Coliziune cu aer: aerodinamică a mașinii
Există o mulțime de moduri diferite de a face masina merge mai repede - pentru a ridica puterea motorului, se toarnă benzină cu o cifră octanică mai mare, se adaugă „overdrive“ pe mașină sau, în cele din urmă, să învețe să schimbe vitezele pe mecanica în modul „sport“. Cine ar fi crezut că instalarea unui kit de caroserie de calitate, îndepărtarea din corpul de toate tipurile de faruri suplimentare, oglinzi, „muhoboynikov“, și chiar închiderea ferestrelor banale nu poate avea un efect mai mic.
Pentru început, să vedem cum acționează fluxul de aer care intră în mașină în timpul mișcării sale. În total, există două tipuri de rezistență aerodinamică - rezistența la frecare la aer și rezistența la presiune. În general, mașina este influențată în principal de forța de frecare a presiunii - aceasta are partea de leu a efectului asupra coeficientului aerodinamic rezultat al mașinii.
Nici un supercomputer din lume nu vă poate calcula coeficientul exact al aerodinamicii automobilului. Ideea este că regiunea în care apare rezistența la presiune de interes este zona de detașare a fluxului de intrare din plan și traseul vortex după această separare. Pentru a calcula rezistența la presiune într-un astfel de flux turbulent este în prezent imposibilă.
Deoarece rezistența aerodinamică nu poate fi calculată, s-au făcut încercări de catalogare a acesteia în funcție de parametrii de bază ai formei. Putem spune că aceste eforturi au eșuat până în prezent.
De aceea, producătorii care respectă auto-respectul sunt forțați să-și petreacă testele scumpe ale autoturismelor în tuneluri eoliene și numai în dimensiune completă. Debitul de aer din jurul mașinii se întâlnește în mod inevitabil cu defecțiunile, rugozitățile și îmbinările suprafețelor. În cazul în care, după separare, curgerea din nou se învecinează cu suprafața, în spațiu apar vîrtejuri.
Astfel de ediții pot apărea în următoarele locuri: pe marginea din față a capotei; pe partea laterală a aripilor; În zona formată de intersecția dintre capotă și parbriz; pe spoilerul din față și, eventual, în zona de înclinare cu forma trepte a spatelui mașinii. Traseul vârtejului din spatele marginii laterale a corpului este principalul. Fluxul de aer rezultat are un caracter general dimensional, cu alte cuvinte, vârtejurile nu sunt la întâmplare „furie“, și se deplasează în jurul unei axe paralele cu marginea posterioară a vehiculului sau perpendicular incidentul potoku.Nizhny vortex se rotește în direcția acelor de ceasornic; este cel care transferă particule de murdărie în spatele mașinii. Vârful superior se rotește în direcția opusă; sensul acelor de ceasornic.
Din acest motiv, ușa din spate a unui hatchback sau break mai murdare din spate sedan sau coupe - o mare suprafață uniformă pentru linia de rupere creează un curenți turbionari mult mai puternice care ridica murdăria de pe suprafață. Mărimea fluxurilor de vârtejuri are ca rezultat aerodinamica generală a mașinii. Deoarece aerul de intrare trebuie să treacă direct peste vârtejurile formate de stratul inferior, crește frecarea și, în consecință, coeficientul aerodinamic al vehiculului.
Spoilerul de cuvânt englez ar putea fi tradus literal ca "portret". Atunci când este instalat pe marginea superioară a cincea ușă, el împarte fluxul de intrare în două părți - o mare parte merge în spațiul fără vârtejuri de inițiere, și mai mici „scufundari“, sub spoilerul, creând un nivel minim de turbulență și îmbunătățirea aerodinamica masinii.
Așa cum sa menționat mai sus, în principiu, tracțiunea aerodinamică a unei mașini este rezistența la presiune. Cele mai multe suprafețe ale mașinii sunt perpendiculare pe direcția fluxului de aer - cu atât este mai mare coeficientul de rezistență - Cx.
Ce fac producătorii de mașini pentru a reduce Cx? Răspunsul este evident - reduc secțiunea transversală a vehiculului în ceea ce privește permisele de spațiu și / sau de a îmbunătăți forma sa aprobat pentru vehiculul respectiv. Coeficientul dragului mediu pentru o mașină este de 0,37-0,34. Ca punct de plecare este luată în ceea ce privește rezistența la presiune la placa circulară este în mod natural - perpendicular pe flux este 1 (mai târziu am aflat că datorită turbulenței de margine de curgere și, în consecință, apariția rezistenței la frecare este egală cu 1,2).
Studiul unor modele de automobile aerodinamice sunt atât de mare încât acestea Cx pot fi mult mai puțin - de exemplu, la modelul actual de Audi A8 este doar 0,27, în timp ce Lexus LS 460 si a facut un record pentru seria de modele sedan cu patru uși - 0,26.
