Aerodinamikos vadovas

Svarbiausi veiksniai, darantys įtaką transporto priemonės oro pasipriešinimui

Mažas oro pasipriešinimas padeda sumažinti degalų sąnaudas. Tačiau šiuo atžvilgiu yra daug galimybių vystytis. Jei, žinoma, aerodinamikos ekspertai sutinka su dizainerių nuomone.

"Aerodinamika tiems, kurie nemoka gaminti motociklų". Šiuos žodžius Enzo Ferrari ištarė šeštajame dešimtmetyje ir aiškiai parodo daugelio to meto dizainerių požiūrį į šią technologinę automobilio pusę. Tačiau tik po dešimties metų įvyko pirmoji naftos krizė, kuri radikaliai pakeitė visą jų vertybių sistemą. Laikai, kai visos pasipriešinimo jėgos automobilio judėjimo metu, ypač tos, kurios kyla, kai automobilis praeina per oro sluoksnius, yra įveikiamos taikant plataus masto techninius sprendimus, pavyzdžiui, padidinant variklių darbinį tūrį ir galią, nepaisant sunaudoto kuro kiekio, jie praeina ir inžinieriai pradeda atrodyti efektyvesni būdai pasiekti savo tikslus.

Šiuo metu aerodinamikos technologinis faktorius yra padengtas storu užmaršties dulkių sluoksniu, tačiau dizaineriams tai nėra naujiena. Technikos istorija rodo, kad net 77-aisiais pažangūs ir išradingi protai, tokie kaip vokietis Edmundas Rumpleris ir vengras Paulas Zharai (kuris sukūrė ikonišką „Tatra TXNUMX“), suformavo racionalius paviršius ir padėjo pagrindą aerodinaminiam požiūriui į automobilio kėbulo dizainą. Po jų sekė antra aerodinamikos specialistų, tokių kaip baronas Reinhardas von Könichas-Faxenfeldas ir Wunibaldas Kam, banga, kurie savo idėjas plėtojo XNUMX.

Visiems aišku, kad didėjant greičiui ateina riba, kurią viršijus oro pasipriešinimas tampa kritiniu veiksniu vairuojant automobilį. Sukūrus aerodinamiškai optimizuotas formas, ši riba gali būti gerokai padidinta ir išreiškiama vadinamuoju srauto faktoriumi Cx, nes 1,05 vertės kubas yra apverstas statmenai oro srautui (jei jis pasukamas 45 laipsnių kampu išilgai savo ašies, todėl prieš srovę kraštas sumažėja iki 0,80). Tačiau šis koeficientas yra tik viena oro pasipriešinimo lygties dalis - kaip svarbų elementą turite pridėti automobilio priekinės dalies dydį (A). Pirmoji iš aerodinamininkų užduočių – sukurti švarius, aerodinamiškai efektyvius paviršius (kurių faktorių, kaip matysime, automobilyje daug), kas galiausiai lemia mažesnį srauto koeficientą. Pastarajam išmatuoti reikalingas vėjo tunelis, kuris yra brangus ir itin sudėtingas statinys – to pavyzdys yra 2009 metais pradėtas eksploatuoti tunelis. BMW, kuris bendrovei kainavo 170 mln. Jame svarbiausias komponentas – ne milžiniškas ventiliatorius, suvartojantis tiek elektros energijos, kad jam reikia atskiros transformatorių pastotės, o tikslus ritininis stovas, matuojantis visas jėgas ir momentus, kuriuos oro čiurkšlė veikia automobilį. Jo užduotis – įvertinti visą automobilio sąveiką su oro srautu ir padėti specialistams išstudijuoti kiekvieną detalę ir ją pakeisti taip, kad ji būtų ne tik efektyvi oro sraute, bet ir atitiktų dizainerių pageidavimus. . Iš esmės pagrindiniai pasipriešinimo komponentai, su kuriais susiduria automobilis, atsiranda dėl to, kad oras priešais jį susispaudžia ir pasislenka, ir – labai svarbu – dėl intensyvios turbulencijos, esančios už jo gale. Yra žemo slėgio zona, kuri linkusi traukti automobilį, o tai savo ruožtu susimaišo su stipriu sūkurio efektu, kurį aerodinamikai dar vadina „mirusiu sužadinimu“. Dėl logiškų priežasčių po universalių modelių vakuumo lygis yra didesnis, dėl to prastėja vartojimo koeficientas.

