Aerodinamikas rokasgrāmata
Testa brauciens

Aerodinamikas rokasgrāmata

Aerodinamikas rokasgrāmata

Vissvarīgākie faktori, kas ietekmē transportlīdzekļa gaisa pretestību

Zema gaisa pretestība palīdz samazināt degvielas patēriņu. Tomēr šajā ziņā ir milzīgas iespējas attīstībai. Ja, protams, aerodinamikas eksperti piekrīt dizaineru viedoklim.

"Aerodinamika tiem, kas nemāk ražot motociklus." Šos vārdus Enzo Ferrari teica sešdesmitajos gados, un tie skaidri parāda daudzu tā laika dizaineru attieksmi pret šo automašīnas tehnoloģisko pusi. Tomēr tikai desmit gadus vēlāk notika pirmā naftas krīze, kas būtiski mainīja visu to vērtību sistēmu. Laiki, kad visi pretestības spēki automašīnas kustības laikā, it īpaši tie, kas rodas, kad tas iziet cauri gaisa slāņiem, tiek pārvarēti ar plašiem tehniskiem risinājumiem, piemēram, palielinot dzinēju darba tilpumu un jaudu, neatkarīgi no patērētās degvielas daudzuma, tie pazūd, un inženieri sāk meklēt efektīvāki veidi, kā sasniegt savus mērķus.

Šobrīd aerodinamikas tehnoloģiskais faktors ir pārklāts ar biezu aizmirstības putekļu slāni, taču dizaineriem tas nav jaunums. Tehnoloģiju vēsture rāda, ka pat 77. gados progresīvi un atjautīgi prāti, piemēram, vācietis Edmunds Rumplers un ungārs Pauls Jarai (kurš izveidoja ikonisko Tatra TXNUMX), veidoja racionalizētas virsmas un lika pamatu aerodinamiskai pieejai automašīnas virsbūves dizainā. Viņiem sekoja otrais aerodinamikas speciālistu vilnis, piemēram, barons Reinhards fon Kēnihs-Faksenfelds un Wunibalds Kam, kuri savas idejas izstrādāja XNUMX.

Ikvienam ir skaidrs, ka, palielinoties ātrumam, nāk robeža, kuru pārsniedzot, gaisa pretestība kļūst par kritisku faktoru automašīnas vadīšanai. Aerodinamiski optimizētu formu veidošana var ievērojami palielināt šo robežu, un to izsaka ar tā saukto plūsmas koeficientu Cx, jo vērtībai 1,05 ir kubs, kas ir apgriezts perpendikulāri gaisa plūsmai (ja tas ir pagriezts par 45 grādiem pa savu asi, lai augšpus mala samazinās līdz 0,80). Tomēr šis koeficients ir tikai viena daļa no gaisa pretestības vienādojuma - kā svarīgs elements ir jāpievieno automašīnas frontālās zonas izmērs (A). Pirmais no aerodinamistu uzdevumiem ir radīt tīras, aerodinamiski efektīvas virsmas (ko faktoru, kā mēs redzēsim, automašīnā ir daudz), kas galu galā noved pie zemāka plūsmas koeficienta. Pēdējā mērīšanai nepieciešams vēja tunelis, kas ir dārga un ārkārtīgi sarežģīta konstrukcija – piemērs tam ir 2009. gadā ekspluatācijā nodotais tunelis. BMW, kas uzņēmumam izmaksāja 170 miljonus eiro. Svarīgākā sastāvdaļa tajā ir nevis milzu ventilators, kas patērē tik daudz elektrības, ka tam nepieciešama atsevišķa transformatoru apakšstacija, bet gan precīzs rullīšu statīvs, kas mēra visus spēkus un momentus, ko gaisa strūkla iedarbojas uz automašīnu. Viņa uzdevums ir izvērtēt visu automašīnas mijiedarbību ar gaisa plūsmu un palīdzēt speciālistiem izpētīt katru detaļu un mainīt to, lai tā būtu ne tikai efektīva gaisa plūsmā, bet arī atbilstoši dizaineru vēlmēm. . Būtībā galvenās pretestības sastāvdaļas, ar kurām saskaras automašīna, rodas tad, kad gaiss priekšā saspiežas un mainās, un, kas ir ļoti svarīgi, no intensīvās turbulences aiz tā aizmugurē. Ir zema spiediena zona, kas mēdz vilkt auto, kas savukārt sajaucas ar spēcīgu virpuļa efektu, ko aerodinamiķi dēvē arī par "mirušo ierosmi". Loģisku apsvērumu dēļ pēc universāļa modeļiem vakuuma līmenis ir augstāks, kā rezultātā pasliktinās patēriņa koeficients.

