محاسبه آیرودینامیک خودرو آیرودینامیک خودرو چگونه کار می کند؟ مدل هایی با کشش آیرودینامیکی خوب

بسته نرم افزاری محاسباتی آیرودینامیک و هیدرودینامیک Flow Visionطراحی شده برای انفجارهای آیرودینامیکی مجازی اجسام مختلف فنی یا طبیعی. محصولات حمل و نقل، تأسیسات انرژی، محصولات نظامی-صنعتی و غیره می توانند به عنوان اشیا عمل کنند. Flow Visionشبیه سازی جریان اطراف در سرعت های مختلف جریان مقابل و درجات مختلف اختلال آن (درجه تلاطم) را ممکن می سازد.

فرآیند مدل‌سازی به‌طور دقیق در فرمول‌بندی فضایی سه‌بعدی مسئله انجام می‌شود و طبق اصل "همانطور که هست" پیش می‌رود، که حاکی از امکان مطالعه یک مدل هندسی کامل از شی کاربر بدون هیچ گونه ساده‌سازی است. سیستم ایجاد شده برای پردازش هندسه سه بعدی وارداتی به شما امکان می دهد بدون دردسر با مدل های هر پیچیدگی کار کنید، جایی که کاربر در واقع سطح جزئیات شی خود را انتخاب می کند - آیا می خواهد از طریق یک مدل صاف ساده شده خطوط خارجی دمیده شود. یا یک مدل تمام عیار با حضور همه عناصر ساختاری، تا سر پیچ ها روی دیسک چرخ ها و نشان سازنده به شکل مجسمه روی دماغه ماشین.

توزیع سرعت در مجاورت بدنه یک ماشین مسابقه.

تمام جزئیات در نظر گرفته شده است - پره های چرخ ها، تأثیر عدم تقارن پره های فرمان بر روی الگوی جریان.

Flow Visionایجاد شده تیم روسیهتوسعه دهندگان (TESIS، روسیه) بیش از 10 سال پیش و بر اساس تحولات مدرسه بنیادی و ریاضی داخلی است. این سیستم با این انتظار ایجاد شد که کاربرانی با شرایط بسیار متفاوت با آن کار کنند - دانش آموزان، معلمان، طراحان و دانشمندان. شما می توانید به طور یکسان مشکلات ساده و پیچیده را به طور موثر حل کنید.

این محصول در صنایع مختلف، علم و آموزش - هوانوردی، کیهان‌نوردی، انرژی، کشتی‌سازی، خودروسازی، محیط زیست، مهندسی مکانیک، صنایع پردازش و شیمیایی، پزشکی، صنایع هسته‌ای و بخش دفاعی استفاده می‌شود و دارای بزرگترین پایگاه نصب در روسیه است.

در سال 1380 با تصمیم شورای اصلی وزارت فدراسیون روسیه FlowVision برای گنجاندن در برنامه درسی تدریس مکانیک سیالات و گازها در دانشگاه های روسیه توصیه شد. در حال حاضر، FlowVision به عنوان بخشی جدایی ناپذیر از فرآیند آموزشی دانشگاه های پیشرو روسیه - موسسه فیزیک و فناوری مسکو، MPEI، دانشگاه فنی دولتی سنت پترزبورگ، دانشگاه ولادیمیر، UNN و دیگران استفاده می شود.

در سال 2005، FlowVision مورد آزمایش قرار گرفت و گواهی انطباق را از استاندارد دولتی فدراسیون روسیه دریافت کرد.

ویژگی های کلیدی

در هسته Flow Visionاصل قانون بقای جرم نهفته است - مقدار ماده وارد شده به حجم محاسبه شده بسته پر شده برابر است با مقدار ماده ای که از آن کاهش می یابد (شکل 1 را ببینید).

برنج. 1 اصل قانون بقای جرم

راه حل چنین مشکلی با یافتن مقدار متوسط ​​یک کمیت در یک حجم معین بر اساس داده ها در مرزها (قضیه Ostrogradsky-Gauss) رخ می دهد.

