Deoarece prima persoană a cimentat o piatră ascuțită la capătul suliței, oamenii încearcă mereu să găsească cea mai bună formă pentru obiectele care se mișcă în aer. Dar mașina sa dovedit a fi un puzzle aerodinamic foarte complex.
Bazele mișcării calcule de tracțiune a vehiculelor pe drumuri, noi oferim patru forțe de bază care acționează asupra vehiculului în timpul deplasării: rezistența aerodinamică, rezistența, recuperarea și forțe de inerție de rulare. Se remarcă faptul că numai primele două sunt cele principale. Rezistența la rulare a unei roți auto este în mare măsură dependentă de deformarea anvelopei și a drumului din zona de contact. Dar, la o viteză de / h, forța de rezistență a aerului de 50-60 km este mai mare decât oricare alta, și le depășește împreună la viteze mai mari de 70-100 km / h. Pentru a demonstra această afirmație, este necesar să se dea următoarea formulă aproximativă: Px = Cx * F * v2, unde: Px - forța de rezistență a aerului; v - viteza vehiculului (m / sec); F - aria proiectată a mașinii pe un plan perpendicular pe axa longitudinală a vehiculului, sau zona mai mare secțiune transversală a mașinii, adică suprafața frontală (m2); .. Cx - coeficient de rezistență la aer (coeficient de raționalizare). Fiți atenți. Viteza din formula este pătrată, ceea ce înseamnă că atunci când crește, de exemplu, dublul forței de rezistență la aer crește de patru ori.
În același timp, costurile de energie necesare pentru a le depăși cresc de opt ori! In curse Nascar, în care viteza prin acoperiș pentru o marcă de 300 km / h, determinat experimental că, pentru a mări viteza maximă de numai 8 km / h necesară pentru a crește puterea motorului la 62 kW (83 CP.)., Sau reduce Cx 15% . Există și un alt mod - de a reduce zona frontală a mașinii. Multe supercars de mare viteză sunt mult mai mici decât mașinile convenționale. Acesta este doar un semn de lucru pentru a reduce zona frontală. Cu toate acestea, această procedură poate produce până la anumite limite, în caz contrar aceasta masina nu va fi posibil să se utilizeze. Pentru aceasta și din alte motive, rationalizarea este una dintre principalele probleme care apar în proiectarea mașinii. Desigur, forța de rezistență este afectată nu numai de viteza mașinii și de parametrii ei geometrici. De exemplu, cu cât densitatea fluxului de aer este mai mare, cu atât este mai mare rezistența. În schimb, densitatea aerului depinde în mod direct de temperatura și de altitudinea deasupra nivelului mării. Când temperatura aerului crește densitatea (și, prin urmare, vâscozitatea) este crescută și ridicată în munți aerul este mai subțire, iar densitatea sa este mai mică, și așa mai departe. Există multe astfel de nuanțe.
Dar înapoi la forma mașinii. Ce element are cel mai bun flux? Răspunsul la această întrebare este cunoscut aproape oricărui elev școlar (care nu a dormit în lecțiile de fizică). O picătură de apă care se încadrează în jos devine forma cea mai acceptabilă în ceea ce privește aerodinamica. Aceasta este o suprafață frontală rotunjită și o spate lungă înclinată (cea mai bună proporție este de 6 ori mai mare decât lățimea). Coeficientul de rezistență este experimental. Numeric, este egal cu forța de rezistență a aerului în newton, creată atunci când se mișcă cu o viteză de 1 m / s pe 1 m2 din zona frontală. Pentru unitatea de referință, se presupune că Cx este o placă plană = 1. Astfel, o picătură de apă Cx = 0,04. Și acum imaginați-vă o mașină a acestei forme. Prostii, nu-i așa? Mai mult decât atât, acest tip de lucru pe roți va arăta puțin caricatural, folosind această mașină pentru scopul propus nu va fi foarte convenabil. Prin urmare, designerii sunt forțați să caute un compromis între aerodinamica automobilului și confortul utilizării acestuia. Încercările constante de a reduce coeficientul de rezistență la aer au dus la faptul că în unele mașini moderne Cx = 0,28-0,25. Ei bine, autoturismele de mare viteză se pot lăuda cu Cx = 0.2-0.15.
