Az autó aerodinamikája
Mivel az első személy a lándzsa végén élesített kőt cementált, az emberek mindig megpróbálják megtalálni a legjobb alakot a levegőben mozgó tárgyak számára. De az autó nagyon összetett aerodinamikai puzzle.
Az utakon az autók mozgásának vontatási számításainak alapjai négy fő erőt kínálnak az autóhoz az elmozdulás során: a levegő ellenállása, a gördülési ellenállás, az emelési ellenállás és az inerciális erők. Meg kell jegyezni, hogy csak az első két a legfontosabb. Az autóipari kerék gördülési ellenállása nagymértékben függ a gumiabroncs deformációjától és az érintkezési zónában lévő úttól. De akár 50-60 km / h sebességgel is, a légellenállási erő meghaladja a másikat, és a 70-100 km / h-nál nagyobb sebességgel meghaladja az összeset. Ennek az állításnak a bizonyításához a következő megközelítő képletet kell megadni: Px = Cx * F * v2, ahol: Px - légellenállási erő; v - a jármű sebessége (m / sec); F - az autó vetítésének területe az autó hossztengelyére merőleges síkban, vagy az autó legnagyobb keresztmetszetének területe, azaz az elülső terület (m2); Cx - légellenállási tényező (az áramvonalasítás koefficiense). Figyeljen oda. A képletben a sebesség négyszögletes, és ez azt jelenti, hogy amikor nő, például a levegőellenállási erő kétszerese négyszeresére nő.
Ugyanakkor a felszámoláshoz szükséges energiaköltségek nyolcszorosára nőnek! A verseny Nascar, ahol a sebesség a tetőn keresztül a védjegy 300 km / h, a kísérleti úton határoztuk meg, hogy növelje a maximális sebessége mindössze 8 km / h növelni szükséges motorteljesítmény 62 kW (83 LE).., Vagy csökkentheti a Cx 15% . Van másik lehetőség - csökkenteni az autó homlokzatát. Sok nagysebességű szuperkocsi jóval alacsonyabb a hagyományos autóknál. Ez csak a munkaterület jele, hogy csökkentse az elülső területet. Ez az eljárás azonban bizonyos határok között végrehajtható, különben lehetetlen ilyen autót használni. Ennek és más okok miatt az áramvonalasítás az egyik legfontosabb probléma, amely a gépkocsi tervezésénél felmerül. Persze, az érintett nem csak a sebesség az autó és annak geometriai paraméterek a ellenállási erő. Például minél nagyobb a légáram sűrűsége, annál nagyobb az ellenállás. Ezzel szemben a levegő sűrűsége közvetlenül függ a tengerszint feletti hőmérsékletétől és tengerszint feletti magasságától. Amikor a levegő hőmérséklet növeli a sűrűséget (és ezért annak viszkozitását) növeljük, és a magas hegyi levegő vékonyabb, és sűrűsége kisebb, és így tovább. Sok ilyen árnyalat van.
De vissza az autó alakjához. Melyik elem rendelkezik a legjobb streamlissel? A kérdésre adott válasz ismeretes, hogy szinte minden iskolás (aki nem aludt a fizika órákban). Egy csepp leeső víz lesz az aerodinamika szempontjából a leginkább elfogadható forma. Vagyis egy lekerekített homlokfelület és egy simább, kúpos hosszú hátra (a legjobb arány 6-szorosa a szélességnek). Az ellenállási együttható kísérleti jellegű. Numerikusan megegyezik az újtonon belüli légellenállási erővel, amelyet 1 m / s sebessége az első négyzetméter 1 m2-es sebességében mozog. A referenciaegység esetében a Cx sík lemez = 1. Tehát egy csepp víz Cx = 0,04. És most képzeld el egy ilyen formájú autót. Sötétség, nem igaz? Sőt, ez a fajta dolog a kerekeken fog kinézni egy kis rajzfilm, használja ezt az autót a rendeltetési cél nem lesz nagyon kényelmes. Ezért a tervezők kénytelenek kompromisszumot keresni az autó aerodinamikája és a használat kényelme között. A légellenállási együttható csökkentésére irányuló állandó kísérletek azt eredményezték, hogy néhány modern gépkocsiban Cx = 0,28-0,25. Nos, a nagysebességű rekord autók büszkélkedhetnek Cx = 0,2-0,15.
