Llawlyfr Aerodynameg

Y ffactorau pwysicaf sy'n effeithio ar wrthwynebiad aer y cerbyd

Mae ymwrthedd aer isel yn helpu i leihau'r defnydd o danwydd. Fodd bynnag, yn hyn o beth, mae lle enfawr i ddatblygu. Os yw arbenigwyr aerodynameg, wrth gwrs, yn cytuno â barn y dylunwyr.

"Aerodynameg i'r Rhai Sy'n Ni All Gwneud Beiciau Modur." Siaradwyd y geiriau hyn gan Enzo Ferrari yn y chwedegau ac maent yn dangos yn glir agwedd llawer o ddylunwyr yr amser hwnnw tuag at yr ochr dechnolegol hon o'r car. Fodd bynnag, dim ond deng mlynedd yn ddiweddarach y digwyddodd yr argyfwng olew cyntaf, a newidiodd eu system werth gyfan yn radical. Mae amseroedd pan fydd yr holl rymoedd gwrthiant yn ystod symudiad y car, ac yn enwedig y rhai sy'n codi pan fydd yn mynd trwy'r haenau aer, yn cael eu goresgyn gan atebion technegol helaeth, megis cynyddu dadleoliad a phwer peiriannau, waeth faint o danwydd sy'n cael ei ddefnyddio, maen nhw'n diflannu, a pheirianwyr yn dechrau edrych. ffyrdd mwy effeithiol o gyflawni eich nodau.

Ar hyn o bryd, mae ffactor technolegol aerodynameg wedi'i orchuddio â haen drwchus o lwch ebargofiant, ond i'r dylunwyr nid yw hyn yn newyddion. Mae hanes technoleg yn dangos, hyd yn oed yn y 77au, bod meddyliau datblygedig a dyfeisgar, fel yr Almaenwr Edmund Rumpler a’r Hwngari Paul Jarai (a greodd yr eiconig Tatra TXNUMX), wedi ffurfio arwynebau symlach ac yn gosod y sylfeini ar gyfer dull aerodynamig o ddylunio corff ceir. Fe'u dilynwyd gan ail don o arbenigwyr aerodynameg fel y Barwn Reinhard von Könich-Faxenfeld a Wunibald Kam, a ddatblygodd eu syniadau yn yr XNUMXs.

Mae'n amlwg i bawb, gyda chyflymder cynyddol, y daw terfyn, ac uwchlaw hynny mae gwrthiant aer yn dod yn ffactor hanfodol ar gyfer gyrru car. Gall creu siapiau wedi'u optimeiddio'n aerodynamig wthio'r terfyn hwn i fyny'n sylweddol ac fe'i mynegir gan y ffactor llif Cx fel y'i gelwir, gan fod gan werth 1,05 giwb wedi'i wrthdroi'n berpendicwlar i'r llif aer (os yw'n cael ei gylchdroi 45 gradd ar hyd ei echel, fel bod y i fyny'r afon ymyl yn gostwng i 0,80). Fodd bynnag, dim ond un rhan o'r hafaliad gwrthiant aer yw'r cyfernod hwn - rhaid i chi ychwanegu maint ardal flaen y car (A) fel elfen bwysig. Y cyntaf o dasgau aerodynamegwyr yw creu arwynebau glân, effeithlon yn aerodynamig (y mae llawer o ffactorau, fel y gwelwn, mewn car), sydd yn y pen draw yn arwain at gyfernod llif is. Mae angen twnnel gwynt i fesur yr olaf, sy’n strwythur drud a hynod gymhleth – enghraifft o hyn yw’r twnnel a gomisiynwyd yn 2009. BMW, a gostiodd 170 miliwn ewro i'r cwmni. Nid ffan enfawr yw'r elfen bwysicaf ynddo, sy'n defnyddio cymaint o drydan fel bod angen is-orsaf trawsnewidydd ar wahân, ond stand rholer cywir sy'n mesur yr holl rymoedd ac eiliadau y mae jet aer yn ei roi ar gar. Ei dasg yw gwerthuso rhyngweithio cyfan y car â'r llif aer a helpu arbenigwyr i astudio pob manylyn a'i newid fel ei fod nid yn unig yn effeithiol yn y llif aer, ond hefyd yn unol â dymuniadau'r dylunwyr. . Yn y bôn, mae'r prif gydrannau llusgo y mae car yn dod ar eu traws yn dod pan fydd yr aer o'i flaen yn cywasgu ac yn symud, ac - yn bwysig iawn - o'r cynnwrf dwys y tu ôl iddo yn y cefn. Mae parth pwysedd isel sy'n dueddol o dynnu'r car, sydd yn ei dro yn gymysg ag effaith vortex cryf, y mae aerodynamegwyr hefyd yn ei alw'n "excitation marw". Am resymau rhesymegol, ar ôl modelau wagen yr orsaf, mae'r lefel gwactod yn uwch, ac o ganlyniad mae'r cyfernod defnydd yn dirywio.

