מדריך אווירודינמיקה

הגורמים החשובים ביותר המשפיעים על התנגדות האוויר של הרכב

עמידות נמוכה באוויר מסייעת בהפחתת צריכת הדלק. עם זאת, בעניין זה, יש מקום עצום להתפתחות. אם, כמובן, מומחים לאווירודינמיקה מסכימים עם דעת המעצבים.

"אווירודינמיקה למי שלא יכול לעשות אופנועים." מילים אלו נאמרו על ידי אנזו פרארי בשנות השישים ומדגימות בבירור את היחס של מעצבים רבים באותה תקופה כלפי הצד הטכנולוגי הזה של המכונית. עם זאת, רק עשר שנים לאחר מכן התרחש משבר הנפט הראשון, ששינה באופן קיצוני את כל מערכת הערכים שלהם. זמנים בהם כל כוחות ההתנגדות במהלך תנועת המכונית, ובמיוחד אלה המתעוררים כאשר היא עוברת בשכבות האוויר, מתגברים על ידי פתרונות טכניים נרחבים, כגון הגדלת תזוזת כוחם של המנועים, ללא קשר לכמות הדלק הנצרכת, הם נעלמים, ומהנדסים מתחילים להסתכל. דרכים יעילות יותר להשיג את המטרות שלך.

כרגע, הגורם הטכנולוגי של אווירודינמיקה מכוסה בשכבה עבה של אבק שכחה, ​​אך עבור המעצבים זה לא חדש. ההיסטוריה של הטכנולוגיה מראה כי אפילו בשנות ה -77, מוחות מתקדמים וממציאים כמו אדמונד רומפלר הגרמני ופול ז'ראי (שיצר את הטטרה TXNUMX האייקונית) עיצבו משטחים יעילים והניחו את הבסיס לגישה אווירודינמית בעיצוב מרכבי המכוניות. אחריהם הגיע גל שני של מומחים לאווירודינמיקה כמו הברון ריינהרד פון קוניך-פקסנפלד וויניבאלד קם, שפיתחו את רעיונותיהם בשנות ה XUMUMX.

ברור לכולם שעם הגברת המהירות מגיע גבול, שמעליו הופכת התנגדות האוויר לגורם קריטי לנהיגה במכונית. יצירת צורות אופטימליות אווירודינמיות יכולה לדחוף את הגבול הזה כלפי מעלה בצורה ניכרת ומתבטאת על ידי מה שנקרא גורם הזרימה Cx, שכן לערך של 1,05 יש קובייה הפוכה בניצב לזרימת האוויר (אם היא מסובבת 45 מעלות לאורך הציר שלה, כך שלמעלה הזרם הקצה יורד ל-0,80). עם זאת, מקדם זה הוא רק חלק אחד ממשוואת התנגדות האוויר - עליך להוסיף את גודל השטח הקדמי של המכונית (A) כמרכיב חשוב. המשימות הראשונות של אורודינמיקאים היא ליצור משטחים נקיים ויעילים מבחינה אווירודינמית (שגורמים מהם, כפי שנראה, הרבה במכונית), מה שמוביל בסופו של דבר למקדם זרימה נמוך יותר. מדידת האחרון מצריכה מנהרת רוח, שהיא מבנה יקר ומורכב במיוחד – דוגמה לכך היא המנהרה שהוקמה ב-2009. ב.מ.וו, שעלתה לחברה 170 מיליון יורו. המרכיב הכי חשוב בו הוא לא מאוורר ענק, שצורך כל כך הרבה חשמל שהוא צריך תחנת משנה נפרדת של שנאים, אלא מעמד רולר מדויק שמודד את כל הכוחות והרגעים שסילון אוויר מפעיל על מכונית. המשימה שלו היא להעריך את כל האינטראקציה של המכונית עם זרימת האוויר ולעזור למומחים ללמוד כל פרט ולשנות אותו כך שהוא לא רק יעיל בזרימת האוויר, אלא גם בהתאם לרצונות המעצבים. . בעיקרון, מרכיבי הגרר העיקריים שמכונית נתקלת בהם מגיעים כשהאוויר שלפניה נדחס ומשתנה, וחשוב מאוד - מהמערבולת העזה מאחוריה מאחור. ישנו אזור לחץ נמוך שנוטה למשוך את המכונית, שבתורו מעורבב עם אפקט מערבולת חזק, שאותו מכנים אווירודינאמיקים גם "עירור מת". מסיבות הגיוניות, לאחר דגמי הסטיישן, רמת הוואקום גבוהה יותר, וכתוצאה מכך מקדם הצריכה מתדרדר.

