Turbulentti virtaus
Pitoisuus
Kuinka moderni tekniikka muuttaa auton aerodynamiikkaa
Alhainen ilmanvastus auttaa vähentämään polttoaineen kulutusta. Tältä osin kehitykselle on kuitenkin valtavia mahdollisuuksia. Toistaiseksi aerodynamiikan asiantuntijat ovat tietysti samaa mieltä suunnittelijoiden mielipiteen kanssa.
"Aerodynamiikka niille, jotka eivät voi tehdä moottoripyöriä." Enzo Ferrari puhui nämä sanat 60-luvulla, ja ne osoittavat selvästi monien aikaisempien suunnittelijoiden asenteen autoon tähän tekniikkaan. Kuitenkin vasta kymmenen vuotta myöhemmin tuli ensimmäinen öljykriisi ja heidän koko arvojärjestelmänsä muuttui radikaalisti. Ajat, jolloin kaikki auton liikkumisen vastusvoimat ja erityisesti ne, jotka syntyvät sen kulkiessa ilmakerrosten läpi, ylittyvät laajoilla teknisillä ratkaisuilla, kuten lisäämällä moottorien siirtymää ja tehoa poltetusta polttoaineen määrästä riippumatta, ne menevät pois ja insinöörit alkavat etsiä tehokkaampia tapoja saavuttaa tavoitteesi.
Tällä hetkellä aerodynamiikan tekninen tekijä on peitetty paksuilla unohdetulla pölykerroksilla, mutta se ei ole suunnittelijoille täysin uusi. Teknologian historia osoittaa, että jopa kahdenkymmenenluvulla kehittyneet ja kekseliät aivot, kuten saksalainen Edmund Rumpler ja unkarilainen Paul Jaray (joka loi Tatra T77 -kultin), muotoilivat virtaviivaisia pintoja ja loivat perustan aerodynaamiselle lähestymistavalle auton korin suunnittelussa. Heitä seurasi toinen aerodynaamisten asiantuntijoiden aalto, kuten paroni Reinhard von Kenich-Faxenfeld ja Wunibald Kam, jotka kehittivät ideoitaan 1930-luvulla.
Kaikille on selvää, että nopeuden kasvaessa tulee raja, jonka ylittyessä ilmanvastuksesta tulee kriittinen tekijä autolla ajamisessa. Aerodynaamisesti optimoitujen muotojen luominen voi siirtää tätä rajaa huomattavasti ylöspäin, ja se ilmaistaan ns. virtauskertoimella Cx, koska arvossa 1,05 on kuutio käännettynä kohtisuoraan ilmavirtaan nähden (jos sitä käännetään 45 astetta akseliaan pitkin, niin että sen ylävirran reuna pienenee arvoon 0,80). Tämä kerroin on kuitenkin vain yksi osa ilmanvastusyhtälöstä - auton etuosan koko (A) on lisättävä olennaiseksi elementiksi. Ensimmäinen aerodynaamisten tehtävistä on puhtaiden, aerodynaamisesti tehokkaiden pintojen luominen (joita, kuten näemme, autossa on monia), mikä lopulta johtaa virtauskertoimen laskuun. Jälkimmäisen mittaamiseen tarvitaan tuulitunneli, joka on kallis ja erittäin monimutkainen laitos – esimerkkinä tästä on BMW:n vuonna 2009 käyttöön otettu 170 miljoonan euron tunneli. Sen tärkein komponentti ei ole jättimäinen tuuletin, joka kuluttaa sähköä niin paljon, että se tarvitsee erillisen muuntajaaseman, vaan tarkka rullateline, joka mittaa kaikki ilmasuihkun autoon kohdistamat voimat ja momentit. Hänen tehtävänsä on arvioida kaikki auton vuorovaikutus ilmavirran kanssa ja auttaa asiantuntijoita tutkimaan jokaista yksityiskohtaa ja muuttamaan sitä siten, että se ei ainoastaan tee siitä tehokasta ilmavirrassa, vaan myös suunnittelijoiden toiveiden mukaisesti. . Pohjimmiltaan tärkeimmät vastuskomponentit, joita auto kohtaa, tulevat sen edessä olevan ilman puristumisesta ja siirtymisestä ja – mikä on erittäin tärkeää – takana olevasta voimakkaasta turbulenssista. Siellä muodostuu matalapainevyöhyke, joka pyrkii vetämään autoa, mikä vuorostaan sekoittuu pyörteen voimakkaaseen vaikutukseen, jota aerodynamiikka myös kutsuu "kuolleeksi viritykseksi". Loogisista syistä farmarimallien takana alennetun paineen taso on korkeampi, minkä seurauksena virtauskerroin huononee.
