Доклад за аеродинамиката Икономични модели от аеродинамичен тунел AUTO MOTOR UND SPORT
Ниското въздушно съпротивление помага да се спести гориво. Добре е, че аеродинамиците имат много възможности да направят автомобила по-обтекаем.
„Аеродинамиката е за хора, които не могат да изграждат двигатели.“ Този цитат е от Енцо Ферари през шейсетте години. Само десетилетие по-късно светът остана в първата си петролна криза, която принуди техниците да преосмислят. Времената, в които съпротивленията при шофиране бяха потискани с чудовищни двигатели, колкото и да поглъщаха, изглеждаха най-накрая, аеродинамично усъвършенстваните тела изведнъж придобиха значение.
Дори не беше необходимо да се пробива нова земя, защото основните взаимоотношения между рационализираните тела и съпротивлението при шофиране бяха признати от визионери като Едмънд Румплер и Пол Джарай още през 20-те години на миналия век.
Въздушното съпротивление не зависи единствено от качеството на формата и коефициента на съпротивление
Само малко по-късно аеродинамиците Фрайхер Райнхард Кьониг-Факсенфелд и Вунибалд Камм усъвършенстват идеите си. Разбира се, конструираните от тях форми на тялото не можеха да променят факта, че въздушното съпротивление над определена скорост е по-голямо от всички други съпротивления при шофиране. Но със специфични аеродинамични фини настройки тази граница определено може да бъде изместена нагоре.
Аеродинамичното съпротивление не зависи единствено от качеството на формата на автомобила и следователно така нареченият коефициент на съпротивление - челната площ (A) е вторият определящ геометричен параметър, който автомобилът осигурява. Като напълно равна повърхност, коефициентът му на съпротивление ще бъде 1,0. Задачата на аеродинамика сега е да намали ефективно ефективната площ посредством рационализиран дизайн. Колкото по-добре успее, толкова по-нисък е коефициентът на съпротивление.
Как се измерват най-важните величини cW и A? За определяне на коефициента на съпротивление е необходим аеродинамичен тунел, чийто централен компонент не е мощният вентилатор, а изключително прецизната скала, на която стои автомобилът. Той записва всички сили и моменти, с които въздухът дърпа неподвижната кола, чиито колела трябва да се завъртят за реалистичен резултат.
Още мъртва вода под хечбека
Пред автомобила въздухът се компресира преди да бъде изместен, отзад се откъсва и създава вакуум или засмукване. При това засмукване се създава въздушен цилиндър, който аеродинамиците наричат мъртва вода. Хечбекът обикновено създава повече вакуум, отколкото задната част на долния седан.
Колкото по-ниски са силите, измерени от кантара, толкова по-нисък е коефициентът на съпротивление. Тези сили се измерват равномерно при 140 km/h. Коефициентът на съпротивление от 0,30, например, означава, че 30 процента от въздуха, през който се движи автомобилът, се ускорява до скоростта на шофиране.
За да се определи челната площ на автомобила, външният контур на предната част се сканира с лазер и площта се определя в квадратни метри. Ако умножите коефициента на съпротивление по тази площ, ще получите ефективното въздушно съпротивление, което е дадено в квадратни метри.
Колкото и да е важна аеродинамиката в конструкцията на превозното средство, въвеждането на новия европейски цикъл на шофиране (NEDC) през 1996 г. означава, че той играе само подчинена роля при определяне на официалното потребление (вж. Карето). Производителите реагираха своевременно. Дотогава ефективното съпротивление (cd x A) непрекъснато спадаше, но за много хора падаше само коефициентът на ефективно съпротивление, само за да бъде противодействано от нарастващата предна зона A на все по-големите автомобили. VW Golf, Opel Astra или BMW 7 Series вече предлагат на вятъра по-голяма ефективна цел, отколкото през 90-те години.
