Τι είναι η αεροδυναμική του αυτοκινήτου;

Κοιτάζοντας ιστορικές φωτογραφίες των θρυλικών μοντέλων αυτοκινήτων, ο καθένας θα παρατηρήσει αμέσως ότι καθώς πλησιάζουμε τις μέρες μας, το σώμα ενός οχήματος γίνεται όλο και πιο γωνιακό.

Αυτό οφείλεται στην αεροδυναμική. Ας εξετάσουμε ποια είναι η ιδιαιτερότητα αυτού του αποτελέσματος, γιατί είναι σημαντικό να ληφθούν υπόψη οι αεροδυναμικοί νόμοι, καθώς και ποια αυτοκίνητα έχουν έναν κακό συντελεστή εξορθολογισμού και ποια είναι καλά.

Τι είναι η αεροδυναμική του αυτοκινήτου

Όσο παράξενο κι αν ακούγεται, όσο πιο γρήγορα το αυτοκίνητο κινείται κατά μήκος του δρόμου, τόσο περισσότερο θα τείνει να κατεβαίνει από το έδαφος. Ο λόγος είναι ότι η ροή αέρα με την οποία συγκρούεται το όχημα κόβεται σε δύο μέρη από το σώμα του αυτοκινήτου. Το ένα πηγαίνει μεταξύ του κάτω και της επιφάνειας του δρόμου, και το άλλο πηγαίνει πάνω από την οροφή και περνά γύρω από το περίγραμμα του μηχανήματος.

Εάν κοιτάξετε το αμάξωμα του αυτοκινήτου από το πλάι, τότε οπτικά θα μοιάζει από απόσταση με το φτερό του αεροπλάνου. Η ιδιαιτερότητα αυτού του στοιχείου του αεροσκάφους είναι ότι η ροή του αέρα πάνω από τη στροφή περνά περισσότερο από ό, τι κάτω από το ίσιο μέρος του τμήματος. Εξαιτίας αυτού, δημιουργείται κενό ή κενό πάνω από το φτερό. Με την αύξηση της ταχύτητας, αυτή η δύναμη ανυψώνει το σώμα περισσότερο.

Ένα παρόμοιο αποτέλεσμα ανύψωσης δημιουργείται για το αυτοκίνητο. Το ανάντη ρέει γύρω από το καπό, την οροφή και τον κορμό, ενώ το κατάντη ρέει γύρω από το κάτω μέρος. Ένα άλλο στοιχείο που δημιουργεί πρόσθετη αντίσταση είναι τα μέρη του αμαξώματος κοντά στην κάθετη (γρίλια ψυγείου ή παρμπρίζ).

Η ταχύτητα μεταφοράς επηρεάζει άμεσα το αποτέλεσμα ανύψωσης. Επιπλέον, το σχήμα του αμαξώματος με κάθετα πάνελ δημιουργεί επιπλέον στροβιλισμό, που μειώνει την πρόσφυση του οχήματος. Για αυτόν τον λόγο, οι ιδιοκτήτες πολλών κλασικών αυτοκινήτων με γωνιακά σχήματα, όταν συντονίζουν, συνδέουν απαραίτητα μια αεροτομή και άλλα στοιχεία στο αμάξωμα που επιτρέπουν την αύξηση της πίεσης του αυτοκινήτου.

Γιατί είναι απαραίτητο

Ο εξορθολογισμός επιτρέπει στον αέρα να ταξιδεύει γρηγορότερα στο σώμα χωρίς περιττές στροφές. Όταν το όχημα παρεμποδίζεται από την αυξημένη αντίσταση του αέρα, ο κινητήρας θα καταναλώνει περισσότερο καύσιμο, σαν το όχημα να μεταφέρει επιπλέον φορτίο. Αυτό θα επηρεάσει όχι μόνο την οικονομία του αυτοκινήτου, αλλά και το πόσο επιβλαβείς ουσίες θα απελευθερωθούν μέσω του σωλήνα εξαγωγής στο περιβάλλον.

Σχεδιάζοντας αυτοκίνητα με βελτιωμένη αεροδυναμική, μηχανικοί από κορυφαίους κατασκευαστές αυτοκινήτων υπολογίζουν τους ακόλουθους δείκτες:

• Πόσος αέρας πρέπει να εισέλθει στο χώρο του κινητήρα για να λάβει ο κινητήρας σωστή φυσική ψύξη.
• Σε ποια μέρη του αμαξώματος θα λαμβάνεται καθαρός αέρας για το εσωτερικό του αυτοκινήτου, καθώς και πού θα εκφορτίζεται.
• Τι μπορεί να γίνει για να κάνει τον αέρα λιγότερο θόρυβο στο αυτοκίνητο;
• Η ανυψωτική δύναμη πρέπει να κατανέμεται σε κάθε άξονα σύμφωνα με τα χαρακτηριστικά του σχήματος αμαξώματος του οχήματος.