Aerodynaamiset vetokertoimet
Jälkimmäinen ei riipu pelkästään tekijöistä, kuten auton yleismuodosta, vaan myös tietyistä osista ja pinnoista. Käytännössä nykyaikaisten autojen kokonaismuodon ja mittasuhteiden osuus kokonaisilmavastuksesta on 40 prosenttia, josta neljänneksen määrää esineen pinnan rakenne ja ominaisuudet, kuten peilit, valot, rekisterikilpi ja antenni. Ilmavastuksesta 10 % johtuu virtauksesta aukkojen kautta jarruihin, moottoriin ja vaihteistoon. 20 % on seurausta pyörteistä erilaisissa lattia- ja jousitusrakenteissa, eli kaikessa, mitä auton alla tapahtuu. Ja mielenkiintoisin asia on, että jopa 30% ilmanvastuksesta johtuu pyörien ja siipien ympärille syntyvistä pyörteistä. Tämän ilmiön käytännön osoitus antaa selkeän osoituksen tästä - kulutuskerroin 0,28:sta autoa kohden laskee 0,18:aan, kun pyörät irrotetaan ja siiven reiät peitetään auton muodon valmistuessa. Ei ole sattumaa, että kaikissa yllättävän vähän ajetuissa autoissa, kuten ensimmäisessä Honda Insightissa ja GM:n EV1-sähköautossa, on piilotetut takalokasuojat. Yleinen aerodynaaminen muoto ja suljettu etupää, johtuen siitä, että sähkömoottori ei vaadi suurta määrää jäähdytysilmaa, antoivat GM-kehittäjille mahdollisuuden kehittää EV1-mallin, jonka virtauskerroin on vain 0,195. Tesla Model 3:n Cx 0,21. Pyörteiden ympärillä olevan pyörteen vähentämiseksi polttomoottorilla varustetuissa ajoneuvoissa ns. Ohuen pystysuoran ilmavirran muodossa olevat "ilmaverhot" ohjataan etupuskurin aukosta puhaltaen pyörien ympäri ja vakauttavat pyörteitä. Virtausta moottoriin rajoittavat aerodynaamiset ikkunaluukut, ja pohja on täysin suljettu.
Mitä pienemmät voimat rullatelineen mittaavat, sitä pienempi on Cx. Standardin mukaan se mitataan nopeudella 140 km / h - esimerkiksi arvo 0,30 tarkoittaa, että 30 prosenttia auton läpi kulkevasta ilmasta kiihtyy nopeuteensa. Mitä tulee etualueeseen, sen lukeminen vaatii paljon yksinkertaisempaa menettelyä - tätä varten laserin avulla hahmotetaan auton ulkoiset ääriviivat edestä katsottuna ja lasketaan suljettu pinta-ala neliömetrinä. Tämä kerrotaan myöhemmin virtauskertoimella, jotta saadaan ajoneuvon kokonaisilmavastus neliömetrinä.
Palataksemme aerodynaamisen kuvauksen historialliseen ääriviivaan, huomaamme, että standardoidun polttoaineenkulutuksen mittaussyklin (NEFZ) luominen vuonna 1996 itse asiassa vaikutti negatiivisesti autojen aerodynaamiseen kehitykseen (joka edistyi merkittävästi 1980-luvulla). ), koska aerodynaamisella tekijällä on vähän vaikutusta nopean liikkeen lyhyen ajanjakson vuoksi. Vaikka virtauskerroin pienenee ajan myötä, ajoneuvojen koon lisääminen kussakin luokassa lisää etupinta-alaa ja siten ilmanvastusta. VW Golfin, Opel Astran ja BMW 7-sarjan autojen ilmanvastus oli korkeampi kuin edeltäjänsä 1990-luvulla. Tätä kehitystä ruokkii joukko vaikuttavia SUV-malleja, joiden etuosa on suuri ja liikenne heikkenee. Tämän tyyppistä autoa on kritisoitu lähinnä valtavasta painostaan, mutta käytännössä tämä tekijä laskee suhteellista merkitystä nopeuden kasvaessa - kun taas kaupungin ulkopuolella ajettaessa noin 90 km/h nopeudella ilmanvastuksen osuus on noin 50 prosenttia, maantienopeudella se kasvaa 80 prosenttiin ajoneuvon kohtaamasta kokonaisvastusta.
Aerodynaaminen putki
Toinen esimerkki ilmavastuksen merkityksestä ajoneuvon suorituskyvyssä on tyypillinen älykkään kaupungin malli. Kaksipaikkainen auto voi olla ketterä ja ketterä kaupunkikatuilla, mutta lyhyt ja suhteellinen runko on erittäin tehoton aerodynaamisesta näkökulmasta. Ilmakestävyydestä on tullut kevyen tilanteen myötä yhä tärkeämpi elementti, ja Smartilla se alkaa vaikuttaa voimakkaasti nopeudella 50 km / h. Ei ole yllättävää, että se jäi kevyestä suunnittelustaan huolimatta alhaisten kustannusten odotuksiin.
