Аэродинамика бойынша анықтамалық

Автокөліктің ауа өткізбейтіндігіне әсер ететін маңызды факторлар

Төмен ауаға төзімділік отын шығынын азайтуға көмектеседі. Алайда, осыған байланысты дамудың үлкен кеңістігі бар. Егер, әрине, аэродинамика мамандары дизайнерлердің пікірімен келіссе.

«Мотоцикл жасай алмайтындарға арналған аэродинамика». Бұл сөздерді Энцо Феррари алпысыншы жылдары айтқан және сол кездегі көптеген дизайнерлердің машинаның осы технологиялық жағына қатынасын айқын көрсетеді. Алайда, тек он жылдан кейін ғана бүкіл мұнай жүйесін түбегейлі өзгерткен алғашқы мұнай дағдарысы орын алды. Автокөлік қозғалысы кезіндегі барлық қарсыласу күштерін, әсіресе ауа қабаттарынан өткен кезде пайда болатын күштерді, жанармайдың мөлшеріне қарамастан, қозғалтқыштардың орын ауыстыруы мен қуатын арттыру сияқты кең техникалық шешімдер жеңетін кездер, олар кетіп, инженерлер қарай бастайды. мақсаттарға жетудің тиімді жолдары.

Қазіргі уақытта аэродинамиканың технологиялық факторы ұмытшақ шаңның қалың қабатымен жабылған, бірақ дизайнерлер үшін бұл жаңалық емес. Технологияның тарихы көрсеткендей, 77-ші жылдары да неміс Эдмунд Румплер және венгр Пол Жарай (иконалық Татра TXNUMX-ті жасаған) сияқты озық және өнертапқыш ақыл-ойлар ұтымды беттерді қалыптастырды және автомобильдер корпусының дизайнына аэродинамикалық тәсілдің негізін қалады. Олардың артынан ХNUMX-да өз идеяларын дамытқан барон Рейнхард фон Кёних-Факсенфельд және Вунибальд Кам сияқты аэродинамика мамандарының екінші толқыны келді.

Жылдамдықтың артуымен ауаның кедергісі автомобильді басқару үшін маңызды факторға айналатын шектеулер келетіні барлығына түсінікті. Аэродинамикалық оңтайландырылған пішіндерді жасау бұл шекті жоғары қарай айтарлықтай жылжытуы мүмкін және ағынның Cx деп аталатын коэффициентімен көрсетіледі, өйткені 1,05 мәні ауа ағынына перпендикуляр төңкерілген текшеге ие (егер ол өз осінің бойымен 45 градусқа бұрылса, жоғары ағынға айналуы үшін). жиегі 0,80 дейін азаяды). Дегенмен, бұл коэффициент ауа кедергісі теңдеуінің бір бөлігі ғана - маңызды элемент ретінде көлік құралының маңдай аймағының өлшемін (A) қосу керек. Аэродинамиктердің бірінші міндеті - таза, аэродинамикалық тиімді беттерді жасау (олардың факторлары, біз көретініміздей, автомобильде көп), бұл ақыр соңында ағынның төмен коэффициентіне әкеледі. Соңғысын өлшеу үшін жел туннелі қажет, бұл қымбат және өте күрделі құрылым – бұған мысал ретінде 2009 жылы пайдалануға берілген туннельді келтіруге болады. Компанияға 170 миллион еуроға түскен BMW. Ондағы ең маңызды құрамдас бөлек трансформаторлық қосалқы станцияны қажет ететіндей көп электр энергиясын тұтынатын алып желдеткіш емес, ауа ағынының автомобильге түсіретін барлық күштері мен сәттерін өлшейтін дәл роликті тірек. Оның міндеті - автомобильдің ауа ағынымен барлық өзара әрекеттесуін бағалау және мамандарға әрбір бөлшекті зерттеп, оны ауа ағынында тиімді ғана емес, сонымен қатар дизайнерлердің тілектеріне сәйкес өзгертуге көмектесу. . Негізінде, көліктің сүйреуінің негізгі құрамдас бөліктері оның алдындағы ауа сығылған және ығысқан кезде пайда болады, және ең бастысы - артқы жағындағы қатты турбуленттіліктен. Онда автомобильді сүйретуге бейім төмен қысымды аймақ дамиды, ол өз кезегінде аэродинамистер «өлі қозу» деп те атайтын құйынның күшті әсерімен араласады. Логикалық себептерге байланысты станция вагондарының үлгілері жоғары вакуум деңгейіне ие, нәтижесінде ағынның коэффициенті нашарлайды.