برنج. 2 ادغام حجم بر اساس مقادیر مرزی

برای به دست آوردن یک راه حل دقیق تر، حجم محاسبه شده اصلی به حجم های کوچکتر تقسیم می شود.

برنج. 3 ضخیم شدن شبکه محاسباتی

روش تقسیم حجم اصلی به حجم های کوچکتر نامیده می شود ساخت شبکه محاسباتی ، و آرایه حجم های حاصل می باشد شبکه محاسباتی . هر حجم به دست آمده در فرآیند ساخت شبکه محاسباتی نامیده می شود سلول محاسبه شده ، که در هر کدام تعادل جرم ورودی و خروجی نیز رعایت می شود. حجم بسته ای که شبکه محاسبه در آن ساخته شده است نامیده می شود منطقه محاسباتی .

معماری

ایدئولوژی Flow Visionبر اساس یک معماری توزیع شده، که در آن بلوک برنامه، که محاسبات حسابی را انجام می دهد، می تواند در هر رایانه ای در شبکه - روی یک خوشه یا لپ تاپ با عملکرد بالا قرار گیرد. معماری بسته نرم افزاری ماژولار است که باعث می شود پیشرفت های بدون دردسر و قابلیت های جدیدی در آن ارائه شود. ماژول های اصلی PrePostProcessor و بلوک حل کننده و همچنین چندین بلوک کمکی هستند که عملیات های مختلفی را برای نظارت و تنظیم انجام می دهند.

توزیع فشار روی بدنه یک ماشین اسپرت

هدف عملکردی پیش پردازنده شامل وارد کردن هندسه حوزه محاسباتی از سیستم های مدل سازی هندسی، تنظیم مدل محیط، تنظیم شرایط اولیه و مرزی، ویرایش یا وارد کردن شبکه محاسباتی و تنظیم معیارهای همگرایی است که پس از آن کنترل به سیستم انتقال داده می شود. حل کننده، که فرآیند ساخت شبکه محاسباتی را شروع می کند و محاسبه را با توجه به پارامترهای داده شده انجام می دهد. در طول فرآیند محاسبات، کاربر این فرصت را دارد که نظارت بصری و کمی محاسبه را انجام دهد و فرآیند توسعه راه حل را با استفاده از ابزارهای Postprocessor ارزیابی کند. هنگامی که مقدار مورد نیاز معیار همگرایی به دست آمد، فرآیند شمارش را می توان متوقف کرد، پس از آن نتیجه به طور کامل در دسترس کاربر قرار می گیرد، که با استفاده از ابزار Postprocessor، می تواند داده ها را پردازش کند - نتایج را تجسم کرده و با ذخیره بعدی کمیت کند. فرمت های داده های خارجی

شبکه محاسبه

که در Flow Visionیک شبکه محاسباتی مستطیلی استفاده می شود که به طور خودکار با مرزهای حوزه محاسباتی و راه حل سازگار می شود. تقریب مرزهای منحنی با درجه بالادقت با استفاده از روش تفکیک هندسه زیرشبکه تضمین می شود. این رویکرد به شما امکان می دهد با مدل های هندسی متشکل از سطوح با هر درجه پیچیدگی کار کنید.

دامنه محاسباتی اولیه

شبکه متعامد روی منطقه پوشانده شده است

برش شبکه اولیه توسط مرزهای منطقه

شبکه محاسباتی نهایی

ساخت خودکار شبکه محاسباتی با در نظر گرفتن انحنای سطح

اگر لازم باشد راه حل در مرز یا در محل مناسب حجم محاسباتی اصلاح شود، می توان شبکه محاسباتی را به صورت پویا تطبیق داد. سازگاری قطعه قطعه شدن سلول ها است سطح پایین تربه سلول های کوچکتر سازگاری می تواند بر اساس شرایط مرزی، حجم و محلول باشد. انطباق شبکه در مرز مشخص شده، در انجام می شود مکان مشخص شدهدامنه محاسباتی یا با حل، با در نظر گرفتن تغییر در متغیر و گرادیان. سازگاری هم در جهت پالایش مش و هم در جهت انجام می شود سمت معکوس- ادغام سلول های کوچک به سلول های بزرگتر، تا شبکه سطح ورودی.

