זרימה סוערת
תוכן
כיצד הטכנולוגיה המודרנית משנה את אווירודינמיקת המכוניות
עמידות נמוכה באוויר מסייעת בהפחתת צריכת הדלק. אולם מבחינה זו קיימות הזדמנויות אדירות להתפתחות. עד כה, כמובן, מומחי אווירודינמיקה מסכימים עם דעת המעצבים.
"אווירודינמיקה למי שלא יכול לעשות אופנועים." מילים אלו נאמרו על ידי אנזו פרארי בשנות ה -60 ומדגימות בבירור את יחסם של מעצבים רבים באותה תקופה כלפי היבט טכנולוגי זה של המכונית. עם זאת, רק עשר שנים לאחר מכן הגיע משבר הנפט הראשון וכל מערכת הערכים שלהם השתנתה באופן קיצוני. זמנים בהם כל כוחות ההתנגדות בתנועת המכונית, ובמיוחד אלה המתעוררים כתוצאה ממעבר שלה דרך שכבות האוויר, מתגברים על ידי פתרונות טכניים נרחבים, כגון הגדלת תזוזת כוחם של המנועים, ללא קשר לכמות הדלק הנצרכת, הם נעלמים ומהנדסים מתחילים חפש דרכים יעילות יותר להשגת מטרותיך.
כרגע הגורם הטכנולוגי של אווירודינמיקה מכוסה בשכבה עבה של אבק שכחה, אך הוא אינו חדש לחלוטין עבור מעצבים. ההיסטוריה של הטכנולוגיה מראה שגם בשנות העשרים המוח המתקדם והמציא כמו אדמונד רומפלר הגרמני ופול ג'ראיי ההונגרי (שיצר את פולחן הטטרה T77) עיצבו משטחים יעילים והניחו את היסודות לגישה אווירודינמית בעיצוב מרכבי המכוניות. אחריהם הגיע גל שני של מומחים אווירודינמיים כמו הברון ריינהרד פון קניך-פקסנפלד ווניבלד קם, שפיתחו את רעיונותיהם בשנות השלושים.
ברור לכולם שעם הגברת המהירות מגיע גבול, שמעליו הופכת התנגדות האוויר לגורם קריטי בנהיגה במכונית. יצירת צורות אופטימליות אווירודינמיות יכולה להזיז את הגבול הזה כלפי מעלה באופן משמעותי ומתבטאת במה שמכונה מקדם הזרימה Cx, שכן לערך של 1,05 יש קובייה הפוכה בניצב לזרימת האוויר (אם היא מסובבת 45 מעלות לאורך הציר שלה, כך ש הקצה שלו במעלה הזרם מצטמצם ל-0,80). עם זאת, מקדם זה הוא רק חלק אחד ממשוואת התנגדות האוויר - יש להוסיף את גודל השטח הקדמי של המכונית (A) כמרכיב חיוני. המשימות הראשונות של האוירודינמיקאים היא ליצור משטחים נקיים ויעילים מבחינה אווירודינמית (שגורמים מהם, כפי שנראה, ישנם רבים במכונית), מה שמוביל בסופו של דבר לירידה במקדם הזרימה. כדי למדוד את האחרון, יש צורך במנהרת רוח, שהיא מתקן יקר ומורכב ביותר – דוגמה לכך היא המנהרה של BMW בשווי 2009 מיליון יורו שהוקמה ב-170. המרכיב הכי חשוב בו הוא לא מאוורר ענק, שצורך כל כך הרבה חשמל שהוא צריך תחנת שנאים נפרדת, אלא מעמד רולר מדויק שמודד את כל הכוחות והמומנטים שסילון האוויר מפעיל על המכונית. תפקידו להעריך את כל האינטראקציה של המכונית עם זרימת האוויר ולעזור למומחים ללמוד כל פרט ולשנות אותו באופן שלא רק ייעל את זרימת האוויר, אלא גם בהתאם לרצונות המעצבים. . בעיקרון, מרכיבי הגרר העיקריים שמכונית נתקלת בהם מגיעים כשהאוויר שלפניה נדחס ומזז, ומשהו חשוב ביותר - מהמערבולת העזה מאחוריה מאחור. שם נוצר אזור לחץ נמוך הנוטה למשוך את המכונית, שבתורה מתערבב עם ההשפעה החזקה של המערבולת, שאותה מכנים אווירודינאמיקים גם "עירור מת". מסיבות הגיוניות, מאחורי מודלים של אחוזה, רמת הלחץ המופחת גבוהה יותר, וכתוצאה מכך מקדם הזרימה מתדרדר.