Ffactorau llusgo aerodynamig

Mae'r olaf yn dibynnu nid yn unig ar ffactorau megis siâp cyffredinol y car, ond hefyd ar rannau ac arwynebau penodol. Yn ymarferol, mae siâp a chyfrannau cyffredinol ceir modern yn cyfrif am 40 y cant o gyfanswm ymwrthedd aer, y mae chwarter ohono'n cael ei bennu gan strwythur wyneb gwrthrych a nodweddion megis drychau, goleuadau, plât trwydded, ac antena. Mae 10% o wrthwynebiad aer i fod i lifo drwy'r fentiau i'r breciau, yr injan a'r trawsyriant. Mae 20% yn ganlyniad i fortecs mewn gwahanol ddyluniadau llawr ac ataliad, hynny yw, popeth sy'n digwydd o dan y car. A'r hyn sydd fwyaf diddorol - mae 30% o'r gwrthiant aer yn ganlyniad i'r forticau a grëwyd o amgylch yr olwynion a'r adenydd. Mae arddangosiad ymarferol o'r ffenomen hon yn dangos hyn yn glir - mae'r gyfradd llif o 0,28 fesul cerbyd yn gostwng i 0,18 pan fydd yr olwynion yn cael eu tynnu a'r fentiau ffender ar gau. Nid yw'n gyd-ddigwyddiad bod gan bob car milltiredd isel rhyfeddol - fel Insight cyntaf Honda a'r car trydan GM EV1 - ffenders cefn cudd. Roedd y siâp aerodynamig cyffredinol a'r pen blaen caeedig, oherwydd y ffaith nad oes angen llawer o aer oeri ar y modur trydan, yn caniatáu i ddylunwyr GM ddatblygu'r model EV1 gyda ffactor llif o ddim ond 0,195. Mae gan Tesla Model 3 Cx 0,21. Er mwyn lleihau vorticity yr olwynion mewn cerbydau gyda pheiriannau tanio mewnol, yr hyn a elwir. "Llenni aer" ar ffurf llif aer fertigol tenau wedi'i gyfeirio o'r agoriad yn y bumper blaen, gan chwythu o gwmpas yr olwynion a sefydlogi'r vortices, mae'r llif i'r injan wedi'i gyfyngu gan gaeadau aerodynamig, ac mae'r gwaelod wedi'i gau'n llwyr.

Po isaf yw gwerthoedd y grymoedd a fesurir gan y stondin rholer, y lleiaf Cx. Fe'i mesurir yn nodweddiadol ar fuanedd o 140 km/h - mae gwerth o 0,30, er enghraifft, yn golygu bod 30 y cant o'r aer y mae car yn mynd trwyddo yn cyflymu i'w fuanedd. O ran y blaen, mae angen gweithdrefn lawer symlach ar ei ddarlleniad - ar gyfer hyn, mae cyfuchliniau allanol y car yn cael eu hamlinellu gyda laser wrth edrych arno o'r blaen a chyfrifir yr ardal gaeedig mewn metrau sgwâr. Yna caiff ei luosi â'r ffactor llif i gael cyfanswm gwrthiant aer y car mewn metrau sgwâr.

