Kitabu cha Aerodynamics

Sababu muhimu zaidi zinazoathiri upinzani wa hewa wa gari

Upinzani mdogo wa hewa husaidia kupunguza matumizi ya mafuta. Walakini, kuna nafasi kubwa ya maendeleo katika suala hili. Ikiwa, kwa kweli, wataalam wa aerodynamics wanakubaliana na maoni ya wabuni.

"Aerodynamics kwa wale ambao hawawezi kutengeneza pikipiki." Maneno haya yalisemwa na Enzo Ferrari katika miaka ya sitini na yanaonyesha wazi mtazamo wa wabunifu wengi wakati huo kuelekea upande huu wa kiteknolojia wa gari. Walakini, ilikuwa miaka kumi tu baadaye kwamba shida ya kwanza ya mafuta ilipiga, ambayo kimsingi ilibadilisha mfumo wao wote wa thamani. Nyakati ambazo nguvu zote za upinzani wakati wa mwendo wa gari, na haswa zile zinazoibuka wakati hupitia safu za hewa, zinashindwa na suluhisho kubwa za kiufundi, kama vile kuongeza uhamishaji na nguvu za injini, bila kujali kiwango cha mafuta zinazotumiwa, zinaenda mbali, na wahandisi wanaanza kutafuta njia bora zaidi za kufikia malengo yako.

Kwa sasa, sababu ya kiteknolojia ya aerodynamics inafunikwa na safu nene ya vumbi la usahaulifu, lakini kwa wabunifu hii sio habari. Historia ya teknolojia inaonyesha kwamba hata katika miaka ya 77, akili za hali ya juu na za uvumbuzi, kama vile Edmund Rumpler wa Ujerumani na Hungarian Paul Jarai (ambaye aliunda kitoto cha Tatra TXNUMX), waliunda nyuso zilizorekebishwa na kuweka msingi wa njia ya angani kwa mwili wa gari kubuni. Walifuatiwa na wimbi la pili la wataalam wa aerodynamic kama Baron Reinhard von Könich-Faxenfeld na Wunibald Kam, ambao walikuza maoni yao katika XNUMXs.

Ni wazi kwa kila mtu kuwa kwa kasi inayoongezeka inakuja kikomo, juu ya ambayo upinzani wa hewa huwa sababu muhimu ya kuendesha gari. Kuunda maumbo yaliyoboreshwa kwa njia ya anga kunaweza kusukuma kikomo hiki juu sana na inaonyeshwa na kinachojulikana kama sababu ya mtiririko Cx, kwa kuwa thamani ya 1,05 ina mchemraba uliogeuzwa wa perpendicular kwa mtiririko wa hewa (ikiwa umezungushwa digrii 45 kwenye mhimili wake, ili mkondo wa juu. makali hupungua hadi 0,80). Walakini, mgawo huu ni sehemu moja tu ya usawa wa upinzani wa hewa - lazima uongeze saizi ya eneo la mbele la gari (A) kama nyenzo muhimu. Kazi ya kwanza ya aerodynamicists ni kuunda nyuso safi, zenye ufanisi wa aerodynamic (mambo ambayo, kama tutakavyoona, mengi kwenye gari), ambayo hatimaye husababisha mgawo wa chini wa mtiririko. Kupima mwisho kunahitaji handaki ya upepo, ambayo ni muundo wa gharama kubwa na changamano - mfano wa hii ni handaki iliyoagizwa mwaka wa 2009. BMW, ambayo iligharimu kampuni hiyo euro milioni 170. Sehemu muhimu zaidi ndani yake sio shabiki mkubwa, ambayo hutumia umeme mwingi hivi kwamba inahitaji substation tofauti ya transformer, lakini msimamo sahihi wa roller ambao hupima nguvu zote na wakati ambao ndege ya hewa hufanya kwenye gari. Kazi yake ni kutathmini mwingiliano mzima wa gari na mtiririko wa hewa na kusaidia wataalamu kusoma kila undani na kuibadilisha ili isiwe na ufanisi tu katika mtiririko wa hewa, lakini pia kwa mujibu wa matakwa ya wabunifu. . Kimsingi, sehemu kuu za kuburuta ambazo gari hukutana nazo hutoka wakati hewa iliyo mbele yake inabana na kuhama, na - muhimu sana - kutoka kwa msukosuko mkali nyuma yake nyuma. Kuna eneo la shinikizo la chini ambalo huwa na kuvuta gari, ambalo linachanganywa na athari kali ya vortex, ambayo aerodynamicists pia huita "msisimko wa wafu". Kwa sababu za kimantiki, baada ya mifano ya gari la kituo, kiwango cha utupu ni cha juu, kama matokeo ambayo mgawo wa matumizi huharibika.

