Aërodinamika-handboek

Die belangrikste faktore wat die lugweerstand van die voertuig beïnvloed

Lae lugweerstand help om die brandstofverbruik te verminder. In hierdie verband is daar egter baie ruimte vir ontwikkeling. As aerodinamika-kundiges natuurlik saamstem met die mening van die ontwerpers.

"Lugdinamika vir diegene wat nie motorfietse kan maak nie." Hierdie woorde is in die sestigerjare deur Enzo Ferrari uitgespreek en toon duidelik die houding van baie destydse ontwerpers teenoor hierdie tegnologiese kant van die motor. Dit was egter eers tien jaar later dat die eerste oliekrisis plaasgevind het, wat hul hele waardestelsel fundamenteel verander het. Tye wanneer al die weerstandskragte tydens die beweging van die motor, en veral die wat ontstaan ​​wanneer dit deur die luglae beweeg, oorkom word deur uitgebreide tegniese oplossings, soos om die verplasing en krag van enjins te verhoog, ongeag die hoeveelheid brandstof wat verbruik word, dit verdwyn, en ingenieurs begin kyk doeltreffender maniere om u doelwitte te bereik.

Op die oomblik word die tegnologiese faktor van aërodinamika bedek met 'n dik laag stof van vergetelheid, maar vir die ontwerpers is dit nie nuus nie. Die geskiedenis van tegnologie toon dat gevorderde en vindingryke gedagtes, soos die Duitser Edmund Rumpler en die Hongaar Paul Jarai (wat die ikoniese Tatra T77 geskep het), selfs in die XNUMX's, vaartbelynde oppervlaktes gevorm het en die grondslag gelê het vir 'n aërodinamiese benadering tot die ontwerp van die bakkarrossie. Hulle is gevolg deur 'n tweede vlaag aerodinamika-spesialiste soos baron Reinhard von Könich-Faxenfeld en Wunibald Kam, wat hul idees in die XNUMX's ontwikkel het.

Dit is vir almal duidelik dat met toenemende spoed 'n perk kom, waarbo lugweerstand 'n kritieke faktor word vir die bestuur van 'n motor. Die skep van aërodinamies geoptimaliseerde vorms kan hierdie limiet aansienlik opstoot en word uitgedruk deur die sogenaamde vloeifaktor Cx, aangesien 'n waarde van 1,05 'n kubus loodreg op die lugvloei omgekeer het (as dit 45 grade langs sy as gedraai word, sodat die stroomop rand verminder tot 0,80). Hierdie koëffisiënt is egter net een deel van die lugweerstandsvergelyking - jy moet die grootte van die frontale area van die motor (A) as 'n belangrike element byvoeg. Die eerste van die take van aërodinamici is om skoon, aërodinamies doeltreffende oppervlaktes te skep (waarvan faktore, soos ons sal sien, baie in 'n motor), wat uiteindelik lei tot 'n laer vloeikoëffisiënt. Om laasgenoemde te meet vereis 'n windtonnel, wat 'n duur en uiters komplekse struktuur is – 'n voorbeeld hiervan is die tonnel wat in 2009 in gebruik geneem is. BMW, wat die maatskappy 170 miljoen euro gekos het. Die belangrikste komponent daarin is nie 'n reusewaaier, wat soveel elektrisiteit verbruik dat dit 'n aparte transformatorsubstasie nodig het nie, maar 'n akkurate rollerstander wat al die kragte en momente meet wat 'n lugstraal op 'n motor uitoefen. Sy taak is om die hele interaksie van die motor met die lugvloei te evalueer en spesialiste te help om elke detail te bestudeer en dit te verander sodat dit nie net effektief is in die lugvloei nie, maar ook in ooreenstemming met die wense van die ontwerpers. . Basies kom die hoofsleurkomponente wat 'n motor teëkom wanneer die lug voor hom saamdruk en skuif, en – baie belangrik – van die intense turbulensie agter hom agter. Daar is ’n laedruksone wat geneig is om die motor te trek, wat op sy beurt gemeng is met ’n sterk draaikolk-effek, wat aerodinamici ook “dooie opwekking” noem. Om logiese redes, na die stasiewa-modelle, is die vakuumvlak hoër, waardeur die verbruikskoëffisiënt verswak.