Aerodinaminiai pasipriešinimo koeficientai

Pastaroji priklauso ne tik nuo tokių faktorių kaip bendra automobilio forma, bet ir nuo konkrečių dalių bei paviršių. Praktiškai bendra šiuolaikinių automobilių forma ir proporcijos sudaro 40 procentų viso oro pasipriešinimo, kurio ketvirtadalį lemia objekto paviršiaus struktūra ir ypatybės, tokios kaip veidrodžiai, žibintai, valstybinis numeris, antena. 10% oro pasipriešinimo susidaro dėl srauto per ventiliacijos angas į stabdžius, variklį ir transmisiją. 20% yra sūkurio rezultatas įvairiose grindų ir pakabos konstrukcijose, tai yra, viskas, kas vyksta po automobiliu. Ir kas įdomiausia – 30% oro pasipriešinimo susidaro dėl aplink ratus ir sparnus susidarančių sūkurių. Praktinis šio reiškinio demonstravimas tai aiškiai parodo – nuėmus ratus ir uždarius sparnų ventiliacijos angas, srautas nuo 0,28 vienam automobiliui sumažėja iki 0,18. Neatsitiktinai visi stebėtinai mažos ridos automobiliai – tokie kaip pirmasis „Insight of Honda“ ir GM EV1 elektromobilis – turi paslėptus galinius sparnus. Bendra aerodinaminė forma ir uždaras priekis, dėl to, kad elektros varikliui nereikia daug aušinimo oro, leido GM dizaineriams sukurti EV1 modelį, kurio srauto koeficientas siekia vos 0,195. „Tesla Model 3“ turi Cx 0,21. Siekiant sumažinti ratų sūkurius transporto priemonėse su vidaus degimo varikliais, vadinamieji. „Oro užuolaidos“ plono vertikalaus oro srauto, nukreipto iš angos priekiniame buferyje, pavidalu, pučiančios aplink ratus ir stabilizuojančios sūkurius, srautą į variklį riboja aerodinaminės sklendės, o dugnas visiškai uždaromas.

Kuo mažesnės ritininio stovo išmatuotos jėgų vertės, tuo mažesnė Cx. Paprastai jis matuojamas važiuojant 140 km/h greičiu – pavyzdžiui, 0,30 reikšmė reiškia, kad 30 procentų oro, kuriuo pravažiuoja automobilis, įsibėgėja iki greičio. Kalbant apie priekį, jo nuskaitymas reikalauja daug paprastesnės procedūros – tam lazeriu nubrėžiami išoriniai automobilio kontūrai žiūrint iš priekio ir apskaičiuojamas uždaras plotas kvadratiniais metrais. Tada jis padauginamas iš srauto koeficiento ir gaunamas bendras automobilio oro pasipriešinimas kvadratiniais metrais.

Grįžtant prie istorinių mūsų aerodinaminio pasakojimo metmenų, pastebime, kad standartizuoto degalų sąnaudų matavimo ciklo (NEFZ) sukūrimas 1996 m. iš tikrųjų suvaidino neigiamą vaidmenį automobilių aerodinaminėje evoliucijoje (kuri labai pažengė į priekį 7). ), nes aerodinaminis veiksnys mažai veikia dėl trumpo judėjimo dideliu greičiu. Nepaisant sunaudojimo koeficiento mažėjimo bėgant metams, padidėjus kiekvienos klasės transporto priemonių gabaritams, padidėja priekinė sritis ir atitinkamai didėja oro pasipriešinimas. Tokie automobiliai kaip VW Golf, Opel The Astra ir 90 serijos BMW turėjo didesnį oro pasipriešinimą nei jų pirmtakai 90-aisiais. Šią tendenciją palengvina įspūdingi visureigių modeliai su dideliu priekiniu plotu ir prastėjančiu supaprastinimu. Šio tipo transporto priemonės buvo kritikuojamos daugiausia dėl didelio svorio, tačiau praktiškai šis veiksnys, didėjant greičiui, tampa vis mažiau reikšmingas – važiuojant už miesto ribų apie 50 km/h greičiu, oro pasipriešinimo dalis yra apie 80 procentų, važiuojant greitkeliu jis padidėja iki XNUMX procentų nuo bendro pasipriešinimo, su kuriuo susiduria automobilis.

Aerodinaminis vamzdis

Kitas oro pasipriešinimo vaidmens transporto priemonės veikimui pavyzdys yra tipiškas Smart City modelis. Dvivietis automobilis gali būti vikrus ir vikrus miesto gatvėse, tačiau jo trumpas ir proporcingas kėbulas yra labai neefektyvus aerodinaminiu požiūriu. Mažo svorio fone oro pasipriešinimas tampa vis svarbesniu elementu, o su Smart jis pradeda stipriai veikti važiuojant 50 km/h greičiu.Nenuostabu, kad nepaisant lengvos konstrukcijos, jis nepateisino lūkesčių. santykinai mažomis sąnaudomis.