Аэродинамикалық кедергі факторлары

Соңғысы автомобильдің жалпы пішіні сияқты факторларға ғана емес, сонымен қатар нақты бөлшектер мен беттерге де байланысты. Іс жүзінде қазіргі заманғы автомобильдердің жалпы пішіні мен пропорциялары жалпы ауа кедергісінің 40 пайызын құрайды, оның төрттен бірі объектінің бетінің құрылымымен және айналар, шамдар, мемлекеттік нөмірлер және антенналар сияқты элементтермен анықталады. Ауа кедергісінің 10% желдеткіш саңылаулар арқылы тежегіштерге, қозғалтқышқа және трансмиссияға ағынмен байланысты. 20% - бұл әртүрлі едендік және аспалы құрылымдардағы құйынның нәтижесі, яғни автомобиль астында болатын барлық нәрсе. Ең қызығы, ауа кедергісінің 30%-ы дөңгелектер мен қанаттардың айналасында пайда болатын құйындылардан туындайды. Бұл құбылыстың практикалық демонстрациясы мұны анық көрсетеді - доңғалақтарды алып тастағанда және қоршаулардың саңылаулары жабылған кезде бір автомобильге 0,28-ден ағын коэффициенті 0,18-ге дейін төмендейді. Honda-ның бірінші Insight және GM-тің EV1 сияқты таңғажайып төмен жанармай құйылған көліктердің барлығында жасырын артқы қоршаулар болуы кездейсоқ емес. Жалпы аэродинамикалық пішіні және жабық алдыңғы жағы, электр қозғалтқышы салқындату ауасын көп қажет етпейтіндіктен, GM дизайнерлеріне тек 1 шығын коэффициентімен EV0,195 әзірлеуге мүмкіндік берді. Tesla 3 моделінде Cx 0,21 бар. Іштен жанатын қозғалтқыштары бар автомобильдерде доңғалақ құйындысын азайту үшін дөңгелектер деп аталатындар қолданылады. Алдыңғы бампердегі саңылаудан бағытталған жұқа тік ауа ағыны түріндегі «ауа перделері» доңғалақтардың үстінен үрлейтін және тұрақтандыратын құйындылар, қозғалтқышқа ағын аэродинамикалық жалюзимен шектеледі, ал корпус асты толығымен жабылады.

Роликті тіреуішпен өлшенетін күштердің мәндері неғұрлым төмен болса, соғұрлым Cx төмен болады. Ол әдетте 140 км/сағ жылдамдықпен өлшенеді - 0,30 мәні, мысалы, автомобиль өтетін ауаның 30 пайызы оның жылдамдығына сәйкес жылдамдатылатынын білдіреді. Алдыңғы жағына келетін болсақ, оны оқу әлдеқайда қарапайым процедураны талап етеді - бұл үшін машинаның сыртқы контурлары алдыңғы жағынан қараған кезде лазердің көмегімен сызылады және шаршы метрмен қоршалған аумақ есептеледі. Содан кейін бұл көліктің шаршы метрдегі жалпы ауа кедергісін алу үшін шығын коэффициентіне көбейтіледі.

Біздің аэродинамикалық әңгімеміздің тарихи құрылымына оралсақ, біз 1996 жылы стандартталған жанармай тұтыну циклін (NEFZ) құру шын мәнінде автомобильдердің аэродинамикалық эволюциясында теріс рөл атқарғанын көреміз (ол ХNUMX-те айтарлықтай ілгерілеген). ), себебі аэродинамикалық фактор жоғары жылдамдықты қозғалыстың қысқа кезеңіне байланысты аз әсер етеді. Жылдар бойы тұтыну коэффициентінің төмендеуіне қарамастан, әрбір класстың көліктерінің өлшемдерінің ұлғаюы фронтальды аймақтың ұлғаюына, демек, ауа кедергісінің артуына әкеледі. VW Golf, Opel Astra және BMW 7 сериялары сияқты автомобильдер 90-шы жылдардағы бұрынғыларына қарағанда ауаға төзімділігі жоғары болды. Бұл тенденция үлкен маңдай аймағымен және аэродинамикасы нашарлаған әсерлі жол талғамайтын модельдермен қамтамасыз етілген. Автокөліктің бұл түрі негізінен ауыр салмағы үшін сынға алынды, бірақ іс жүзінде бұл фактор жылдамдық артқан сайын салыстырмалы түрде маңызды болмайды - қала сыртында шамамен 90 км/сағ жылдамдықпен жүргенде ауа кедергісінің үлесі шамамен 50 пайыз, тас жолдағы жылдамдықта ол көлік кездесетін жалпы кедергінің 80 пайызына дейін артады.

Аэродинамикалық түтік

Көлік жұмысындағы ауа кедергісінің рөлінің тағы бір мысалы - Smart City үлгісі. Екі орындық қала көшелерінде икемді және икемді болуы мүмкін, бірақ оның қысқа және жақсы пропорционалды корпусы аэродинамикалық тұрғыдан өте тиімсіз. Жеңіл салмақ фонында ауаның кедергісі барған сайын маңызды элементке айналады және Smart-мен ол 50 км/сағ жылдамдықта күшті әсер ете бастайды, оның жеңіл дизайнына қарамастан, оның өмір сүруі ғажап емес төмен шығындар күтулері.

