Турбулентно струјање
Садржина
Како модерна технологија мења аеродинамику аутомобила
Мали отпор ваздуха помаже у смањењу потрошње горива. У том погледу, међутим, постоје огромне могућности за развој. За сада се, наравно, стручњаци за аеродинамику слажу са мишљењем дизајнера.
„Аеродинамика за оне који не могу да праве моторе.“ Ове речи је изговорио Ензо Феррари 60-их година и јасно показују однос многих тадашњих дизајнера према овом технолошком аспекту аутомобила. Међутим, само десет година касније наступила је прва нафтна криза и читав њихов систем вредности се из корена променио. Времена када се све силе отпора у кретању аутомобила, а посебно оне које настају као резултат његовог проласка кроз слојеве ваздуха, превазилазе опсежним техничким решењима, попут повећања запремине и снаге мотора, без обзира на потрошену количину горива, одлазе, а инжењери започињу потражите ефикасније начине за постизање својих циљева.
Тренутно је технолошки фактор аеродинамике прекривен дебелим слојем прашине заборава, али то није сасвим ново за дизајнере. Историја технологије показује да су чак и двадесетих година напредни и инвентивни мозгови попут Немаца Едмунда Румплера и Мађара Пола Јараја (који је створио култ Татре Т77) обликовали уједначене површине и поставили темеље аеродинамичном приступу дизајну каросерије аутомобила. Пратио их је други талас аеродинамичких специјалиста попут барона Реинхарда вон Кеницх-Факенфелда и Вунибалда Кама, који су своје идеје развијали 1930-их.
Свима је јасно да са повећањем брзине долази до границе, изнад које отпор ваздуха постаје критичан фактор у вожњи аутомобила. Стварање аеродинамички оптимизованих облика може значајно да помери ову границу навише и изражава се такозваним коефицијентом протока Цк, пошто вредност од 1,05 има коцку обрнуту окомито на струјање ваздуха (ако се ротира за 45 степени дуж своје осе, тако да његова узводна ивица је смањена на 0,80). Међутим, овај коефицијент је само један део једначине отпора ваздуха - величина предње површине аутомобила (А) се мора додати као суштински елемент. Први од задатака аеродинамичара је стварање чистих, аеродинамички ефикасних површина (чијих фактора, као што ћемо видети, има много у аутомобилу), што на крају доводи до смањења коефицијента протока. Да би се измерило ово последње, потребан је аеротунел, који је скуп и изузетно сложен објекат – пример за то је БМВ-ов тунел вредан 2009 милиона евра који је пуштен у рад 170. године. Најважнија компонента у њему није џиновски вентилатор, који троши толико струје да му је потребна посебна трафо станица, већ тачан ваљкасти сталак који мери све силе и моменте које ваздушни млаз делује на аутомобил. Његов посао је да процени сву интеракцију аутомобила са протоком ваздуха и помогне стручњацима да проуче сваки детаљ и промене га тако да не само да буде ефикасан у протоку ваздуха, већ и у складу са жељама дизајнера. . У суштини, главне компоненте отпора са којима се аутомобил сусреће потичу од када се ваздух испред њега компресује и помера и – нешто изузетно важно – од интензивне турбуленције иза њега позади. Тамо се формира зона ниског притиска која тежи да повуче аутомобил, што се заузврат меша са снажним утицајем вртлога, који аеродинамичари називају и „мртвом ексцитацијом“. Из логичних разлога, иза стамбених модела, ниво сниженог притиска је већи, услед чега се коефицијент протока погоршава.
Аеродинамички фактори отпора
Ово последње зависи не само од фактора као што је укупни облик аутомобила, већ и од специфичних делова и површина. У пракси, укупни облик и пропорције савремених аутомобила имају 40 процената укупног отпора ваздуха, од чега је четвртина одређена структуром површине објекта и карактеристикама као што су огледала, светла, регистарске таблице и антена. 10% отпора ваздуха је због протока кроз рупе до кочница, мотора и мењача. 20% је резултат вртлога у различитим структурама пода и вешања, односно свега што се дешава испод аутомобила. А најзанимљивије је да је до 30% отпора ваздуха због вртлога који се стварају око точкова и крила. Практична демонстрација овог феномена даје јасну индикацију овога – коефицијент потрошње са 0,28 по аутомобилу се смањује на 0,18 када се точкови уклоне и рупе на крилу прекрију завршетком облика аутомобила. Није случајно да сви аутомобили са изненађујуће малом километражом, као што су први Хонда Инсигхт и ГМ-ов електрични аутомобил ЕВ1, имају скривене задње блатобране. Укупни аеродинамички облик и затворени предњи крај, због чињенице да електромотор не захтева велику количину ваздуха за хлађење, омогућили су ГМ програмерима да развију модел ЕВ1 са коефицијентом протока од само 0,195. Тесла модел 3 има Цк 0,21. За смањење вртлога око точкова у возилима са моторима са унутрашњим сагоревањем, тзв. „Ваздушне завесе“ у виду танке вертикалне струје ваздуха се усмеравају из отвора на предњем бранику, дувају око точкова и стабилизују вртлоге. Проток до мотора је ограничен аеродинамичним затварачима, а дно је потпуно затворено.
Што су силе мерене сталком ваљка мање, то је нижи Цк. По стандарду се мери при брзини од 140 км/х – вредност од 0,30, на пример, значи да 30 одсто ваздуха кроз који аутомобил пролази убрзава до своје брзине. Што се тиче предњег дела, његово очитавање захтева много једноставнију процедуру - за то се уз помоћ ласера оцртавају спољашње контуре аутомобила гледано с предње стране, а израчунава се затворена површина у квадратним метрима. Ово се затим множи са фактором протока да би се добио укупан отпор ваздуха возила у квадратним метрима.
