Handbook ng Aerodynamics

Ang pinakamahalagang mga kadahilanan na nakakaapekto sa paglaban ng hangin ng sasakyan

Ang mababang paglaban sa hangin ay nakakatulong na mabawasan ang pagkonsumo ng gasolina. Gayunpaman, sa pagsasaalang-alang na ito, mayroong malaking silid para sa kaunlaran. Kung, syempre, ang mga eksperto sa aerodynamics ay sumasang-ayon sa opinyon ng mga tagadisenyo.

"Aerodynamics para sa Mga Hindi Makagawa ng Motorsiklo." Ang mga salitang ito ay binigkas ni Enzo Ferrari noong mga ikaanimnapung at malinaw na ipinakita ang pag-uugali ng maraming taga-disenyo ng oras patungo sa teknolohikal na bahagi ng kotse. Gayunpaman, sampung taon lamang ang lumipas na nangyari ang unang krisis sa langis, na radikal na binago ang kanilang buong sistema ng halaga. Mga oras kung kailan ang lahat ng mga puwersa ng paglaban sa panahon ng paggalaw ng kotse, at lalo na ang mga lumabas habang dumadaan ito sa mga layer ng hangin, ay nalampasan ng malawak na mga teknikal na solusyon, tulad ng pagdaragdag ng pag-aalis at lakas ng mga makina, anuman ang dami ng natupok na gasolina, umalis sila, at nagsisimulang tumingin ang mga inhinyero. mas mabisang paraan upang makamit ang iyong mga layunin.

Sa ngayon, ang teknolohikal na kadahilanan ng aerodynamics ay natatakpan ng isang makapal na layer ng alikabok na alikabok, ngunit para sa mga taga-disenyo ay hindi ito balita. Ipinapakita ng kasaysayan ng teknolohiya na kahit noong 77s, ang mga advanced at inventive mind tulad ng German Edmund Rumpler at ang Hungarian na si Paul Zharai (na lumikha ng iconic na Tatra TXNUMX) ay may hugis na streamline na ibabaw at inilatag ang pundasyon para sa isang aerodynamic na diskarte sa disenyo ng katawan ng kotse. Sinundan sila ng pangalawang alon ng mga espesyalista sa aerodynamics tulad nina Baron Reinhard von Könich-Faxenfeld at Wunibald Kam, na bumuo ng kanilang mga ideya sa XNUMXs.

Malinaw sa lahat na sa pagtaas ng bilis ay may limitasyon, kung saan ang air resistance ay nagiging kritikal na salik para sa pagmamaneho ng kotse. Ang paglikha ng mga aerodynamically optimized na hugis ay maaaring itulak ang limitasyong ito nang malaki at ipinahayag ng tinatawag na flow factor Cx, dahil ang isang halaga na 1,05 ay may isang kubo na nakabaligtad na patayo sa daloy ng hangin (kung ito ay pinaikot 45 degrees kasama ang axis nito, upang ang upstream bumababa ang gilid sa 0,80). Gayunpaman, ang coefficient na ito ay isang bahagi lamang ng equation ng air resistance - dapat mong idagdag ang laki ng frontal area ng kotse (A) bilang isang mahalagang elemento. Ang una sa mga gawain ng mga aerodynamicist ay upang lumikha ng malinis, aerodynamically mahusay na mga ibabaw (mga kadahilanan kung saan, tulad ng makikita natin, marami sa isang kotse), na sa huli ay humahantong sa isang mas mababang koepisyent ng daloy. Ang pagsukat sa huli ay nangangailangan ng wind tunnel, na isang mahal at lubhang kumplikadong istraktura - isang halimbawa nito ay ang tunnel na kinomisyon noong 2009. BMW, na nagkakahalaga ng kumpanya ng 170 milyong euro. Ang pinakamahalagang sangkap dito ay hindi isang higanteng bentilador, na kumokonsumo ng napakaraming kuryente na nangangailangan ng isang hiwalay na substation ng transpormer, ngunit isang tumpak na roller stand na sumusukat sa lahat ng mga puwersa at mga sandali na ginagawa ng isang jet ng hangin sa isang kotse. Ang kanyang gawain ay suriin ang buong pakikipag-ugnayan ng kotse sa daloy ng hangin at tulungan ang mga espesyalista na pag-aralan ang bawat detalye at baguhin ito upang hindi lamang ito epektibo sa daloy ng hangin, kundi pati na rin alinsunod sa mga kagustuhan ng mga taga-disenyo. . Sa pangkalahatan, ang mga pangunahing bahagi ng kaladkarin na nakasalubong ng kotse ay nagmumula kapag ang hangin sa harap nito ay pumipilit at lumilipat, at - napakahalaga - mula sa matinding turbulence sa likod nito sa likuran. Mayroong mababang pressure zone na may posibilidad na hilahin ang kotse, na kung saan ay halo-halong may malakas na vortex effect, na tinatawag din ng mga aerodynamicist na "dead excitation". Para sa lohikal na mga kadahilanan, pagkatapos ng mga modelo ng station wagon, ang antas ng vacuum ay mas mataas, bilang isang resulta kung saan ang koepisyent ng pagkonsumo ay lumala.

