Co to jest aerodynamika samochodu?
Zawartość
Patrząc na historyczne zdjęcia legendarnych modeli samochodów, każdy od razu zauważy, że w miarę zbliżania się do naszych czasów karoseria staje się coraz mniej kanciasta.
Wynika to z aerodynamiki. Zastanówmy się, jaka jest specyfika tego efektu, dlaczego ważne jest uwzględnienie praw aerodynamicznych, a także które samochody mają zły współczynnik opływu, a które są dobre.
Czym jest aerodynamika samochodu
Choć może to zabrzmieć dziwnie, im szybciej samochód porusza się po drodze, tym bardziej będzie miał tendencję do odrywania się od podłoża. Powodem jest to, że strumień powietrza, z którym zderza się pojazd, jest przecinany przez karoserię na dwie części. Jedna przechodzi między dnem a nawierzchnią drogi, a druga przechodzi przez dach i omija kontur maszyny.
Jeśli spojrzysz na karoserię z boku, wizualnie zdalnie będzie przypominać skrzydło samolotu. Osobliwością tego elementu samolotu jest to, że przepływ powietrza nad zakrętem przechodzi większą ścieżkę niż pod prostą częścią części. Z tego powodu nad skrzydłem powstaje próżnia lub próżnia. Wraz ze wzrostem prędkości siła ta bardziej podnosi ciało.
Podobny efekt liftingu powstaje dla samochodu. Górny strumień opływa maskę, dach i bagażnik, a dolny opływa dno. Kolejnym elementem stawiającym dodatkowy opór są części nadwozia położone blisko pionu (osłona chłodnicy lub przednia szyba).
Prędkość transportu bezpośrednio wpływa na efekt podnoszenia. Ponadto kształt nadwozia z pionowymi panelami powoduje dodatkowe turbulencje, co zmniejsza przyczepność pojazdu. Z tego powodu właściciele wielu klasycznych samochodów o kanciastych kształtach podczas tuningu koniecznie mocują do karoserii spojler i inne elementy pozwalające na zwiększenie docisku auta.
Dlaczego tego potrzebujesz
Usprawnienie umożliwia szybszy przepływ powietrza po ciele bez zbędnych wirów. Gdy maszyna jest utrudniona przez zwiększony opór powietrza, silnik zużywa więcej paliwa, jakby maszyna niesie dodatkowe obciążenie. Wpłynie to nie tylko na ekonomikę samochodu, ale także na to, ile szkodliwych substancji zostanie uwolnionych rurą wydechową do środowiska.
Projektując samochody o ulepszonej aerodynamice, inżynierowie wiodących producentów samochodów obliczają następujące wskaźniki:
- Ile powietrza musi dostać się do komory silnika, aby silnik otrzymał odpowiednie naturalne chłodzenie;
- W których częściach ciała będzie pobierane świeże powietrze do wnętrza samochodu, a także gdzie będzie odprowadzane;
- Co można zrobić, aby powietrze w samochodzie było mniej hałasu;
- Siła podnoszenia musi być rozłożona na każdą oś zgodnie z charakterystyką kształtu nadwozia pojazdu.
Wszystkie te czynniki są brane pod uwagę przy opracowywaniu nowych modeli maszyn. A jeśli wcześniej elementy ciała mogły się drastycznie zmienić, dziś naukowcy opracowali już najbardziej idealne formy, które zapewniają zmniejszony współczynnik siły nośnej czołowej. Z tego powodu wiele modeli najnowszej generacji może różnić się zewnętrznie jedynie niewielkimi zmianami w kształcie dyfuzorów lub skrzydeł w stosunku do poprzedniej generacji.
Oprócz stabilności na drodze, aerodynamika może przyczynić się do mniejszego zanieczyszczenia niektórych części ciała. Tak więc, w zderzeniu z przednim podmuchem wiatru, pionowo ustawione reflektory, zderzak i przednia szyba szybciej brudzą się od roztrzaskanych małych owadów.