فناوری تطبیق شبکه

اجسام متحرک

فناوری بدنه متحرک امکان قرار دادن بدنه ای با شکل هندسی دلخواه را در داخل حوزه محاسباتی و دادن حرکت انتقالی و/یا چرخشی به آن می دهد. قانون حرکت ممکن است در زمان و مکان ثابت یا متغیر باشد. حرکت بدن به سه روش اصلی تعریف می شود:

به صراحت از طریق تنظیم سرعت بدنه؛
- از طریق تنظیم نیروی وارد بر بدن و جابجایی آن از نقطه شروع

از طریق تأثیر محیطی که بدن در آن قرار می گیرد.

هر سه روش را می توان با یکدیگر ترکیب کرد.

انداختن موشک در جریان ناپایدار تحت اثر گرانش

بازتولید تجربه ماخ: حرکت توپ با سرعت 800 متر بر ثانیه

محاسبات موازی

یکی از ویژگی های کلیدیبسته نرم افزاری Flow Visionفناوری‌های محاسباتی موازی، زمانی که از چندین پردازنده یا هسته پردازشگر برای حل یک مشکل استفاده می‌شود، که به شما امکان می‌دهد محاسبه را متناسب با تعداد آنها سرعت بخشید.

تسریع در محاسبه کار، بسته به تعداد هسته های درگیر

روند راه اندازی در حالت موازی کاملاً خودکار است. کاربر فقط باید تعداد هسته ها یا پردازنده هایی را که وظیفه روی آنها اجرا می شود را مشخص کند. تمام اقدامات بعدی در مورد تقسیم دامنه محاسباتی به قطعات و تبادل داده بین آنها توسط الگوریتم به طور مستقل و انتخاب بهترین پارامترها انجام می شود.

تجزیه سلول های نزدیک به سطح به 16 پردازنده برای مشکلات دو ماشین

تیم Flow Visionروابط نزدیک با نمایندگان جامعه HPC داخلی و خارجی (High Performance Computing) و مشارکت در پروژه های مشترک با هدف دستیابی به فرصت های جدید در زمینه بهبود عملکرد در محاسبات موازی.

در سال 2007، FlowVision، همراه با مرکز تحقیق و توسعه دانشگاه دولتی مسکو، در برنامه فدرال برای ایجاد یک سیستم اسکان موازی ترافلاپ ملی شرکت کردند. به عنوان بخشی از این برنامه، تیم توسعه در حال تطبیق FlowVision برای انجام محاسبات در مقیاس بزرگ در خود است فن آوری پیشرفته. خوشه SKIF-Chebyshev نصب شده در مرکز تحقیق و توسعه دانشگاه دولتی مسکو به عنوان یک پلت فرم سخت افزاری آزمایشی استفاده می شود.

خوشه SKIF-Chebyshev نصب شده در مرکز تحقیق و توسعه دانشگاه دولتی مسکو

با همکاری نزدیک با متخصصان مرکز تحقیق و توسعه دانشگاه دولتی مسکو (تحت راهنمایی عضو مسئول آکادمی علوم روسیه، دکترای ریاضیات فیزیک Vl.V.Voevodin)، مجتمع نرم افزاری و سخت افزاری SKIF- Flow Visionبرای بهبود کارایی محاسبات موازی. در ژوئن 2008، اولین محاسبات عملی در 256 گره استقرار در حالت موازی انجام شد.

در سال 2009، تیم FlowVision به همراه مرکز تحقیق و توسعه دانشگاه دولتی مسکو، فناوری سیگما و ایالت مرکز علمی TsAGI در برنامه هدفمند فدرال برای ایجاد الگوریتم هایی برای حل مسائل بهینه سازی موازی در مسائل آیرودینامیک و هیدرودینامیک شرکت کرد.