Sababu za kuvuta angani

Mwisho hutegemea tu mambo kama vile sura ya jumla ya gari, lakini pia juu ya sehemu maalum na nyuso. Kiutendaji, umbo la jumla na uwiano wa magari ya kisasa huchangia asilimia 40 ya jumla ya upinzani wa hewa, robo ambayo imedhamiriwa na muundo wa uso wa kitu na vipengele kama vile vioo, taa, sahani ya leseni na antena. 10% ya upinzani wa hewa ni kwa sababu ya mtiririko kupitia matundu hadi breki, injini na usafirishaji. 20% ni matokeo ya vortex katika miundo mbalimbali ya sakafu na kusimamishwa, yaani, kila kitu kinachotokea chini ya gari. Na nini kinachovutia zaidi - 30% ya upinzani wa hewa ni kutokana na vortices iliyoundwa karibu na magurudumu na mbawa. Maonyesho ya vitendo ya jambo hili yanaonyesha wazi hili - kiwango cha mtiririko kutoka 0,28 kwa kila gari hupungua hadi 0,18 wakati magurudumu yanaondolewa na vifungo vya fender vimefungwa. Si bahati mbaya kwamba magari yote ya mwendo wa chini kwa kushangaza - kama vile Insight ya kwanza ya Honda na gari la umeme la GM EV1 - yameficha viunga vya nyuma. Sura ya jumla ya aerodynamic na mwisho wa mbele uliofungwa, kwa sababu ya ukweli kwamba motor ya umeme hauhitaji hewa nyingi ya baridi, iliruhusu wabunifu wa GM kuendeleza mfano wa EV1 na sababu ya mtiririko wa 0,195 tu. Tesla Model 3 ina Cx 0,21. Ili kupunguza vorticity ya magurudumu katika magari yenye injini za mwako ndani, kinachojulikana. "Mapazia ya hewa" kwa namna ya mtiririko wa hewa mwembamba wa wima unaoelekezwa kutoka kwa ufunguzi kwenye bumper ya mbele, kupiga karibu na magurudumu na kuimarisha vortices, mtiririko wa injini ni mdogo na shutters za aerodynamic, na chini imefungwa kabisa.

Thamani za chini za nguvu zilizopimwa na msimamo wa roller, Cx ndogo. Kwa kawaida hupimwa kwa kasi ya kilomita 140 / h - thamani ya 0,30, kwa mfano, ina maana kwamba asilimia 30 ya hewa ambayo gari hupita huharakishwa kwa kasi yake. Kwa upande wa mbele, usomaji wake unahitaji utaratibu rahisi zaidi - kwa hili, mtaro wa nje wa gari umeainishwa na laser wakati unatazamwa kutoka mbele na eneo lililofungwa katika mita za mraba limehesabiwa. Kisha huongezeka kwa sababu ya mtiririko ili kupata upinzani wa jumla wa hewa ya gari katika mita za mraba.

Tukirudi kwenye muhtasari wa kihistoria wa simulizi letu la aerodynamic, tunapata kwamba uundaji wa mzunguko wa kipimo cha matumizi ya mafuta sanifu (NEFZ) mnamo 1996 kwa kweli ulichukua jukumu hasi katika mabadiliko ya aerodynamic ya magari (ambayo yaliendelea sana katika miaka ya 7). ) kwa sababu kipengele cha aerodynamic kina athari kidogo kutokana na muda mfupi wa harakati za kasi. Licha ya kupungua kwa mgawo wa matumizi kwa miaka mingi, ongezeko la vipimo vya magari ya kila darasa husababisha kuongezeka kwa eneo la mbele na, kwa hiyo, kuongezeka kwa upinzani wa hewa. Magari kama vile VW Golf, Opel The Astra na BMW 90 Series yalikuwa na upinzani wa hali ya juu wa hewa kuliko watangulizi wao katika miaka ya 90. Hali hii inawezeshwa na mifano ya kuvutia ya SUV na eneo lao kubwa la mbele na uboreshaji unaoharibika. Aina hii ya gari imekosolewa haswa kwa uzani wake mkubwa, lakini kwa mazoezi sababu hii inakuwa chini ya umuhimu wa jamaa na kasi inayoongezeka - wakati wa kuendesha gari nje ya jiji kwa kasi ya karibu 50 km / h, sehemu ya upinzani wa hewa ni karibu. Asilimia 80, kwa kasi ya barabara kuu huongezeka hadi asilimia XNUMX kutoka kwa upinzani wa jumla unaokabiliwa na gari.

Tube ya aerodynamic

Mfano mwingine wa jukumu la upinzani wa hewa katika utendaji wa gari ni mfano wa kawaida wa Smart City. Mtu anayeketi wawili anaweza kuwa mahiri na mahiri kwenye mitaa ya jiji, lakini kazi yake fupi na sawia haina ufanisi mkubwa kutokana na mtazamo wa anga. Kinyume na historia ya uzito mdogo, upinzani wa hewa unakuwa kipengele muhimu zaidi, na kwa Smart huanza kuwa na athari kali kwa kasi ya kilomita 50 / h. Haishangazi kwamba licha ya kubuni nyepesi, haikuishi kulingana na matarajio. kwa gharama ya chini kiasi.