גורמי גרירה אווירודינמיים

זה האחרון תלוי לא רק בגורמים כמו הצורה הכללית של המכונית, אלא גם בחלקים ובמשטחים ספציפיים. בפועל, הצורה והפרופורציות הכלליות של מכוניות מודרניות מהוות 40 אחוז מכלל התנגדות האוויר, שרבע ממנה נקבעת על ידי מבנה פני האובייקט ומאפיינים כגון מראות, אורות, לוחית רישוי ואנטנה. 10% מהתנגדות האוויר נובעים מזרימה דרך פתחי האוורור אל הבלמים, המנוע ותיבת ההילוכים. 20% הם תוצאה של מערבולת בעיצובי רצפה ומתלים שונים, כלומר כל מה שקורה מתחת למכונית. ומה שהכי מעניין - 30% מהתנגדות האוויר נובעת מהמערבולות שנוצרות סביב הגלגלים והכנפיים. הדגמה מעשית של תופעה זו מראה זאת בבירור – קצב הזרימה מ-0,28 לרכב יורד ל-0,18 כאשר מסירים את הגלגלים וסגירת פתחי הפגוש. זה לא מקרי שלכל המכוניות הנמוכות באופן מפתיע - כמו ה-Insight הראשונה של הונדה והמכונית החשמלית GM EV1 - יש פגושים אחוריים נסתרים. הצורה האווירודינמית הכללית והחזית הסגורה, בשל העובדה שהמנוע החשמלי אינו דורש הרבה אוויר קירור, אפשרו למעצבי GM לפתח את דגם ה-EV1 עם מקדם זרימה של 0,195 בלבד. ל-Tesla Model 3 יש Cx 0,21. כדי להפחית את מערבולת הגלגלים בכלי רכב עם מנועי בעירה פנימית, מה שנקרא. "וילונות אוויר" בצורת זרימת אוויר אנכית דקה המופנית מהפתח בפגוש הקדמי, נושבת סביב הגלגלים ומייצבת את המערבולות, הזרימה למנוע מוגבלת על ידי תריסים אווירודינמיים, והחלק התחתון סגור לחלוטין.

ככל שערכי הכוחות הנמדדים על ידי מעמד הגליל נמוכים יותר, כך Cx קטן יותר. הוא נמדד בדרך כלל במהירות של 140 קמ"ש - ערך של 0,30, למשל, אומר ש-30 אחוז מהאוויר שמכונית עוברת דרכו מואץ למהירותו. באשר לחזית, הקריאה שלו מצריכה הליך הרבה יותר פשוט - לשם כך מתווים קווי המתאר החיצוניים של המכונית בלייזר במבט מלפנים ומחושבים השטח הסגור במטרים רבועים. לאחר מכן הוא מוכפל במקדם הזרימה כדי לקבל את התנגדות האוויר הכוללת של המכונית במטרים רבועים.

אם נחזור למתווה ההיסטורי של הנרטיב האווירודינמי שלנו, אנו מגלים שיצירת מחזור מדידת צריכת הדלק הסטנדרטי (NEFZ) בשנת 1996 מילא למעשה תפקיד שלילי באבולוציה האווירודינמית של מכוניות (שהתקדמה משמעותית ב- 7s). ) מכיוון שלגורם האווירודינמי יש השפעה מועטה בגלל התקופה הקצרה של תנועה במהירות גבוהה. למרות הירידה במקדם הצריכה לאורך השנים, העלייה במידות הרכבים מכל מחלקה מביאה לגידול בשטח החזיתי וכתוצאה מכך לעלייה בהתנגדות האוויר. למכוניות כמו פולקסווגן גולף, אופל אסטרה ו-BMW סדרה 90 הייתה התנגדות אוויר גבוהה יותר מקודמותיהן בשנות ה-90. מגמה זו מתאפשרת על ידי דגמי רכבי שטח מרשימים עם השטח הקדמי הגדול שלהם והתייעלות מתדרדרת. רכב מסוג זה זכה לביקורת בעיקר בשל משקלו הגבוה, אך בפועל גורם זה מקבל פחות חשיבות יחסית עם עליית המהירות - בנסיעה מחוץ לעיר במהירות של כ-50 קמ"ש, שיעור התנגדות האוויר הוא בערך 80 אחוז, במהירויות כביש מהיר הוא עולה ל-XNUMX אחוז מההתנגדות הכוללת שעומדת בפני המכונית.

צינור אווירודינמי

דוגמה נוספת לתפקידה של התנגדות האוויר בביצועי הרכב היא דגם סמארט סיטי טיפוסי. דו-מושבי אולי זריז וזריז ברחובות העיר, אבל המרכב הקצר והפרופורציונלי שלו מאוד לא יעיל מבחינה אווירודינמית. על רקע המשקל הנמוך, התנגדות האוויר הופכת למרכיב חשוב יותר ויותר, ועם Smart היא מתחילה להשפיע בצורה חזקה במהירויות של 50 קמ"ש. אין זה מפתיע שלמרות העיצוב הקל, הוא לא עמד בציפיות בעלות נמוכה יחסית.