SUV и Smart са губещи в аеродинамичния тунел
След това има бурно развиващата се гилдия на SUV с техните огромни предни повърхности. На публично място обаче се критикува предимно само голямото тегло, въпреки че влиянието на хлъзгавото тяло върху консумацията е по-голямо от това на огромната маса: Средно около 50% са за сметка на натоварването от вятъра; Повече ▼.
Дори градските бегачи като Smart, чиято висока, кутия и ниска форма е особено неблагоприятна, усещат това. В допълнение, според главния аеродинамик на Mercedes Теди Уол, натоварването от вятъра доминира в леката кола от 50 км/ч. Основни причини, поради които двуместният автомобил все още не е толкова икономичен, колкото би се очаквало предвид ниското му тегло.
Противно на тенденцията, нейните сестри Mercedes модели се характеризират с все по-ниски стойности на cd x A. Независимо от тенденцията, швабският производител на автомобили продължава да работи амбициозно в своите аеродинамични тунели и само умерено е увеличил предната площ на своите модели. Така се ражда най-модерният в света мащабен сериен автомобил, E-Coupé с изключителен коефициент на съпротивление от 0,24. Но това доведе и до гротескни резултати (за състезателите): Актуалният Mercedes S-Class предлага по-малко устойчивост на вятъра от VW Golf VI. Високата му форма с едва спуснатия към задната част покрив благоприятства наличното пространство, но влошава аеродинамиката. Ето защо има значително намаляване на общото аеродинамично съпротивление (по-ниско, по-опростено тяло) за Golf VII в спецификациите.
Принадлежности на Toyota Prius, Honda Insight и Opel Ampera
Колко важно е ниското въздушно съпротивление, независимо от нереалните стойности на NEDC, показва и поглед върху настоящите най-добри спестители в бензиновите двигатели. Както Toyota Prius, така и Honda Insight, както и предстоящият Opel Ampera се характеризират по-малко с много ниското си тегло (трудно със сложната технология и големите батерии), отколкото с много рационални каросерии със стойности на коефициента на съпротивление около 0,26. Ако погледнете трите хибрида отстрани, ще откриете големи прилики във формата на тяло с форма на капка.
Франк Вебер, бивш ръководител на проекта в General Motors за Ampera twin Volt, обясни в началото на фазата на разработка, че спестяването на тегло от 100 килограма ще донесе само няколко километра повече електрически обхват в сравнение. За разлика от тях, аеродинамиката е особено важна за всички автомобили с напълно или частично електрически задвижвания. За разлика от автомобилите с чисто изгаряне, те могат да използват акумулаторите си, за да възстановят голямо количество натрупана преди това кинетично енергия (колкото по-тежка е колата, толкова повече). Ако обаче енергията на задвижването се изпарява необратимо като топлина при триене на вятъра, логично вече не може да се използва. В допълнение, по-специално електрическите задвижвания, с техния мощен въртящ момент, причиняват сравнително малко усилия за ускоряване на голямото тегло дори от стартиране от място. Вместо това те са склонни да отслабват при високи скорости.
Но сегашните хибридни превозни средства също се възползват от рационализирана форма. Функцията ветроходство по-специално има нова дефиниция тук. За разлика от корабите, хибридите "плават" с изключен и изключен двигател едновременно (за разлика от изключването на превишено гориво) с помощен електродвигател за особено дълго време, когато съпротивлението при шофиране и по този начин преди всичко въздухът има съответно малка повърхност. Хубавото на аеродинамиката е, че подобренията в нея са относително евтини. Според Теди Уол те струват почти нищо, когато става въпрос за основно планиране на формата. Панелите на дъното, спойлерите или активните мерки като електрически заключващи се щори на радиатора са малко по-скъпи. Едва ли има друга мярка за намаляване на разхода на гориво толкова евтино, колкото чрез аеродинамиката.
