Прирачник за аеродинамика
Најважните фактори кои влијаат на отпорноста на воздухот на возилото
Ниската отпорност на воздух помага да се намали потрошувачката на гориво. Сепак, во овој поглед, има огромен простор за развој. Ако, се разбира, експертите за аеродинамика се согласуваат со мислењето на дизајнерите.
„Аеродинамика за оние кои не можат да прават мотоцикли“. Овие зборови ги изговори Енцо Ферари во шеесеттите години и јасно го демонстрираат односот на многу дизајнери од тоа време кон оваа технолошка страна на автомобилот. Сепак, само десет години се случи првата нафтена криза, која радикално го смени целиот нивен систем на вредности. Времиња кога сите сили на отпор при движењето на автомобилот, а особено оние што се јавуваат кога тој поминува низ воздушните слоеви, се надминуваат со обемни технички решенија, како што се зголемување на работното место и моќноста на моторите, без оглед на количината на потрошено гориво, тие поминуваат, а инженерите почнуваат да бараат поефикасни начини да ги постигнете своите цели.
Во моментов, технолошкиот фактор на аеродинамиката е покриен со дебел слој прашина од заборав, но за дизајнерите ова не е новост. Историјата на технологијата покажува дека дури и во 77-тите години, напредните и инвентивни умови како Германецот Едмунд Рамплер и Унгарецот Пол Зараи (кој ја создаде иконската Татра TXNUMX) обликуваа рационализирани површини и ги поставија темелите за аеродинамички пристап кон дизајнот на каросеријата на автомобилот. Нив ги следеше вториот бран специјалисти за аеродинамика како што се Барон Рајнхард фон Könich-Faxenfeld и Wunibald Kam, кои ги развија своите идеи во XNUMX.
На сите им е јасно дека со зголемувањето на брзината доаѓа граница, над која отпорот на воздухот станува критичен фактор за возење автомобил. Создавањето аеродинамички оптимизирани форми може значително да ја потисне оваа граница и се изразува со таканаречениот фактор на проток Cx, бидејќи вредноста од 1,05 има коцка превртена нормално на протокот на воздух (ако се ротира за 45 степени долж неговата оска, така што горе работ се намалува на 0,80). Сепак, овој коефициент е само еден дел од равенката на отпорот на воздухот - мора да ја додадете големината на фронталната површина на автомобилот (А) како важен елемент. Првата од задачите на аеродинамичарите е да создадат чисти, аеродинамички ефикасни површини (фактори од кои, како што ќе видиме, многу кај автомобилот), што на крајот доведува до помал коефициент на проток. За мерење на второто е потребен тунел за ветер, кој е скапа и исклучително сложена структура - пример за тоа е тунелот пуштен во употреба во 2009 година. BMW, што ја чинеше компанијата 170 милиони евра. Најважната компонента во него не е џиновски вентилатор, кој троши толку многу електрична енергија што му треба посебна трансформаторска трафостаница, туку прецизен држач за ролери што ги мери сите сили и моменти што млаз воздух ги врши врз автомобилот. Неговата задача е да ја процени целата интеракција на автомобилот со протокот на воздух и да им помогне на специјалистите да го проучат секој детал и да го променат така што тој не само што е ефикасен во протокот на воздух, туку и во согласност со желбите на дизајнерите. . Во основа, главните компоненти за влечење со кои се соочува автомобилот доаѓаат од кога воздухот пред него се компресира и се префрла, и – многу важно – од интензивните турбуленции зад него одзади. Постои зона со низок притисок што има тенденција да го влече автомобилот, кој пак е измешан со силен вителски ефект, кој аеродинамичарите го нарекуваат и „мртва возбуда“. Од логични причини, зад моделите на караван има повисоко ниво на вакуум, како резултат на што се влошува коефициентот на потрошувачка.