עם זאת, למרות החסרונות של סמארט, היחס של חברת האם מרצדס לאווירודינמיקה הוא דוגמה לגישה שיטתית, עקבית ויזומה לתהליך יצירת צורות מרהיבות. ניתן לטעון כי תוצאות ההשקעה במנהרות הרוח והעבודה הקשה בתחום זה בולטות במיוחד בחברה זו. דוגמה בולטת במיוחד להשפעה של תהליך זה היא העובדה של-S-Class הנוכחי (Cx 0,24) יש פחות התנגדות אוויר מאשר לגולף VII (0,28). בחיפוש אחר מרחב פנימי נוסף, צורתו של הדגם הקומפקטי רכשה שטח חזיתי גדול למדי, ומקדם הזרימה גרוע מזה של ה-S-class בשל אורכו הקצר יותר, שאינו מאפשר משטחים יעילים והרבה יותר. - כבר עקב מעבר חד מאחור, התורם להיווצרות מערבולות. עם זאת, פולקסווגן עומדת בדעתו שלגולף הדור הבא תהיה פחות משמעותית התנגדות אוויר והיא תופחת ותיעול. מקדם צריכת הדלק הנמוך ביותר שנרשם של 0,22 לרכב ICE הוא מרצדס CLA 180 BlueEfficiency.

היתרון של רכבים חשמליים

דוגמא נוספת לחשיבות הצורה האווירודינמית על רקע המשקל הם דגמים היברידיים מודרניים ועוד יותר מכלי רכב חשמליים. במקרה של הפריוס, למשל, הצורך בעיצוב אווירודינמי מאוד מוכתב גם על ידי העובדה שככל שהמהירות עולה, היעילות של תחנת הכוח ההיברידית יורדת בצורה דרמטית. במקרה של רכבים חשמליים, כל מה שקשור לעלייה בקילומטראז 'במצב חשמלי הוא חשוב ביותר. לדברי מומחים, הפחתת המשקל ב 100 ק"ג תעלה את קילומטראז 'המכונית בכמה קילומטרים בלבד, אך מנגד, לאווירודינמיקה יש חשיבות עליונה למכונית חשמלית.

ראשית, מכיוון שהמסה הגבוהה של כלי רכב אלו מאפשרת להם לשחזר חלק מהאנרגיה המשמשת להחלמה, ושנית, מכיוון שהמומנט הגבוה של המנוע החשמלי מאפשר לך לפצות על השפעת המשקל בעת ההתנעה, ויעילותו פוחתת. במהירויות גבוהות ובמהירות גבוהה. בנוסף, האלקטרוניקה הכוחנית והמנוע החשמלי זקוקים פחות לאוויר קירור, מה שמאפשר פתח קטן יותר בקדמת הרכב, שכפי שכבר ציינו, הוא הסיבה העיקרית להידרדרות הזרימה מסביב למרכב. מרכיב נוסף במוטיבציה של מעצבים ליצור צורות יעילות יותר מבחינה אווירודינמית בדגמי פלאג-אין היברידיים של ימינו הוא אופן התנועה ללא האצה רק בעזרת מנוע חשמלי, או מה שנקרא. שַׁיִט. בניגוד לסירות מפרש, מהיכן מגיע המונח ואיפה הרוח אמורה להזיז את הסירה, מכוניות חשמליות יגדילו את הקילומטראז' אם למכונית תהיה פחות התנגדות אוויר. יצירת צורה אופטימלית אווירודינמית היא הדרך החסכונית ביותר להפחית את צריכת הדלק.

טקסט: ג'ורג'י קולב

גורמי צריכה של כמה מכוניות מפורסמות:

מרצדס סימפלקס

ייצור 1904, Cx = 1,05

רומפלר טרופפנווגן

ייצור 1921, Cx = 0,28

פורד דגם T

ייצור 1927, Cx = 0,70

מודל ניסיוני קם

ייצור 1938, Cx = 0,36

מכונית שיאים של מרצדס

ייצור 1938, Cx = 0,12

VW האוטובוס

ייצור 1950, Cx = 0,44

פולקסווגן "צב"

ייצור 1951, Cx = 0,40

פנהרד דינה

ייצור 1954, Cx = 0,26

פורשה 356

ייצור 1957, Cx = 0,36

MG EX 181

ייצור 1957, Cx = 0,15

סיטרואן DS 19

ייצור 1963, Cx = 0,33

NSU ספורט הנסיך

ייצור 1966, Cx = 0,38

מרצדס C 111

ייצור 1970, Cx = 0,29

וולוו 245 ואן

ייצור 1975, Cx = 0,47

אאודי 100

ייצור 1983, Cx = 0,31

מרצדס W 124

ייצור 1985, Cx = 0,29

טויוטה פריוס 1

ייצור 1997, Cx = 0,29