متن، تصاویر: شرکت TESIS

چرا به آیرودینامیک برای ماشین نیاز دارید، همه می دانند. هر چه بدنه آن ساده تر باشد، مقاومت کمتری در برابر حرکت و مصرف سوخت دارد. چنین خودرویی نه تنها در هزینه شما صرفه جویی می کند، بلکه در شما نیز صرفه جویی می کند محیطزباله های کمتری را دور بریزید. پاسخ ساده است، اما هنوز کامل نیست. متخصصان آیرودینامیک در تکمیل بدنه مدل جدید نیز:

• محاسبه توزیع در امتداد محورهای نیروی بالابر، که با توجه به سرعت قابل توجه خودروهای مدرن بسیار مهم است.
• دسترسی هوا را برای خنک کردن موتور و مکانیزم ترمز فراهم کنید،
• به مکان های ورودی و خروجی هوا برای سیستم تهویه داخلی فکر کنید،
• به دنبال کاهش سطح سر و صدا در کابین،
• بهینه سازی شکل اعضای بدن برای کاهش آلودگی شیشه، آینه و تجهیزات روشنایی.

علاوه بر این، حل یک کار اغلب با اجرای دیگری در تضاد است. به عنوان مثال، کاهش ضریب درگ باعث بهبود کارآمدی می شود، اما در عین حال مقاومت خودرو را در برابر بادهای متقابل بدتر می کند. بنابراین کارشناسان باید به دنبال سازش منطقی باشند.

کاهش کشیدن

چه چیزی نیروی کشش را تعیین می کند؟ دو پارامتر تأثیر تعیین کننده ای روی آن دارند - ضریب کشش آیرودینامیکی Cx و سطح مقطع خودرو (وسط کشتی). می توانید با پایین تر و باریک تر کردن بدنه، وسط را کاهش دهید، اما بعید است که خریداران زیادی برای چنین خودرویی وجود داشته باشد. بنابراین جهت اصلی بهبود آیرودینامیک خودرو بهینه سازی جریان اطراف بدنه و به عبارتی کاهش Cx است. ضریب درگ آیرودینامیکی Cx یک کمیت بدون بعد است که به صورت تجربی تعیین می شود. برای خودروهای مدرن، در محدوده 0.26-0.38 قرار دارد. در منابع خارجی، گاهی اوقات از ضریب درگ به عنوان Cd (ضریب درگ) یاد می شود. یک بدنه قطره‌ای دارای جریان‌بندی ایده‌آل است که Cx آن برابر با 0.04 است. هنگام حرکت، به آرامی جریان های هوا را قطع می کند، که سپس به طور یکپارچه، بدون شکستگی، در "دم" خود بسته می شود.

توده های هوا هنگام حرکت خودرو رفتار متفاوتی دارند. در اینجا مقاومت هوا از سه جزء تشکیل شده است:

• مقاومت داخلی در هنگام عبور هوا از محفظه موتور و داخل،
• مقاومت اصطکاکی جریان هوا در سطوح بیرونی بدن و
• مقاومت را تشکیل دهند.

جزء سوم بیشترین تاثیر را بر آیرودینامیک خودرو دارد. در حال حرکت، خودرو توده های هوای جلوی خود را فشرده می کند و یک منطقه ایجاد می کند فشار خون بالا. جریان هوا در اطراف بدن جریان دارد و در جایی که به پایان می رسد، جریان هوا از هم جدا می شود، تلاطم ایجاد می شود و یک منطقه کاهش فشار. بنابراین منطقه فشار بالاجلو از حرکت خودرو به جلو جلوگیری می کند و ناحیه کم فشار در پشت آن را به عقب "مکد" می کند. قدرت تلاطم و اندازه ناحیه فشار کم توسط شکل قسمت عقب بدن تعیین می شود.

