikk for de som ikke kan lage motorsykler." Disse ordene ble talt av Enzo Ferrari på 60-tallet og demonstrerer tydelig holdningen til mange tiders designere til dette teknologiske aspektet av bilen. Bare ti år senere kom den første oljekrisen, og hele deres verdisystem endret seg radikalt. De gangene alle motstandskreftene i bevegelsen av bilen, og spesielt de som oppstår som et resultat av dens passering gjennom luftlagene, blir overvunnet av omfattende tekniske løsninger, som å øke forskyvningen og kraften til motorer, uavhengig av hvor mye drivstoff som forbrukes, de forsvinner, og ingeniører begynner se etter mer effektive måter å nå dine mål.

For øyeblikket er den teknologiske faktoren til aerodynamikk dekket med et tykt lag med glemsel, men det er ikke helt nytt for designere. Teknologiens historie viser at selv på tyveårene, avanserte og oppfinnsomme hjerner som den tyske Edmund Rumpler og ungareren Paul Jaray (som skapte Tatra T77-kult), formet strømlinjeformede overflater og la grunnlaget for en aerodynamisk tilnærming til design av bilkarosserier. De ble fulgt av en andre bølge av aerodynamiske spesialister som Baron Reinhard von Könich-Faxenfeld og Wunibald Kam, som utviklet ideene sine på 1930-tallet.

Det er klart for alle at med økende hastighet kommer det en grense, over hvilken luftmotstand blir en kritisk faktor ved bilkjøring. Opprettelsen av aerodynamisk optimaliserte former kan forskyve denne grensen betydelig oppover og uttrykkes ved den såkalte strømningskoeffisienten Cx, siden en verdi på 1,05 har en terning invertert vinkelrett på luftstrømmen (hvis den roteres 45 grader langs sin akse, slik at dens oppstrømskant er redusert til 0,80). Denne koeffisienten er imidlertid bare en del av luftmotstandsligningen - størrelsen på bilens frontareal (A) må legges til som et vesentlig element. Den første av oppgavene til aerodynamikere er å lage rene, aerodynamisk effektive overflater (faktorer som, som vi vil se, det er mange av i bilen), noe som til slutt fører til en reduksjon i strømningskoeffisienten. For å måle sistnevnte trengs en vindtunnel, som er et kostbart og ekstremt komplekst anlegg – et eksempel på dette er BMWs 2009 millioner euro-tunnel som ble tatt i bruk i 170. Den viktigste komponenten i den er ikke en gigantisk vifte, som bruker så mye strøm at den trenger en egen transformatorstasjon, men et nøyaktig rullestativ som måler alle kreftene og momentene som luftstrålen utøver på bilen. Jobben hans er å evaluere all interaksjonen mellom bilen og luftstrømmen og hjelpe spesialistene til å studere hver detalj og endre den på en slik måte at den ikke bare gjør den effektiv i luftstrømmen, men også i samsvar med designernes ønsker. . I utgangspunktet kommer hovedkomponentene en bil møter fra når luften foran den komprimeres og skifter og – noe ekstremt viktig – fra den intense turbulensen bak den. Der dannes det en lavtrykkssone som har en tendens til å trekke bilen, som igjen blander seg med virvelens sterke påvirkning, som aerodynamikere også kaller «død eksitasjon». Av logiske grunner, bak eiendomsmodeller, er nivået av redusert trykk høyere, som et resultat av at strømningskoeffisienten forringes.