Όλοι αυτοί οι παράγοντες λαμβάνονται υπόψη κατά την ανάπτυξη νέων μοντέλων μηχανών. Και αν νωρίτερα τα στοιχεία του σώματος μπορούσαν να αλλάξουν δραματικά, σήμερα οι επιστήμονες έχουν ήδη αναπτύξει τις πιο ιδανικές μορφές που παρέχουν μειωμένο συντελεστή μετωπικής ανύψωσης. Για το λόγο αυτό, πολλά μοντέλα της τελευταίας γενιάς ενδέχεται να διαφέρουν εξωτερικά μόνο από μικρές αλλαγές στο σχήμα των διαχυτών ή των πτερυγίων σε σύγκριση με την προηγούμενη γενιά.

Εκτός από τη σταθερότητα του δρόμου, η αεροδυναμική μπορεί να συμβάλει στη λιγότερη μόλυνση ορισμένων μερών του αμαξώματος. Έτσι, σε σύγκρουση με μετωπική ριπή ανέμου, οι κάθετα προβολείς, ο προφυλακτήρας και το παρμπρίζ θα γίνουν πιο βρώμικοι γρηγορότερα από σπασμένα μικρά έντομα.

Για να μειωθεί η αρνητική επίδραση της ανύψωσης, οι αυτοκινητοβιομηχανίες στοχεύουν στη μείωση εκτελωνισμός έως τη μέγιστη επιτρεπόμενη τιμή. Ωστόσο, το μετωπικό αποτέλεσμα δεν είναι η μόνη αρνητική δύναμη που επηρεάζει τη σταθερότητα του μηχανήματος. Οι μηχανικοί «ισορροπούν» πάντοτε μεταξύ μετωπικής και πλευρικής βελτιστοποίησης. Είναι αδύνατο να επιτευχθεί η ιδανική παράμετρος σε κάθε ζώνη, επομένως, κατά την κατασκευή ενός νέου τύπου σώματος, οι ειδικοί κάνουν πάντα έναν συγκεκριμένο συμβιβασμό.

Βασικά αεροδυναμικά δεδομένα

Από πού προέρχεται αυτή η αντίσταση; Όλα είναι πολύ απλά. Γύρω από τον πλανήτη μας υπάρχει μια ατμόσφαιρα που αποτελείται από αέριες ενώσεις. Κατά μέσο όρο, η πυκνότητα των στερεών στρωμάτων της ατμόσφαιρας (χώρος από το έδαφος έως την πανοραμική θέα) είναι περίπου 1,2 kg / τετραγωνικό μέτρο. Όταν ένα αντικείμενο κινείται, συγκρούεται με μόρια αερίων που συνθέτουν τον αέρα. Όσο υψηλότερη είναι η ταχύτητα, τόσο μεγαλύτερη δύναμη αυτά τα στοιχεία θα χτυπήσουν το αντικείμενο. Για το λόγο αυτό, όταν μπαίνει στην ατμόσφαιρα της γης, το διαστημικό σκάφος αρχίζει να θερμαίνεται έντονα από τη δύναμη της τριβής.

Το πρώτο καθήκον που οι προγραμματιστές του νέου σχεδιασμού μοντέλων προσπαθούν να αντιμετωπίσουν είναι πώς να μειώσουν την αντίσταση. Αυτή η παράμετρος τετραπλασιάζεται εάν το όχημα επιταχύνει εντός του εύρους από 4 km / h έως 60 km / h. Για να καταλάβετε πόσο σημαντικό είναι αυτό, σκεφτείτε ένα μικρό παράδειγμα.

Το βάρος της μεταφοράς είναι 2 χιλιάδες κιλά. Η μεταφορά επιταχύνεται στα 36 km / h. Σε αυτήν την περίπτωση, καταναλώνονται μόνο 600 watt ισχύος για να ξεπεραστεί αυτή η δύναμη. Όλα τα υπόλοιπα δαπανώνται για overclocking. Αλλά ήδη με ταχύτητα 108 km / h. 16 kW ισχύος χρησιμοποιείται ήδη για να ξεπεραστεί η μετωπική αντίσταση. Όταν οδηγείτε με ταχύτητα 250 km / h. το αυτοκίνητο ξοδεύει ήδη έως και 180 ίππους στη δύναμη έλξης. Εάν ο οδηγός θέλει να επιταχύνει ακόμη περισσότερο το αυτοκίνητο, έως και 300 χιλιόμετρα την ώρα, εκτός από την ισχύ για την αύξηση της ταχύτητας, ο κινητήρας θα πρέπει να καταναλώσει 310 άλογα για να αντιμετωπίσει την μετωπική ροή αέρα. Γι 'αυτό το σπορ αυτοκίνητο χρειάζεται ένα τόσο ισχυρό σύστημα μετάδοσης κίνησης.

