Turbulens áramlás
Tartalom
Hogyan változtatja meg a modern technológia az autó aerodinamikáját
Az alacsony légellenállás segít csökkenteni az üzemanyag-fogyasztást. E tekintetben azonban óriási lehetőségek rejlenek a fejlődésben. Eddig természetesen az aerodinamikai szakértők egyetértenek a tervezők véleményével.
"Aerodinamika azok számára, akik nem tudnak motorkerékpárt gyártani." Ezeket a szavakat Enzo Ferrari a 60-as években mondta ki, és egyértelműen bizonyítják sok akkori tervező hozzáállását az autó e technológiai vonatkozásához. Azonban csak tíz évvel később jött az első olajválság, és egész értékrendjük gyökeresen megváltozott. Azokat az időket, amikor az autó mozgásának minden ellenállási erejét, és különösen azokat, amelyek a légrétegeken való áthaladás eredményeként jelentkeznek, átfogó technikai megoldások leküzdik, például elmozdítják a motorok térfogatát és teljesítményét, függetlenül az elfogyasztott üzemanyag mennyiségétől, és a mérnökök elkezdik keressen hatékonyabb módszereket céljainak elérésére.
Jelenleg az aerodinamika technológiai tényezőjét vastag porfelület borítja, de a tervezők számára ez nem teljesen új. A technika története azt mutatja, hogy még a húszas években is olyan fejlett és ötletes agyak, mint a német Edmund Rumpler és a magyar Paul Jaray (aki megteremtette a Tátra T77 kultuszát) áramvonalas felületeket formáltak és megalapozták az autó karosszériatervezésének aerodinamikai megközelítését. Őket aerodinamikai szakemberek második hulláma követte, mint például báró Reinhard von Kenich-Faxenfeld és Wunibald Kam, akik az 1930-as években fejlesztették ki elképzeléseiket.
Mindenki számára világos, hogy a sebesség növekedésével jön egy határ, amely felett a légellenállás kritikus tényezővé válik az autóvezetésben. Az aerodinamikailag optimalizált alakzatok létrehozása ezt a határt jelentősen felfelé tolhatja, és ezt az úgynevezett Cx áramlási együttható fejezi ki, mivel 1,05 értéknél a légáramlásra merőlegesen megfordított kocka van (ha 45 fokkal elforgatjuk a tengelye mentén, így felfelé irányuló éle 0,80-ra csökken). Ez az együttható azonban csak egy része a légellenállási egyenletnek – lényeges elemként hozzá kell adni az autó elülső területének nagyságát (A). Az aerodinamikusok feladatai közül az első a tiszta, aerodinamikailag hatékony felületek kialakítása (amelyek tényezői, mint látni fogjuk, sok van az autóban), ami végső soron az áramlási tényező csökkenéséhez vezet. Utóbbi méréséhez szélcsatornára van szükség, ami költséges és rendkívül összetett létesítmény – erre példa a BMW 2009-ben üzembe helyezett 170 millió eurós alagútja. A legfontosabb alkatrész benne nem egy óriási ventilátor, ami annyi áramot fogyaszt, hogy külön transzformátor állomás kell hozzá, hanem egy pontos görgős állvány, amely minden erőt és nyomatékot mér, amit a légsugár az autóra gyakorol. Az ő feladata, hogy értékelje az autó és a légáram közötti kölcsönhatást, és segítse a szakembereket minden részlet tanulmányozásában és módosításában, hogy ne csak a légáramlásban legyen hatékony, hanem a tervezők kívánságai szerint is. . Alapvetően a fő légellenállási összetevők, amelyekkel egy autó találkozik, abból adódnak, amikor az előtte lévő levegő összenyomódik és eltolódik, és – ami rendkívül fontos – a mögötte, hátul fellépő heves turbulenciából. Ott kialakul egy alacsony nyomású zóna, amely hajlamos húzni az autót, ami viszont keveredik az örvény erős hatásával, amit az aerodinamikusok "halott gerjesztésnek" is neveznek. Logikai okokból a kombi modellek mögött magasabb a csökkentett nyomás szintje, aminek következtében az áramlási együttható romlik.
