Турбулентті ағын
Мазмұны
Заманауи технологиялар автомобильдің аэродинамикасын қалай өзгертуде
Ауаға төзімділігі төмен отын шығынын азайтуға көмектеседі. Осыған байланысты дамудың үлкен мүмкіндіктері бар. Әзірге, әрине, аэродинамика мамандары дизайнерлердің пікірімен келіседі.
«Мотоцикл жасай алмағандарға арналған аэродинамика.» Бұл сөздерді 60-жылдары Энцо Феррари айтқан және уақыттың көптеген дизайнерлерінің автомобильдің осы технологиялық жағына деген көзқарасы айқын көрінеді. Алайда, он жылдан кейін алғашқы мұнай дағдарысы басталды және олардың бүкіл құндылықтар жүйесі түбегейлі өзгерді. Автокөліктің қозғалысындағы барлық қарсыласу күштері, әсіресе оның ауа қабаттарынан өтуі нәтижесінде пайда болатын уақыттар, пайдаланылатын жанармайдың мөлшеріне қарамай қозғалтқыштардың жылжуы мен қуатын арттыру сияқты кең техникалық шешімдерден өтіп, олар кетіп, инженерлер бастайды. мақсатқа жетудің тиімді жолдарын іздеңіз.
Қазіргі уақытта аэродинамиканың технологиялық факторы қоқыстың қалың қабатымен жабылған, бірақ бұл дизайнерлер үшін мүлдем жаңалық емес. Технологиялар тарихы жиырмасыншы жылдары да неміс Эдмунд Румплер және венгриялық Пол Ярай (Tatra T77 табынуын жасаған) сияқты жетілдірілген және тапқыр мидың жетілдірілген беттерді қалыптастырғанын және автомобиль корпусының дизайнына аэродинамикалық көзқарастың негізін қалағанын көрсетеді. Оларды кейіннен 1930-шы жылдары идеяларын дамытқан Барон Рейнхард фон Конич-Факсенфельд және Вунибальд Кам сияқты екінші аэродинамикалық мамандар толқынына ілесті.
Жылдамдықтың жоғарылауымен ауа кедергісі автокөлікті басқарудың маңызды факторына айналатын шектеу болатыны барлығына түсінікті. Аэродинамикалық оңтайландырылған пішіндерді жасау бұл шекті айтарлықтай жоғары жылжыта алады және Cx деп аталатын ағын коэффициенті арқылы өрнектеледі, өйткені 1,05 мәні ауа ағынына перпендикуляр төңкерілген текшеге ие (егер ол өз осінің бойымен 45 градусқа бұрылса, осылайша оның жоғарғы жиегі 0,80-ге дейін азаяды). Дегенмен, бұл коэффициент ауа кедергісі теңдеуінің бір бөлігі ғана - маңызды элемент ретінде автомобильдің алдыңғы аймағының өлшемін (A) қосу керек. Аэродинамиктердің міндеттерінің біріншісі - таза, аэродинамикалық тиімді беттерді жасау (олардың факторлары, біз көретініміздей, автомобильде көп), бұл ақыр соңында ағын коэффициентінің төмендеуіне әкеледі. Соңғысын өлшеу үшін жел туннелі қажет, бұл қымбат және өте күрделі нысан – бұған мысал ретінде BMW-ның 2009 жылы пайдалануға берілген 170 миллион еуролық туннелін келтіруге болады. Ондағы ең маңызды құрамдас бөлек трансформатор станциясын қажет ететіндей көп электр қуатын тұтынатын алып желдеткіш емес, ауа ағынының автомобильге түсіретін барлық күштері мен сәттерін өлшейтін дәл роликті стенд. Оның жұмысы - автокөліктің ауа ағынымен барлық әрекеттесуін бағалау және мамандарға әрбір бөлшекті зерттеп, оны ауа ағынында тиімді етіп қана қоймай, сонымен қатар дизайнерлердің тілектеріне сәйкес өзгертуге көмектесу. . Негізінде, көліктің негізгі кедергі құрамдас бөліктері оның алдындағы ауаның қысылуы және ауысуы және - өте маңызды нәрсе - артқы жағындағы қарқынды турбуленттіліктен туындайды. Онда автомобильді тартуға бейім төмен қысымды аймақ қалыптасады, ол өз кезегінде құйынның күшті әсерімен араласады, аэродинамистер оны «өлі қозу» деп те атайды. Логикалық себептерге байланысты жылжымайтын мүлік модельдерінің артында төмендетілген қысым деңгейі жоғарырақ, нәтижесінде ағынның коэффициенті нашарлайды.