Για να αναπτύξουν την πιο απλοποιημένη, αλλά ταυτόχρονα αρκετά άνετη μεταφορά, οι μηχανικοί υπολογίζουν τον συντελεστή Cx. Αυτή η παράμετρος στην περιγραφή του μοντέλου είναι η πιο σημαντική από την άποψη του ιδανικού σχήματος αμαξώματος. Μια σταγόνα νερού έχει το ιδανικό μέγεθος σε αυτήν την περιοχή. Έχει αυτόν τον συντελεστή 0,04. Καμία αυτοκινητοβιομηχανία δεν θα συμφωνούσε σε ένα τέτοιο πρωτότυπο σχέδιο για το νέο μοντέλο του αυτοκινήτου της, αν και υπήρχαν προηγούμενες επιλογές σε αυτό το σχέδιο.

Υπάρχουν δύο τρόποι για τη μείωση της αντίστασης στον άνεμο:

1. Αλλάξτε το σχήμα του αμαξώματος έτσι ώστε η ροή του αέρα να ρέει στο αυτοκίνητο όσο το δυνατόν περισσότερο.
2. Κάντε το αυτοκίνητο στενό.

Όταν το μηχάνημα κινείται, μια κάθετη δύναμη ενεργεί πάνω του. Μπορεί να έχει ένα αποτέλεσμα πίεσης κάτω, το οποίο έχει θετική επίδραση στην πρόσφυση. Εάν η πίεση στο αυτοκίνητο δεν αυξηθεί, η δίνη που προκύπτει θα διασφαλίσει το διαχωρισμό του οχήματος από το έδαφος (κάθε κατασκευαστής προσπαθεί να εξαλείψει αυτό το αποτέλεσμα όσο το δυνατόν περισσότερο).

Από την άλλη πλευρά, ενώ το αυτοκίνητο κινείται, η τρίτη δύναμη ενεργεί σε αυτό - η πλευρική δύναμη. Αυτή η περιοχή είναι ακόμη λιγότερο ελεγχόμενη, καθώς επηρεάζεται από πολλές μεταβλητές ποσότητες, όπως μια διασταύρωση κατά την οδήγηση ευθεία μπροστά ή στις στροφές. Η ισχύς αυτού του παράγοντα είναι αδύνατο να προβλεφθεί, επομένως οι μηχανικοί δεν το διακινδυνεύουν και δημιουργούν θήκες με πλάτος που επιτρέπει έναν ορισμό συμβιβασμού στην αναλογία Cx.

Για να προσδιοριστεί σε ποιο βαθμό μπορούν να ληφθούν υπόψη οι παράμετροι των κατακόρυφων, μετωπικών και πλευρικών δυνάμεων, κορυφαίοι κατασκευαστές οχημάτων δημιουργούν εξειδικευμένα εργαστήρια που διεξάγουν αεροδυναμικές δοκιμές. Ανάλογα με τις υλικές δυνατότητες, αυτό το εργαστήριο μπορεί να περιλαμβάνει μια σήραγγα αέρα, στην οποία η αποτελεσματικότητα του εξορθολογισμού της μεταφοράς ελέγχεται υπό μεγάλη ροή αέρα.

Στην ιδανική περίπτωση, οι κατασκευαστές νέων μοντέλων αυτοκινήτων προσπαθούν είτε να φέρουν τα προϊόντα τους σε συντελεστή 0,18 (σήμερα αυτό είναι το ιδανικό) είτε να το ξεπεράσουν. Όμως κανένας δεν κατάφερε ακόμη στη δεύτερη, επειδή είναι αδύνατο να εξαλειφθούν άλλες δυνάμεις που δρουν στη μηχανή.

Δύναμη σύσφιξης και ανύψωσης

Εδώ είναι μια άλλη απόχρωση που επηρεάζει το χειρισμό των μεταφορών. Σε ορισμένες περιπτώσεις, η μεταφορά δεν μπορεί να ελαχιστοποιηθεί. Ένα παράδειγμα αυτού είναι τα αυτοκίνητα F1. Αν και το σώμα τους είναι απόλυτα απλοποιημένο, οι τροχοί είναι ανοιχτοί. Αυτή η ζώνη θέτει τα περισσότερα προβλήματα για τους παραγωγούς. Για τέτοιες μεταφορές, το Cx κυμαίνεται από 1,0 έως 0,75.