Аеродинамички фактори на влечење
Последново не зависи само од фактори како што е целокупната форма на автомобилот, туку и од одредени делови и површини. Во пракса, целокупната форма и пропорции на модерните автомобили сочинуваат 40 проценти од вкупниот отпор на воздухот, од кои една четвртина се одредува според структурата на површината на објектот и карактеристиките како што се огледалата, светлата, регистарската табличка и антената. 10% од отпорот на воздухот се должи на протокот низ отворите до сопирачките, моторот и менувачот. 20% е резултат на вител во различни дизајни на подот и суспензијата, односно сè што се случува под автомобилот. И она што е најинтересно - 30% од отпорот на воздухот се должи на вртлозите создадени околу тркалата и крилата. Практичната демонстрација на овој феномен јасно го покажува тоа - брзината на проток од 0,28 по возило паѓа на 0,18 кога се вадат тркалата и се затвораат отворите на калниците. Не е случајно што сите автомобили со изненадувачки ниска километража - како што се првиот Insight на Honda и електричниот автомобил GM EV1 - имаат скриени задни браници. Целокупната аеродинамична форма и затворениот преден дел, поради фактот што електричниот мотор не бара многу воздух за ладење, им овозможи на дизајнерите на GM да го развијат моделот EV1 со фактор на проток од само 0,195. Tesla Model 3 има Cx 0,21. За да се намали вртлогот на тркалата кај возилата со мотори со внатрешно согорување, т.н. „Воздушни завеси“ во форма на тенок вертикален проток на воздух насочен од отворот во предниот браник, дувајќи околу тркалата и стабилизирајќи ги вртлозите, протокот кон моторот е ограничен со аеродинамички ролетни, а дното е целосно затворено.
Колку се помали вредностите на силите измерени со држачот за ролери, толку е помал Cx. Обично се мери со брзина од 140 km/h – на пример, вредноста од 0,30 значи дека 30 проценти од воздухот низ кој поминува автомобилот е забрзан до неговата брзина. Што се однесува до предниот дел, неговото читање бара многу поедноставна процедура - за ова, надворешните контури на автомобилот се оцртуваат со ласер кога се гледаат од напред и се пресметува затворената површина во квадратни метри. Потоа се множи со факторот на проток за да се добие вкупниот отпор на воздухот на автомобилот во квадратни метри.
Враќајќи се на историскиот преглед на нашата аеродинамична приказна, откриваме дека создавањето на стандардизираниот циклус за мерење на потрошувачката на гориво (NEFZ) во 1996 година всушност одигра негативна улога во аеродинамичната еволуција на автомобилите (која значително напредуваше во 7s). ) бидејќи аеродинамичниот фактор има мал ефект поради краткиот период на движење со голема брзина. И покрај намалувањето на коефициентот на потрошувачка со текот на годините, зголемувањето на димензиите на возилата од секоја класа доведува до зголемување на предната површина и, следствено, до зголемување на отпорот на воздухот. Автомобилите како VW Golf, Opel The Astra и BMW Серија 90 имаа поголем отпор на воздухот од нивните претходници во 90-тите. Овој тренд го олеснуваат импресивните SUV модели со нивната голема предна површина и влошената рационализирање. Овој тип на возила е критикуван главно поради неговата голема тежина, но во пракса овој фактор станува помалку од релативна важност со зголемување на брзината - кога се вози надвор од градот со брзина од околу 50 km/h, процентот на отпор на воздухот е околу 80 проценти, при брзини на автопат се зголемува на XNUMX проценти од вкупниот отпор со кој се соочува автомобилот.
Аеродинамична цевка
Друг пример за улогата на отпорот на воздухот во перформансите на возилото е типичен модел Smart City. Двосед може да биде пргав и пргав на градските улици, но неговата кратка и пропорционална каросерија е крајно неефикасна од аеродинамична гледна точка. Наспроти позадината на малата тежина, отпорот на воздухот станува сè поважен елемент, а со Smart почнува да има силен ефект при брзини од 50 km/h. Не е чудно што и покрај лесниот дизајн, не ги оправда очекувањата со релативно ниска цена.
