Aerodinamik El Kitabı
Aracın hava direncini etkileyen en önemli faktörler
Düşük hava direnci, yakıt tüketiminin azaltılmasına yardımcı olur. Bununla birlikte, bu bakımdan, geliştirme için çok büyük alan var. Tabii ki, aerodinamik uzmanları tasarımcıların görüşlerine katılırsa.
"Motosiklet Yapamayanlar İçin Aerodinamik." Bu sözler Enzo Ferrari tarafından altmışlarda söylendi ve o zamanın birçok tasarımcısının arabanın bu teknolojik yönüne karşı tutumunu açıkça gösteriyor. Ancak, tüm değer sistemlerini kökten değiştiren ilk petrol krizi yalnızca on yıl sonra gerçekleşti. Otomobilin hareketi sırasındaki tüm direnç kuvvetlerinin ve özellikle hava katmanlarından geçerken ortaya çıkan kuvvetlerin, tüketilen yakıt miktarına bakılmaksızın motorların yer değiştirmesini ve gücünü artırmak gibi kapsamlı teknik çözümlerle aşıldığı zamanlar, giderler ve mühendisler bakmaya başlar. hedeflerinize ulaşmak için daha etkili yollar.
Şu anda, aerodinamiğin teknolojik faktörü kalın bir unutulma tozu tabakasıyla kaplı, ancak tasarımcılar için bu bir haber değil. Teknolojinin tarihi, 77'lerde bile, Alman Edmund Rumpler ve (ikonik Tatra TXNUMX'i yaratan) Macar Paul Jarai gibi gelişmiş ve yaratıcı beyinlerin, aerodinamik yüzeyler oluşturduğunu ve otomobil gövdesi tasarımına aerodinamik yaklaşımın temellerini attığını gösteriyor. Onları, XNUMX'lerde fikirlerini geliştiren Baron Reinhard von Könich-Faxenfeld ve Wunibald Kam gibi ikinci bir aerodinamik uzmanları dalgası izledi.
Artan hız ile birlikte, hava direncinin araba sürmek için kritik bir faktör haline geldiği bir sınırın geldiği herkes için açıktır. Aerodinamik olarak optimize edilmiş şekiller oluşturmak, bu sınırı önemli ölçüde artırabilir ve sözde akış faktörü Cx ile ifade edilir, çünkü 1,05 değeri hava akışına dik ters çevrilmiş bir kübe sahiptir (ekseni boyunca 45 derece döndürülürse, böylece yukarı akış kenar 0,80'e düşer). Bununla birlikte, bu katsayı hava direnci denkleminin yalnızca bir parçasıdır - önemli bir unsur olarak arabanın ön alanının boyutunu (A) eklemelisiniz. Aerodinamikçilerin görevlerinden ilki, sonuçta daha düşük bir akış katsayısına yol açan temiz, aerodinamik açıdan verimli yüzeyler (bir arabada göreceğimiz gibi çok fazla faktör bulunan) oluşturmaktır. İkincisinin ölçülmesi, pahalı ve son derece karmaşık bir yapı olan bir rüzgar tüneli gerektirir - buna bir örnek, 2009 yılında hizmete giren tüneldir. Şirkete 170 milyon avroya mal olan BMW. İçindeki en önemli bileşen, ayrı bir trafo merkezine ihtiyaç duyacak kadar çok elektrik tüketen dev bir fan değil, bir hava jetinin bir arabaya uyguladığı tüm kuvvetleri ve momentleri ölçen hassas bir tekerlekli sehpadır. Görevi, arabanın hava akışıyla tüm etkileşimini değerlendirmek ve uzmanların her ayrıntıyı incelemesine ve yalnızca hava akışında değil, aynı zamanda tasarımcıların isteklerine uygun olacak şekilde değiştirmesine yardımcı olmaktır. . Temel olarak, bir arabanın karşılaştığı ana sürükleme bileşenleri, önündeki havanın sıkışıp yer değiştirmesinden ve - en önemlisi - arkadaki yoğun türbülanstan kaynaklanır. Arabayı çekme eğiliminde olan ve aerodinamikçilerin "ölü uyarım" olarak da adlandırdıkları güçlü bir girdap etkisiyle karışan bir alçak basınç bölgesi vardır. Mantıklı sebeplerden dolayı, station wagon modellerinden sonra vakum seviyesi daha yüksektir ve bunun sonucunda tüketim katsayısı bozulur.