Smartin puutteista huolimatta emoyhtiö Mercedesin lähestymistapa aerodynamiikkaan on esimerkki järjestelmällisestä, johdonmukaisesta ja ennakoivasta lähestymistavasta tehokkaiden muotojen luomiseen. Voidaan väittää, että tuulitunneliinvestointien ja kovan työn tulokset tällä alalla näkyvät erityisesti tässä yrityksessä. Erityisen silmiinpistävä esimerkki tämän prosessin vaikutuksesta on se, että nykyisellä S-sarjalla (Cx 0,24) on pienempi tuulenvastus kuin Golf VII:ssä (0,28). Lisää sisätilaa etsiessään kompaktin mallin muoto on saanut melko suuren etuosan, ja virtauskerroin on huonompi kuin S-luokan lyhyemmän pituuden vuoksi, mikä ei salli pitkiä virtaviivaisia pintoja ja pääasiassa jyrkän siirtymisen ansiosta taakse, mikä edistää pyörteiden muodostumista. VW oli vakaasti sitä mieltä, että uudessa kahdeksannen sukupolven Golfissa olisi huomattavasti pienempi ilmanvastus ja matalampi ja virtaviivaisempi muoto, mutta uudesta suunnittelusta ja testausmahdollisuuksista huolimatta tämä osoittautui autolle erittäin haastavaksi. tällä formaatilla. Kertoimella 0,275 tämä on kuitenkin kaikkien aikojen aerodynaamisin Golf. Pienin polttoaineenkulutussuhde, 0,22 polttomoottorilla varustettua ajoneuvoa kohden, on Mercedes CLA 180 BlueEfficiency.
Sähköajoneuvojen etu
Toinen esimerkki aerodynaamisen muodon merkityksestä painoon nähden ovat nykyaikaiset hybridi-mallit ja vielä enemmän sähköajoneuvoja. Esimerkiksi Priuksen tapauksessa erittäin aerodynaamisen muodon tarpeen määrää myös se, että nopeuden kasvaessa hybridi-voimansiirtoteho heikkenee. Sähköajoneuvojen tapauksessa kaikki, mikä liittyy ajokilometrien lisääntymiseen sähkömoodissa, on erittäin tärkeätä. Asiantuntijoiden mukaan 100 kg: n painohäviö lisää auton ajomatkaa vain muutamalla kilometrillä, mutta toisaalta aerodynamiikka on ensisijaisen tärkeää sähköauton kannalta. Ensinnäkin, koska näiden ajoneuvojen suuri massa mahdollistaa niiden hyödyntämisen osan palautumisen kuluttamasta energiasta, ja toiseksi, koska sähkömoottorin suuri vääntömomentti antaa sille mahdollisuuden kompensoida painon vaikutusta käynnistyksen aikana, ja sen tehokkuus laskee suurilla nopeuksilla ja suurilla nopeuksilla. Lisäksi tehoelektroniikka ja sähkömoottori vaativat vähemmän jäähdytysilmaa, mikä mahdollistaa pienemmän aukon auton edessä, mikä, kuten huomautimme, on pääasiallinen syy vähentyneelle korin virtaukselle. Toinen elementti, joka motivoi suunnittelijoita luomaan aerodynaamisesti tehokkaampia muotoja nykyaikaisissa plug-in-hybridi-malleissa, on vain kiihdyttämätöntä vain sähkökäyttöinen käyttötapa tai ns. purjehdus. Toisin kuin purjeveneet, joissa termiä käytetään ja tuulen on siirrettävä venettä, autoissa sähkökäyttöinen ajomäärä nousisi, jos autolla olisi vähemmän ilmanvastusta. Aerodynaamisesti optimoidun muodon luominen on kustannustehokkain tapa vähentää polttoaineen kulutusta.
Joidenkin kuuluisten autojen kulutuskertoimet:
Mercedes Simplex
Valmistus 1904, Cx = 1,05
Rumpler pudota vaunu
Valmistus 1921, Cx = 0,28
Ford Malli T
Valmistus 1927, Cx = 0,70
Kama-kokeellinen malli
Valmistettu vuonna 1938, Cx = 0,36.
Mercedes ennätysauto
Valmistus 1938, Cx = 0,12
VW Bussi
Valmistus 1950, Cx = 0,44
Volkswagen "kilpikonna"
Valmistus 1951, Cx = 0,40
Panhard Dina
Valmistettu vuonna 1954, Cx = 0,26.
Porsche 356 A
Valmistettu vuonna 1957, Cx = 0,36.
MG EX 181
Tuotanto 1957, Cx = 0,15
Citroen DS 19
Valmistus 1963, Cx = 0,33
NSU Sport Prinssi
Valmistus 1966, Cx = 0,38
Mercedes S 111
Valmistus 1970, Cx = 0,29
Volvo 245 Farmari
Valmistus 1975, Cx = 0,47
Audi 100
Valmistus 1983, Cx = 0,31
Mercedes W 124
Valmistus 1985, Cx = 0,29
Lamborghini laskuri
Valmistus 1990, Cx = 0,40
Toyota Prius 1
Valmistus 1997, Cx = 0,29