גורמי גרירה אווירודינמיים
זה האחרון תלוי לא רק בגורמים כמו הצורה הכללית של המכונית, אלא גם בחלקים ובמשטחים ספציפיים. בפועל, לצורה ולפרופורציות הכלליות של מכוניות מודרניות יש נתח של 40 אחוז מהתנגדות האוויר הכוללת, שרבע ממנה נקבע על פי מבנה פני האובייקט ותכונות כגון מראות, אורות, לוחית רישוי ואנטנה. 10% מהתנגדות האוויר נובעת מהזרימה דרך החורים לבלמים, למנוע ולתיבת ההילוכים. 20% הם תוצאה של מערבולת במבני הרצפה והמתלים השונים, כלומר כל מה שקורה מתחת למכונית. והדבר המעניין ביותר הוא שעד 30% מהתנגדות האוויר נובעת מהמערבולות שנוצרו סביב הגלגלים והכנפיים. הדגמה מעשית של תופעה זו נותנת אינדיקציה ברורה לכך - מקדם הצריכה מ-0,28 לרכב יורד ל-0,18 כאשר מסירים את הגלגלים ומכסים את החורים בכנף עם השלמת צורת המכונית. זה לא מקרי שלכל מכוניות הקילומטראז' הנמוכות באופן מפתיע, כמו הונדה אינסייט הראשונה והמכונית החשמלית EV1 של GM, יש פגושים אחוריים נסתרים. הצורה האווירודינמית הכללית והחזית הסגורה, בשל העובדה שהמנוע החשמלי אינו דורש כמות גדולה של אוויר קירור, אפשרו למפתחי GM לפתח את דגם ה-EV1 עם מקדם זרימה של 0,195 בלבד. לדגם 3 של טסלה יש Cx 0,21. כדי להפחית את המערבולת סביב הגלגלים בכלי רכב עם מנועי בעירה פנימית, מה שנקרא. "וילונות אוויר" בצורת זרם אוויר אנכי דק מכוונים מהפתח בפגוש הקדמי, נושבים סביב הגלגלים ומייצב את המערבולות. הזרימה למנוע מוגבלת על ידי תריסים אווירודינמיים, והחלק התחתון סגור לחלוטין.
ככל שהכוחות הנמדדים על ידי מעמד הגליל נמוכים יותר, כך ה-Cx נמוך יותר. לפי התקן היא נמדדת במהירות של 140 קמ"ש - ערך של 0,30 למשל אומר ש-30 אחוז מהאוויר שעוברת מכונית מאיץ למהירותה. לגבי השטח הקדמי, הקריאה שלו מצריכה הליך הרבה יותר פשוט - לשם כך בעזרת לייזר מתווים קווי המתאר החיצוניים של המכונית במבט מלפנים ומחושבים את השטח הסגור במטרים רבועים. לאחר מכן הוא מוכפל במקדם הזרימה כדי לקבל את התנגדות האוויר הכוללת של הרכב במטרים רבועים.
אם נחזור למתווה ההיסטורי של התיאור האווירודינמי שלנו, אנו מוצאים כי יצירת מחזור מדידת צריכת הדלק הסטנדרטי (NEFZ) בשנת 1996 מילא למעשה תפקיד שלילי באבולוציה האווירודינמית של מכוניות (שהתקדמה משמעותית בשנות השמונים). ) מכיוון שלגורם האווירודינמי יש השפעה מועטה בגלל התקופה הקצרה של תנועה במהירות גבוהה. למרות שמקדם הזרימה יורד עם הזמן, הגדלת גודל כלי הרכב בכל מחלקה מביאה לגידול בשטח החזיתי ולכן לעלייה בהתנגדות האוויר. למכוניות כמו פולקסווגן גולף, אופל אסטרה וב.מ.וו סדרה 1980 הייתה התנגדות אוויר גבוהה יותר מקודמותיהן בשנות ה-7. מגמה זו מופעלת על ידי קבוצה של דגמי רכבי שטח מרשימים עם השטח הקדמי הגדול שלהם והידרדרות התנועה. רכב מסוג זה זכה לביקורת בעיקר בשל משקלה העצום, אך בפועל גורם זה מקבל חשיבות יחסית נמוכה יותר עם עליית המהירות - בעוד שבנסיעה מחוץ לעיר במהירות של כ-1990 קמ"ש, שיעור התנגדות האוויר הוא כ-90 אחוז, במהירויות כביש מהיר, הוא גדל ל-50 אחוז מסך הגרר שהרכב נתקל בו.
צינור אווירודינמי
דוגמה נוספת לתפקיד ההתנגדות האווירית בביצועי הרכב היא המודל העירוני החכם האופייני. מכונית דו מושבית יכולה להיות זריזה וזריזה ברחובות העיר, אך גוף נמוך ופרופורציוני אינו יעיל ביותר מבחינה אווירודינמית. על רקע המשקל הקל, התנגדות האוויר הופכת לאלמנט חשוב יותר ויותר, ועם ה- Smart הוא מתחיל להשפיע חזק במהירות של 50 קמ"ש. באופן לא מפתיע, הוא נפל מהציפיות לעלות נמוכה למרות עיצובו הקל.