Acum trebuie să vorbiți puțin despre proprietățile aerului. După cum se știe, orice gaz constă în molecule. Ele se află în mișcare și interacțiune constantă între ele. Se formează așa-numitele forțe van der Waals - forțele de atracție reciprocă a moleculelor care îi împiedică să se miște relativ una de cealaltă. Unii dintre ei încep să rămână mai puternic la ceilalți. Și odată cu creșterea mișcării haotice a moleculelor, eficacitatea efectului unui strat de aer pe altul crește și crește viscozitatea. Și acest lucru are loc prin creșterea temperaturii, și poate fi cauzată atât de căldura directă de la soare, și indirect, prin frecarea aerului pe orice suprafață sau doar straturile sale unul de altul. Aceasta este doar viteza de mișcare. Pentru a înțelege cum afectează mașina, este suficient să încercați să vă loviți mâna cu o palmă deschisă. Dacă faceți acest lucru încet, nu se întâmplă nimic, dar dacă vă dați mâna mai mult, palma deja percepe în mod clar rezistență. Dar aceasta este doar o componentă.
Când aerul este deplasat pe o suprafață stabilă (de exemplu, caroseria vehiculului), același Van der Waals forță contribuie la faptul că următorul strat de molecule începe deja să adere la aceasta. Și acest strat "aderent" este deja împiedicat de următorul. Și astfel, stratul după strat și cu cât moleculele de aer se mișcă mai repede, cu atât sunt mai departe de suprafața fixă. În final, viteza lor este egală cu viteza fluxului principal de aer. Un strat în care particulele se mișcă încet se numește un strat de graniță și apare pe orice suprafață. Cu cât valoarea energiei de suprafață în vehicul a materialului de acoperire, cu cât suprafața este reacționat la nivel molecular cu mediul aerului înconjurător și mai multă energie trebuie să fie cheltuite pentru distrugerea acestor forțe. Acum, pe baza calculelor teoretice descrise mai sus, se poate spune că rezistența la aer nu este doar un vânt care lovește parbrizul. Acest proces are mai multe componente.
Aceasta este cea mai importantă parte - până la 60% din toate pierderile aerodinamice. Deseori numită rezistență la presiune sau presiune. Când conduceți, mașina stoarce fluxul de aer pe ea și depășește efortul de a muta moleculele de aer în afară. Ca urmare, există o zonă de presiune crescută. Apoi, aerul curge în jurul suprafeței mașinii. În acest proces, jeturile de aer se întrerup cu formarea de vârtejuri. Coborârea finală a fluxului de aer din spatele mașinii creează o zonă cu presiune scăzută. Rezistența din față și efectul de aspirație din partea din spate a autoturismului creează o rezistență foarte gravă. Acest fapt obligă designerii și designerii să caute modalități de a face corpul. Extindeți-vă pe rafturi.
Acum trebuie să luați în considerare forma mașinii, așa cum se spune, "de la bara de protecție până la bara de protecție". Care dintre piesele și elementele au un impact mai mare asupra aerodinamicii generale a mașinii. Partea din față a corpului. Experimentele dintr-un tunel vânt au stabilit că, pentru o aerodinamică mai bună, partea din față a corpului ar trebui să fie mică, largă și să nu aibă colțuri ascuțite. În acest caz, nu există nici o separare a fluxului de aer, care este foarte benefic pentru raționalizarea mașinii. Grila radiatorului este un element care este deseori nu numai funcțional, ci și decorativ. La urma urmei, radiatorul și motorul trebuie să aibă un flux eficient de aer, deci acest element este foarte important. Unele automobile studiază ergonomia și distribuția fluxurilor de aer în compartimentul motorului la fel de serios ca și aerodinamica generală a mașinii. Panta parbrizului este un exemplu foarte viu al unui compromis de raționalizare, ergonomie și performanță. Insuficientă panta creează o rezistență excesivă și excesive - crește gradul de prăfuire a masei de sticlă, la amurg scade brusc vizibilitatea necesară pentru a mări dimensiunea ștergătorului etc. Tranziția de sticla la partea trebuie să se efectueze lin ...
Dar nu vă puteți mișca de curbura excesivă a paharului - acest lucru poate crește distorsiunea și poate înrăutăți vizibilitatea. Efectul pilonului de parbriz la rezistența aerodinamică este foarte dependentă de poziția și forma parbrizului, și peretele de compartimentare forma. Cu toate acestea, lucru pe forma rack, este imposibil de a uita de protecția geamurilor laterale față de apa de ploaie și murdăria de pe parbriz contractat, menținerea unui nivel acceptabil de zgomot aerodinamic extern și altele. Acoperișul. O creștere a convexității acoperișului poate duce la o scădere a coeficientului de tracțiune aerodinamică. Dar o creștere semnificativă a convexității poate intra în conflict cu designul general al mașinii. În plus, dacă creșterea convexității este însoțită de o creștere simultană a zonei de tracțiune, forța de rezistență la aer crește. Pe de altă parte, dacă încercați să păstrați înălțimea inițială a parbrizului și lunetei trebuie să fie puse în aplicare în acoperiș, deoarece vizibilitatea nu ar trebui să se deterioreze. Acest lucru va duce la o creștere a costului de sticlă, o scădere a rezistenței rezistenței la aer în acest caz nu este atât de semnificativă.