Аэродинамикалық сүйреу 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 бір бөлігі объект бетінің құрылымымен және айналар, шамдар, мемлекеттік нөмір және антенна сияқты ерекшеліктерімен анықталады. Ауа кедергісінің 10% тежегіштерге, қозғалтқышқа және беріліс қорабына саңылаулар арқылы ағынмен байланысты. 20% - әртүрлі еден мен аспа құрылымдарындағы құйынның нәтижесі, яғни автомобиль астында болатын барлық нәрсе. Ал ең қызығы, ауа кедергісінің 30%-ға дейіні дөңгелектер мен қанаттардың айналасында пайда болған құйындыларға байланысты. Бұл құбылыстың практикалық демонстрациясы мұның айқын көрінісін береді - автокөліктің пішіні аяқталғаннан кейін дөңгелектерді алып тастау және қанаттағы тесіктерді жабу кезінде бір автомобильге 0,28-ден тұтыну коэффициенті 0,18-ге дейін төмендейді. Бірінші Honda Insight және GM EV1 электромобильдері сияқты таңқаларлық төмен жүгіріс автомобильдерінің барлығында жасырын артқы қоршаулар болуы кездейсоқ емес. Жалпы аэродинамикалық пішіні және жабық алдыңғы жағы, электр қозғалтқышы салқындату ауасының көп мөлшерін қажет етпейтіндіктен, GM әзірлеушілеріне тек 1 ағын коэффициенті бар EV0,195 моделін әзірлеуге мүмкіндік берді. Tesla 3 моделінде Cx 0,21 бар. Іштен жанатын қозғалтқыштары бар көліктерде дөңгелектердің айналасындағы құйынды азайту үшін, деп аталатын. Жұқа тік ауа ағыны түріндегі «ауа перделері» алдыңғы бампердегі саңылаудан бағытталып, дөңгелектердің айналасына үрлеп, құйындыларды тұрақтандырады. Қозғалтқышқа түсетін ағын аэродинамикалық жапқыштармен шектеледі, ал түбі толығымен жабылады.
Роликті тіреуішпен өлшенетін күштер неғұрлым төмен болса, соғұрлым Cx төмен болады. Стандартқа сәйкес, ол 140 км / сағ жылдамдықпен өлшенеді - 0,30 мәні, мысалы, автомобиль өтетін ауаның 30 пайызы оның жылдамдығына дейін жылдамдайтынын білдіреді. Алдыңғы аймаққа келетін болсақ, оны оқу әлдеқайда қарапайым процедураны қажет етеді - бұл үшін лазердің көмегімен машинаның сыртқы контурлары алдыңғы жағынан қаралған кезде белгіленеді және шаршы метрдегі жабық аумақ есептеледі. Бұл көліктің шаршы метрдегі жалпы ауа кедергісін алу үшін кейіннен шығын коэффициентіне көбейтіледі.
Біздің аэродинамикалық сипаттамамыздың тарихи құрылымына оралсақ, 1996 жылы стандартталған отын шығынын өлшеу циклінің (NEFZ) құрылуы шын мәнінде автомобильдердің аэродинамикалық эволюциясында теріс рөл атқарғанын көреміз (ол 1980 жылдары айтарлықтай ілгерілеген). ) себебі жоғары жылдамдықты қозғалыстың қысқа мерзіміне байланысты аэродинамикалық фактор аз әсер етеді. Уақыт өте келе шығын коэффициенті азайса да, әрбір сыныптағы көліктердің көлемін ұлғайту фронтальды аймақтың ұлғаюына, демек, ауа кедергісінің жоғарылауына әкеледі. VW Golf, Opel Astra және BMW 7 сериялары сияқты автомобильдер 1990-шы жылдардағы бұрынғыларына қарағанда ауаға төзімділігі жоғары болды. Бұл тенденция үлкен маңдай аймағымен және қозғалыстың нашарлауымен әсерлі жол талғамайтын модельдердің когортасынан туындады. Автокөліктің бұл түрі негізінен оның үлкен салмағы үшін сынға алынды, бірақ іс жүзінде бұл фактор жылдамдықтың жоғарылауымен салыстырмалы түрде төменірек маңыздылыққа ие болады - қала сыртында шамамен 90 км / сағ жылдамдықпен жүргенде, ауа кедергісінің үлесі Шамамен 50 пайыз, тас жолдағы жылдамдықта ол көлік құралы кездесетін жалпы сүйретудің 80 пайызына дейін артады.
Аэродинамикалық түтік
Автокөліктің жұмысында ауаның тұрақтылығының рөлінің тағы бір мысалы - бұл қарапайым қала моделі. Екі орындық көлік қала көшелерінде жылдам әрі икемді бола алады, бірақ қысқа және пропорционалды корпус аэродинамикалық тұрғыдан өте тиімсіз. Жеңіл салмақ жағдайында ауаға төзімділік барған сайын маңызды элементтерге айналуда және Smart-пен бірге ол 50 км / сағ жылдамдықта қатты әсер ете бастайды.Ол жеңіл дизайнға қарамастан, арзан бағамен күтілмеген болатын.