Главният аеродинамик на Daimer Теди Уол за важността на въздушното съпротивление
Woll: Аеродинамиката има много голямо влияние върху разхода на гориво и това се увеличава с увеличаване на скоростта. В зависимост от това коя кола вземете, доминиращото съпротивление при шофиране е въздушното съпротивление от 50, 60 или 70 км/ч. Вземете Smart, той е много лек, но няма коефициент на съпротивление на световен шампион. От 50 км/ч въздушното съпротивление надвишава съпротивлението при търкаляне. В S-класа въздушното съпротивление доминира с около 70 км/ч, а в новата В-класа с 60 км/ч.
Каква е връзката между аеродинамиката и разхода?
Woll: Съществува основно правило: Ако подобрим коефициента на съпротивление с 0,01, тогава консумацията на ECE спада с около 0,04 L/100 км или един грам въглероден диоксид. По отношение на реалното потребление на клиентите, дори една десета от литра може да бъде спестена с това подобрение. При висока скорост на магистрала може да достигне дори до половин литър.
Къде е звуковата бариера за c-стойност?
Woll: Днес можем да проектираме автомобили, които са под Cd 0,2. Те изглеждат по-различно от днешните превозни средства. И все пак бихте могли да отидете с тях. 0,2 ще бъде целевата стойност за нас за известно време.
Ами цената на аеродинамичните подобрения?
Woll: Много аеродинамични мерки не струват нищо, всички мерки до основните пропорции принадлежат към него. Активни елементи като затвора на радиатора на новия B-Class, разбира се, не се предлагат безплатно, но те подобряват коефициента на съпротивление с 0,01.
Има ли още място за подобрение при намаляване на челната площ на автомобила?
Woll: Да, но има конфликт на цели с усещането за пространство. Днес не можете да продадете кола на клиент, в който той да се чувства по-тесен от предишния модел.
Искате ли автомобили без външни огледала?
Woll: Ако се справихме без много добре оформените текущи огледала, които имаме в новата E-класа, бихме могли да подобрим коефициента на съпротивление с около 0,007. Купето E-Class ще се подобри от 0,242 на 0,235. Но не трябва да забравяме, че в огледалата в днешно време има много неща, например индикатори, дисплеи за асистента за сляпо място или осветлението наоколо. Ако замените огледалата с камери, първо трябва да има място за мониторите. Освен това те трябва да доставят остри като бръснач изображения - както се използва от огледални изображения. В допълнение, камерите от този тип ще бъдат одобрени от закона само в Европа от 2016 г., но все още не и в световен мащаб.
Вярно ли е, че аеродинамиката е по-важна за електрическите автомобили, отколкото за автомобилите с конвенционално задвижване?
Woll: Точно така - около два пъти по-важно. В конвенционалните автомобили се губи много кинетична енергия. При електрическа кола обаче около половината от това се връща обратно в колата чрез възстановяване. Това означава, че необратимите загуби поради търкаляне и въздушно съпротивление стават все по-важни.
Какъв е смисълът от спускане на тялото?
Woll: Десет милиметра носят между 0,003 и 0,004, това е нещо. Ето защо моделите на Mercedes с въздушно окачване имат система за автоматично спускане в зависимост от скоростта - например с 20 милиметра от 140 км/ч.
Как точно можете да показвате аеродинамични симулации на компютъра днес?
Woll: Днес имаме отклонение от доста под един процент в сравнение с реалната стойност. Ако имаме изчислена модификация, това ще отнеме една нощ - с възможно най-голяма изчислителна мощ. Преди десет години същата операция щеше да отнеме шест месеца.
Вятърният тунел скоро ще бъде излишен?
Woll: Съвсем не. Ако подготвите добре серията от аеродинамични тунели, можете да извършите 40 до 50 теста на ден. Компютърът не може да направи това. Силният аргумент е шумът на вятъра. Със сигурност ще минат още 20 години, преди да можем разумно да представим тези сложни взаимоотношения на компютъра. Днес компютърът ни служи за разбиране на влияещите променливи и по този начин за намиране на подходи за оптимизация. Аеродинамичният тунел е особено подходящ за бърза работа с различни варианти. Компютърът и аеродинамичният тунел са чудесни инструменти и те работят ръка за ръка.