Звіт про аеродинаміку Економні моделі з аеродинамічної труби AUTO MOTOR UND SPORT
Низький опір повітря допомагає економити паливо. Добре, що аеродинаміки мають багато можливостей зробити автомобіль більш обтічним.
"Аеродинаміка призначена для людей, які не можуть будувати двигуни". Ця цитата з Енцо Феррарі в шістдесятих роках. Лише через десять років світ застряг у своїй першій нафтовій кризі, яка змусила техніків переосмислити. Часи, коли водійський опір придушувався монстрами-монстрами, скільки б вони їх не ковтали, здавались нарешті закінченими, аеродинамічно складні кузови раптом набули значення.
Навіть не було необхідності пробивати нову землю, оскільки основоположні взаємозв'язки між обтічними тілами та рушійним опором були визнані такими провидцями, як Едмунд Румплер та Пол Жарай, ще в 20-х роках минулого століття.
Опір повітря залежить не тільки від якості форми та коефіцієнта опору
Лише трохи пізніше аеродинаміки Фрейхер Рейнгард Кеніг-Факсенфельд та Вунібальд Камм вдосконалили свої ідеї. Звичайно, розроблені ними форми кузова не могли змінити той факт, що опір повітря вище певної швидкості більший, ніж усі інші опори руху. Але за умови специфічного аеродинамічного доопрацювання цю межу однозначно можна зрушити вгору.
Аеродинамічний опір залежить не тільки від якості форми автомобіля, а отже, так званий коефіцієнт опору - лобова площа (A) є другим визначальним геометричним параметром, який забезпечує автомобіль. Як повністю рівна поверхня, її коефіцієнт опору буде 1,0. Завдання аеродинаміка зараз полягає в зменшенні ефективно ефективної площі завдяки спрощеному проектуванню. Чим краще це вдається, тим нижче коефіцієнт опору.
Як вимірюються найважливіші величини cW та A? Для визначення коефіцієнта опору необхідна аеродинамічна труба, центральною складовою якої є не потужний повітродувка, а надзвичайно точна шкала, на якій стоїть машина. Він фіксує всі сили та моменти, з якими повітря тягне за нерухомий автомобіль, колеса якого повинні повертатися для реалістичного результату.
Більше мертвої води під хетчбеком
Повітря перед автомобілем стискається до того, як він витіснеться, ззаду він відривається і створює вакуум або всмоктування.У цьому всмоктуванні створюється повітряний циліндр, який аеродинаміки називають мертвою водою. Хетчбек зазвичай створює більше вакууму, ніж нижній седан ззаду.
Чим менші сили, виміряні шкалою, тим менший коефіцієнт опору. Ці сили вимірюються рівномірно при 140 км/год. Наприклад, коефіцієнт опору 0,30 означає, що 30 відсотків повітря, через яке рухається машина, прискорюється до швидкості руху.
Для того, щоб визначити фронтальну площу автомобіля, зовнішній контур спереду сканують лазером і визначають площу в квадратних метрах. Якщо помножити коефіцієнт опору на цю площу, ви отримаєте ефективний опір повітря, який подається в квадратних метрах.
Наскільки важливим є аеродинаміка в конструкції автомобілів, запровадження нового європейського циклу водіння (NEDC) у 1996 році означало, що він відігравав лише підпорядковану роль у визначенні офіційного споживання (див. Рамку). Виробники відреагували оперативно. До тих пір ефективний опір (кд х А) постійно падав, але для багатьох людей падав лише коефіцієнт ефективного опору, лише протистояти зростаючій фронтальній площі А дедалі більших автомобілів. VW Golf, Opel Astra або BMW 7 Series тепер пропонують вітру більшу ефективну ціль, ніж у 1990-х.
Позашляховики та Smart - невдахи у аеродинамічній трубі
Потім є бурхлива гільдія позашляховиків з їх величезними передніми поверхнями. Однак у громадських місцях критикували в основному лише велику вагу, хоча вплив слизького кузова на споживання більший, ніж вплив самої маси: в середньому близько 50 відсотків припадає на вітрове навантаження, на швидкості автомагістралей це може становити 80 відсотків і більше.
Це відчувають навіть міські вибійки на кшталт «Смарт», чия висока, коротка і коротка форма особливо несприятлива. Крім того, за словами головного аеродинаміка Mercedes Тедді Волла, вітрове навантаження домінує над легким автомобілем з 50 км/год. Основні причини, чому двомісний все ще не настільки економічний, як можна було б очікувати з огляду на його малу вагу.
На відміну від тенденції, його сестринські моделі Mercedes характеризуються все меншими значеннями cd x A. Незалежно від тенденції, швабський виробник автомобілів продовжує амбіційно працювати у своїх аеродинамічних трубах і лише помірно збільшив площу фронту своїх моделей. Так був створений найбільш впорядкований у світі масштабний серійний автомобіль - E-Coupé з видатним коефіцієнтом опору 0,24. Але це також призвело до гротескних результатів (для конкурентів): нинішній Mercedes S-Class пропонує менший опір вітру, ніж VW Golf VI. Його висока форма з дахом, ледь опущеним до задньої частини, робить перевагу доступному простору, але погіршує аеродинаміку. Ось чому в технічних характеристиках Golf VII значно зменшується загальний аеродинамічний опір (нижній, більш обтічний корпус).
Тапочки Toyota Prius, Honda Insight та Opel Ampera
Наскільки важливим є низький опір повітря незалежно від нереальних значень NEDC, також свідчить погляд на поточні економії в бензинових двигунах. І Toyota Prius, і Honda Insight, і майбутній Opel Ampera характеризуються не своєю дуже низькою вагою (складною завдяки складній технології та великими акумуляторами), ані дуже обтічними кузовами із значеннями коефіцієнта опору близько 0,26. Якщо поглянути на три гібриди збоку, ви виявите велику схожість у формі краплі у формі краплі.
Френк Вебер, колишній керівник проекту General Motors для близнюка Ampera Volt, пояснив на початку етапу розробки, що економія ваги в 100 кілограмів забезпечить лише кілька кілометрів більшої електричної дальності в порівнянні. На відміну від цього, аеродинаміка особливо важлива для всіх автомобілів з повністю або частково електричним приводом. На відміну від автомобілів чистого згоряння, вони можуть використовувати свої акумулятори для відновлення великої кількості раніше накопиченої кінетично енергії (чим важче машина, тим більше). Однак, якщо енергія приводу випаровується безповоротно, оскільки тепло при терті вітру, логічно більше не може використовуватися. Крім того, особливо електроприводи з їх потужним крутним моментом дозволяють порівняно легко розігнати велику вагу навіть з місця. Натомість вони, як правило, слабшають на високих швидкостях.
Але нинішні гібридні транспортні засоби також виграють від обтічної форми. Зокрема, функція плавання має нове визначення тут. На відміну від кораблів, гібриди "плавають" із вимкненим та відключеним двигуном одночасно (на відміну від вимкнення пального) з допоміжним електродвигуном протягом особливо тривалого часу, коли руховий опір і, отже, перш за все повітря, мають відповідно мало поверхні для атаки. Приємна річ аеродинаміки полягає в тому, що її вдосконалення порівняно дешеві. За словами Тедді Волла, вони коштують майже нічого, коли мова йде про базове планування форми. Панелі кузова, спойлери або активні заходи, такі як жалюзі радіатора з електричним замком, коштують дещо дорожче. Навряд чи існує будь-який інший захід для зменшення споживання палива настільки дешево, як за рахунок аеродинаміки.
Головний аеродинамік Деймера Тедді Волл про важливість опору повітря
Волл: Аеродинаміка має великий вплив на споживання палива, і це споживання зростає зі збільшенням швидкості. Залежно від того, який автомобіль ви вибрали, домінуючим опором руху є опір повітря від 50, 60 або 70 км/год. Візьміть Smart, він дуже легкий, але не має коефіцієнта опору у світових чемпіонів. В 50 км/год опір повітря перевищує опір коченню. У S-класі опір повітря домінує близько 70 км/год, а в новому класі B - 60 км/год.
