Onstuimige vloei
inhoud
Hoe moderne tegnologie die aërodinamika van motors verander
Lae lugweerstand help om die brandstofverbruik te verminder. In hierdie opsig is daar egter geweldige geleenthede vir ontwikkeling. Tot dusver stem natuurlik aerodinamika-kundiges saam met die mening van die ontwerpers.
"Lugdinamika vir diegene wat nie motorfietse kan maak nie." Hierdie woorde is deur Enzo Ferrari in die 60's uitgespreek en toon die houding van baie destydse ontwerpers teenoor hierdie tegnologiese aspek van die motor. Die eerste oliekrisis het egter net tien jaar later gekom en hul hele waardestelsel het radikaal verander. Die tye wanneer al die weerstandskragte in die beweging van die motor, en veral die wat ontstaan as gevolg van die deurloop daarvan deur die luglae, word oorkom deur uitgebreide tegniese oplossings, soos om die verplasing en krag van enjins te verhoog, ongeag die hoeveelheid brandstof wat verbruik word, dit gaan weg en ingenieurs begin soek meer effektiewe maniere om u doelwitte te bereik.
Op die oomblik is die tegnologiese faktor van aerodinamika bedek met 'n dik laag vergetelheidsstof, maar dit is nie heeltemal nuut vir ontwerpers nie. Die geskiedenis van tegnologie toon dat gevorderde en vindingryke breine soos die Duitser Edmund Rumpler en die Hongaar Paul Jaray (wat die kultus van die Tatra T77 geskep het) selfs in die twintigerjare vaartbelynde oppervlaktes gevorm het en die basis gelê het vir 'n aërodinamiese benadering tot die ontwerp van die bakkarrossie. Hulle is gevolg deur 'n tweede vlaag aerodinamiese spesialiste soos baron Reinhard von Kenich-Faxenfeld en Wunibald Kam, wat hul idees in die dertigerjare ontwikkel het.
Dit is vir almal duidelik dat met toenemende spoed daar 'n perk kom, waarbo lugweerstand 'n kritieke faktor word in die bestuur van 'n motor. Die skepping van aërodinamies geoptimaliseerde vorms kan hierdie limiet aansienlik opwaarts skuif en word uitgedruk deur die sogenaamde vloeikoëffisiënt Cx, aangesien 'n waarde van 1,05 'n kubus het wat loodreg op die lugvloei omgekeer word (as dit 45 grade langs sy as gedraai word, sodat sy stroomoprand word verminder tot 0,80). Hierdie koëffisiënt is egter net een deel van die lugweerstandsvergelyking – die grootte van die motor se frontale area (A) moet as ’n noodsaaklike element bygevoeg word. Die eerste van die take van aerodinamici is om skoon, aërodinamies doeltreffende oppervlaktes te skep (faktore waarvan, soos ons sal sien, daar baie in die motor is), wat uiteindelik lei tot 'n afname in die vloeikoëffisiënt. Om laasgenoemde te meet, is 'n windtonnel nodig, wat 'n duur en uiters komplekse fasiliteit is – 'n voorbeeld hiervan is BMW se 2009 miljoen euro-tonnel wat in 170 in gebruik geneem is. Die belangrikste komponent daarin is nie 'n reusewaaier, wat soveel elektrisiteit verbruik dat dit 'n aparte transformatorstasie nodig het nie, maar 'n akkurate rollerstander wat al die kragte en momente meet wat die lugstraal op die motor uitoefen. Sy taak is om al die interaksie van die motor met die lugvloei te evalueer en die spesialiste te help om elke detail te bestudeer en dit op so 'n manier te verander dat dit nie net doeltreffend in die lugvloei is nie, maar ook in ooreenstemming met die wense van die ontwerpers. . Basies kom die hoofsleurkomponente wat 'n motor teëkom van wanneer die lug voor hom saamdruk en skuif en – iets uiters belangrik – van die intense turbulensie agter hom agter. Daar word ’n laagdruksone gevorm wat geneig is om die motor te trek, wat weer meng met die sterk invloed van die draaikolk, wat aerodinamici ook “dooie opwekking” noem. Om logiese redes, agter landgoedmodelle, is die vlak van verminderde druk hoër, waardeur die vloeikoëffisiënt 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 het die algehele vorm en proporsies van moderne motors 'n aandeel van 40 persent van die totale lugweerstand, waarvan 'n kwart bepaal word deur voorwerpoppervlakstruktuur en kenmerke soos spieëls, ligte, nommerplaat en antenna. 