Дегенмен, Smart компаниясының кемшіліктеріне қарамастан, Mercedes-тің бас компаниясының аэродинамикаға деген көзқарасы әсерлі пішіндерді жасау процесіне әдістемелік, дәйекті және белсенді көзқарастың үлгісі болып табылады. Жел туннельдеріне салынған инвестиция мен осы саладағы қажырлы еңбектің нәтижесі бұл кәсіпорында ерекше байқалады деп айтуға болады. Бұл процестің әсерінің ерекше жарқын мысалы - қазіргі S-Class (Cx 0,24) Golf VII (0,28) қарағанда ауаға төзімділігі азырақ. Көбірек ішкі кеңістікті іздеу процесінде ықшам модельдің пішіні айтарлықтай үлкен фронтальды аймаққа ие болды және тұтыну коэффициенті S-сыныпқа қарағанда нашар, оның ұзындығының қысқа болуына байланысты, бұл құруға мүмкіндік бермейді. тегістелген беттер және т.б. - қазірдің өзінде артқы жағынан күрт өтуге байланысты, құйындылардың пайда болуына ықпал етеді. Дегенмен, VW келесі буын Гольфтың тартымдылығы айтарлықтай аз болады және төменгі, жеңілдетілген пішінге ие болады деп сенімді. Іштен жану қозғалтқышы бар көлік құралы үшін 0,22 тіркелген ең төменгі тұтыну коэффициенті Mercedes CLA 180 BlueEfficiency болып табылады.

Электр машиналарының артықшылығы

Аэродинамикалық пішіннің салмаққа қатысты маңыздылығының тағы бір мысалы - заманауи гибридтік модельдер және одан да көп электромобильдер. Мысалы, Prius жағдайында жоғары аэродинамикалық конструкцияның қажеттілігі жылдамдық өскен сайын гибридті электр қозғалтқышының тиімділігі күрт төмендейтіндігімен де байланысты. Электр машиналары жағдайында, электр режимінде жүгірістің ұлғаюымен байланысты барлық нәрсе өте маңызды. Сарапшылардың пікірінше, салмақты 100 кг-ға азайту автомобильдің жүгірісін бірнеше шақырымға арттырады, бірақ екінші жағынан, электродомобиль үшін аэродинамиканың маңызы зор.

Біріншіден, бұл автомобильдердің үлкен массасы қалпына келтіруге жұмсалған энергияның бір бөлігін қалпына келтіруге мүмкіндік беретіндіктен, екіншіден, электр қозғалтқышының жоғары айналу моменті оны іске қосу кезінде салмақ әсерін өтеуге мүмкіндік береді және оның тиімділігі төмендейді. жоғары жылдамдықта және жоғары жылдамдықта. Сонымен қатар, қуат электроникасы мен электр қозғалтқышы салқындатқыш ауаны аз талап етеді, бұл автомобильдің алдыңғы жағында кішірек саңылау жасауға мүмкіндік береді, бұл біз жоғарыда атап өткендей, дене аэродинамикасының нашарлауының негізгі себебі болып табылады. Қазіргі қосылатын гибридті модельдерде дизайнерлерді аэродинамикалық тиімді пішіндерді жасауға ынталандыратын тағы бір элемент - жеделдетусіз, тек электрмен жүретін жүргізу режимі немесе деп аталатын. жүзу. Термин қайдан шыққан және жел қайықты жылжытуы керек желкенді қайықтардан айырмашылығы, автомобильдерде ауа кедергісі аз болса, электрлік жүгіріс артады. Аэродинамикалық оңтайландырылған пішінді жасау отын шығынын азайтудың ең үнемді жолы болып табылады.

Мәтін: Георгий Колев

Кейбір танымал машиналардың тұтыну коэффициенттері:

Mercedes Simplex

1904 ж.ш., Cx = 1,05

Rumbler Troppenwagen

1921 ж.ш., Cx = 0,28

Форд моделі Т.

1927 ж.ш., Cx = 0,70

Тәжірибелік модель Кам

1938 ж.ш., Cx = 0,36

Мерседес рекорды

1938 ж.ш., Cx = 0,12

VW автобусы

1950 ж.ш., Cx = 0,44

VW «тасбақа»

1951 ж.ш., Cx = 0,40

Панхард деканы

1954 ж.ш., Cx = 0,26

Porsche 356

1957 ж.ш., Cx = 0,36

MG EX 181

1957 ж.ш., Cx = 0,15

Citroen DS 19

1963 ж.ш., Cx = 0,33

NSU Sport Prince

1966 ж.ш., Cx = 0,38

Mercedes C 111

1970 ж.ш., Cx = 0,29

Volvo 245 фургоны

1975 ж.ш., Cx = 0,47

Audi 100

1983 ж.ш., Cx = 0,31

Mercedes W 124

1985 ж.ш., Cx = 0,29

Toyota Prius 1

1997 ж.ш., Cx = 0,29