Aby zmniejszyć negatywny wpływ podnoszenia, producenci samochodów dążą do ograniczenia luz do maksymalnej dopuszczalnej wartości. Jednak efekt czołowy nie jest jedyną negatywną siłą wpływającą na stabilność maszyny. Inżynierowie zawsze „balansują” między przednim i bocznym usprawnieniem. Niemożliwe jest osiągnięcie idealnego parametru w każdej strefie, dlatego przy produkcji nowego typu nadwozia specjaliści zawsze idą na pewien kompromis.
Podstawowe fakty aerodynamiczne
Skąd ten opór? Wszystko jest bardzo proste. Wokół naszej planety panuje atmosfera złożona ze związków gazowych. Średnio gęstość stałych warstw atmosfery (przestrzeń od ziemi do lotu ptaka) wynosi około 1,2 kg / metr kwadratowy. Kiedy obiekt jest w ruchu, zderza się z cząsteczkami gazu tworzącymi powietrze. Im większa prędkość, tym większa siła uderzenia tych elementów w obiekt. Z tego powodu przy wejściu w atmosferę ziemską sonda zaczyna silnie się nagrzewać od tarcia.
Pierwszym zadaniem, z którym próbują sobie poradzić twórcy nowego projektu modelu, jest zmniejszenie oporu. Parametr ten zwiększa się czterokrotnie, jeśli pojazd przyspiesza w zakresie od 4 km / h do 60 km / h. Aby zrozumieć, jakie to ma znaczenie, rozważ mały przykład.
Waga transportu to 2 tysiące kg. Transport przyspiesza do 36 km / h. Jednocześnie na pokonanie tej siły zużywa się tylko 600 watów mocy. Cała reszta jest przeznaczona na przetaktowywanie. Ale już przy prędkości 108 km / h. 16 kW mocy jest już wykorzystywane do pokonania oporu czołowego. Podczas jazdy z prędkością 250 km / h. samochód zużywa już aż 180 koni mechanicznych przy sile hamowania. Jeśli kierowca chce jeszcze bardziej przyspieszyć samochód, do 300 kilometrów na godzinę, oprócz mocy do zwiększenia prędkości, silnik będzie musiał zużywać 310 koni, aby poradzić sobie z przednim przepływem powietrza. Dlatego samochód sportowy potrzebuje tak mocnego układu napędowego.
Aby opracować najbardziej opływowy, ale jednocześnie dość wygodny transport, inżynierowie obliczają współczynnik Cx. Ten parametr w opisie modelu jest najważniejszy z punktu widzenia idealnej sylwetki ciała. Kropla wody ma w tym obszarze idealną wielkość. Ma ten współczynnik 0,04. Żaden producent samochodów nie zgodziłby się na tak oryginalny projekt swojego nowego modelu samochodu, chociaż wcześniej istniały opcje w tym projekcie.
Istnieją dwa sposoby zmniejszenia oporu wiatru:
- Zmień kształt nadwozia, aby powietrze opływało samochód jak najbardziej;
- Spraw, aby samochód był wąski.
Kiedy maszyna się porusza, działa na nią siła pionowa. Może mieć efekt obniżenia ciśnienia, co ma pozytywny wpływ na przyczepność. Jeśli nacisk na samochód nie zostanie zwiększony, powstający wir zapewni oddzielenie pojazdu od podłoża (każdy producent stara się jak najbardziej wyeliminować ten efekt).
Z drugiej strony, gdy samochód się porusza, działa na niego trzecia siła - siła boczna. Obszar ten jest jeszcze trudniejszy do kontrolowania, ponieważ wpływa na niego wiele zmiennych wielkości, takich jak boczny wiatr podczas jazdy po linii prostej lub na zakrętach. Siła tego czynnika nie może być przewidziana, więc inżynierowie nie ryzykują i tworzą przypadki o szerokości, która pozwala na pewien kompromis w stosunku Cx.
Aby określić, w jakim stopniu można uwzględnić parametry sił pionowych, czołowych i bocznych, wiodący producenci samochodów zakładają specjalistyczne laboratoria prowadzące badania aerodynamiczne. W zależności od możliwości materiałowych w skład tego laboratorium może wchodzić tunel aerodynamiczny, w którym przy dużym przepływie powietrza sprawdzana jest efektywność usprawnienia transportu.