Aerodinamikai ellenállási tényezők
Ez utóbbi nemcsak olyan tényezőktől függ, mint például az autó általános formája, hanem bizonyos alkatrészektől és felületektől is. A gyakorlatban a modern autók összformája és arányai a teljes légellenállásból 40 százalékot tesznek ki, ennek negyedét a tárgyfelület szerkezete és az olyan jellemzők határozzák meg, mint a tükrök, lámpák, rendszámtábla és antenna. A légellenállás 10%-a a nyílásokon keresztül a fékekhez, a motorhoz és a sebességváltóhoz való áramlásnak köszönhető. 20%-a a különböző padló- és felfüggesztési szerkezetekben fellépő örvénylés eredménye, vagyis minden, ami az autó alatt történik. A legérdekesebb pedig az, hogy a légellenállás akár 30%-a a kerekek és a szárnyak körül keletkező örvényeknek köszönhető. Ennek a jelenségnek a gyakorlati bemutatása egyértelműen jelzi ezt - a fogyasztási együttható autónként 0,28-ról 0,18-ra csökken, amikor a kerekeket eltávolítják, és a szárnyon lévő lyukakat elfedik az autó formája. Nem véletlen, hogy az összes meglepően alacsony futásteljesítményű autó, mint az első Honda Insight és a GM EV1 elektromos autója, rejtett hátsó sárvédőkkel rendelkezik. Az általános aerodinamikai forma és a zárt elülső rész – a villanymotor nem igényel sok hűtőlevegőt – lehetővé tette a GM fejlesztői számára, hogy az EV1-es modellt mindössze 0,195-ös áramlási tényezővel fejlesszék. A Tesla Model 3 Cx 0,21. A kerekek körüli örvény csökkentésére a belső égésű motorral felszerelt járművekben ún. A "légfüggönyök" vékony függőleges légáram formájában az első lökhárító nyílásából irányulnak, körbefújják a kerekeket és stabilizálják az örvényeket. A motorhoz való áramlást aerodinamikus redőnyök korlátozzák, az alja pedig teljesen zárt.
Minél kisebbek a görgős állvány által mért erők, annál kisebb a Cx. A szabvány szerint 140 km/h sebességgel mérik - a 0,30-as érték például azt jelenti, hogy az autó által áthaladó levegő 30 százaléka felgyorsul a sebességére. Ami az elülső területet illeti, annak leolvasása sokkal egyszerűbb eljárást igényel - ehhez lézer segítségével szemből nézve kirajzolják az autó külső kontúrjait, és kiszámítják a zárt területet négyzetméterben. Ezt ezt követően megszorozzák az áramlási tényezővel, hogy megkapják a jármű teljes légellenállását négyzetméterben.
Visszatérve aerodinamikai leírásunk történeti vázlatához, azt találjuk, hogy a szabványos üzemanyag-fogyasztás mérési ciklus (NEFZ) 1996-os létrehozása valójában negatív szerepet játszott az autók aerodinamikai fejlődésében (amely az 1980-as években jelentősen fejlődött). ), mert az aerodinamikai tényező a nagy sebességű mozgás rövid időtartama miatt kevéssé hat. Bár az áramlási együttható idővel csökken, az egyes osztályokba tartozó járművek méretének növelése az elülső terület növekedését és ezáltal a légellenállás növekedését eredményezi. Az olyan autók, mint a VW Golf, az Opel Astra és a BMW 7-es sorozat nagyobb légellenállással rendelkeztek, mint elődeik az 1990-es években. Ezt a tendenciát a lenyűgöző SUV-modellek sokasága fűti nagy elülső felülettel és egyre romló forgalommal. Ezt az autótípust elsősorban óriási tömege miatt kritizálták, de a gyakorlatban ez a tényező a sebesség növekedésével egyre kisebb relatív jelentőséget kap – míg a városon kívüli, mintegy 90 km/h-s sebességgel haladva a légellenállás aránya csökken. körülbelül 50 százaléka, autópályás sebességnél a jármű által tapasztalt összellenállás 80 százalékára nő.
Aerodinamikai cső
Egy másik példa a légellenállás szerepére a jármű teljesítményében a tipikus Smart city modell. A kétüléses autó lehet fürge és fürge a város utcáin, de a rövid és megfelelő arányú karosszéria aerodinamikai szempontból rendkívül hatástalan. A könnyű súlyok hátterében a légellenállás egyre fontosabb elemmé válik, és a Smart-mal 50 km / h sebességnél erőteljes hatással bír. Nem csoda, hogy a könnyű formatervezése ellenére sem maradt el az alacsony költségekkel szemben támasztott elvárásoktól.
A Smart hiányosságai ellenére azonban az anyavállalat, a Mercedes aerodinamikai megközelítése a hatékony formák létrehozásának módszeres, következetes és proaktív megközelítését példázza. Vitatható, hogy a szélcsatornákba fektetett beruházások és az ezen a területen végzett kemény munka eredménye különösen látható ebben a társaságban. Ennek a folyamatnak a hatásának különösen szembetűnő példája az a tény, hogy a jelenlegi S-osztály (Cx 0,24) kisebb szélállósággal rendelkezik, mint a Golf VII (0,28). A több belső tér keresése során a kompakt modell formája meglehetősen nagy homlokfelületet kapott, és az áramlási együttható rosszabb, mint az S-osztályé a rövidebb hossz miatt, amely nem teszi lehetővé a hosszú áramvonalas felületeket. és főleg a hátrafelé történő éles átmenetnek köszönhető, elősegítve az örvények kialakulását. A VW határozottan ragaszkodott ahhoz, hogy az új, nyolcadik generációs Golf lényegesen kisebb légellenállással és alacsonyabb és áramvonalasabb formával rendelkezzen, de az új dizájn és tesztelési lehetőségek ellenére ez rendkívül nagy kihívást jelentett az autó számára. ezzel a formátummal. Azonban 0,275-ös tényezőjével ez a valaha készült legaerodinamikusabb Golf. A legalacsonyabb, belső égésű motorral szerelt járművönként 0,22-es üzemanyag-fogyasztási arány a Mercedes CLA 180 BlueEfficiency-é.
Az elektromos járművek előnye
Egy másik példa az aerodinamikai forma fontosságára a súly hátterében a modern hibrid modellek és még inkább az elektromos járművek. Például a Prius esetében az erősen aerodinamikus forma szükségességét az is diktálja, hogy a sebesség növekedésével csökken a hibrid hajtáslánc hatékonysága. Az elektromos járművek esetében minden, ami az elektromos üzemmódban megnövekedett futásteljesítményhez kapcsolódik, rendkívül fontos. Szakértők szerint a 100 kg-os súlycsökkenés csupán néhány kilométerrel növeli az autó hatótávolságát, másrészt az aerodinamika kiemelkedő fontosságú egy elektromos autó számára. Először is, mivel e járművek nagy tömege lehetővé teszi számukra a rekuperáció által elfogyasztott energia egy részének visszanyerését, másodszor pedig azért, mert az elektromos motor nagy nyomatéka lehetővé teszi, hogy ellensúlyozza a súly hatását az indítás során, és hatékonysága nagy sebességnél és nagy sebességnél csökken. Ezenkívül az erőelektronikához és az elektromotorhoz kevesebb hűtő levegőre van szükség, ami kisebb nyílást tesz lehetővé az autó elején, ami - mint megjegyeztük - a csökkent áramlási sebesség fő oka. A modern plug-in hibrid modellek aerodinamikailag hatékonyabb formáinak létrehozására való motiválásának másik eleme a csak gyorsítás nélküli elektromos üzemmód, vagy ún. vitorlázás. A vitorlásokkal ellentétben, ahol ezt a kifejezést használják, és a szélnek kell mozgatnia a hajót, az autókban az elektromos meghajtású futásteljesítmény növekedne, ha az autónak kisebb lenne a légellenállása. Aerodinamikailag optimalizált forma létrehozása a leginkább költséghatékony módszer az üzemanyag-fogyasztás csökkentésére.
Néhány híres autó fogyasztási együtthatói:
Mercedes Simplex
Gyártás 1904, Cx = 1,05
Rumpler dobókocsi
Gyártás 1921, Cx = 0,28
Ford Model T.
Gyártás 1927, Cx = 0,70
Kama kísérleti modell
1938-ban gyártva, Cx = 0,36.
Mercedes rekord autó
Gyártás 1938, Cx = 0,12
VW busz
Gyártás 1950, Cx = 0,44
Volkswagen "teknős"
Gyártás 1951, Cx = 0,40
Panhard Dina
1954-ban gyártva, Cx = 0,26.
Porsche 356 A
1957-ban gyártva, Cx = 0,36.
MG EX 181
1957-es termelés, Cx = 0,15
Citroen DS 19
Gyártás 1963, Cx = 0,33
NSU Sport Prince
Gyártás 1966, Cx = 0,38
Mercedes S 111
Gyártás 1970, Cx = 0,29
Volvo 245 kombi
Gyártás 1975, Cx = 0,47
Audi 100
Gyártás 1983, Cx = 0,31
Mercedes W 124
Gyártás 1985, Cx = 0,29
Lamborghini countach
Gyártás 1990, Cx = 0,40
Toyota Prius 1
Gyártás 1997, Cx = 0,29