Aerodinamiskie pretestības koeficienti

Pēdējais ir atkarīgs ne tikai no tādiem faktoriem kā automašīnas kopējā forma, bet arī no konkrētām daļām un virsmām. Praksē mūsdienu automašīnu kopējā forma un proporcijas veido 40 procentus no kopējās gaisa pretestības, no kuriem ceturto daļu nosaka objekta virsmas struktūra un tādas īpašības kā spoguļi, gaismas, numura zīme un antena. 10% gaisa pretestības ir saistītas ar plūsmu caur ventilācijas atverēm uz bremzēm, dzinēju un transmisiju. 20% ir dažādu grīdu un balstiekārtu konstrukciju virpuļu rezultāts, tas ir, viss, kas notiek zem automašīnas. Un kas pats interesantākais - 30% gaisa pretestības ir pateicoties virpuļiem, kas izveidoti ap riteņiem un spārniem. Praktisks šīs parādības demonstrējums to skaidri parāda - plūsmas ātrums no 0,28 uz transportlīdzekli samazinās līdz 0,18, kad riteņi tiek noņemti un spārnu ventilācijas atveres ir aizvērtas. Nav nejaušība, ka visiem pārsteidzoši maziem nobraukuma automobiļiem – piemēram, pirmajam Insight of Honda un GM EV1 elektromobilim – ir paslēpti aizmugurējie spārni. Kopējā aerodinamiskā forma un slēgtā priekšpuse, pateicoties tam, ka elektromotoram nav nepieciešams daudz dzesēšanas gaisa, ļāva GM dizaineriem izstrādāt EV1 modeli ar plūsmas koeficientu tikai 0,195. Tesla Model 3 ir Cx 0,21. Lai samazinātu riteņu virpuļošanu transportlīdzekļos ar iekšdedzes dzinēju, t.s. "Gaisa aizkari" tievas vertikālās gaisa plūsmas veidā, kas virzīts no atveres priekšējā buferī, pūšot ap riteņiem un stabilizējot virpuļus, plūsmu uz dzinēju ierobežo aerodinamiskie slēģi, un apakšdaļa ir pilnībā aizvērta.

Jo mazākas ir spēku vērtības, ko mēra ar veltņu statīvu, jo mazāks ir Cx. Parasti to mēra ar ātrumu 140 km/h – piemēram, vērtība 0,30 nozīmē, ka 30 procenti gaisa, caur kuru automašīna iet, tiek paātrināti līdz tā ātrumam. Kas attiecas uz priekšpusi, tad tās nolasīšana prasa daudz vienkāršāku procedūru - tam ar lāzeru tiek iezīmētas automašīnas ārējās kontūras, skatoties no priekšpuses un tiek aprēķināts norobežotais laukums kvadrātmetros. Pēc tam to reizina ar plūsmas koeficientu, lai iegūtu kopējo automašīnas gaisa pretestību kvadrātmetros.

Atgriežoties pie mūsu aerodinamiskā stāstījuma vēsturiskajām iezīmēm, mēs atklājam, ka standartizēta degvielas patēriņa mērīšanas cikla (NEFZ) izveidei 1996. gadā faktiski bija negatīva loma automašīnu aerodinamiskajā attīstībā (kas 7 gados ievērojami attīstījās). ), jo aerodinamiskajam faktoram ir maza ietekme sakarā ar īsu ātrgaitas kustības periodu. Neskatoties uz patēriņa koeficienta samazināšanos gadu gaitā, katras klases transportlīdzekļu gabarītu palielināšanās noved pie frontālās zonas palielināšanās un līdz ar to arī gaisa pretestības palielināšanās. Tādām automašīnām kā VW Golf, Opel The Astra un BMW 90. sērija bija lielāka gaisa pretestība nekā to priekšgājējiem 90. gados. Šo tendenci veicina iespaidīgie SUV modeļi ar plašo priekšējo laukumu un pasliktinošo racionalizāciju. Šis transportlīdzekļa veids ir kritizēts galvenokārt par lielo svaru, taču praksē šis faktors, pieaugot ātrumam, zaudē relatīvu nozīmi - braucot ārpus pilsētas ar ātrumu aptuveni 50 km/h, gaisa pretestības īpatsvars ir apm. 80 procentiem, braucot uz šosejas, tas palielinās līdz XNUMX procentiem no kopējās pretestības, ar kuru saskaras automašīna.

Aerodinamiskā caurule

Vēl viens piemērs gaisa pretestības lomai transportlīdzekļa darbībā ir tipisks Smart City modelis. Divvietīgs automobilis var būt veikls un veikls uz pilsētas ielām, taču tā īsā un proporcionālā virsbūve ir ļoti neefektīva no aerodinamiskā viedokļa. Uz mazā svara fona gaisa pretestība kļūst par arvien svarīgāku elementu, un ar Smart tas sāk spēcīgi iedarboties pie ātruma 50 km/h. Nav pārsteidzoši, ka, neskatoties uz vieglo konstrukciju, tas neattaisnoja cerības. salīdzinoši zemām izmaksām.