Suprafețe laterale. Din punctul de vedere al aerodinamicii automobilului, suprafețele laterale au un efect redus asupra creării unui flux irrotational. Dar și pentru a le rotunji este imposibil. În caz contrar, va fi dificil să intri într-o astfel de mașină. Dacă este posibil, geamul trebuie să fie integrat cu suprafața laterală și să fie aliniat cu conturul exterior al mașinii. Orice trepte și poduri creează obstacole suplimentare pentru trecerea aerului, există vortexuri nedorite. Puteți vedea că jgheaburile, care au fost prezente anterior în aproape orice mașină, nu mai sunt folosite. Au existat alte soluții constructive care nu exercită o influență atât de mare asupra aerodinamicii automobilului.
Spatele mașinii are, probabil, cea mai mare influență asupra coeficientului de raționalizare. Se explică pur și simplu. În spate, fluxul de aer se detașează și formează turbulențe. Partea din spate a mașinii este aproape imposibil de a face același raționalizat, ca un dirijabil (lungimea este de 6 ori mai mare decât lățimea). Prin urmare, forma sa este mai atentă. Unul dintre parametrii principali este unghiul din spate al mașinii. Deja un exemplu de manuale a fost mașina rusă "Moskvich-2141", unde soluția nereușită a părții din spate a înrăutățit semnificativ aerodinamica generală a mașinii. Dar, pe de altă parte, fereastra din spate a moscovitei era mereu curată. Din nou, un compromis. Acesta este motivul pentru care atât de multe componente externe suplimentare se face pe partea din spate a masinii: .. stropirii, spoilere, etc Împreună cu unghiul la partea din spate a coeficientului de tragere afectează în mare măsură proiectarea și forma muchiei laterale din spate. De exemplu, dacă vă uitați la aproape orice mașină modernă de sus, puteți vedea imediat că corpul este mai lat în față decât în spate. Aceasta este și aerodinamica. Partea inferioară a mașinii.
După cum se poate părea la început, această parte a corpului nu poate avea un efect asupra aerodinamicii. Dar aici există un astfel de aspect, ca o forță de strângere. Depinde de stabilitatea mașinii și de cât de bine este controlat fluxul de aer sub partea de jos a mașinii, depinde în cele din urmă de "lipirea" drumului. Asta este, dacă aerul sub mașină nu este întârziat, dar curge rapid, atunci presiunea scăzută care are loc acolo va apăsa autovehiculul pe carosabil. Acest lucru este deosebit de important pentru mașinile convenționale. Faptul că mașinile de curse care concurează pe calitate, suprafete netede, astfel încât să puteți instala un mic joc care va începe să arate efectul de „perna Pământului“, în care forța de strângere este crescută și trageți redusă. Pentru vehiculele normale, este inacceptabilă o distanță mică la sol. Prin urmare, designerii au încercarea de recent cât mai mult posibil pentru a netezi partea de jos a mașinii, închideți clapele de astfel de elemente neregulate, cum ar fi țevile de eșapament, brațele de suspensie și altele asemenea. D. De altfel, puțurile de roți au un impact foarte mare asupra aerodinamicii vehiculului. Locurile necorespunzătoare pot crea lift suplimentar.
Inutil să spunem că puterea necesară a motorului depinde de raționalizarea mașinii și, prin urmare, de consumul de combustibil (adică de portofel). Cu toate acestea, aerodinamica nu afectează doar viteza și economia. Nu ultimul loc este ocupat de sarcinile de a asigura o bună stabilitate a cursului, controlabilitatea automobilului și reducerea zgomotului la condus. Deoarece zgomotul este clar: vehicul mai bună raționalizare, calitatea suprafeței, cât este mai mică valoarea lacunelor și numărul de elemente proeminente, etc., cu atât mai puțin zgomot ... Designerii trebuie să se gândească la un astfel de aspect, cum ar fi momentul în derulare. Acest efect este bine cunoscut de majoritatea șoferilor. Cine o dată a condus la viteză mare a trecut „camion“ sau pur și simplu a intrat puternic vânt lateral, el trebuie să fi simțit apariția rolei sau chiar o masina mica de implementare. Nu are nici un rost să explicăm acest efect, dar tocmai aceasta este problema aerodinamicii.
Articole similare
Trimiteți-le prietenilor: