Приручник за аеродинамику

Најважнији фактори који утичу на отпор ваздуха возила

Мали отпор ваздуха помаже у смањењу потрошње горива. Међутим, у том погледу постоји огроман простор за развој. Ако се, наравно, стручњаци за аеродинамику слажу са мишљењем дизајнера.

„Аеродинамика за оне који не могу да праве моторе.“ Ове речи је изговорио Ензо Феррари шездесетих година и јасно показују однос многих тадашњих дизајнера према овој технолошкој страни аутомобила. Међутим, тек десет година касније догодила се прва нафтна криза која је радикално променила читав њихов систем вредности. Времена када се све силе отпора током кретања аутомобила, а посебно оне које настају при проласку кроз ваздушне слојеве, савладавају опсежним техничким решењима, попут повећања запремине и снаге мотора, без обзира на потрошену количину горива, оне одлазе, а инжењери почињу да гледају ефикаснији начини за постизање ваших циљева.

Тренутно је технолошки фактор аеродинамике прекривен дебелим слојем заборавне прашине, али за дизајнере то није ништа ново. Историја технологије показује да су чак и током 77-их напредни и инвентивни умови попут Немца Едмунда Румплера и Мађара Паула Зхараија (који је створио иконичну Татру ТКСНУМКС) обликовали поједностављене површине и поставили темеље аеродинамичном приступу дизајну каросерије. Пратили су их други талас аеродинамичких специјалиста као што су барон Реинхард вон Коницх-Факенфелд и Вунибалд Кам, који су своје идеје развијали у КСНУМКС-има.

Свима је јасно да са повећањем брзине долази граница, изнад које отпор ваздуха постаје критичан фактор за вожњу аутомобила. Креирање аеродинамички оптимизованих облика може значајно да помери ову границу навише и изражава се такозваним фактором протока Цк, пошто вредност од 1,05 има коцку обрнуту окомито на проток ваздуха (ако се ротира за 45 степени дуж своје осе, тако да узводно ивица се смањује на 0,80). Међутим, овај коефицијент је само један део једначине отпора ваздуха - морате додати величину предње површине аутомобила (А) као важан 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 нижег коефицијента протока. За мерење овог последњег потребан је аеротунел, који је скупа и изузетно сложена структура – ​​пример за то је тунел пуштен у рад 2009. године. БМВ, који је компанију коштао 170 милиона евра. 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 млаз ваздуха делује на аутомобил. Његов задатак је да процени целокупну интеракцију аутомобила са протоком ваздуха и помогне стручњацима да проуче сваки детаљ и промене га тако да не буде ефикасан само у протоку ваздуха, већ и у складу са жељама дизајнера. . У основи, главне компоненте отпора са којима се аутомобил сусреће потичу од када се ваздух испред њега компресује и помера, и – што је веома важно – од интензивне турбуленције иза њега позади. Постоји зона ниског притиска која тежи да повуче аутомобил, што је заузврат помешано са снажним вортекс ефектом, који аеродинамичари називају и „мртвом ексцитацијом“. Из логичних разлога, након караван модела, ниво вакуума је већи, услед чега се коефицијент потрошње 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 модерних аутомобила чине 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 вентилационе отворе до кочница, мотора и мењача. 20% је резултат вортек-а у различитим изведбама пода и вешања, односно свега што се дешава испод аутомобила. И што је најзанимљивије – 30% отпора ваздуха је због вртлога који се стварају око точкова и крила. Практична демонстрација овог феномена то јасно показује – брзина протока са 0,28 по возилу пада на 0,18 када се точкови уклоне и отвори на блатобранима затворе. Није случајно да сви аутомобили са изненађујуће малом километражом – као што су први Хонда Инсигхт и електрични аутомобил ГМ ЕВ1 – имају скривене задње блатобране. Укупан аеродинамички облик и затворени предњи крај, због чињенице да електромотор не захтева пуно ваздуха за хлађење, омогућили су ГМ дизајнерима да развију модел ЕВ1 са фактором протока од само 0,195. Тесла Модел 3 има Цк 0,21. За смањење вртложности точкова код возила са моторима са унутрашњим сагоревањем, тзв. „Ваздушне завесе“ у виду танког вертикалног ваздушног тока усмереног из отвора на предњем бранику, који дува око точкова и стабилизује вртлоге, проток ка мотору је ограничен аеродинамичким затварачима, а дно је потпуно затворено.

Што су ниже вредности сила измерених сталком ваљка, то је мањи Цк. Обично се мери при брзини од 140 км/х – вредност од 0,30, на пример, значи да је 30 процената ваздуха кроз који аутомобил пролази убрзано до своје брзине. Што се тиче предњег дела, његово очитавање захтева много једноставнију процедуру - за то се ласером оцртавају спољашње контуре аутомобила када се гледа са предње стране и израчунава се затворена површина у квадратним метрима. Затим се множи са фактором протока да би се добио укупан отпор ваздуха аутомобила у квадратним метрима.