Εάν η πίσω δίνη δεν μπορεί να εξαλειφθεί σε αυτήν την περίπτωση, τότε η ροή μπορεί να χρησιμοποιηθεί για να αυξήσει την πρόσφυση με την τροχιά. Γι 'αυτό, πρόσθετα εξαρτήματα εγκαθίστανται στο σώμα που δημιουργούν δύναμη. Για παράδειγμα, ο μπροστινός προφυλακτήρας είναι εφοδιασμένος με αεροτομή που τον εμποδίζει να σηκωθεί από το έδαφος, κάτι που είναι εξαιρετικά σημαντικό για ένα σπορ αυτοκίνητο. Μια παρόμοια πτέρυγα είναι τοποθετημένη στο πίσω μέρος του αυτοκινήτου.

Η μπροστινή πτέρυγα κατευθύνει τη ροή όχι κάτω από το αυτοκίνητο, αλλά στο πάνω μέρος του αμαξώματος. Εξαιτίας αυτού, η μύτη του οχήματος κατευθύνεται πάντα προς το δρόμο. Ένα κενό σχηματίζεται από κάτω και το αυτοκίνητο φαίνεται να κολλάει στην πίστα. Η πίσω αεροτομή εμποδίζει το σχηματισμό δίνης πίσω από το αυτοκίνητο - το τμήμα σπάει τη ροή πριν αρχίσει να απορροφάται στη ζώνη κενού πίσω από το όχημα.

Μικρά στοιχεία επηρεάζουν επίσης τη μείωση της οπισθέλκουσας. Για παράδειγμα, το άκρο της κουκούλας σχεδόν όλων των σύγχρονων αυτοκινήτων καλύπτει τις λεπίδες υαλοκαθαριστήρα. Δεδομένου ότι το μπροστινό μέρος του αυτοκινήτου συναντά κυρίως την επικείμενη κίνηση, δίνεται προσοχή ακόμη και σε τόσο μικρά στοιχεία όπως οι εκτροπείς εισαγωγής αέρα.

Κατά την εγκατάσταση αθλητικών κιτ αμαξώματος, πρέπει να λάβετε υπόψη ότι η πρόσθετη δύναμη καθιστά το αυτοκίνητο πιο σίγουρο στο δρόμο, αλλά ταυτόχρονα η κατευθυντική ροή αυξάνει την αντίσταση. Εξαιτίας αυτού, η μέγιστη ταχύτητα τέτοιων μεταφορών θα είναι χαμηλότερη από ότι χωρίς αεροδυναμικά στοιχεία. Ένα άλλο αρνητικό αποτέλεσμα είναι ότι το αυτοκίνητο γίνεται πιο άγριο. Είναι αλήθεια ότι το αποτέλεσμα του αθλητικού κιτ αμαξώματος θα γίνει αισθητό με ταχύτητες 120 χιλιομέτρων ανά ώρα, οπότε στις περισσότερες περιπτώσεις σε δημόσιους δρόμους τέτοιες λεπτομέρειες.

Κακά μοντέλα έλξης:

Sh 0,7 - Caterham 7

Cx 0,6 - UAZ (469, Hunter)

Сх 0,58 - Jeep Wrangler (TJ)

Cx 0,57 - Hummer (H2)

Cx 0,56 - VAZ "κλασικό" (01, 03, 05, 06, 07)

Βάρος 0,54-Mercedes-Benz (G-class)

Cx 0,53 - VAZ 2121

Μοντέλα με καλή αεροδυναμική αντίσταση:

Sh 0,18 - VW XL1

Cx 0,19 - GM EV1

Cx 0,21 - Tesla (Μοντέλο3)

Cx 0,23 - Audi A4

Cx 0,23 - Mercedes-Benz CLA

Cx 0,23 - Mercedes-Benz (S 300 ώρες)

Cx 0,24 - Tesla Model S

Cx 0,24 - Tesla (Μοντέλο X)

Cx 0,24 - Hyundai Sonata

Cx 0,24 - Toyota Prius

Cx 0,24 - Κατηγορία Mercedes-Benz C

Cx 0,25 - Audi A2

Cx 0,25 - Alfa Romeo (Giulia)

Cx 0,25 - Peugeot 508

Cx 0,25 - Honda Insight

Cx 0,26 - BMW (3 -series στο πίσω μέρος του E90)

Cx 0,26 - BMW i8

Cx 0,26 - Mercedes-Benz (B)

Cx 0,26 - Mercedes-Benz (E-class)

Cx 0,26 - Jaguar XE

Cx 0,26-Nissan GT-R

Cx 0,26 - Infiniti Q50

Επιπλέον, παρακολουθήστε ένα σύντομο βίντεο σχετικά με την αεροδυναμική του αυτοκινήτου:

Αεροδυναμική αυτοκινήτου, τι είναι αυτό; Πώς να βελτιώσετε την αεροδυναμική; Πώς ΔΕΝ φτιάχνεις αεροπλάνο από αυτοκίνητο;