Яке співвідношення між аеродинамікою та витратою?
Волл: Існує правило: якщо ми покращимо коефіцієнт опору на 0,01, споживання ЕКЕ зменшиться приблизно на 0,04 л/100 км або на один грам вуглекислого газу. При реальному споживанні споживачів це навіть десята частина літра, яку можна заощадити завдяки такому вдосконаленню. При великій швидкості на автомагістралях вона може сягати навіть півлітра.
Де звуковий бар'єр для значення c?
Волл: Сьогодні ми можемо розробляти автомобілі, що мають менше ніж Cd 0,2. Вони виглядають інакше, ніж сучасні транспортні засоби. Тим не менше, ти міг би піти з ними. На деякий час для нас буде цільовим значенням 0,2.
А як щодо вартості аеродинамічних поліпшень?
Волл: Багато аеродинамічних заходів нічого не коштують, йому належать усі заходи до основних пропорцій. Активні елементи, такі як радіаторна жалюзі в новому класі B, звичайно, не доступні безкоштовно, але вони покращують коефіцієнт опору на 0,01.
Чи є ще місце для вдосконалення зменшення площі фронту автомобіля?
Волл: Так, але існує конфлікт цілей із відчуттям простору. Сьогодні ви не можете продати автомобіль покупцеві, в якому він почувається більш тісно, ніж у попередній моделі.
Хотіли б машини без зовнішніх дзеркал?
Волл: Якби ми обійшлись без дуже добре сформованих дзеркал струму, які ми маємо в новому Е-класі, ми могли б покращити коефіцієнт опору приблизно на 0,007. Купе E-класу покращиться з 0,242 до 0,235. Але ми не повинні забувати, що сьогодні в дзеркалах багато речей, наприклад, індикатори, дисплеї для помічника сліпих зон або навколишнє освітлення. Якщо ви замінюєте дзеркала на камери, спочатку має бути місце для моніторів. Вони також повинні доставляти різкі зображення, як це використовується для дзеркальних зображень. Крім того, камери цього типу затверджені законодавством у Європі лише з 2016 року, але поки не у всьому світі.
Чи правда, що аеродинаміка для електромобілів важливіша, ніж для автомобілів із звичайним приводом?
Волл: Правильно - приблизно вдвічі важливіше. У звичайних автомобілях втрачається багато кінетичної енергії. Однак з електричним автомобілем приблизно половина цього надходить назад у машину шляхом відновлення. Це означає, що незворотні втрати внаслідок кочення та опору повітря стають все більш важливими.
Який сенс опускати тіло?
Вулл: Десять міліметрів приносять від 0,003 до 0,004, це щось. Ось чому моделі Mercedes з пневматичною підвіскою мають автоматичне опускання в залежності від швидкості - наприклад, на 20 міліметрів від 140 км/год.
Як саме сьогодні можна відображати моделювання аеродинаміки на комп’ютері?
Волл: Сьогодні ми маємо відхилення значно нижче одного відсотка порівняно з реальною величиною. Якщо ми розрахуємо модифікацію, це займе одну ніч - з найбільшою можливою обчислювальною потужністю. Десять років тому така ж операція зайняла б півроку.
Аеродинамічна труба незабаром буде зайвою?
Волл: Зовсім не. Якщо ви добре підготуєте серію випробувань в аеродинамічній трубі, ви можете проводити від 40 до 50 випробувань на день. Комп’ютер цього зробити не може. Вагомим аргументом є шум вітру. Звичайно, пройде ще 20 років, перш ніж ми зможемо обґрунтовано представити ці складні відносини на комп’ютері. Сьогодні комп’ютер служить нам для розуміння змінних, що впливають, і, таким чином, для пошуку підходів до оптимізації. Аеродинамічна труба особливо підходить для швидкої роботи з різними варіантами. Комп’ютер і аеродинамічна труба - чудові інструменти, і вони працюють рука об руку.