Walakini, licha ya mapungufu ya Smart, mtazamo wa kampuni ya mzazi Mercedes kwa aerodynamics ni mfano wa mbinu, thabiti na ya haraka ya mchakato wa kuunda fomu za kuvutia. Inaweza kusema kuwa matokeo ya uwekezaji katika vichuguu vya upepo na kazi ngumu katika eneo hili yanaonekana hasa katika kampuni hii. Mfano wa kushangaza hasa wa athari za mchakato huu ni ukweli kwamba S-Class ya sasa (Cx 0,24) ina upinzani mdogo wa hewa kuliko Golf VII (0,28). Katika kutafuta nafasi zaidi ya mambo ya ndani, sura ya mfano wa kompakt imepata eneo kubwa la mbele, na mgawo wa mtiririko ni mbaya zaidi kuliko ule wa darasa la S kwa sababu ya urefu wake mfupi, ambao hauruhusu nyuso zilizosawazishwa na mengi. zaidi. - tayari kutokana na mpito mkali kutoka nyuma, na kuchangia kuundwa kwa vortices. Hata hivyo, VW inasisitiza kwamba Gofu ya kizazi kijacho itakuwa na upinzani mdogo wa hewa na itashushwa na kurahisishwa. Kipengele cha chini kabisa cha matumizi ya mafuta kilichorekodiwa cha 0,22 kwa kila gari la ICE ni Mercedes CLA 180 BlueEfficiency.

Faida ya magari ya umeme

Mfano mwingine wa umuhimu wa umbo la aerodynamic dhidi ya msingi wa uzani ni mifano ya kisasa ya mseto na hata zaidi magari ya umeme. Kwa upande wa Prius, kwa mfano, hitaji la muundo wa nguvu sana pia inaamriwa na ukweli kwamba kasi inapoongezeka, ufanisi wa nguvu ya mseto huanguka sana. Katika kesi ya magari ya umeme, kila kitu kinachohusiana na kuongezeka kwa mileage katika hali ya umeme ni muhimu sana. Kulingana na wataalamu, kupunguza uzito kwa kilo 100 kutaongeza mwendo wa gari kwa kilomita chache tu, lakini kwa upande mwingine, aerodynamics ni muhimu sana kwa gari la umeme.

Kwanza, kwa sababu wingi wa magari haya huwawezesha kurejesha baadhi ya nishati inayotumiwa kurejesha, na pili, kwa sababu torque ya juu ya motor ya umeme inakuwezesha kulipa fidia kwa athari ya uzito wakati wa kuanza, na ufanisi wake hupungua. kwa mwendo wa kasi na kasi kubwa. Kwa kuongezea, umeme wa nguvu na motor ya umeme huhitaji hewa ya baridi kidogo, ambayo inaruhusu ufunguzi mdogo mbele ya gari, ambayo, kama tulivyokwishaona, ndio sababu kuu ya kuzorota kwa mtiririko kuzunguka mwili. Kipengele kingine cha msukumo wa wabunifu kuunda maumbo yenye ufanisi zaidi ya aerodynamically katika mifano ya mseto ya mseto wa kisasa ni njia ya harakati bila kuongeza kasi tu kwa msaada wa motor umeme, au kinachojulikana. kusafiri kwa meli. Tofauti na boti za meli, ambapo neno hilo linatoka na ambapo upepo unapaswa kuhamisha mashua, magari ya umeme yataongeza mileage ikiwa gari ina upinzani mdogo wa hewa. Kuunda umbo la aerodynamically optimized ni njia ya kiuchumi zaidi ya kupunguza matumizi ya mafuta.

Nakala: Georgy Kolev

Coefficients ya matumizi ya baadhi ya magari maarufu:

Mercedes Simplex

Uzalishaji wa 1904, Cx = 1,05

Rumpler Tropfenwagen

Uzalishaji wa 1921, Cx = 0,28

Mfano wa Ford T

Uzalishaji wa 1927, Cx = 0,70

Mfano wa majaribio Kam

Uzalishaji wa 1938, Cx = 0,36

Gari la kumbukumbu la Mercedes

Uzalishaji wa 1938, Cx = 0,12

Basi la VW

Uzalishaji wa 1950, Cx = 0,44

VW "turtle"

Uzalishaji wa 1951, Cx = 0,40

Panhard Dina

Uzalishaji wa 1954, Cx = 0,26

Porsche 356

Uzalishaji wa 1957, Cx = 0,36

MG EX 181

Uzalishaji wa 1957, Cx = 0,15

Citroen DS 19

Uzalishaji wa 1963, Cx = 0,33

NSU Sport Mkuu

Uzalishaji wa 1966, Cx = 0,38

Mercedes C 111

Uzalishaji wa 1970, Cx = 0,29

Volvo 245 Van

Uzalishaji wa 1975, Cx = 0,47

Audi 100

Uzalishaji wa 1983, Cx = 0,31

124

Uzalishaji wa 1985, Cx = 0,29

Toyota Prius 1

Uzalishaji wa 1997, Cx = 0,29