Враћајући се на историјски нацрт нашег аеродинамичког наратива, откривамо да је стварање стандардизованог циклуса мерења потрошње горива (НЕФЗ) 1996. године заправо играло негативну улогу у аеродинамичкој еволуцији аутомобила (која је значајно напредовала у КСНУМКС-у). ) јер аеродинамички фактор има мали утицај због кратког периода кретања великом брзином. Упркос смањењу коефицијента потрошње током година, повећање димензија возила сваке класе доводи до повећања предње површине и, сходно томе, до повећања отпора ваздуха. Аутомобили као што су ВВ Голф, Опел Астра и БМВ серије 7 имали су већи отпор ваздуха од својих претходника из 90-их. Овај тренд олакшавају импресивни СУВ модели са великом предњом површином и све лошијом аеродинамичношћу. Ова врста возила је критикована углавном због велике тежине, али у пракси овај фактор постаје мање важан са повећањем брзине – када се вози ван града брзином од око 90 км/х, удео отпора ваздуха је око 50 процената, при брзинама на аутопуту повећава се на 80 процената од укупног отпора са којим се суочава аутомобил.

Аеродинамичка цев

Још један пример улоге отпора ваздуха у перформансама возила је типичан модел Смарт Цити. Двосед може бити окретан и окретан на градским улицама, али његова кратка и пропорционална каросерија је веома неефикасна са аеродинамичког становишта. На позадини мале тежине, отпор ваздуха постаје све важнији елемент, а са Смартом почиње да има снажан ефекат при брзинама од 50 км / х. Није изненађујуће да упркос лаганом дизајну није оправдао очекивања релативно ниске цене.

Међутим, упркос Смартовим недостацима, однос матичне компаније Мерцедес према аеродинамици је пример методичног, доследног и проактивног приступа процесу стварања спектакуларних форми. Може се рећи да су резултати улагања у аеротунеле и напорног рада у овој области посебно уочљиви у овој компанији. Посебно упечатљив пример ефекта овог процеса је чињеница да тренутна С-Класа (Цк 0,24) има мањи отпор ваздуха од Голфа ВИИ (0,28). У потрази за више унутрашњег простора, облик компактног модела је добио прилично велику фронталну површину, а коефицијент протока је лошији од оног код С-класе због своје краће дужине, која не дозвољава аеродинамичне површине и много више. - већ због оштрог прелаза позади, доприносећи формирању вртлога. Међутим, ВВ је упоран да ће следећа генерација Голфа имати знатно мањи отпор ваздуха и бити смањена и модернизована. Најнижи забележени фактор потрошње горива од 0,22 по ИЦЕ возилу је 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 дизајном диктира и чињеница да са повећањем брзине ефикасност хибридног погонског склопа драматично опада. У случају електричних возила, изузетно је важно све што је повезано са повећањем километраже у електричном режиму. Према стручњацима, смањење тежине за 100 кг повећаће километражу аутомобила за само неколико километара, али с друге стране, аеродинамика је од пресудне важности за електрични аутомобил.

Прво, зато што им велика маса ових возила омогућава да поврате део енергије која се користи за рекуперацију, а друго, зато што велики обртни момент електромотора омогућава да се компензује ефекат тежине при покретању, а његова ефикасност се смањује. при великим брзинама и великим брзинама. Осим тога, енергетској електроници и електромотору је потребно мање ваздуха за хлађење, што омогућава мањи отвор на предњем делу аутомобила, што је, као што смо већ приметили, главни разлог погоршања струјања око каросерије. Други елемент мотивације дизајнера да креирају аеродинамички ефикасније облике у данашњим плуг-ин хибридним моделима је начин кретања без убрзања само уз помоћ електромотора, или тзв. једрење. За разлику од једрилица, одакле долази појам и где би ветар требало да помери чамац, електрични аутомобили ће повећати километражу ако аутомобил има мањи отпор ваздуха. Креирање аеродинамично оптимизованог облика је најекономичнији начин за смањење потрошње горива.

Текст: Георгије Колев

Коефицијенти потрошње неких познатих аутомобила:

Мерцедес Симплек

Производња 1904, Цк = 1,05

Rumpler Tropfenwagen

Производња 1921, Цк = 0,28

Форд Модел Т.

Производња 1927, Цк = 0,70

Експериментални модел Кам

Производња 1938, Цк = 0,36

Мерцедес рекордни аутомобил

Производња 1938, Цк = 0,12

ВВ Бус

Производња 1950, Цк = 0,44

ВВ "корњача"

Производња 1951, Цк = 0,40

Panhard Dina

Производња 1954, Цк = 0,26

Порсцхе КСНУМКС

Производња 1957, 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 Ц 111

Производња 1970, Цк = 0,29

Волво 245 Фургон

Производња 1975, Цк = 0,47

Ауди КСНУМКС

Производња 1983, Цк = 0,31

Мерцедес В 124

Производња 1985, Цк = 0,29

Тоиота Приус 1

Производња 1997, Цк = 0,29