Idealnie byłoby, gdyby producenci nowych modeli samochodów starali się albo doprowadzić swoje produkty do współczynnika 0,18 (dziś jest to ideał), albo go przekroczyć. Ale nikomu jeszcze się nie udało w drugiej, ponieważ nie da się wyeliminować innych sił działających na maszynę.
Siła zaciskania i podnoszenia
Oto jeszcze jeden niuans, który wpływa na możliwości zarządzania transportem. W niektórych przypadkach nie można zminimalizować oporu. Przykładem tego są samochody F1. Chociaż ich nadwozie jest idealnie opływowe, koła są otwarte. Strefa ta stwarza najwięcej problemów dla producentów. Dla takiego transportu Cx mieści się w zakresie od 1,0 do 0,75.
Jeśli w tym przypadku nie można wyeliminować tylnego wiru, wówczas przepływ można wykorzystać do zwiększenia przyczepności na torze. Aby to zrobić, na korpusie instalowane są dodatkowe części, które wytwarzają siłę docisku. Na przykład przedni zderzak wyposażony jest w spojler, który zapobiega jego oderwaniu się od ziemi, co jest niezwykle ważne w przypadku samochodu sportowego. Podobne skrzydło jest przymocowane z tyłu samochodu.
Przednie skrzydło nie kieruje przepływu pod samochód, ale na górną część nadwozia. Z tego powodu przód pojazdu jest zawsze skierowany w stronę drogi. Z dołu tworzy się podciśnienie, a samochód zdaje się przyklejać do toru. Tylny spojler zapobiega tworzeniu się wiru za samochodem - część przerywa przepływ, zanim zacznie być zasysana do strefy podciśnienia za pojazdem.
Małe elementy wpływają również na redukcję oporu. Na przykład krawędź maski prawie wszystkich nowoczesnych samochodów zakrywa pióra wycieraczek. Ponieważ przód samochodu przede wszystkim napotyka nadjeżdżające pojazdy, zwraca się uwagę nawet na tak drobne elementy, jak owiewki wlotu powietrza.
Podczas montażu sportowych zestawów nadwozia należy wziąć pod uwagę, że dodatkowy docisk sprawia, że samochód jest pewniejszy na drodze, ale jednocześnie przepływ kierunkowy zwiększa opór. Z tego powodu maksymalna prędkość takiego transportu będzie mniejsza niż bez elementów aerodynamicznych. Innym negatywnym skutkiem jest to, że samochód staje się bardziej żarłoczny. To prawda, że efekt sportowego body będzie odczuwalny przy prędkościach 120 kilometrów na godzinę, więc w większości sytuacji na drogach publicznych takie szczegóły.
Modele ze słabym oporem aerodynamicznym:
Modele z dobrym oporem aerodynamicznym:
Dodatkowo obejrzyj krótki film o aerodynamice samochodu:
2 komentarz
Bogdan
Cześć. Ignoranckie pytanie.
Gdyby auto jechało z prędkością 100km/h przy 2000 obr/min, a to samo auto jechało z prędkością 200km/h przy 2000 obr/min to czy spalanie byłoby inne? A jeśli jest inaczej? Wysoka wartość?
Albo jakie jest zużycie auta? Przy obrotach silnika lub prędkości?
dzięki
Tore
Podwojenie prędkości samochodu podwaja opór toczenia i czterokrotnie opór powietrza, więc potrzeba więcej energii. Oznacza to, że musisz spalić więcej paliwa, nawet przy stałych obrotach, więc naciskasz pedał gazu i ciśnienie w kolektorze wzrasta i do każdego cylindra dostaje się większa masa powietrza. Oznacza to, że Twój silnik wtryskuje więcej paliwa, więc tak, nawet jeśli prędkość obrotowa pozostaje taka sama, zużyjesz około 4.25 razy więcej paliwa na kilometr.