10% van die lugweerstand is as gevolg van die vloei deur die gate na die remme, enjin en ratkas. 20% is die gevolg van draaikolk in die verskillende vloer- en veringstrukture, dit wil sê alles wat onder die motor gebeur. En die interessantste is dat tot 30% van die lugweerstand te wyte is aan die draaikolke wat om die wiele en vlerke geskep word. ’n Praktiese demonstrasie van hierdie verskynsel gee ’n duidelike aanduiding hiervan – die verbruikskoëffisiënt van 0,28 per motor neem af na 0,18 wanneer die wiele verwyder word en die gate in die vlerk bedek word met die voltooiing van die motor se vorm. Dit is nie toevallig dat alle motors met verbasend lae kilometers, soos die eerste Honda Insight en GM se 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 'n groot hoeveelheid verkoelingslug benodig nie, het die GM-ontwikkelaars toegelaat om die EV1-model met 'n vloeikoëffisiënt van slegs 0,195 te ontwikkel. Tesla model 3 het Cx 0,21. Om die draaikolk om die wiele in voertuie met binnebrandenjins, sg. "Luggordyne" in die vorm van 'n dun vertikale stroom lug word vanaf die opening in die voorbuffer gerig, wat om die wiele waai en die draaikolke stabiliseer. Die vloei na die enjin word beperk deur aërodinamiese luike, en die onderkant is heeltemal toe.
Hoe laer die kragte gemeet deur die roller staan, hoe laer die Cx. Volgens die standaard word dit teen 'n spoed van 140 km/h gemeet - 'n waarde van 0,30 beteken byvoorbeeld dat 30 persent van die lug waardeur 'n motor beweeg tot sy spoed versnel. Wat die voorste area betref, vereis die lees daarvan 'n baie eenvoudiger prosedure - hiervoor, met behulp van 'n laser, word die eksterne kontoere van die motor geskets as dit van voor gesien word, en die geslote area in vierkante meter word bereken. Dit word vervolgens met die vloeifaktor vermenigvuldig om die voertuig se totale lugweerstand in vierkante meter te verkry.
Om terug te keer na die historiese uiteensetting van ons aerodinamiese beskrywing, 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 1980's). ) omdat die aërodinamiese faktor min effek het weens die kort tydperk van hoëspoedbeweging. Alhoewel die vloeikoëffisiënt met verloop van tyd afneem, lei die verhoging van die grootte van voertuie in elke klas tot 'n toename in frontale area en dus 'n toename in lugweerstand. Motors soos die VW Golf, Opel Astra en BMW 7-reeks het hoër lugweerstand as hul voorgangers in die 1990's gehad. Hierdie neiging word aangevuur deur 'n groep indrukwekkende SUV-modelle met hul groot frontale area en verslegtende verkeer. Hierdie tipe motor is hoofsaaklik gekritiseer vir sy enorme gewig, maar in die praktyk neem hierdie faktor 'n laer relatiewe belangrikheid aan met toenemende spoed - terwyl wanneer buite die stad teen 'n spoed van ongeveer 90 km/h gery word, die proporsie lugweerstand is ongeveer 50 persent, by By snelwegsnelhede neem dit toe tot 80 persent van die totale sleep wat die voertuig teëkom.
Aërodinamiese buis
Nog 'n voorbeeld van die rol van lugweerstand in voertuigprestasies is die tipiese Smart city-model. 'N Tweesitplek-motor kan in stadstrate rats en rats wees, maar 'n kort en goed geproporiseerde bak is uit 'n aerodinamiese oogpunt uiters ondoeltreffend. Teen die agtergrond van ligte gewig word lugweerstand 'n al hoe belangriker element, en met die Smart begin dit 'n sterk impak hê op snelhede van 50 km / h. Dit is nie verbasend dat dit ondanks sy liggewig-ontwerp nie aan die verwagtinge vir lae koste voldoen het nie.