Aerodinamik sürükleme faktörleri
İkincisi, yalnızca arabanın genel şekli gibi faktörlere değil, aynı zamanda belirli parçalara ve yüzeylere de bağlıdır. Uygulamada, modern arabaların genel şekli ve oranları toplam hava direncinin yüzde 40'ını oluşturuyor ve bunun dörtte biri nesne yüzey yapısı ve aynalar, ışıklar, plaka ve anten gibi özellikler tarafından belirleniyor. Hava direncinin %10'u havalandırma deliklerinden frenlere, motora ve şanzımana giden akıştan kaynaklanır. %20 çeşitli zemin ve süspansiyon tasarımlarındaki girdabın yani arabanın altında olan her şeyin sonucudur. Ve en ilginç olanı, hava direncinin %30'u tekerleklerin ve kanatların etrafında oluşan girdaplardan kaynaklanmaktadır. Bu fenomenin pratik bir gösterimi bunu açıkça göstermektedir - tekerlekler çıkarıldığında ve çamurluk havalandırmaları kapatıldığında araç başına 0,28 olan akış hızı 0,18'e düşer. İlk Insight of Honda ve GM EV1 elektrikli otomobil gibi şaşırtıcı derecede düşük kilometreli tüm arabaların gizli arka çamurluklara sahip olması tesadüf değil. Elektrik motorunun çok fazla soğutma havası gerektirmemesi nedeniyle genel aerodinamik şekil ve kapalı ön uç, GM tasarımcılarının EV1 modelini yalnızca 0,195 akış faktörü ile geliştirmelerine olanak sağladı. Tesla Model 3, Cx 0,21'e sahiptir. İçten yanmalı motorlu araçlarda tekerleklerin girdabını azaltmak için sözde. Ön tampondaki açıklıktan yönlendirilen, tekerleklerin etrafında üflenen ve girdapları sabitleyen ince bir dikey hava akışı şeklindeki "hava perdeleri", motora akışı aerodinamik panjurlarla sınırlandırır ve altı tamamen kapanır.
Tekerlekli sehpanın ölçtüğü kuvvetlerin değerleri ne kadar düşük olursa, Cx o kadar küçük olur. Tipik olarak 140 km/sa hızda ölçülür - örneğin 0,30 değeri, bir arabanın içinden geçtiği havanın yüzde 30'unun hızlanarak hızlandığı anlamına gelir. Önden bakıldığında, okunması çok daha basit bir prosedür gerektirir - bunun için, önden bakıldığında arabanın dış konturları bir lazerle çizilir ve metrekare cinsinden kapalı alan hesaplanır. Daha sonra, aracın metrekare cinsinden toplam hava direncini elde etmek için akış faktörü ile çarpılır.
Aerodinamik anlatımımızın tarihsel ana hatlarına dönersek, 1996'da standartlaştırılmış yakıt tüketimi ölçüm döngüsünün (NEFZ) oluşturulmasının, arabaların (7'lerde önemli ölçüde ilerleyen) aerodinamik evriminde aslında olumsuz bir rol oynadığını görüyoruz. ) çünkü aerodinamik faktör, kısa süreli yüksek hızlı hareket nedeniyle çok az etkiye sahiptir. Yıllar içinde tüketim katsayısındaki düşüşe rağmen her sınıftaki araçların boyutlarının artması ön alanın artmasına ve dolayısıyla hava direncinin artmasına neden oluyor. VW Golf, Opel The Astra ve BMW 90 Serisi gibi otomobiller, 90'lardaki öncüllerine göre daha yüksek hava direncine sahipti. Bu eğilim, geniş ön alanları ve kötüleşen düzene sahip etkileyici SUV modelleri tarafından kolaylaştırılıyor. Bu tür bir araç, esas olarak yüksek ağırlığı nedeniyle eleştirilmiştir, ancak pratikte bu faktör, artan hız ile görece önemini yitirir - şehir dışına yaklaşık 50 km / s hızla çıkarken, hava direncinin oranı yaklaşık Yüzde 80, otoyol hızlarında ise arabanın karşılaştığı toplam dirençten yüzde XNUMX'e çıkıyor.
Aerodinamik tüp
Hava direncinin araç performansındaki rolüne bir başka örnek de tipik bir Smart City modelidir. İki koltuklu bir şehir sokaklarında çevik ve çevik olabilir, ancak kısa ve orantılı gövdesi aerodinamik açıdan oldukça verimsizdir. Düşük ağırlığın arka planında hava direnci giderek daha önemli bir unsur haline geliyor ve Smart ile 50 km / s hızlarda güçlü bir etkiye sahip olmaya başlıyor Hafif tasarıma rağmen beklentileri karşılamaması şaşırtıcı değil nispeten düşük maliyetlidir.