Aerodynamiske dragfaktorer

Sistnevnte avhenger ikke bare av faktorer som bilens generelle form, men også av spesifikke deler og overflater. I praksis har den generelle formen og proporsjonene til moderne biler en andel på 40 prosent av total luftmotstand, hvorav en fjerdedel bestemmes av objektets overflatestruktur og funksjoner som speil, lys, nummerskilt og antenne. 10 % av luftmotstanden skyldes strømmen gjennom hullene til bremser, motor og girkasse. 20 % er et resultat av virvel i de ulike gulv- og opphengskonstruksjonene, det vil si alt som skjer under bilen. Og det mest interessante er at opptil 30 % av luftmotstanden skyldes virvlene som skapes rundt hjulene og vingene. En praktisk demonstrasjon av dette fenomenet gir en klar indikasjon på dette - forbrukskoeffisienten fra 0,28 per bil synker til 0,18 når hjulene fjernes og hullene i vingen dekkes med fullføringen av bilens form. Det er ingen tilfeldighet at alle biler med overraskende lav kjørelengde, som den første Honda Insight og GMs EV1-elbil, har skjulte bakskjermer. Den generelle aerodynamiske formen og den lukkede frontenden, på grunn av det faktum at den elektriske motoren ikke krever en stor mengde kjøleluft, tillot GM-utviklerne å utvikle EV1-modellen med en strømningskoeffisient på bare 0,195. Tesla modell 3 har Cx 0,21. For å redusere virvelen rundt hjulene i kjøretøy med forbrenningsmotor, såkalt. "Luftgardiner" i form av en tynn vertikal luftstrøm ledes fra åpningen i støtfangeren foran, blåser rundt hjulene og stabiliserer virvlene. Strømmen til motoren er begrenset av aerodynamiske skodder, og bunnen er helt lukket.

Jo lavere krefter målt av rullestativet, jo lavere er Cx. I følge standarden måles den med en hastighet på 140 km/t – en verdi på for eksempel 0,30 betyr at 30 prosent av luften som en bil passerer gjennom, akselererer til sin hastighet. Når det gjelder frontområdet, krever avlesningen en mye enklere prosedyre - for dette, ved hjelp av en laser, skisseres de ytre konturene til bilen når de ses forfra, og det lukkede området i kvadratmeter beregnes. Den multipliseres deretter med strømningsfaktoren for å få kjøretøyets totale luftmotstand i kvadratmeter.

For å gå tilbake til den historiske oversikten av vår aerodynamiske beskrivelse, finner vi at etableringen av standardisert drivstofforbruksmålingssyklus (NEFZ) i 1996 faktisk spilte en negativ rolle i den aerodynamiske utviklingen av biler (som utviklet seg betydelig på 1980-tallet). ) fordi den aerodynamiske faktoren har liten effekt på grunn av den korte perioden med høyhastighetsbevegelse. Selv om strømningskoeffisienten avtar over tid, resulterer økning i størrelsen på kjøretøy i hver klasse i en økning i frontareal og derfor en økning i luftmotstand. Biler som VW Golf, Opel Astra og BMW 7-serie hadde høyere luftmotstand enn forgjengerne på 1990-tallet. Denne trenden er drevet av en kohort av imponerende SUV-modeller med sitt store frontareal og dårligere trafikk. Denne typen biler har blitt kritisert hovedsakelig for sin enorme vekt, men i praksis får denne faktoren en lavere relativ betydning med økende hastighet – mens når man kjører utenfor byen med en hastighet på ca. 90 km/t, er andelen luftmotstand. ca. 50 prosent, ved I motorveihastigheter øker den til 80 prosent av den totale luftmotstanden kjøretøyet møter.

Aerodynamisk rør

Et annet eksempel på luftmotstandens rolle i kjøretøyytelsen er den typiske Smart City-modellen. En toseterbil kan være kvikk og kvikk i bygatene, men en kort og proporsjonal kropp er ekstremt ineffektiv fra et aerodynamisk synspunkt. På bakgrunn av lett vekt blir luftmotstand et stadig viktigere element, og med Smart begynner det å ha en sterk påvirkning i hastigheter på 50 km / t. Ikke overraskende falt det ikke under forventningene til lave kostnader til tross for dens lette design.