Ten spyte van Smart se tekortkominge, toon moedermaatskappy Mercedes se benadering tot lugdinamika egter 'n metodiese, konsekwente en proaktiewe benadering tot die proses om doeltreffende vorms te skep. Daar kan geargumenteer word dat die resultate van beleggings in windtonnels en harde werk op hierdie gebied veral in hierdie maatskappy sigbaar is. ’n Besonder treffende voorbeeld van die effek van hierdie proses is die feit dat die huidige S-klas (Cx 0,24) minder windweerstand as die Golf VII (0,28) het. In die proses om meer binneruimte te vind, het die vorm van die kompakte model 'n taamlik groot frontale area verkry, en die vloeikoëffisiënt is slegter as dié van die S-klas as gevolg van die korter lengte, wat nie lang vaartbelynde oppervlaktes toelaat nie. en hoofsaaklik as gevolg van 'n skerp oorgang na die agterkant, wat die vorming van draaikolke bevorder. VW was vasbeslote dat die nuwe agtste generasie Golf aansienlik minder lugweerstand en 'n laer en meer vaartbelynde vorm sou hê, maar ten spyte van die nuwe ontwerp en toetsvermoëns was dit uiters uitdagend vir die motor. met hierdie formaat. Met 'n faktor van 0,275 is dit egter die mees aërodinamiese Golf wat ooit gemaak is. Die laagste aangetekende brandstofverbruikverhouding van 0,22 per voertuig met 'n binnebrandenjin is dié van 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 nog meer elektriese voertuie. In die geval van die Prius word die behoefte aan 'n hoogs aërodinamiese vorm byvoorbeeld ook gedikteer deur die feit dat namate die spoed toeneem, die doeltreffendheid van die baster kragstasie afneem. In die geval van elektriese voertuie is alles wat verband hou met verhoogde kilometers in die elektriese modus uiters belangrik. Volgens kenners sal 'n gewigsverlies van 100 kg die motor se kilometers met net 'n paar kilometer verhoog, maar aan die ander kant is aerodinamika van die allergrootste belang vir 'n elektriese motor. Eerstens omdat die groot massa van hierdie voertuie hulle in staat stel om van die energie wat deur die herstel aangewend word, te herwin, en tweedens, omdat die hoë wringkrag van die elektriese motor dit in staat stel om te kompenseer vir die effek van gewig tydens aanvang, en die doeltreffendheid daarvan afneem by hoë snelhede en hoë snelhede. Daarbenewens benodig die kragelektronika en die elektriese motor minder afkoellug, wat 'n kleiner opening aan die voorkant van die motor moontlik maak, wat, soos ons opgemerk het, die hoofoorsaak van verminderde liggaamsvloei is. 'N Ander element om ontwerpers te motiveer om meer aërodinamies doeltreffende vorms te skep in moderne inprop-baster-modelle, is die elektriese dryfmodus sonder versnelling, of sogenaamde. vaar. Anders as seilbote, waar die term gebruik word en die wind die boot moet skuif, sal motors met elektries aangedrewe kilometers verhoog as die motor minder lugweerstand het. Die mees kostedoeltreffende manier om brandstofverbruik te verminder, is om 'n aerodinamies-geoptimaliseerde vorm te skep.
Die verbruikskoëffisiënte van sommige bekende motors:
Mercedes Simplex
Vervaardiging 1904, Cx = 1,05
Rumpler val wa
Vervaardiging 1921, Cx = 0,28
Ford Model T
Vervaardiging 1927, Cx = 0,70
Kama eksperimentele model
Vervaardig in 1938, Cx = 0,36.
Mercedes platemotor
Vervaardiging 1938, Cx = 0,12
VW bus
Vervaardiging 1950, Cx = 0,44
Volkswagen "skilpad"
Vervaardiging 1951, Cx = 0,40
Panhard Dina
Vervaardig in 1954, Cx = 0,26.
Porsche 356 A
Vervaardig in 1957, Cx = 0,36.
MG EX 181
1957 produksie, Cx = 0,15
Citroen DS 19
Vervaardiging 1963, Cx = 0,33
NSU Sport Prins
Vervaardiging 1966, Cx = 0,38
Mercedes S 111
Vervaardiging 1970, Cx = 0,29
Volvo 245 Estate
Vervaardiging 1975, Cx = 0,47
Audi 100
Vervaardiging 1983, Cx = 0,31
Mercedes W 124
Vervaardiging 1985, Cx = 0,29
Lamborghini Countach
Vervaardiging 1990, Cx = 0,40
Toyota Prius 1
Vervaardiging 1997, Cx = 0,29