Aërodinamiese sleurfaktore

Laasgenoemde hang nie net af van faktore soos die algehele vorm van die motor nie, maar ook van spesifieke onderdele en oppervlaktes. In die praktyk is die algehele vorm en proporsies van moderne motors verantwoordelik vir 40 persent van die totale lugweerstand, waarvan 'n kwart bepaal word deur voorwerpoppervlakstruktuur en kenmerke soos spieëls, ligte, nommerplaat en antenna. 10% van lugweerstand is te wyte aan vloei deur die vents na die remme, enjin en transmissie. 20% is die resultaat van draaikolk in verskeie vloer- en veringontwerpe, dit wil sê alles wat onder die motor gebeur. En wat die interessantste is - 30% van lugweerstand is te danke aan die draaikolke wat om die wiele en vlerke geskep word. ’n Praktiese demonstrasie van hierdie verskynsel wys dit duidelik – die vloeitempo van 0,28 per voertuig daal tot 0,18 wanneer die wiele verwyder word en die fender-vents toegemaak word. Dit is nie toevallig dat alle motors met verbasend lae kilometers – soos die eerste Insight van Honda en die GM EV1 elektriese motor – versteekte agterskerms het nie. Die algehele aërodinamiese vorm en die geslote voorkant, as gevolg van die feit dat die elektriese motor nie baie verkoelingslug benodig nie, het GM-ontwerpers toegelaat om die EV1-model met 'n vloeifaktor van net 0,195 te ontwikkel. Tesla Model 3 het Cx 0,21. Om die draaikolk van die wiele in voertuie met binnebrandenjins, die sg. "Luggordyne" in die vorm van 'n dun vertikale lugvloei gerig vanaf die opening in die voorste buffer, wat om die wiele waai en die draaikolke stabiliseer, die vloei na die enjin word beperk deur aerodinamiese luike, en die onderkant is heeltemal toe.

Hoe laer die waardes van die kragte gemeet deur die roller staan, hoe kleiner Cx. Dit word tipies gemeet teen 'n spoed van 140 km/h – 'n waarde van 0,30 beteken byvoorbeeld dat 30 persent van die lug waardeur 'n motor beweeg tot sy spoed versnel word. Wat die voorkant betref, vereis die lees daarvan 'n baie eenvoudiger prosedure - hiervoor word die eksterne kontoere van die motor met 'n laser omlyn as dit van voor gesien word, en die ingeslote area in vierkante meter word bereken. Dit word dan vermenigvuldig met die vloeifaktor om die totale lugweerstand van die motor in vierkante meter te kry.

Om terug te keer na die historiese uiteensetting van ons aërodinamiese verhaal, vind ons dat die skepping van die gestandaardiseerde brandstofverbruikmetingsiklus (NEFZ) in 1996 eintlik 'n negatiewe rol gespeel het in die aërodinamiese evolusie van motors (wat aansienlik gevorder het in die 7s). ) omdat die aërodinamiese faktor min effek het weens die kort tydperk van hoëspoedbeweging. Ten spyte van die afname in die verbruikskoëffisiënt oor die jare, lei die toename in die afmetings van voertuie van elke klas tot 'n toename in die frontale area en gevolglik 'n toename in lugweerstand. Motors soos die VW Golf, Opel Die Astra en die BMW 90-reeks het hoër lugweerstand as hul voorgangers in die 90's gehad. Hierdie neiging word vergemaklik deur indrukwekkende SUV-modelle met hul groot vooroppervlak en verswakkende vaartbelyning. Hierdie tipe voertuig is hoofsaaklik gekritiseer vir sy hoë gewig, maar in die praktyk word hierdie faktor minder van 'n relatiewe belang met toenemende spoed - wanneer buite die stad gery word teen 'n spoed van ongeveer 50 km/h, is die proporsie lugweerstand ongeveer 80 persent, teen snelwegsnelhede neem dit toe tot XNUMX persent van die totale weerstand wat die motor ondervind.

Aërodinamiese buis

Nog 'n voorbeeld van die rol van lugweerstand in voertuigverrigting is 'n tipiese Smart City-model. ’n Tweesitplek is dalk rats en rats op stadsstrate, maar sy kort en proporsionele bakwerk is hoogs ondoeltreffend vanuit ’n aërodinamiese oogpunt. Teen die agtergrond van lae gewig, word lugweerstand 'n al hoe belangriker element, en met Smart begin dit 'n sterk effek hê teen snelhede van 50 km / h. Dit is nie verbasend dat dit ten spyte van die liggewig ontwerp nie aan die verwagtinge voldoen het nie. van 'n relatief lae koste.