Смарттың кемшіліктеріне қарамастан, Mercedes-тің бас компаниясының аэродинамикаға деген көзқарасы тиімді пішіндерді жасау процесіне әдістемелік, дәйекті және белсенді көзқарасты көрсетеді. Жел туннельдеріне салынған инвестиция мен осы саладағы қажырлы еңбектің жемісі осы кәсіпорында ерекше байқалады деп айтуға болады. Бұл процестің әсерінің ерекше жарқын мысалы - қазіргі S-Class (Cx 0,24) Golf VII (0,28) қарағанда желге төзімділігі азырақ. Көбірек ішкі кеңістікті табу процесінде ықшам модельдің пішіні айтарлықтай үлкен фронтальды аймаққа ие болды, ал ағынның коэффициенті S-сыныбына қарағанда қысқа ұзындыққа байланысты нашар, бұл ұзақ тегістелген беттерге мүмкіндік бермейді. және негізінен құйындылардың қалыптасуына ықпал ететін артқы жағына күрт өтуге байланысты. VW жаңа сегізінші буын Гольфтың ауаға төзімділігі айтарлықтай азырақ және пішіні төменірек және жеңілдетілген болады деп сенімді болды, бірақ жаңа дизайн мен сынақ мүмкіндіктеріне қарамастан, бұл автомобиль үшін өте қиын болды. осы форматпен. Дегенмен, 0,275 коэффициентімен бұл бұрын-соңды жасалған ең аэродинамикалық гольф. Іштен жану қозғалтқышы бар көлік құралына 0,22 отын тұтынудың ең төмен тіркелген коэффициенті Mercedes CLA 180 BlueEfficiency болып табылады.
Электр машиналарының артықшылығы
Аэродинамикалық пішіннің салмаққа қатысты маңыздылығының тағы бір мысалы - қазіргі гибридті модельдер және одан да көп электр машиналары. Мысалы, Приус жағдайында жоғары аэродинамикалық формаға деген қажеттілік жылдамдық жоғарылаған сайын гибридті электр қозғалтқышының тиімділігі төмендейтіндігімен байланысты. Электрлік көліктерде электрлік режимде жүгірістің жоғарылауына байланысты барлық нәрсе өте маңызды. Мамандардың айтуынша, 100 келі салмақ жоғалту автомобильдің жүгірісін бірнеше шақырымға арттырады, бірақ екінші жағынан, электромобиль үшін аэродинамика өте маңызды. Біріншіден, бұл көліктердің үлкен массасы оларды қалпына келтіруге жұмсалған энергияның бір бөлігін алуға мүмкіндік береді, екіншіден, электр қозғалтқышының жоғары моменті іске қосу кезінде салмақтың әсерін өтеуге мүмкіндік береді, ал оның тиімділігі жоғары жылдамдықпен және жоғары жылдамдықпен төмендейді. Сонымен қатар, электрлік электроника мен электр қозғалтқышы салқындатқыш ауаны қажет етеді, бұл автомобильдің алдыңғы бөлігінде аз ашылуға мүмкіндік береді, бұл, атап өткеніміздей, ағымның төмендеуінің негізгі себебі болып табылады. Заманауи қосылатын гибридті модельдерде аэродинамикалық тиімді формаларды жасауға дизайнерлерді ынталандырудың тағы бір элементі - электр қуатын тек жеделдету режимі немесе деп аталады. желкенді спорт. Бұл термин қолданылатын жел және қайықтың қозғалуы қажет желкенді қайықтардан айырмашылығы, автомобильдерде ауаға төзімділік аз болған жағдайда электрмен жүретін жүгіріс көбейер еді. Аэродинамикалық оңтайландырылған пішінді жасау отын шығынын азайтудың ең тиімді әдісі болып табылады.
Кейбір танымал машиналардың тұтыну коэффициенттері:
Mercedes Simplex
Өндіріс 1904, Cx = 1,05
Ромплер түсіретін вагон
Өндіріс 1921, Cx = 0,28
Ford моделі T
Өндіріс 1927, Cx = 0,70
Кама эксперименттік моделі
1938 жылы шығарылған, Cx = 0,36.
Мерседес рекорды
Өндіріс 1938, Cx = 0,12
VW автобусы
Өндіріс 1950, Cx = 0,44
Фольксваген «Тасбақа»
Өндіріс 1951, Cx = 0,40
Панхард деканы
1954 жылы шығарылған, Cx = 0,26.
Porsche 356 A
1957 жылы шығарылған, Cx = 0,36.
MG EX 181
1957 ж.ш., Cx = 0,15
Citroen DS 19
Өндіріс 1963, Cx = 0,33
NSU Sport Prince
Өндіріс 1966, Cx = 0,38
Mercedes S 111
Өндіріс 1970, Cx = 0,29
Volvo 245 жылжымайтын мүлік
Өндіріс 1975, Cx = 0,47
Audi 100
Өндіріс 1983, Cx = 0,31
Mercedes W 124
Өндіріс 1985, Cx = 0,29
Lamborghini countach
Өндіріс 1990, Cx = 0,40
Toyota Prius 1 ж
Өндіріс 1997, Cx = 0,29