Mga kadahilanan ng Aerodynamic drag

Ang huli ay nakasalalay hindi lamang sa mga kadahilanan tulad ng pangkalahatang hugis ng kotse, kundi pati na rin sa mga partikular na bahagi at ibabaw. Sa pagsasagawa, ang kabuuang hugis at proporsyon ng mga modernong kotse ay bumubuo ng 40 porsiyento ng kabuuang air resistance, isang quarter nito ay tinutukoy ng istraktura ng ibabaw ng bagay at mga tampok tulad ng mga salamin, ilaw, plaka ng lisensya, at antenna. 10% ng air resistance ay dahil sa daloy sa pamamagitan ng mga lagusan patungo sa preno, makina at transmission. Ang 20% ​​ay ang resulta ng vortex sa iba't ibang disenyo ng sahig at suspensyon, iyon ay, lahat ng nangyayari sa ilalim ng kotse. At kung ano ang pinaka-kawili-wili - 30% ng air resistance ay dahil sa mga vortices na nilikha sa paligid ng mga gulong at mga pakpak. Ang isang praktikal na pagpapakita ng hindi pangkaraniwang bagay na ito ay malinaw na nagpapakita nito - ang daloy ng rate mula 0,28 bawat sasakyan ay bumaba sa 0,18 kapag ang mga gulong ay tinanggal at ang mga bentilasyon ng fender ay sarado. Hindi nagkataon na ang lahat ng nakakagulat na mababang mileage na mga kotse - tulad ng unang Insight ng Honda at ang GM EV1 electric car - ay may mga nakatagong rear fender. Ang pangkalahatang aerodynamic na hugis at ang saradong dulo sa harap, dahil sa ang katunayan na ang de-koryenteng motor ay hindi nangangailangan ng maraming paglamig ng hangin, pinapayagan ang mga taga-disenyo ng GM na bumuo ng modelong EV1 na may flow factor na 0,195 lamang. Ang Tesla Model 3 ay may Cx 0,21. Upang mabawasan ang vorticity ng mga gulong sa mga sasakyan na may panloob na combustion engine, ang tinatawag na. "Mga kurtina ng hangin" sa anyo ng isang manipis na vertical na daloy ng hangin na nakadirekta mula sa pagbubukas sa front bumper, pamumulaklak sa paligid ng mga gulong at nagpapatatag ng mga vortices, ang daloy sa engine ay limitado sa pamamagitan ng aerodynamic shutters, at ang ilalim ay ganap na sarado.

Kung mas mababa ang mga halaga ng mga puwersa na sinusukat ng roller stand, mas maliit ang Cx. Karaniwan itong sinusukat sa bilis na 140 km/h – ang halaga na 0,30, halimbawa, ay nangangahulugan na ang 30 porsiyento ng hanging dinadaanan ng isang kotse ay pinabilis sa bilis nito. Tulad ng para sa harap, ang pagbabasa nito ay nangangailangan ng isang mas simpleng pamamaraan - para dito, ang mga panlabas na contours ng kotse ay nakabalangkas sa isang laser kapag tiningnan mula sa harap at ang nakapaloob na lugar sa square meters ay kinakalkula. Pagkatapos ay i-multiply ito sa flow factor upang makuha ang kabuuang air resistance ng sasakyan sa square meters.

