Manuali i aerodinamikës
Faktorët më të rëndësishëm që ndikojnë në rezistencën e ajrit të automjetit
Rezistenca e ulët e ajrit ndihmon në zvogëlimin e konsumit të karburantit. Sidoqoftë, në këtë drejtim, ka hapësirë të madhe për zhvillim. Nëse, sigurisht, ekspertët e aerodinamikës pajtohen me mendimin e projektuesve.
"Aerodinamika për ata që nuk mund të bëjnë motoçikleta". Këto fjalë janë thënë nga Enzo Ferrari në vitet gjashtëdhjetë dhe demonstrojnë qartë qëndrimin e shumë stilistëve të kohës ndaj kësaj ane teknologjike të makinës. Sidoqoftë, vetëm dhjetë vjet më vonë ndodhi kriza e parë e naftës, e cila ndryshoi rrënjësisht të gjithë sistemin e tyre të vlerës. Në raste kur të gjitha forcat e rezistencës gjatë lëvizjes së makinës, dhe veçanërisht ato që lindin kur ajo kalon nëpër shtresat e ajrit, kapërcehen nga zgjidhje të gjera teknike, të tilla si rritja e zhvendosjes dhe fuqisë së motorëve, pavarësisht nga sasia e karburantit të konsumuar, ato zhduken, dhe inxhinierët fillojnë të kërkojnë mënyra më efektive për të arritur qëllimet tuaja.
Për momentin, faktori teknologjik i aerodinamikës është i mbuluar me një shtresë të trashë pluhuri harrese, por për projektuesit kjo nuk është një lajm. Historia e teknologjisë tregon se edhe në vitet 77, mendjet e avancuara dhe krijuese, të tilla si gjermani Edmund Rumpler dhe hungarezi Paul Jarai (i cili krijoi ikonën Tatra TXNUMX), formuan sipërfaqe të efektshme dhe hodhën bazat për një qasje aerodinamike në hartimin e trupit të makinës. Ata u pasuan nga një valë e dytë e specialistëve të aerodinamikës si Baron Reinhard von Könich-Faxenfeld dhe Wunibald Kam, të cilët zhvilluan idetë e tyre në XNUMX.
Është e qartë për të gjithë se me rritjen e shpejtësisë vjen një kufi, mbi të cilin rezistenca e ajrit bëhet një faktor kritik për drejtimin e një makine. Krijimi i formave të optimizuara aerodinamikisht mund ta shtyjë këtë kufi në mënyrë të konsiderueshme dhe shprehet me të ashtuquajturin faktor rrjedhjeje Cx, pasi një vlerë prej 1,05 ka një kub të përmbysur pingul me rrjedhën e ajrit (nëse ai rrotullohet 45 gradë përgjatë boshtit të tij, në mënyrë që rrjedha e sipërme buza zvogëlohet në 0,80). Sidoqoftë, ky koeficient është vetëm një pjesë e ekuacionit të rezistencës së ajrit - duhet të shtoni madhësinë e zonës ballore të makinës (A) si një element të rëndësishëm. E para nga detyrat e aerodinamistëve është krijimi i sipërfaqeve të pastra, aerodinamikisht efikase (faktorët e të cilëve, siç do të shohim, shumë në një makinë), gjë që përfundimisht çon në një koeficient më të ulët të rrjedhës. Matja e kësaj të fundit kërkon një tunel me erë, i cili është një strukturë e shtrenjtë dhe jashtëzakonisht komplekse – një shembull i kësaj është tuneli i vënë në punë në vitin 2009. BMW, e cila i kushtoi kompanisë 170 milionë euro. Komponenti më i rëndësishëm në të nuk është një ventilator gjigant, i cili konsumon aq shumë energji elektrike, saqë i duhet një nënstacion i veçantë transformatori, por një stendë e saktë rul që mat të gjitha forcat dhe momentet që një avion ajri ushtron mbi një makinë. Detyra e tij është të vlerësojë të gjithë ndërveprimin e makinës me rrjedhën e ajrit dhe të ndihmojë specialistët të studiojnë çdo detaj dhe ta ndryshojnë atë në mënyrë që të jetë jo vetëm efektiv në rrjedhën e ajrit, por edhe në përputhje me dëshirat e projektuesve. . Në thelb, komponentët kryesorë të tërheqjes me të cilat ballafaqohet një makinë vijnë nga kur ajri përpara saj ngjesh dhe zhvendoset, dhe - më e rëndësishmja - nga turbulencat e forta prapa saj në pjesën e pasme. Ekziston një zonë me presion të ulët që tenton të tërheqë makinën, e cila nga ana e saj përzihet me një efekt të fortë vorbull, të cilin aerodinamistët e quajnë gjithashtu "ngacmim i vdekur". Për arsye logjike, pas modeleve të stacionit vagon, niveli i vakumit është më i lartë, si rezultat i të cilit koeficienti i konsumit përkeqësohet.