Bununla birlikte, Smart'ın eksikliklerine rağmen, ana şirket Mercedes'in aerodinamiğe karşı tutumu, muhteşem şekiller yaratma sürecine yönelik metodik, tutarlı ve proaktif bir yaklaşımın bir örneğidir. Rüzgar tünellerine yapılan yatırımın ve bu alandaki sıkı çalışmaların sonuçlarının özellikle bu şirkette göze çarptığı söylenebilir. Bu sürecin etkisinin özellikle çarpıcı bir örneği, mevcut S-Serisi'nin (Cx 0,24) Golf VII'den (0,28) daha az hava direncine sahip olmasıdır. Daha fazla iç alan arayışında, kompakt modelin şekli oldukça geniş bir ön alan elde etti ve akış katsayısı, aerodinamik yüzeylere izin vermeyen ve daha kısa uzunluğu nedeniyle S-sınıfından daha kötü. Daha. - zaten arkadan keskin bir geçiş nedeniyle, girdap oluşumuna katkıda bulunur. Bununla birlikte VW, yeni nesil Golf'ün önemli ölçüde daha az hava direncine sahip olacağı ve alçaltılıp modernize edileceği konusunda kararlı. ICE aracı başına 0,22 ile kaydedilen en düşük yakıt tüketimi faktörü Mercedes CLA 180 BlueEfficiency'dir.
Elektrikli araçların avantajı
Ağırlığa karşı aerodinamik şeklin öneminin bir başka örneği, modern hibrit modeller ve hatta daha fazla elektrikli araçlardır. Örneğin Prius durumunda, yüksek aerodinamik bir tasarıma duyulan ihtiyaç, hız arttıkça hibrit güç aktarım mekanizmasının verimliliğinin önemli ölçüde düşmesi gerçeğiyle de belirlenir. Elektrikli araçlar söz konusu olduğunda, elektrikli modda kilometre artışıyla ilgili her şey son derece önemlidir. Uzmanlara göre, ağırlığı 100 kg azaltmak, otomobilin kilometresini sadece birkaç kilometre artıracak, ancak diğer yandan aerodinamik, elektrikli bir otomobil için büyük önem taşıyor.
Birincisi, bu araçların yüksek kütlesi, geri kazanım için kullanılan enerjinin bir kısmını geri kazanmalarına izin verdiği için ve ikincisi, elektrik motorunun yüksek torku, çalıştırma sırasında ağırlığın etkisini telafi etmenize izin verdiği ve verimliliği düştüğü için. yüksek hızlarda ve yüksek hızlarda. Ek olarak, güç elektroniği ve elektrik motorunun daha az soğutma havasına ihtiyacı var, bu da arabanın önünde daha küçük bir açıklığa izin veriyor ve bu, daha önce de belirttiğimiz gibi, gövde etrafındaki akışın bozulmasının ana nedeni. Tasarımcıların günümüzün plug-in hibrit modellerinde aerodinamik açıdan daha verimli şekiller yaratma motivasyonunun bir başka unsuru da, yalnızca bir elektrik motoru veya sözde yardımıyla ivmesiz hareket modudur. yelken Terimin geldiği ve rüzgarın tekneyi hareket ettirmesi gereken yelkenli teknelerin aksine, elektrikli arabalar, aracın daha az hava direncine sahip olması durumunda kilometreyi artıracaktır. Aerodinamik olarak optimize edilmiş bir şekil oluşturmak, yakıt tüketimini azaltmanın en ekonomik yoludur.
Metin: Georgy Kolev
Bazı ünlü arabaların tüketim katsayıları:
Mercedes Simplex
1904 üretimi, Cx = 1,05
Rumpler Tropfenwagen
1921 üretimi, Cx = 0,28
Ford Model T
1927 üretimi, Cx = 0,70
Deneysel model Kam
1938 üretimi, Cx = 0,36
Mercedes rekor araba
1938 üretimi, Cx = 0,12
VW Bus
1950 üretimi, Cx = 0,44
VW "kaplumbağa"
1951 üretimi, Cx = 0,40
Panhard Dina
1954 üretimi, Cx = 0,26
Porsche 356
1957 üretimi, Cx = 0,36
MG EX 181
1957 üretimi, Cx = 0,15
Citroen DS 19
1963 üretimi, Cx = 0,33
NSU Sport Prince
1966 üretimi, Cx = 0,38
Mercedes C 111
1970 üretimi, Cx = 0,29
Volvo 245 Kamyonet
1975 üretimi, Cx = 0,47
Audi 100
1983 üretimi, Cx = 0,31
Mercedes W 124
1985 üretimi, Cx = 0,29
Toyota Prius 1
1997 üretimi, Cx = 0,29