Til tross for Smarts mangler, eksemplifiserer imidlertid morselskapet Mercedes' tilnærming til aerodynamikk en metodisk, konsistent og proaktiv tilnærming til prosessen med å skape effektive former. Det kan hevdes at resultatene av investeringer i vindtunneler og hardt arbeid på dette området er spesielt synlige i dette selskapet. Et spesielt slående eksempel på effekten av denne prosessen er det faktum at dagens S-klasse (Cx 0,24) har mindre vindmotstand enn Golf VII (0,28). I prosessen med å finne mer innvendig plass har formen på den kompakte modellen fått et ganske stort frontareal, og strømningskoeffisienten er dårligere enn for S-klassen på grunn av den kortere lengden, som ikke tillater lange strømlinjeformede overflater og hovedsakelig på grunn av en skarp overgang til baksiden, noe som fremmer dannelsen av virvler. VW var fast på at den nye åttende generasjonen Golf ville ha betydelig mindre luftmotstand og en lavere og mer strømlinjeformet form, men til tross for den nye designen og testmulighetene, viste dette seg å være ekstremt utfordrende for bilen. med dette formatet. Men med en faktor på 0,275 er dette den mest aerodynamiske Golfen som noen gang er laget. Det laveste registrerte drivstofforbruksforholdet på 0,22 per kjøretøy med forbrenningsmotor er det for Mercedes CLA 180 BlueEfficiency.

Fordelen med elektriske kjøretøy

Et annet eksempel på viktigheten av aerodynamisk form kontra vekt er moderne hybridmodeller og enda flere elektriske kjøretøyer. Når det gjelder Prius, for eksempel, blir behovet for en meget aerodynamisk form også diktert av det faktum at når hastigheten øker, reduseres effektiviteten til hybrid drivlinjen. For elektriske kjøretøyer er alt som er relatert til økt kjørelengde i elektrisk modus ekstremt viktig. Ifølge eksperter vil et vekttap på 100 kg øke bilens kjørelengde med bare noen få kilometer, men på den annen side er aerodynamikk av største betydning for en elbil. For det første fordi den store massen av disse kjøretøyene tillater dem å gjenvinne noe av energien som forbrukes av utvinningen, og for det andre fordi det høye dreiemomentet til den elektriske motoren lar den kompensere for effekten av vekt under start, og dens effektivitet avtar ved høye hastigheter og høye hastigheter. I tillegg krever kraftelektronikken og den elektriske motoren mindre kjøleluft, noe som gir mulighet for en mindre åpning foran på bilen, som, som vi bemerket, er hovedårsaken til redusert kroppsstrøm. Et annet element i å motivere designere til å lage mer aerodynamisk effektive former i moderne plug-in hybrid-modeller er den ikke-akselererende elektriske drivmotoren, eller såkalt. seiling. I motsetning til seilbåter, der begrepet brukes og vinden må flytte båten, i biler, ville elektrisk drevet kjørelengde øke hvis bilen hadde mindre luftmotstand. Å skape en aerodynamisk optimalisert form er den mest kostnadseffektive måten å redusere drivstofforbruket.

Forbruksfaktorer for noen kjente biler:

Mercedes Simplex

Produksjon 1904, Cx = 1,05

Rumpler slippvogn

Produksjon 1921, Cx = 0,28

Ford Model T.

Produksjon 1927, Cx = 0,70

Kama eksperimentell modell

Produsert i 1938, Cx = 0,36.

Mercedes platebil

Produksjon 1938, Cx = 0,12

VW buss

Produksjon 1950, Cx = 0,44

Volkswagen "Turtle"

Produksjon 1951, Cx = 0,40

Panhard Dina

Produsert i 1954, Cx = 0,26.

Porsche 356 A

Produsert i 1957, Cx = 0,36.

MG EX 181

1957 produksjon, Cx = 0,15

Citroen DS 19

Produksjon 1963, Cx = 0,33

NSU Sport Prince

Produksjon 1966, Cx = 0,38

Mercedes S 111

Produksjon 1970, Cx = 0,29

Volvo 245 Stasjonsvogn

Produksjon 1975, Cx = 0,47

Audi 100

Produksjon 1983, Cx = 0,31

Mercedes W 124

Produksjon 1985, Cx = 0,29

Lamborghini countach

Produksjon 1990, Cx = 0,40

Toyota Prius 1

Produksjon 1997, Cx = 0,29

Legg til en kommentar