Faktorët tërheqës aerodinamikë
Kjo e fundit varet jo vetëm nga faktorë të tillë si forma e përgjithshme e makinës, por edhe nga pjesë dhe sipërfaqe specifike. Në praktikë, forma e përgjithshme dhe proporcionet e makinave moderne përbëjnë 40 për qind të rezistencës totale të ajrit, një e katërta e së cilës përcaktohet nga struktura e sipërfaqes së objektit dhe karakteristikat si pasqyrat, dritat, targat dhe antena. 10% e rezistencës së ajrit është për shkak të rrjedhjes përmes hapjeve të ventilimit në frena, motor dhe transmision. 20% është rezultat i vorbullës në dizajne të ndryshme dyshemeje dhe pezullimi, domethënë gjithçka që ndodh nën makinë. Dhe ajo që është më interesante - 30% e rezistencës së ajrit është për shkak të vorbullave të krijuara rreth rrotave dhe krahëve. Një demonstrim praktik i këtij fenomeni e tregon qartë këtë - shkalla e rrjedhës nga 0,28 për automjet bie në 0,18 kur hiqen rrotat dhe mbyllen hapjet e parafangove. Nuk është rastësi që të gjitha makinat çuditërisht me kilometrazh të ulët - të tilla si Insight i parë i Honda dhe makina elektrike GM EV1 - kanë parafango të pasmë të fshehur. Forma e përgjithshme aerodinamike dhe pjesa e përparme e mbyllur, për shkak të faktit se motori elektrik nuk kërkon shumë ajër ftohës, lejoi projektuesit e GM të zhvillonin modelin EV1 me një faktor rrjedhje prej vetëm 0,195. Tesla Model 3 ka Cx 0,21. Për të zvogëluar vorticitetin e rrotave në automjetet me motorë me djegie të brendshme, të ashtuquajturat. "Perde ajri" në formën e një rryme të hollë vertikale ajri të drejtuar nga hapja në parakolpin e përparmë, duke fryrë rreth rrotave dhe duke stabilizuar vorbullat, rrjedha në motor kufizohet nga grilat aerodinamike, dhe pjesa e poshtme është plotësisht e mbyllur.
Sa më të ulëta të jenë vlerat e forcave të matura nga mbështetësi i rulit, aq më i vogël është Cx. Zakonisht matet me një shpejtësi prej 140 km/h - një vlerë prej 0,30, për shembull, do të thotë se 30 përqind e ajrit nëpër të cilin kalon një makinë është përshpejtuar në shpejtësinë e saj. Sa i përket pjesës së përparme, leximi i tij kërkon një procedurë shumë më të thjeshtë - për këtë, konturet e jashtme të makinës përshkruhen me lazer kur shikohen nga përpara dhe llogaritet zona e mbyllur në metra katrorë. Më pas shumëzohet me faktorin e rrjedhës për të marrë rezistencën totale të ajrit të makinës në metra katrorë.
Duke u kthyer në skicën historike të tregimit tonë aerodinamik, zbulojmë se krijimi i ciklit të standardizuar të matjes së konsumit të karburantit (NEFZ) në 1996 luajti një rol negativ në evolucionin aerodinamik të makinave (i cili përparoi ndjeshëm në 7). ) sepse faktori aerodinamik ka pak efekt për shkak të periudhës së shkurtër të lëvizjes me shpejtësi të lartë. Pavarësisht uljes së koeficientit të konsumit ndër vite, rritja e përmasave të mjeteve të çdo klase çon në rritje të zonës ballore dhe për rrjedhojë në rritje të rezistencës së ajrit. Makinat si VW Golf, Opel The Astra dhe BMW Seria 90 kishin rezistencë më të lartë ndaj ajrit se paraardhësit e tyre në vitet '90. Ky trend lehtësohet nga modelet mbresëlënëse SUV me zonën e tyre të madhe të përparme dhe përmirësimin e përkeqësuar. Ky lloj automjeti është kritikuar kryesisht për peshën e tij të lartë, por në praktikë ky faktor bëhet më pak i një rëndësie relative me rritjen e shpejtësisë - kur vozitni jashtë qytetit me një shpejtësi prej rreth 50 km / orë, përqindja e rezistencës së ajrit është rreth 80 për qind, me shpejtësi autostrade rritet në XNUMX për qind nga rezistenca totale me të cilën përballet makina.
Tub aerodinamik
Një shembull tjetër i rolit të rezistencës së ajrit në performancën e automjetit është një model tipik Smart City. Një makinë me dy vende mund të jetë e shkathët dhe e shkathët në rrugët e qytetit, por trupi i tij i shkurtër dhe proporcional është shumë joefikas nga pikëpamja aerodinamike. Në sfondin e peshës së ulët, rezistenca e ajrit bëhet një element gjithnjë e më i rëndësishëm dhe me Smart fillon të ketë një efekt të fortë me shpejtësi 50 km / orë. Nuk është për t'u habitur që pavarësisht dizajnit të lehtë, ai nuk i përmbushi pritjet me një kosto relativisht të ulët.
Sidoqoftë, pavarësisht nga mangësitë e Smart, qëndrimi i kompanisë mëmë Mercedes ndaj aerodinamikës është një shembull i një qasjeje metodike, të qëndrueshme dhe proaktive ndaj procesit të krijimit të formave spektakolare. Mund të argumentohet se në këtë kompani janë veçanërisht të dukshme rezultatet e investimit në tunelet e erës dhe puna e palodhur në këtë fushë. Një shembull veçanërisht i mrekullueshëm i efektit të këtij procesi është fakti që S-Class aktual (Cx 0,24) ka më pak rezistencë ndaj ajrit se Golf VII (0,28). Në kërkimin e më shumë hapësirës së brendshme, forma e modelit kompakt ka fituar një zonë mjaft të madhe ballore, dhe koeficienti i rrjedhës është më i keq se ai i klasës S për shkak të gjatësisë së tij më të shkurtër, e cila nuk lejon sipërfaqe të thjeshta dhe shumë. më shumë. - tashmë për shkak të një tranzicioni të mprehtë nga prapa, duke kontribuar në formimin e vorbullave. Megjithatë, VW është e bindur se gjenerata e ardhshme Golf do të ketë dukshëm më pak rezistencë ndaj ajrit dhe do të ulet dhe do të jetë më e efektshme. Faktori më i ulët i regjistruar i konsumit të karburantit prej 0,22 për automjet ICE është Mercedes CLA 180 BlueEfficiency.
Avantazhi i automjeteve elektrike
Një shembull tjetër i rëndësisë së formës aerodinamike në sfondin e peshës janë modelet moderne hibride dhe aq më tepër automjetet elektrike. Në rastin e Prius, për shembull, nevoja për një dizajn shumë aerodinamik diktohet gjithashtu nga fakti që me rritjen e shpejtësisë, efikasiteti i motorit hibrid zvogëlohet në mënyrë dramatike. Në rastin e automjeteve elektrike, gjithçka që lidhet me kilometrazhin e rritur në modalitetin elektrik është jashtëzakonisht e rëndësishme. Sipas ekspertëve, zvogëlimi i peshës me 100 kg do të rrisë kilometrazhin e makinës me vetëm disa kilometra, por nga ana tjetër, aerodinamika është e një rëndësie të madhe për një makinë elektrike.
Së pari, sepse masa e lartë e këtyre automjeteve u lejon atyre të rikuperojnë një pjesë të energjisë së përdorur për rikuperim, dhe së dyti, sepse çift rrotullimi i lartë i motorit elektrik ju lejon të kompensoni efektin e peshës në fillim, dhe efikasiteti i tij zvogëlohet. me shpejtësi të madhe dhe shpejtësi të madhe. Përveç kësaj, elektronika e fuqisë dhe motori elektrik kanë nevojë për më pak ajër ftohës, gjë që lejon një hapje më të vogël në pjesën e përparme të makinës, e cila, siç e kemi vërejtur tashmë, është arsyeja kryesore për përkeqësimin e rrjedhës rreth trupit. Një tjetër element i motivimit të projektuesve për të krijuar forma më efikase aerodinamikisht në modelet e sotme hibride plug-in është mënyra e lëvizjes pa nxitim vetëm me ndihmën e një motori elektrik, ose të ashtuquajturit. lundrimi. Ndryshe nga varkat me vela, nga vjen termi dhe ku supozohet se era e lëviz varkën, makinat elektrike do të rrisin kilometrazhin nëse makina ka më pak rezistencë ndaj ajrit. Krijimi i një forme të optimizuar aerodinamikisht është mënyra më ekonomike për të reduktuar konsumin e karburantit.
Teksti: Georgy Kolev
Koeficientët e konsumit të disa makinave të famshme:
Mercedes Simplex
Prodhimi i vitit 1904, Cx = 1,05
Rumpler Tropfenwagen
Prodhimi i vitit 1921, Cx = 0,28
Ford Model T
Prodhimi i vitit 1927, Cx = 0,70
Modeli eksperimental Kam
Prodhimi i vitit 1938, Cx = 0,36
Makinë rekord Mercedes
Prodhimi i vitit 1938, Cx = 0,12
VW Bus
Prodhimi i vitit 1950, Cx = 0,44
"breshka" e VW
Prodhimi i vitit 1951, Cx = 0,40
Panhard Dina
Prodhimi i vitit 1954, Cx = 0,26
Porsche 356
Prodhimi i vitit 1957, Cx = 0,36
MG EX 181
Prodhimi i vitit 1957, Cx = 0,15
Citroen DS 19
Prodhimi i vitit 1963, Cx = 0,33
NSU Sport Prince
Prodhimi i vitit 1966, Cx = 0,38
Mercedes C 111
Prodhimi i vitit 1970, Cx = 0,29
Volvo 245 Van
Prodhimi i vitit 1975, Cx = 0,47
Audi 100
Prodhimi i vitit 1983, Cx = 0,31
Mercedes W 124
Prodhimi i vitit 1985, Cx = 0,29
Toyota Prius 1
Prodhimi i vitit 1997, Cx = 0,29