Враћајући се на историјски оквир нашег аеродинамичког описа, откривамо да је стварање стандардизованог циклуса мерења потрошње горива (НЕФЗ) 1996. године заправо играло негативну улогу у аеродинамичкој еволуцији аутомобила (која је значајно напредовала 1980-их). ) јер аеродинамички фактор има мали утицај због кратког периода кретања великом брзином. Иако се коефицијент протока временом смањује, повећање величине возила у свакој класи резултира повећањем предње површине и самим тим повећањем отпора ваздуха. Аутомобили као што су ВВ Голф, Опел Астра и БМВ серије 7 имали су већи отпор ваздуха од својих претходника из 1990-их. Овај тренд је подстакнут кохортом импресивних СУВ модела са великом предњом површином и све лошијим саобраћајем. Овај тип аутомобила је критикован углавном због своје огромне тежине, али у пракси овај фактор поприма мањи релативни значај са повећањем брзине – док је при вожњи ван града брзином од око 90 км/х удео отпора ваздуха већи. око 50 процената, при брзинама на аутопуту, повећава се на 80 процената укупног отпора на који возило наилази.
Аеродинамичка цев
Још један пример улоге отпора ваздуха у перформансама возила је типичан модел паметног града. Двосед на градским улицама може бити окретан и окретан, али кратко и добро пропорционално тело каросерије изузетно је неефикасно са аеродинамичке тачке гледишта. У позадини мале тежине, отпор ваздуха постаје све важнији елемент, а са Смартом почиње да има снажан ударац при брзинама од 50 км / х. Није ни чудо што није испунио очекивања за ниске трошкове упркос лаганом дизајну.
Међутим, упркос недостацима Смарт-а, приступ матичне компаније Мерцедес аеродинамици представља пример методичног, доследног и проактивног приступа процесу креирања ефикасних облика. Може се рећи да су резултати улагања у аеротунеле и напорног рада у овој области посебно видљиви у овој компанији. Посебно упечатљив пример ефекта овог процеса је чињеница да садашња С-класа (Цк 0,24) има мањи отпор ветра од Голфа ВИИ (0,28). У процесу проналажења већег унутрашњег простора, облик компактног модела је добио прилично велику фронталну површину, а коефицијент протока је лошији од оног код С-класе због краће дужине, што не дозвољава дугачке аеродинамичне површине. и то углавном због оштрог прелаза ка задњем делу, промовишући формирање вртлога. ВВ је био упоран да ће нова осма генерација Голфа имати знатно мањи отпор ваздуха и нижи и аеродинамичнији облик, али упркос новом дизајну и могућностима тестирања, ово се показало изузетно изазовним за аутомобил. са овим форматом. Међутим, са фактором од 0,275, ово је најаеродинамичнији Голф икада направљен. Најнижи забележени однос потрошње горива од 0,22 по возилу са мотором са унутрашњим сагоревањем је онај код Мерцедес ЦЛА 180 БлуеЕффициенци.
Предност електричних возила
Још један пример важности аеродинамичног облика у односу на тежину су модерни хибридни модели и још више електричних возила. У случају Приуса, на пример, потребу за високо аеродинамичним обликом диктира и чињеница да са повећањем брзине ефикасност хибридног погонског склопа опада. У случају електричних возила, све што је повезано са повећаном километражом у електричном режиму је изузетно важно. Према стручњацима, губитак тежине од 100 кг повећаће километражу аутомобила за само неколико километара, али с друге стране, аеродинамика је од највеће важности за електрични аутомобил. Прво зато што им велика маса ових возила омогућава да поврате део енергије коју троши рекуперација, и друго, зато што му велики обртни моменат електромотора омогућава да надокнади ефекат тежине током стартовања, а његова ефикасност опада при великим брзинама и великим брзинама. Поред тога, енергетска електроника и електромотор захтевају мање ваздуха за хлађење, што омогућава мањи отвор у предњем делу аутомобила, што је, као што смо приметили, главни узрок смањеног протока тела. Још један елемент мотивисања дизајнера да креирају аеродинамички ефикасније форме у модерним плуг-ин хибридним моделима је електрични режим без убрзања или тзв. једрење. За разлику од једрилица, где се користи појам и ветар мора да помера чамац, у аутомобилима би се километража на електрични погон повећала ако би аутомобил имао мањи отпор ваздуха. Стварање аеродинамички оптимизованог облика је најисплативији начин смањења потрошње горива.
Коефицијенти потрошње неких познатих аутомобила:
Мерцедес Симплек
Производња 1904, Цк = 1,05
Рамплер караван
Производња 1921, Цк = 0,28
Форд Модел Т
Производња 1927, Цк = 0,70
Кама експериментални модел
Произведено 1938. године, Цк = 0,36.
Мерцедес рекордни аутомобил
Производња 1938, Цк = 0,12
ВВ Бус
Производња 1950, Цк = 0,44
Фолксваген "корњача"
Производња 1951, Цк = 0,40
Panhard Dina
Произведено 1954. године, Цк = 0,26.
Порше 356 А
Произведено 1957. године, Цк = 0,36.
МГ ЕКС 181
Производња 1957, Цк = 0,15
Цитроен ДС 19
Производња 1963, Цк = 0,33
НСУ Спорт Принце
Производња 1966, Цк = 0,38
Мерцедес С 111
Производња 1970, Цк = 0,29
Волво 245 Комби
Производња 1975, Цк = 0,47
Audi 100
Производња 1983, Цк = 0,31
Мерцедес В 124
Производња 1985, Цк = 0,29
Ламборгхини цоунтацх
Производња 1990, Цк = 0,40
Тоиота Приус 1
Производња 1997, Цк = 0,29