Tomēr, neskatoties uz Smart trūkumiem, mātes uzņēmuma Mercedes attieksme pret aerodinamiku ir metodiskas, konsekventas un proaktīvas pieejas piemērs iespaidīgu formu radīšanas procesam. Var iebilst, ka šajā uzņēmumā īpaši jūtami ir investīcijas vēja tuneļos un smaga darba rezultāti šajā jomā. Īpaši spilgts šī procesa ietekmes piemērs ir fakts, ka pašreizējai S-klasei (Cx 0,24) ir mazāka gaisa pretestība nekā Golf VII (0,28). Meklējot vairāk salona telpas, kompaktā modeļa forma ir ieguvusi diezgan lielu priekšējo laukumu, un plūsmas koeficients ir sliktāks nekā S-klasei tā īsākā garuma dēļ, kas nepieļauj racionālas virsmas un daudz. vairāk. - jau asas pārejas dēļ no aizmugures, veicinot virpuļu veidošanos. Tomēr VW ir pārliecināts, ka nākamās paaudzes Golf būs ievērojami mazāka gaisa pretestība, un tas būs pazemināts un modernizēts. Zemākais reģistrētais degvielas patēriņa koeficients 0,22 vienam ICE transportlīdzeklim ir Mercedes CLA 180 BlueEfficiency.

Elektrisko transportlīdzekļu priekšrocība

Vēl viens piemērs aerodinamiskās formas nozīmei uz svara fona ir moderni hibrīdmodeļi un vēl jo vairāk elektriskie transportlīdzekļi. Piemēram, Prius gadījumā nepieciešamību pēc ļoti aerodinamiskas konstrukcijas diktē arī fakts, ka, palielinoties ātrumam, hibrīdā spēka agregāta efektivitāte dramatiski samazinās. Elektrisko transportlīdzekļu gadījumā viss, kas saistīts ar palielinātu nobraukumu elektriskajā režīmā, ir ārkārtīgi svarīgs. Pēc ekspertu domām, samazinot svaru par 100 kg, automašīnas nobraukums palielināsies tikai par dažiem kilometriem, bet, no otras puses, aerodinamika ir ārkārtīgi svarīga elektromobiļa vajadzībām.

Pirmkārt, tāpēc, ka šo transportlīdzekļu lielā masa ļauj atgūt daļu no rekuperācijai izmantotās enerģijas, un, otrkārt, tāpēc, ka lielais elektromotora griezes moments ļauj kompensēt svara ietekmi iedarbināšanas brīdī, un tā efektivitāte samazinās. lielā ātrumā un lielā ātrumā. Turklāt jaudas elektronikai un elektromotoram ir nepieciešams mazāk dzesēšanas gaisa, kas ļauj izveidot mazāku atvērumu automašīnas priekšpusē, kas, kā jau atzīmējām, ir galvenais iemesls plūsmas pasliktināšanās ap korpusu. Vēl viens dizaineru motivācijas elements mūsdienu plug-in hibrīdmodeļos veidot aerodinamiski efektīvākas formas ir kustības režīms bez paātrinājuma tikai ar elektromotora palīdzību jeb t.s. burāšana. Atšķirībā no buru laivām, no kurienes šis termins cēlies un kur vējam ir paredzēts laivu pārvietot, elektromobiļi palielinās nobraukumu, ja automašīnai būs mazāka gaisa pretestība. Aerodinamiski optimizētas formas izveide ir ekonomiskākais veids, kā samazināt degvielas patēriņu.

Teksts: Georgijs Koļevs

Dažu slavenu automašīnu patēriņa koeficienti:

Mercedes Simplex

1904. gada produkcija, Cx = 1,05

Rumpler Tropfenwagen

1921. gada produkcija, Cx = 0,28

Ford modelis T.

1927. gada produkcija, Cx = 0,70

Eksperimentālais modelis Kam

1938. gada produkcija, Cx = 0,36

Mercedes ierakstu automašīna

1938. gada produkcija, Cx = 0,12

VW autobuss

1950. gada produkcija, Cx = 0,44

VW "bruņurupucis"

1951. gada produkcija, Cx = 0,40

Panhards Dina

1954. gada produkcija, Cx = 0,26

Porsche 356

1957. gada produkcija, Cx = 0,36

MG EX 181

1957. gada produkcija, Cx = 0,15

Citroen DS 19

1963. gada produkcija, Cx = 0,33

NSU sporta princis

1966. gada produkcija, Cx = 0,38

Mercedes C 111

1970. gada produkcija, Cx = 0,29

Volvo 245 furgons

1975. gada produkcija, Cx = 0,47

Audi 100

1983. gada produkcija, Cx = 0,31

Mercedes W 124

1985. gada produkcija, Cx = 0,29

Toyota Prius 1

1997. gada produkcija, Cx = 0,29

Pievieno komentāru