Gan ddychwelyd at amlinelliad hanesyddol ein naratif aerodynamig, canfyddwn fod creu'r cylch mesur defnydd tanwydd safonol (NEFZ) ym 1996 mewn gwirionedd wedi chwarae rhan negyddol yn esblygiad aerodynamig ceir (a ddatblygodd yn sylweddol yn y 7s). ) oherwydd ychydig iawn o effaith sydd gan y ffactor aerodynamig oherwydd y cyfnod byr o symudiad cyflym. Er gwaethaf y gostyngiad yn y cyfernod defnydd dros y blynyddoedd, mae'r cynnydd mewn dimensiynau cerbydau o bob dosbarth yn arwain at gynnydd yn yr ardal flaen ac, o ganlyniad, at gynnydd mewn ymwrthedd aer. Roedd gan geir fel y VW Golf, Opel The Astra a Chyfres BMW 90 ymwrthedd aer uwch na'u rhagflaenwyr yn y 90au. Mae'r duedd hon yn cael ei hwyluso gan fodelau SUV trawiadol gyda'u hardal flaen fawr a lliflinio dirywiol. Mae'r math hwn o gerbyd wedi'i feirniadu'n bennaf am ei bwysau uchel, ond yn ymarferol mae'r ffactor hwn yn dod yn llai o bwysigrwydd cymharol gyda chyflymder cynyddol - wrth yrru y tu allan i'r ddinas ar gyflymder o tua 50 km / h, mae cyfran y gwrthiant aer yn ymwneud â 80 y cant, ar gyflymder priffyrdd mae'n cynyddu i XNUMX y cant o gyfanswm y gwrthiant a wynebir gan y car.

Tiwb aerodynamig

Enghraifft arall o rôl ymwrthedd aer mewn perfformiad cerbydau yw model Smart City nodweddiadol. Gall sedd dwy sedd fod yn heini ac yn heini ar strydoedd y ddinas, ond mae ei gorffwaith byr a chymesurol yn hynod aneffeithlon o safbwynt aerodynamig. Yn erbyn cefndir pwysau isel, mae ymwrthedd aer yn dod yn elfen gynyddol bwysig, a gyda Smart mae'n dechrau cael effaith gref ar gyflymder o 50 km / h Nid yw'n syndod, er gwaethaf y dyluniad ysgafn, nid oedd yn cyd-fynd â disgwyliadau o gost gymharol isel.

Fodd bynnag, er gwaethaf diffygion Smart, mae agwedd y rhiant-gwmni Mercedes at aerodynameg yn enghraifft o ymagwedd drefnus, gyson a rhagweithiol at y broses o greu ffurfiau ysblennydd. Gellir dadlau bod canlyniadau buddsoddiad mewn twneli gwynt a gwaith caled yn y maes hwn yn arbennig o amlwg yn y cwmni hwn. Enghraifft arbennig o drawiadol o effaith y broses hon yw'r ffaith bod gan y Dosbarth S presennol (Cx 0,24) lai o wrthiant aer na'r Golf VII (0,28). Wrth chwilio am fwy o le mewnol, mae siâp y model cryno wedi caffael ardal flaen eithaf mawr, ac mae'r cyfernod llif yn waeth na'r dosbarth S oherwydd ei hyd byrrach, nad yw'n caniatáu ar gyfer arwynebau symlach a llawer. mwy. - eisoes oherwydd trawsnewidiad sydyn o'r tu ôl, gan gyfrannu at ffurfio forticau. Fodd bynnag, mae Croeso Cymru yn bendant y bydd gan Golff y genhedlaeth nesaf lawer llai o wrthiant aer ac y bydd yn cael ei ostwng a'i symleiddio. Y ffactor defnydd tanwydd isaf a gofnodwyd o 0,22 fesul cerbyd ICE yw'r Mercedes CLA 180 BlueEfficiency.