Sa pagbabalik sa makasaysayang balangkas ng aming aerodynamic narrative, nalaman namin na ang paglikha ng standardized fuel consumption measurement cycle (NEFZ) noong 1996 ay aktwal na gumaganap ng negatibong papel sa aerodynamic evolution ng mga kotse (na malaki ang pagsulong noong 7s). ) dahil ang aerodynamic factor ay may maliit na epekto dahil sa maikling panahon ng high-speed na paggalaw. Sa kabila ng pagbaba sa koepisyent ng pagkonsumo sa mga nakaraang taon, ang pagtaas sa mga sukat ng mga sasakyan ng bawat klase ay humahantong sa isang pagtaas sa frontal area at, dahil dito, sa isang pagtaas sa air resistance. Ang mga kotse tulad ng VW Golf, Opel The Astra at ang BMW 90 Series ay may mas mataas na air resistance kaysa sa kanilang mga nauna noong 90s. Ang trend na ito ay pinadali ng mga kahanga-hangang modelo ng SUV na may malaking front area at lumalalang streamlining. Ang ganitong uri ng sasakyan ay binatikos pangunahin dahil sa mataas na timbang nito, ngunit sa pagsasagawa ang salik na ito ay nagiging hindi gaanong mahalaga sa pagtaas ng bilis - kapag nagmamaneho sa labas ng lungsod sa bilis na humigit-kumulang 50 km / h, ang proporsyon ng paglaban ng hangin ay halos 80 porsiyento, sa mga bilis ng highway ay tumataas ito sa XNUMX porsiyento mula sa kabuuang pagtutol na kinakaharap ng kotse.

Aerodynamic tube

Ang isa pang halimbawa ng papel ng air resistance sa performance ng sasakyan ay isang tipikal na modelo ng Smart City. Ang isang two-seater ay maaaring maliksi at maliksi sa mga lansangan ng lungsod, ngunit ang maikli at proporsyonal na bodywork nito ay lubos na hindi mahusay mula sa isang aerodynamic na pananaw. Laban sa backdrop ng mababang timbang, ang air resistance ay nagiging isang lalong mahalagang elemento, at sa Smart ito ay nagsisimulang magkaroon ng malakas na epekto sa bilis na 50 km / h. Hindi nakakagulat na sa kabila ng magaan na disenyo, hindi ito naabot ang mga inaasahan ng medyo mababang halaga.

Gayunpaman, sa kabila ng mga pagkukulang ng Smart, ang saloobin ng parent company na Mercedes sa aerodynamics ay isang halimbawa ng isang methodical, pare-pareho at proactive na diskarte sa proseso ng paglikha ng mga kamangha-manghang anyo. Ito ay maaaring argued na ang mga resulta ng pamumuhunan sa wind tunnels at pagsusumikap sa lugar na ito ay lalong kapansin-pansin sa kumpanyang ito. Ang isang partikular na kapansin-pansing halimbawa ng epekto ng prosesong ito ay ang katotohanan na ang kasalukuyang S-Class (Cx 0,24) ay may mas kaunting air resistance kaysa sa Golf VII (0,28). Sa paghahanap para sa higit pang panloob na espasyo, ang hugis ng compact na modelo ay nakakuha ng isang medyo malaking frontal area, at ang daloy ng koepisyent ay mas masahol pa kaysa sa S-class dahil sa mas maikling haba nito, na hindi pinapayagan para sa mga streamline na ibabaw at marami. higit pa. - dahil na sa isang matalim na paglipat mula sa likod, na nag-aambag sa pagbuo ng mga vortices. Gayunpaman, naninindigan ang VW na ang susunod na henerasyong Golf ay magkakaroon ng mas kaunting air resistance at mababawasan at ma-streamline. Ang pinakamababang naitalang fuel consumption factor na 0,22 bawat ICE na sasakyan ay ang Mercedes CLA 180 BlueEfficiency.

Ang bentahe ng mga de-koryenteng sasakyan

Ang isa pang halimbawa ng kahalagahan ng aerodynamic na hugis kumpara sa timbang ay ang mga modernong modelo ng hybrid at mas maraming mga de-koryenteng sasakyan. Sa kaso ng Prius, halimbawa, ang pangangailangan para sa isang lubos na aerodynamic na disenyo ay idinidikta din ng katotohanang habang tumataas ang bilis, ang kahusayan ng hybrid powertrain ay bumabagsak nang malaki. Sa kaso ng mga de-koryenteng sasakyan, lahat ng nauugnay sa pagtaas ng mileage sa electric mode ay napakahalaga. Ayon sa mga dalubhasa, ang pagbawas ng timbang ng 100 kg ay magpapataas ng agwat ng mga milya ng kotse ng ilang kilometro lamang, ngunit sa kabilang banda, ang aerodynamics ay pinakamahalaga para sa isang de-kuryenteng kotse.

Una, dahil ang mataas na masa ng mga sasakyang ito ay nagpapahintulot sa kanila na mabawi ang ilan sa mga enerhiya na ginamit para sa pagbawi, at pangalawa, dahil ang mataas na metalikang kuwintas ng de-koryenteng motor ay nagbibigay-daan sa iyo upang mabayaran ang epekto ng timbang sa pagsisimula, at ang kahusayan nito ay bumababa. sa mataas na bilis at mataas na bilis. Bilang karagdagan, ang power electronics at ang de-koryenteng motor ay nangangailangan ng mas kaunting paglamig ng hangin, na nagbibigay-daan para sa isang mas maliit na pagbubukas sa harap ng kotse, na, tulad ng nabanggit na natin, ay ang pangunahing dahilan para sa pagkasira ng daloy sa paligid ng katawan. Ang isa pang elemento ng pagganyak ng mga designer na lumikha ng mas aerodynamically efficient na mga hugis sa mga plug-in hybrid na modelo ngayon ay ang mode ng paggalaw nang walang acceleration lamang sa tulong ng electric motor, o ang tinatawag. paglalayag. Hindi tulad ng mga naglalayag na bangka, kung saan nagmula ang termino at kung saan dapat ilipat ng hangin ang bangka, ang mga de-koryenteng sasakyan ay tataas ang mileage kung ang sasakyan ay may mas kaunting air resistance. Ang paglikha ng isang aerodynamically optimized na hugis ay ang pinaka-ekonomikong paraan upang mabawasan ang pagkonsumo ng gasolina.

Teksto: Georgy Kolev

Ang mga koepisyent ng pagkonsumo ng ilang mga sikat na kotse:

Mercedes Simplex

1904 paggawa, Cx = 1,05

Rumpler Tropfenwagen

1921 paggawa, Cx = 0,28

Ang Modelong Ford T

1927 paggawa, Cx = 0,70

Pang-eksperimentong modelo ng Kam

1938 paggawa, Cx = 0,36

Rekord na kotse ng Mercedes

1938 paggawa, Cx = 0,12

VW Bus

1950 paggawa, Cx = 0,44

VW "pagong"

1951 paggawa, Cx = 0,40

Panhard Dina

1954 paggawa, Cx = 0,26

Porsche 356

1957 paggawa, Cx = 0,36

MG EX 181

1957 paggawa, Cx = 0,15

Citroen DS 19

1963 paggawa, Cx = 0,33

NSU Sport Prince

1966 paggawa, Cx = 0,38

Mercedes C 111

1970 paggawa, Cx = 0,29

Volvo 245 Van

1975 paggawa, Cx = 0,47

Audi 100

1983 paggawa, Cx = 0,31

Mercedes W 124

1985 paggawa, Cx = 0,29

Toyota Prius 1

1997 paggawa, Cx = 0,29