Сепак, и покрај недостатоците на Smart, односот на матичната компанија Mercedes кон аеродинамиката е пример за методичен, конзистентен и проактивен пристап кон процесот на создавање спектакуларни форми. Може да се тврди дека во оваа компанија особено се забележливи резултатите од инвестирањето во ветерни тунели и напорната работа во оваа област. Особено впечатлив пример за ефектот на овој процес е фактот што сегашната S-Class (Cx 0,24) има помал отпор на воздухот од Golf VII (0,28). Во потрагата по повеќе внатрешен простор, обликот на компактниот модел доби прилично голема фронтална површина, а коефициентот на проток е полош од оној на S-класата поради неговата пократка должина, што не дозволува рационализирани површини и многу повеќе. - веќе поради остра транзиција одзади, придонесувајќи за формирање на вртлози. Сепак, VW е категоричен дека следната генерација на Golf ќе има значително помал воздушен отпор и ќе биде спуштен и рационализиран. Најнискиот регистриран фактор на потрошувачка на гориво од 0,22 по возило ICE е Mercedes CLA 180 BlueEfficiency.
Предноста на електричните возила
Друг пример за важноста на аеродинамичката форма наспроти тежината се модерните хибридни модели и уште повеќе електрични возила. Во случајот на Prius, на пример, потребата за високо аеродинамичен дизајн е диктирана и од фактот дека со зголемувањето на брзината, ефикасноста на хибридниот погонски систем драматично опаѓа. Во случај на електрични возила, сè што е поврзано со зголемувањето на километражата во електричниот режим е исклучително важно. Според експертите, намалувањето на тежината за 100 кг ќе ја зголеми километражата на автомобилот за само неколку километри, но од друга страна, аеродинамиката е од огромно значење за електричниот автомобил.
Прво, затоа што големата маса на овие возила им овозможува да повратат дел од енергијата што се користи за закрепнување, и второ, затоа што високиот вртежен момент на електричниот мотор ви овозможува да го компензирате ефектот на тежината при стартување, а неговата ефикасност се намалува при големи и големи брзини. Дополнително, на електрониката за напојување и на електромоторот им треба помалку воздух за ладење, што овозможува помал отвор во предниот дел на автомобилот, што, како што веќе забележавме, е главната причина за влошување на протокот околу телото. Друг елемент на мотивацијата на дизајнерите да создаваат поаеродинамички ефикасни форми во денешните plug-in хибридни модели е начинот на движење без забрзување само со помош на електричен мотор, или т.н. едрење. За разлика од едрениците, од каде доаѓа терминот и каде што ветерот треба да го придвижи бродот, електричните автомобили ќе ја зголемат километражата доколку автомобилот има помал отпор на воздухот. Создавањето аеродинамички оптимизирана форма е најекономичен начин за намалување на потрошувачката на гориво.
Текст: Георги Колев
Коефициенти на потрошувачка на некои познати автомобили:
Симплекс на Мерцедес
Производство од 1904 година, Cx = 1,05
Рамплер Трофенваген
Производство од 1921 година, Cx = 0,28
Форд Модел Т
Производство од 1927 година, Cx = 0,70
Експериментален модел Кам
Производство од 1938 година, Cx = 0,36
Рекорден автомобил на Мерцедес
Производство од 1938 година, Cx = 0,12
Автобус VW
Производство од 1950 година, Cx = 0,44
VW „желка“
Производство од 1951 година, Cx = 0,40
Панхард Дин
Производство од 1954 година, Cx = 0,26
Порше 356
Производство од 1957 година, Cx = 0,36
Mg ex 181
Производство од 1957 година, Cx = 0,15
Цитроен ДС 19
Производство од 1963 година, Cx = 0,33
НСУ Спорт Принц
Производство од 1966 година, Cx = 0,38
Мерцедес Ц 111
Производство од 1970 година, Cx = 0,29
Волво 245 Ван
Производство од 1975 година, Cx = 0,47
Audi 100
Производство од 1983 година, Cx = 0,31
Мерцедес W 124
Производство од 1985 година, Cx = 0,29
Тојота Приус 1
Производство од 1997 година, Cx = 0,29