Ten spyte van Smart se tekortkominge is moedermaatskappy Mercedes se houding teenoor aerodinamika egter 'n voorbeeld van 'n metodiese, konsekwente en proaktiewe benadering tot die proses om skouspelagtige vorms te skep. Daar kan geargumenteer word dat die resultate van investering in windtonnels en harde werk op hierdie gebied veral by hierdie maatskappy opvallend is. ’n Besonder treffende voorbeeld van die effek van hierdie proses is die feit dat die huidige S-klas (Cx 0,24) minder lugweerstand as die Golf VII (0,28) het. In die soeke na meer binneruimte, het die vorm van die kompakte model 'n taamlik groot frontale area verkry, en die vloeikoëffisiënt is swakker as dié van die S-klas vanweë sy korter lengte, wat nie voorsiening maak vir vaartbelynde oppervlaktes en baie meer. - reeds as gevolg van 'n skerp oorgang van agter, wat bydra tot die vorming van kolke. VW hou egter vol dat die volgende generasie Golf aansienlik minder lugweerstand sal hê en verlaag en vaartbelyn sal wees. Die laagste aangetekende brandstofverbruikfaktor van 0,22 per ICE-voertuig is die Mercedes CLA 180 BlueEfficiency.

Die voordeel van elektriese voertuie

'N Ander voorbeeld van die belangrikheid van aërodinamiese vorm teen die agtergrond van gewig, is moderne hibriede modelle en selfs meer elektriese voertuie. In die geval van die Prius word die behoefte aan 'n uiters aërodinamiese ontwerp byvoorbeeld ook bepaal deur die feit dat die doeltreffendheid van die hibriede kragstasie dramaties daal namate die spoed toeneem. In die geval van elektriese voertuie is alles wat verband hou met verhoogde kilometers in die elektriese modus uiters belangrik. Volgens kenners sal die vermindering van die gewig met 100 kg die motor se kilometers met net 'n paar kilometer verhoog, maar aan die ander kant is aerodinamika van die grootste belang vir 'n elektriese motor.

Eerstens, omdat die hoë massa van hierdie voertuie hulle in staat stel om 'n deel van die energie wat vir herwinning gebruik word, te herwin, en tweedens, omdat die hoë wringkrag van die elektriese motor jou toelaat om te vergoed vir die effek van gewig by aanskakel, en die doeltreffendheid daarvan verminder teen hoë spoed en hoë spoed. Boonop het die kragelektronika en die elektriese motor minder verkoelingslug nodig, wat 'n kleiner opening aan die voorkant van die motor moontlik maak, wat, soos ons reeds opgemerk het, die hoofrede is vir die agteruitgang van die vloei rondom die bak. Nog 'n element van die motivering van ontwerpers om meer aërodinamies doeltreffende vorms in vandag se inprophibriedmodelle te skep, is die bewegingsmodus sonder versnelling slegs met behulp van 'n elektriese motor, of die sg. vaar. Anders as seilbote, waar die term vandaan kom en waar die wind veronderstel is om die boot te beweeg, sal elektriese motors kilometers verhoog as die motor minder lugweerstand het. Die skep van 'n aërodinamies-geoptimaliseerde vorm is die mees ekonomiese manier om brandstofverbruik te verminder.

Teks: Georgy Kolev

Die verbruikskoëffisiënte van sommige bekende motors:

Mercedes Simplex

1904 produksie, Cx = 1,05

Rumpler Tropfenwagen

1921 produksie, Cx = 0,28

Ford Model T

1927 produksie, Cx = 0,70

Eksperimentele model Kam

1938 produksie, Cx = 0,36

Mercedes platemotor

1938 produksie, Cx = 0,12

VW bus

1950 produksie, Cx = 0,44

VW "skilpad"

1951 produksie, Cx = 0,40

Panhard Dina

1954 produksie, Cx = 0,26

Porsche 356

1957 produksie, Cx = 0,36

MG EX 181

1957 produksie, Cx = 0,15

Citroen DS 19

1963 produksie, Cx = 0,33

NSU Sport Prins

1966 produksie, Cx = 0,38

Mercedes C 111

1970 produksie, Cx = 0,29

Volvo 245 Van

1975 produksie, Cx = 0,47

Audi 100

1983 produksie, Cx = 0,31

Mercedes W 124

1985 produksie, Cx = 0,29

Toyota Prius 1

1997 produksie, Cx = 0,29