Este logic să presupunem că aerodinamica supercar este chiar mai perfectă. Cu toate acestea, acest lucru nu este în întregime adevărat. Ca exemplu ilustrativ, puteți lua cea mai recentă serie Porsche 911 Turbo 997. Raportul său este de 0,31. Mulți? Inginerii companiei sunt doar fericiți că au reușit să obțină rate atât de scăzute și că sunt mândri de acest lucru. Întreaga idee este că, spre deosebire de mașinile convenționale, motorul unui supercar de dimensiuni medii trebuie răcit de volume mult mai mari de aer. Cu toate acestea, aceste volume, destul de ciudat, nu provin de la ... da, da, însuși. Alți cubi metri intră în compartimentul motorului de la radiatoare suplimentare mari, care (în mod corect!) Cresc foarte mult secțiunea transversală a mașinii și, ca rezultat, Cx. Același efect are și aripi largi, cuplate cu anvelope uriașe și o aripă din spate. La cele mai bune eșantioane de coeficient superkarostroenija Cx ajunge la 0,40-0,42 (!). Aceste cifre sunt arătate prin cunoașterea tuturor Bugatti Veyron.
Cu toate acestea, există excepții. De exemplu, a fost realizat inginerii care lucrează la aerodinamica noului coeficient Nissan GT-R de 0,27 - și asta în ciuda faptului că, chiar și la viteză mare a vehiculului este presată pe drum și partea din față și puntea din spate, și un intercooler turbină răcește suficient curent de aer de intrare. Datorita optimizarii aerodinamicii, conform designerilor, au reusit sa obtina acele rezultate uimitoare pe Nyburgring - cel mai renumit punct de referinta al masinilor sport.
Și ce oferă o mică secțiune transversală și o formă dezvoltată pentru mașinile convenționale care nu fac înregistrări? Răspunsul este simplu și evident - economia de combustibil. Inginerii companiilor de automobile de frunte se străduiesc să creeze mașini de salvare care să se poată adapta cu ușurință la standardele de mediu mai stricte și să atragă sute de mii de cumpărători care nu doresc să arunce bani în conductă. De exemplu, prototipul VW 1-L dezvoltat de Volkswagen pentru a cuceri limita de debit "litru" de 100 km are un Cx de 0,153. În viitor, astfel de mașini vor fi distribuite pe scară largă, dar pentru moment este posibil să se folosească mai multe metode "populare" pentru îmbunătățirea aerodinamicii.
Folosim principiile de bază de mai sus ale ingineriei aerodinamice. În primul rând, puteți încerca să reduceți secțiunea transversală. Suplimentară în oglindă „muhoboyniki“ carcasă de ceață, antene multiple, flapsuri noroi, - și îndepărtați toate garantate pentru a obține litri în plus la 100 km / cale la o viteză de 150 km / h. Nu interveni, și o deschidere moderată a ferestrelor, deoarece se execută în camera de zi, la un debit de aer de mare viteză creează vârtejuri suplimentare, care impiedicau ulterioară „porțiune“ a fluxului.
Extindeți pe rafturi
Acum trebuie să luați în considerare forma mașinii, după cum se spune, "de la bara de protecție 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 din tunelul eolian 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. Și, pe de altă parte, dacă încercați să mențineți înălțimea inițială, parbrizul și geamurile din spate vor trebui încorporate în acoperișuri, deoarece vizibilitatea nu trebuie 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 - unghiul din spate al masinii. A devenit deja un exemplu de manual de masina rusesc „Moskvici-2141“, care este decizia nefericită din spate a scăzut în mod semnificativ aerodinamicii generale 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 puterea "lipirii" ei de drum. 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 „sac de pământ“, 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.
Și din nou vântul
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 conducere. 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. De aceea, coeficientul Cx nu este singurul. La urma urmei, aerul poate afecta mașina nu numai "pe frunte", ci și în unghiuri diferite și în direcții diferite. Și toate acestea au un impact asupra gestionabilității și securității. Acestea sunt doar câteva din principalele aspecte care afectează rezistența generală a rezistenței la aer. Nu este posibilă calcularea tuturor parametrilor. Formulele existente nu oferă o imagine completă. De aceea, designerii studiaza aerodinamica masinii si regleaza forma sa cu un instrument atat de scump precum tunelul de vant. Firmele occidentale nu dispun de bani pentru construcția lor. Costul acestor centre de cercetare poate fi estimat la milioane de dolari. De exemplu: Daimler-Chrysler a investit 37,5 milioane de dolari în crearea unui complex specializat pentru îmbunătățirea aerodinamicii automobilelor lor. În prezent, tunelul eolian este instrumentul cel mai important pentru studierea forțelor de rezistență a aerului care afectează mașina.
Trimiteți-le prietenilor: