Türbülanslı akış
Içerik
Modern teknoloji araba aerodinamiğini nasıl değiştiriyor?
Düşük hava direnci, yakıt tüketiminin azaltılmasına yardımcı olur. Ancak bu bakımdan gelişme için çok büyük fırsatlar var. Şimdiye kadar elbette aerodinamik uzmanları tasarımcıların görüşlerine katılıyor.
"Motosiklet Yapamayanlar İçin Aerodinamik." Bu sözler 60'lı yıllarda Enzo Ferrari tarafından söylendi ve o zamanın birçok tasarımcısının otomobilin bu teknolojik yönüne karşı tutumunu açıkça gösteriyor. Ancak, yalnızca on yıl sonra ilk petrol krizi geldi ve tüm değerler sistemi kökten değişti. Otomobilin hareketindeki tüm direnç kuvvetlerinin ve özellikle hava katmanlarından geçişi sonucu ortaya çıkanların üstesinden, tüketilen yakıt miktarına bakılmaksızın motorların yer değiştirmesini ve gücünü artırmak gibi kapsamlı teknik çözümlerle aşıldığı zamanlar, giderler ve mühendisler başlar. Hedeflerinize ulaşmak için daha etkili yollar arayın.
Şu anda, aerodinamiğin teknolojik faktörü kalın bir unutulma tozu tabakasıyla kaplı, ancak tasarımcılar için tamamen yeni değil. Teknoloji tarihi, yirmili yıllarda bile, Alman Edmund Rumpler ve (Tatra T77 kültünü yaratan) Macar Paul Jaray gibi gelişmiş ve yaratıcı beyinlerin aerodinamik yüzeyleri şekillendirdiğini ve araba gövdesi tasarımına aerodinamik bir yaklaşımın temellerini attığını gösteriyor. Onları, 1930'larda fikirlerini geliştiren Baron Reinhard von Könich-Faxenfeld ve Wunibald Kam gibi ikinci bir aerodinamik uzmanlar dalgası izledi.
Hız arttıkça, hava direncinin araba sürerken kritik bir faktör haline geldiği bir sınır olduğu herkes için açıktır. Aerodinamik olarak optimize edilmiş şekillerin oluşturulması, bu sınırı önemli ölçüde yukarı kaydırabilir ve sözde akış katsayısı Cx ile ifade edilir, çünkü 1,05 değeri hava akışına dik olarak ters çevrilmiş bir kübe sahiptir (eğer ekseni boyunca 45 derece döndürülürse, böylece yukarı akış kenarı 0,80'e düşürülür). Ancak bu katsayı, hava direnci denkleminin yalnızca bir parçasıdır - arabanın ön alanının (A) boyutu temel bir unsur olarak eklenmelidir. Aerodinamikçilerin görevlerinden ilki, sonuçta akış katsayısında bir azalmaya yol açan temiz, aerodinamik açıdan verimli yüzeyler oluşturmaktır (bunların faktörleri, göreceğimiz gibi, arabada çoktur). İkincisini ölçmek için, maliyetli ve son derece karmaşık bir tesis olan bir rüzgar tüneline ihtiyaç vardır - bunun bir örneği, BMW'nin 2009'da hizmete giren 170 milyon euro'luk tünelidir. İçindeki en önemli bileşen, ayrı bir trafo istasyonu gerektirecek kadar çok elektrik tüketen dev bir fan değil, hava jetinin arabaya uyguladığı tüm kuvvetleri ve momentleri ölçen hassas bir tekerlekli sehpadır. Görevi, arabanın hava akışıyla tüm etkileşimini değerlendirmek ve uzmanların her ayrıntıyı incelemesine ve onu yalnızca hava akışında verimli kılmakla kalmayıp aynı zamanda tasarımcıların isteklerine göre değiştirecek şekilde değiştirmesine yardımcı olmaktır. . Temel olarak, bir arabanın karşılaştığı ana sürükleme bileşenleri, önündeki havanın sıkışıp yer değiştirmesinden ve - son derece önemli bir şey - arkadaki yoğun türbülanstan kaynaklanır. Orada, arabayı çekme eğiliminde olan ve aerodinamikçilerin "ölü uyarım" olarak da adlandırdıkları girdabın güçlü etkisiyle karışan bir alçak basınç bölgesi oluşur. Mantıksal nedenlerden dolayı, emlak modellerinin arkasında, azaltılmış basınç seviyesi daha yüksektir ve bunun sonucunda akış katsayısı kötüleşir.
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'lık bir payına sahiptir ve bunun dörtte biri nesne yüzey yapısı ve aynalar, ışıklar, plaka ve anten gibi özellikler tarafından belirlenir. Hava direncinin %10'u deliklerden frenlere, motora ve şanzımana giden akıştan kaynaklanmaktadır. %20'si çeşitli zemin ve süspansiyon yapılarındaki girdapların yani arabanın altında olan her şeyin sonucudur. Ve en ilginç olanı, hava direncinin %30'a varan bir kısmının tekerlekler ve kanatlar etrafında oluşan girdaplardan kaynaklanmasıdır. Bu fenomenin pratik bir gösterimi, bunun açık bir göstergesidir - otomobil başına 0,28 olan tüketim katsayısı, tekerlekler çıkarıldığında ve otomobilin şekli tamamlandığında kanattaki delikler kapatıldığında 0,18'e düşer. İlk Honda Insight ve GM'nin EV1 elektrikli arabası gibi şaşırtıcı derecede düşük kilometreli tüm arabaların gizli arka çamurluklara sahip olması tesadüf değil. Elektrik motorunun büyük miktarda soğutma havası gerektirmemesi nedeniyle genel aerodinamik şekil ve kapalı ön uç, GM geliştiricilerinin yalnızca 1 akış katsayısına sahip EV0,195 modelini geliştirmelerine olanak sağladı. Tesla model 3, Cx 0,21'e sahiptir. İçten yanmalı motorlu araçlarda tekerleklerin etrafındaki girdapları azaltmak için sözde. İnce bir dikey hava akışı şeklindeki "hava perdeleri", ön tampondaki açıklıktan yönlendirilerek tekerleklerin etrafında esiyor ve girdapları dengeliyor. Motora akış aerodinamik panjurlarla sınırlandırılmış olup, alt kısım tamamen kapatılmıştır.
Silindir sehpası tarafından ölçülen kuvvetler ne kadar düşük olursa, Cx o kadar düşük olur. Standarda göre 140 km/s hızla ölçülüyor - örneğin 0,30 değeri, bir arabanın içinden geçtiği havanın yüzde 30'unun hızlanarak hızlanması anlamına geliyor. Ön alana gelince, okunması çok daha basit bir prosedür gerektirir - bunun için bir lazer yardımıyla arabanın dış konturları önden bakıldığında ana hatları çizilir ve kapalı alan metrekare cinsinden hesaplanır. Bu daha sonra aracın metrekare cinsinden toplam hava direncini elde etmek için akış faktörü ile çarpılır.
Aerodinamik açıklamamızın tarihsel ana hatlarına dönersek, 1996'da standartlaştırılmış yakıt tüketimi ölçüm döngüsünün (NEFZ) oluşturulmasının, otomobillerin (1980'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. Akış katsayısı zamanla azalsa da her sınıftaki araçların boyutunun artması ön alanın artmasına ve dolayısıyla hava direncinin artmasına neden olur. VW Golf, Opel Astra ve BMW 7 Serisi gibi otomobiller, 1990'lardaki öncüllerine göre daha yüksek hava direncine sahipti. Bu eğilim, geniş ön alanları ve kötüleşen trafiği ile etkileyici SUV modellerinden oluşan bir kohort tarafından desteklenmektedir. Bu tür bir araba, esas olarak muazzam ağırlığı nedeniyle eleştirildi, ancak pratikte bu faktör, artan hızla birlikte daha düşük bir göreli önem kazanıyor - şehir dışına yaklaşık 90 km / s hızla çıkarken, hava direncinin oranı yaklaşık yüzde 50, otoyol hızlarında, aracın karşılaştığı toplam sürüklemenin yüzde 80'ine çıkar.
Aerodinamik tüp
Araç performansında hava direncinin rolünün bir başka örneği de tipik Akıllı şehir modelidir. İki koltuklu bir araba şehir sokaklarında çevik ve çevik olabilir, ancak kısa ve orantılı bir gövde aerodinamik açıdan son derece verimsizdir. Hafifliğin arka planında, hava direnci giderek daha önemli bir unsur haline geliyor ve Smart ile 50 km / s hızlarda güçlü bir etki yaratmaya başlıyor.Hafif tasarımına rağmen, düşük maliyet beklentilerinin gerisinde kaldı.
Smart'ın eksikliklerine rağmen, ana şirket Mercedes'in aerodinamiğe yaklaşımı, verimli şekiller oluşturma sürecine metodik, tutarlı ve proaktif bir yaklaşımı örnekliyor. Rüzgar tünellerine yapılan yatırımların ve bu alandaki yoğun çalışmaların sonuçlarının özellikle bu şirkette görüldüğü söylenebilir. Bu sürecin etkisinin özellikle çarpıcı bir örneği, mevcut S-Serisi'nin (Cx 0,24) Golf VII'den (0,28) daha az rüzgar direncine sahip olmasıdır. Daha fazla iç alan bulma sürecinde, kompakt modelin şekli oldukça geniş bir ön alan elde etti ve akış katsayısı, uzun aerodinamik yüzeylere izin vermeyen daha kısa uzunluk nedeniyle S sınıfınınkinden daha kötü. ve esas olarak arkaya keskin bir geçiş nedeniyle girdap oluşumunu teşvik eder. VW, yeni sekizinci nesil Golf'ün önemli ölçüde daha az hava direncine ve daha alçak ve daha akıcı bir şekle sahip olacağı konusunda kararlıydı, ancak yeni tasarım ve test yeteneklerine rağmen, bu, araba için son derece zorlayıcı oldu. bu formatla. Ancak, 0,275 katsayı ile bu, şimdiye kadar yapılmış en aerodinamik Golf'tür. İçten yanmalı motora sahip araç başına kaydedilen en düşük yakıt tüketimi oranı 0,22 ile 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, oldukça aerodinamik bir şekle olan ihtiyaç, hız arttıkça hibrit güç aktarım mekanizmasının verimliliğinin azalması gerçeğiyle de belirlenir. Elektrikli araçlar söz konusu olduğunda, elektrikli modda artan kilometre ile ilgili her şey son derece önemlidir. Uzmanlara göre, 100 kg'lık bir ağırlık kaybı otomobilin kilometresini yalnızca birkaç kilometre artıracak, ancak diğer yandan aerodinamik bir elektrikli otomobil için büyük önem taşıyor. Birincisi, bu araçların büyük kütlesi, geri kazanımla tüketilen enerjinin bir kısmını geri kazanmalarına izin verdiği için ve ikinci olarak, elektrik motorunun yüksek torku, çalıştırma sırasında ağırlığın etkisini telafi etmesine izin verdiği ve yüksek hızlarda ve yüksek hızlarda verimi azaldığı için. Ek olarak, güç elektroniği ve elektrik motoru daha az soğutma havası gerektirir, bu da aracın önünde daha küçük bir açıklığa izin verir, bu da belirttiğimiz gibi azalan vücut akışının ana nedenidir. Tasarımcıları modern plug-in hibrit modellerde aerodinamik açıdan daha verimli formlar oluşturmaya motive etmenin bir başka unsuru da, hızlanmayan sadece elektrikli sürüş modu veya sözde. yelken. Terimin kullanıldığı ve rüzgarın tekneyi hareket ettirmesi gereken yelkenli teknelerden farklı olarak, otomobillerde elektrikle çalışan kilometre, aracın daha az hava direncine sahip olması durumunda artacaktır. Aerodinamik olarak optimize edilmiş bir şekil oluşturmak, yakıt tüketimini azaltmanın en uygun maliyetli yoludur.
Bazı ünlü arabaların tüketim katsayıları:
Mercedes Simplex
İmalat 1904, Cx = 1,05
Rumpler bırakma vagonu
İmalat 1921, Cx = 0,28
Ford Model T.
İmalat 1927, Cx = 0,70
Kama deneysel modeli
1938'de üretildi, Cx = 0,36.
Mercedes rekor araba
İmalat 1938, Cx = 0,12
VW Bus
İmalat 1950, Cx = 0,44
Volkswagen "Kaplumbağa"
İmalat 1951, Cx = 0,40
Panhard Dina
1954'de üretildi, Cx = 0,26.
Porsche 356 A
1957'de üretildi, Cx = 0,36.
MG EX 181
1957 üretimi, Cx = 0,15
Citroen DS 19
İmalat 1963, Cx = 0,33
NSU Sport Prince
İmalat 1966, Cx = 0,38
Mercedes S 111
İmalat 1970, Cx = 0,29
Volvo 245 Emlak
İmalat 1975, Cx = 0,47
Audi 100
İmalat 1983, Cx = 0,31
Mercedes W124
İmalat 1985, Cx = 0,29
Lamborghini Konseyi
İmalat 1990, Cx = 0,40
Toyota Prius 1
İmalat 1997, Cx = 0,29