Most kicsit beszélned kell a levegő tulajdonságairól. Mint ismeretes, minden gáz molekulákból áll. Állandó mozgásban és kölcsönhatásban állnak egymással. Felmerülnek az ún. Van der Waal-erők: a molekulák kölcsönös vonzásának ereje, amelyek megakadályozzák őket egymáshoz viszonyítva. Néhányan erősebben ragaszkodnak a többihez. A molekulák kaotikus mozgásának növekedésével az egyik réteg levegő hatásának hatékonysága egy másikra nő, és a viszkozitás nő. Ez pedig a levegő hőmérsékletének növekedéséből adódik, és ez a közvetlen napsugárzásnak, valamint a levegő súrlódásától a felület bármely felületétől vagy egyszerűen a rétegek egymástól való közvetlen sűrítéséből ered. Ez csak a mozgás sebessége. Annak érdekében, hogy megértsük, hogyan hat ez az autóra, elegendő, ha megpróbáljuk a kezét nyitott tenyérrel kezelni. Ha ezt lassan csinálod, semmi sem történik, de ha erősebb a kezed, akkor a tenyér már jól érzékeli az ellenállást. De ez csak egy elem.
Amikor a levegő fölött mozgatjuk egy álló felületen (például jármű karosszéria), ugyanaz a Van der Waals-erő hozzájárul az a tény, hogy a következő réteget a molekulák már kezd megtapadjon. És ezt a "tapadó" réteget már a következő akadályozza. És így rétegenként, és minél gyorsabban mozognak a levegő molekulái, annál távolabb vannak a rögzített felületről. Végül a sebességet a fő légáram sebességével kiegyenlítik. A réteg, amelyben a részecskék lassan mozognak, határoló rétegnek nevezik, és minden felületen megjelenik. Minél nagyobb az érték a felületi energia a járműben a bevonóanyag, annál felülete reagáltatjuk molekuláris szinten a környezeti levegővel környezet és a több energiát kell fordított a megsemmisítése ezeket az erőket. Most, a fent leírt elméleti számítások alapján elmondható, hogy a levegő ellenállása nem csak szél, amely a szélvédőbe ütközik. Ez a folyamat több összetevővel rendelkezik.
Ez az aerodinamikai veszteségek legjelentősebb része - akár 60% -a. Gyakran nevezik nyomás ellenállásnak vagy húzásnak. Vezetés közben az autó a levegő áramlását rángatja, és leküzdeni a levegőmolekulák egymástól való elmozdulását. Ennek eredményeképpen megnövekedett nyomás zónája van. Ezután a levegő áramlik az autó felületén. A folyamat során a légtömegek megtörik a torzulások kialakulásával. A gépkocsi hátulján lévő légáramlás végső elakadása alacsony nyomású zónát eredményez. Az elülső ellenállás és a szívóhatás az autó hátulján nagyon komoly ellenállást eredményez. Ez a tény arra kötelezi a tervezőket és a tervezőket, hogy keressék meg a testet. Bõvítse a polcokon.
Most meg kell vizsgálni az autó formáját, ahogy azt mondják: "a lökhárítótól a lökhárítóig". Melyik alkatrész és elem nagyobb hatással van a gép általános aerodinamikájára? A test elülső része. Szélcsatorna kísérletek azt találták, hogy a jobb aerodinamikai kezelőfelületen alacsonynak kell lennie, széles, és nincs éles sarkok. Ebben az esetben a levegő áramlása nem szűnik meg, ami nagyon előnyös az autó racionalizálása szempontjából. A radiátor rács egy olyan elem, amely gyakran nem csak funkcionális, hanem dekoratív is. Végül is a radiátornak és a motornak hatékony légárammal kell rendelkeznie, ezért ez az elem nagyon fontos. Egyes autógyártók ergonómiát tanulnak és a motorterekben lévő levegőáramlást olyan komolyan, mint a gépkocsi általános aerodinamikája. A szélvédő lejtése nagyon élénk példája az egyszerűsítésnek, ergonómia és teljesítmény kompromisszumának. Elégtelen meredeksége teremt a túlzott ellenállás, és a túlzott - növeli porosságát a Üvegmassza alkonyatkor esik meredeken láthatóságot kell növelni a méretét az ablaktörlő, stb Az átmenet a pohár az oldalán kell végezni, simán ...
De az üveg túlzott görbületét nem tudja elviselni - ez fokozhatja a torzulást és rontaná a láthatóságot. Hatása a szélvédő pillérből a légellenállás nagymértékben függ a helyzete és alakja a szélvédő, és a forma válaszfal. Azonban dolgozik az alak a rack, lehetetlen elfelejteni a védelem az első oldalablakok csapadékvíz és a szennyeződéseket a szélvédő szerződött, elfogadható szinten tartása a külső aerodinamikai zaj és mások. A tető. A tető konvexitásának növekedése az aerodinamikai húzás együtthatójának csökkenéséhez vezethet. De a konvexitás jelentős növekedése ellentétes lehet az autó általános kialakításával. Ezenkívül, ha a konvexitás növekedését egyidejűleg növeli a húzás területe, akkor a légellenállási erő növekszik. Másrészt, ha megpróbálja tartani az eredeti magassága a szélvédő és a hátsó ablak kell végrehajtani a tető, mert a láthatóság nem romlik. Ez az üveg költségének növekedéséhez vezet, a légellenállás erősségének csökkenése ebben az esetben nem annyira jelentős.
Oldalsó felületek. Az autó aerodinamikája szempontjából az oldalsó felületek kevéssé hatnak az irrotációs áramlás kialakítására. De kerekíteni is lehetetlen. Ellenkező esetben nehezen juthat be egy ilyen autóba. Az üvegt lehetőség szerint az oldalsó felülethez kell illeszteni, és az autó külső kontúrjához kell igazítani. Minden lépcső és hidak további akadályokat okoznak a levegő áthaladásához, vannak nemkívánatos örvények. Láthatja, hogy a már szinte minden autóban korábban jelen lévő árokban már nem használják. Vannak más konstruktív megoldások is, amelyek nem gyakorolnak ilyen nagy hatást az autó aerodinamikájára.
Az autó hátulján talán a legnagyobb hatást gyakorol a racionalizálás koefficiensére. Ez egyszerűen magyarázható. Hátulról a légáramlás leválik és turbulenciát képez. Az autó hátsó része szinte lehetetlen ugyanazt az áramvonalasítást elvégezni, mint egy léghajó (a szélesség 6-szorosa). Ezért formáját gondosan dolgozták ki. Az egyik fő paraméter az autó hátuljának szöge. Már tankönyv példája volt az orosz "Moskvich-2141" autó, ahol a hátsó rész sikertelen megoldása jelentősen rontotta az autó teljes aerodinamikáját. De a moszkvai hátsó ablak mindig tiszta volt. Megint kompromisszum. Ezért sok további külső egységeken történik a hátsó része az autó: .. kifröccsenő, spoilerek, stb mellett az a szög, a hátsó a légellenállási tényező nagyban befolyásolja a kialakítása és alakja a hátsó pereme. Például, ha szinte minden modern autót nézel felülről, azonnal láthatod, hogy a test szélesebb, mint hátul. Ez aerodinamika is. Az autó alja.
Amint azt először is látni lehet, a test ezen része nem hathat az aerodinamikára. De itt van egy olyan aspektus, mint a szorítóerő. Ez attól függ, hogy az autó stabilitása és mennyire megfelelően szabályozza az autó alján lévő levegő áramlását, végső soron attól függ, hogy milyen erősen tapadnak az úton. Vagyis, ha a gépkocsi alatt lévő levegő nem késik, de gyorsan áramlik, az ott fellépő alacsony nyomás az autót az út felé nyomja. Ez különösen fontos a hagyományos gépkocsik esetében. Az a tény, hogy a versenyautók versenyeznek a minőség, a sima felületek, így telepíteni egy kis hézag elkezdenek megjelenni a hatását „Föld párna”, amelyben a befogó erő megnő, és húzza csökken. Normál járművek esetén az alacsony talajterhelés elfogadhatatlan. Ezért a tervezők nemrégiben próbál, amennyire csak lehetséges, hogy sima az alsó az autó, zárja a szárnyakat az ilyen szabálytalan elemek, mint a kipufogó csövek, a felfüggesztés karok és a hasonlók. D. Mellesleg, a kerék kutak van egy nagyon nagy hatással van a aerodinamikai a jármű. A nem megfelelően kialakított fülkék további emeléseket hozhatnak létre.
Mondanom sem kell, hogy a motor szükséges teljesítménye az autó racionalizálásától és így az üzemanyag-fogyasztástól (vagyis a pénztárcától) függ. Az aerodinamika azonban nem csak a sebességet és a gazdaságot érinti. Nem az utolsó helyet foglalja el a jó stabilitás, az autó irányíthatósága és a zaj csökkentése során végzett zajvédelem. A zajjal minden világos: minél jobb az autó racionalizálása, a felületek minősége, annál kisebb a résméret és a kiálló elemek száma stb., Annál kevesebb zaj. A tervezőknek olyan szempontra kell gondolniuk, mint a kibontakozó pillanat. Ez a hatás a legtöbb járművezető számára jól ismert. Aki nagy sebességgel haladt el a "kocsi" mellett, vagy csak egy erős oldalsó szélen hajtott, érezhette volna a tekercs megjelenését, vagy akár az autó kismértékű kibontakozását. Nincs értelme magyarázni ezt a hatást, de ez pontosan az aerodinamika problémája.