עם זאת, למרות החסרונות של סמארט, הגישה של חברת האם מרצדס לאווירודינמיקה מדגימה גישה שיטתית, עקבית ויזומה לתהליך יצירת צורות יעילות. ניתן לטעון כי תוצאות ההשקעות במנהרות הרוח והעבודה הקשה בתחום ניכרות במיוחד בחברה זו. דוגמה בולטת במיוחד להשפעה של תהליך זה היא העובדה של-S-Class הנוכחי (Cx 0,24) יש פחות התנגדות לרוח מאשר לגולף VII (0,28). בתהליך מציאת מרחב פנימי נוסף, צורתו של הדגם הקומפקטי רכשה שטח חזיתי גדול למדי, ומקדם הזרימה גרוע מזה של ה-S-class בשל האורך הקצר יותר, שאינו מאפשר משטחים ארוכים ומתייעלים. ובעיקר בשל מעבר חד לאחור, המקדם היווצרות מערבולות. פולקסווגן עמדה בדעתו כי לגולף הדור השמיני החדש תהיה פחות התנגדות אוויר משמעותית וצורה נמוכה ויעילה יותר, אך למרות העיצוב החדש ויכולות הבדיקה, הדבר הוכיח את עצמו כמאתגר ביותר עבור המכונית. עם הפורמט הזה. עם זאת, עם פקטור של 0,275, זוהי הגולף האווירודינמית ביותר שנוצרה אי פעם. יחס צריכת הדלק הנמוך ביותר שנרשם של 0,22 לרכב עם מנוע בעירה פנימית הוא זה של מרצדס CLA 180 BlueEfficiency.
היתרון של רכבים חשמליים
דוגמה נוספת לחשיבות הצורה האווירודינמית על רקע המשקל הם דגמים היברידיים מודרניים ועוד יותר מכלי רכב חשמליים. במקרה של הפריוס, למשל, הצורך בצורה מאוד אווירודינמית מוכתב על ידי העובדה שככל שהמהירות עולה, היעילות של תחנת הכוח ההיברידית פוחתת. במקרה של רכבים חשמליים, כל מה שקשור להגדלת קילומטראז 'במצב חשמלי הוא חשוב ביותר. לדברי מומחים, ירידה במשקל של 100 ק"ג תעלה את קילומטראז 'המכונית בכמה קילומטרים בלבד, אך מנגד, לאווירודינמיקה יש חשיבות עליונה למכונית חשמלית. ראשית, מכיוון שהמסה הגדולה של כלי רכב אלה מאפשרת להם לשחזר חלק מהאנרגיה הנצרכת על ידי ההחלמה, ושנית, מכיוון שהמומנט הגבוה של המנוע החשמלי מאפשר לו לפצות על השפעת המשקל במהלך ההתנעה, ויעילותו פוחתת במהירות גבוהה ובמהירות גבוהה. בנוסף, האלקטרוניקה הכוחית והמנוע החשמלי דורשים פחות קירור אוויר, מה שמאפשר פתיחה קטנה יותר בקדמת המכונית, שכפי שציינו, היא הגורם העיקרי להפחתת זרימת הגוף. אלמנט נוסף של הנעת מעצבים ליצור צורות יעילות יותר מבחינה אווירודינמית בדגמים מודרניים של תוספים היברידיים הוא המצב החשמלי בלבד ללא תאוצה, או מה שמכונה. שַׁיִט. בניגוד לסירות מפרש, שם משתמשים במונח והרוח צריכה להזיז את הסירה, במכוניות הקילומטראז 'המופעל חשמלי יגדל אם למכונית הייתה פחות עמידות באוויר. יצירת צורה ממוטבת אווירודינמית היא הדרך החסכונית ביותר להפחתת צריכת הדלק.
גורמי צריכה של כמה מכוניות מפורסמות:
מרצדס סימפלקס
ייצור 1904, Cx = 1,05
עגלת טיפה רומפלרית
ייצור 1921, Cx = 0,28
פורד דגם טי.
ייצור 1927, Cx = 0,70
מודל ניסיוני של קמה
מיוצר בשנת 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
מיוצר בשנת 1954, Cx = 0,26.
פורשה 356 א
מיוצר בשנת 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 S 111
ייצור 1970, Cx = 0,29
וולוו 245 אסטייט
ייצור 1975, Cx = 0,47
אאודי 100
ייצור 1983, Cx = 0,31
מרצדס W 124
ייצור 1985, Cx = 0,29
למבורגיני קונטץ '
ייצור 1990, Cx = 0,40
טויוטה פריוס 1
ייצור 1997, Cx = 0,29