Mantais cerbydau trydan

Enghraifft arall o bwysigrwydd siâp aerodynamig yn erbyn cefndir pwysau yw modelau hybrid modern a hyd yn oed yn fwy felly cerbydau trydan. Yn achos y Prius, er enghraifft, mae'r angen am ddyluniad aerodynamig iawn hefyd yn cael ei bennu gan y ffaith, wrth i gyflymder gynyddu, bod effeithlonrwydd y powertrain hybrid yn gostwng yn ddramatig. Yn achos cerbydau trydan, mae popeth sy'n gysylltiedig â milltiroedd uwch yn y modd trydan yn hynod bwysig. Yn ôl arbenigwyr, bydd lleihau’r pwysau 100 kg yn cynyddu milltiroedd y car o ddim ond ychydig gilometrau, ond ar y llaw arall, mae aerodynameg o’r pwys mwyaf i gar trydan.

Yn gyntaf, oherwydd bod màs uchel y cerbydau hyn yn caniatáu iddynt adennill rhywfaint o'r ynni a ddefnyddir ar gyfer adferiad, ac yn ail, oherwydd bod torque uchel y modur trydan yn caniatáu ichi wneud iawn am effaith pwysau wrth gychwyn, ac mae ei effeithlonrwydd yn lleihau ar gyflymder uchel a chyflymder uchel. Yn ogystal, mae angen llai o aer oeri ar yr electroneg pŵer a'r modur trydan, sy'n caniatáu agoriad llai o flaen y car, sef, fel y nodwyd eisoes, yw'r prif reswm dros ddirywiad y llif o gwmpas y corff. Elfen arall o gymhelliant dylunwyr i greu siapiau mwy aerodynamig effeithlon yn y modelau hybrid plug-in heddiw yw'r modd symud heb gyflymiad yn unig gyda chymorth modur trydan, neu'r hyn a elwir. hwylio. Yn wahanol i gychod hwylio, o ble mae'r term yn dod a lle mae'r gwynt i fod i symud y cwch, bydd ceir trydan yn cynyddu milltiredd os oes gan y car lai o wrthiant aer. Creu siâp wedi'i optimeiddio'n aerodynamig yw'r ffordd fwyaf darbodus o leihau'r defnydd o danwydd.

Testun: Georgy Kolev

Cyfernodau defnydd rhai ceir enwog:

Mercedes Simplex

Cynhyrchiad 1904, Cx = 1,05

Rumpler Tropfenwagen

Cynhyrchiad 1921, Cx = 0,28

Model T Ford

Cynhyrchiad 1927, Cx = 0,70

Model arbrofol Kam

Cynhyrchiad 1938, Cx = 0,36

Car recordio Mercedes

Cynhyrchiad 1938, Cx = 0,12

Bws VW

Cynhyrchiad 1950, Cx = 0,44

VW "crwban"

Cynhyrchiad 1951, Cx = 0,40

Panhard Dina

Cynhyrchiad 1954, Cx = 0,26

Porsche 356

Cynhyrchiad 1957, Cx = 0,36

MG EX 181

Cynhyrchiad 1957, Cx = 0,15

Citroen DS 19

Cynhyrchiad 1963, Cx = 0,33

NSU Sport Prince

Cynhyrchiad 1966, Cx = 0,38

Mercedes C 111

Cynhyrchiad 1970, Cx = 0,29

Fan Volvo 245

Cynhyrchiad 1975, Cx = 0,47

Audi 100

Cynhyrchiad 1983, Cx = 0,31

Mercedes W 124

Cynhyrchiad 1985, Cx = 0,29

Toyota Prius 1

Cynhyrchiad 1997, Cx = 0,29