Tačiau nepaisant „Smart“ trūkumų, patronuojančios bendrovės „Mercedes“ požiūris į aerodinamiką yra metodiško, nuoseklaus ir iniciatyvaus požiūrio į įspūdingų formų kūrimo procesą pavyzdys. Galima teigti, kad šioje įmonėje ypač pastebimi investicijų į vėjo tunelius ir sunkaus darbo šioje srityje rezultatai. Ypač ryškus šio proceso poveikio pavyzdys yra tai, kad dabartinė S klasė (Cx 0,24) turi mažesnį oro pasipriešinimą nei Golf VII (0,28). Ieškant daugiau erdvės vidinėje erdvėje, kompaktiško modelio forma įgavo gana didelį priekinį plotą, o srauto koeficientas yra prastesnis nei S klasės dėl trumpesnio ilgio, kuris neleidžia aptakių paviršių ir daug. daugiau. - jau dėl aštraus perėjimo iš užpakalio, prisidedančio prie sūkurių susidarymo. Tačiau VW yra įsitikinęs, kad naujos kartos „Golf“ turės žymiai mažesnį oro pasipriešinimą ir bus nuleistas bei supaprastintas. Mažiausias užfiksuotas degalų sąnaudų koeficientas – 0,22 vienam ICE automobiliui – yra Mercedes CLA 180 BlueEfficiency.

Elektrinių transporto priemonių pranašumas

Kitas aerodinaminės formos ir svorio svarbos pavyzdys yra šiuolaikiniai hibridiniai modeliai ir dar daugiau elektrinių transporto priemonių. Pavyzdžiui, „Prius“ atveju labai aerodinaminio dizaino poreikį diktuoja ir tai, kad didėjant greičiui hibridinės pavaros efektyvumas smarkiai sumažėja. Elektromobilių atveju viskas, kas susiję su ridos padidėjimu elektriniu režimu, yra nepaprastai svarbu. Ekspertų teigimu, sumažinus svorį 100 kg, automobilio rida padidės vos keliais kilometrais, tačiau, kita vertus, aerodinamika yra itin svarbi elektromobiliui.

Pirma, dėl to, kad didelė šių transporto priemonių masė leidžia atgauti dalį energijos, sunaudojamos rekuperacijai, ir, antra, dėl to, kad didelis elektros variklio sukimo momentas leidžia kompensuoti svorio poveikį užvedimo metu, o jo efektyvumas mažėja. dideliu greičiu ir dideliu greičiu. Be to, galios elektronikai ir elektros varikliui reikia mažiau aušinimo oro, todėl automobilio priekyje yra mažesnė anga, o tai, kaip jau minėjome, yra pagrindinė srauto aplink kėbulą pablogėjimo priežastis. Kitas dizainerių motyvacijos elementas šiandieniniuose įkraunamuose hibridiniuose modeliuose kurti aerodinamiškai efektyvesnes formas – judėjimo be pagreičio režimas tik elektros variklio pagalba, arba vadinamasis. buriavimas. Skirtingai nuo burlaivių, iš kur kilęs šis terminas ir kur vėjas turėtų judinti valtį, elektromobiliai padidins ridą, jei automobilis turi mažesnį oro pasipriešinimą. Aerodinamiškai optimizuotos formos sukūrimas yra ekonomiškiausias būdas sumažinti degalų sąnaudas.

Tekstas: Georgijus Kolevas

Kai kurių garsių automobilių vartojimo koeficientai:

„Mercedes Simplex“

1904 m. Gamyba, Cx = 1,05

Rumpler Tropfenwagen

1921 m. Gamyba, Cx = 0,28

„Ford“ modelis T.

1927 m. Gamyba, Cx = 0,70

Eksperimentinis modelis Kam

1938 m. Gamyba, Cx = 0,36

„Mercedes“ rekordinis automobilis

1938 m. Gamyba, Cx = 0,12

VW autobusas

1950 m. Gamyba, Cx = 0,44

VW "vėžlys"

1951 m. Gamyba, Cx = 0,40

Panhardas Dina

1954 m. Gamyba, Cx = 0,26

"Porsche" 356

1957 m. Gamyba, Cx = 0,36

MG EX 181

1957 m. Gamyba, Cx = 0,15

Citroen DS 19

1963 m. Gamyba, Cx = 0,33

NSU sporto princas

1966 m. Gamyba, Cx = 0,38

„Mercedes C 111“

1970 m. Gamyba, Cx = 0,29

„Volvo 245“ furgonas

1975 m. Gamyba, Cx = 0,47

Audi 100

1983 m. Gamyba, Cx = 0,31

„Mercedes W 124“

1985 m. Gamyba, Cx = 0,29

„Toyota Prius“ 1

1997 m. Gamyba, Cx = 0,29