بهترین عملکرد ساده توسط خودروهایی با قسمت عقب پلکانی - سدان ها و کوپه ها نشان داده می شود. توضیح ساده است - جریان هوایی که از سقف خارج شده است بلافاصله به درب صندوق عقب برخورد می کند، جایی که عادی می شود و در نهایت لبه آن می شکند. جریان های جانبی نیز روی صندوق عقب می ریزند که از ایجاد گرداب های مضر در پشت خودرو جلوگیری می کند. بنابراین، هرچه درب صندوق بلندتر و بلندتر باشد، عملکرد آیرودینامیکی بهتری دارد. بر سدان های بزرگو کوپه حتی گاهی اوقات موفق می شود به یک جریان بدون درز در اطراف بدنه دست یابد. باریک شدن جزئی قسمت عقب نیز به کاهش Cx کمک می کند. لبه تنه تیز یا به شکل یک برآمدگی کوچک ساخته شده است - این جدا شدن جریان هوا را بدون تلاطم تضمین می کند. در نتیجه، ناحیه تخلیه پشت خودرو کوچک است.

پایین خودرو نیز در آیرودینامیک آن تاثیر دارد. قسمت های بیرون زده سیستم تعلیق و اگزوز نیروی کشش را افزایش می دهند. برای کاهش آن، آنها سعی می کنند تا حد ممکن قسمت پایینی را صاف کنند یا هر چیزی را که زیر سپر "بیرون می آید" با سپر بپوشانند. گاهی اوقات یک اسپویلر کوچک جلو نصب می شود. اسپویلر جریان هوا را در زیر خودرو کاهش می دهد. اما در اینجا مهم است که اندازه گیری را بدانید. یک اسپویلر بزرگ به طور قابل توجهی مقاومت را افزایش می دهد، اما ماشین بهتر به جاده "آغشته" می شود. اما بیشتر در مورد آن در بخش بعدی.

داون فورس

هنگامی که خودرو در حال حرکت است، جریان هوا در زیر آن در یک خط مستقیم می رود و قسمت بالایی جریان به دور بدنه می رود، یعنی مسافت بیشتری را طی می کند. بنابراین سرعت جریان بالا از جریان پایین بیشتر است. و طبق قوانین فیزیک هر چه سرعت هوا بیشتر باشد فشار کمتر می شود. در نتیجه، یک ناحیه فشار افزایش یافته در زیر و یک ناحیه پایین تر در بالا ایجاد می شود. این یک نیروی بالابر ایجاد می کند. و اگرچه ارزش آن کم است، اما مشکل این است که به طور نابرابر در امتداد محورها توزیع شده است. اگر اکسل جلو توسط جریانی بارگیری شود که روی کاپوت فشار می آورد و شیشه جلو، سپس قسمت عقب نیز توسط ناحیه تخلیه تشکیل شده در پشت ماشین تخلیه می شود. بنابراین با افزایش سرعت، پایداری کاهش می یابد و خودرو مستعد لغزش می شود.

نیازی به ابداع اقدامات خاصی برای مبارزه با این پدیده نیست، زیرا آنچه برای بهبود جریان سازی انجام می شود، در عین حال نیروی رو به پایین را افزایش می دهد. به عنوان مثال، بهینه سازی عقب باعث کاهش ناحیه خلاء پشت خودرو و در نتیجه کاهش نیروی بالابری می شود. تراز کردن کف نه تنها مقاومت هوا را کاهش می دهد، بلکه سرعت جریان را نیز افزایش می دهد و در نتیجه فشار زیر خودرو را کاهش می دهد. و این به نوبه خود منجر به کاهش لیفت می شود. به طور مشابه، دو کار توسط و انجام می شود اسپویلر عقب. این نه تنها تشکیل گرداب را کاهش می دهد، Cx را بهبود می بخشد، بلکه به طور همزمان ماشین را به دلیل جریان هوای دفع شده از آن به جاده فشار می دهد. گاهی اوقات یک اسپویلر عقب صرفا برای افزایش نیروی رو به پایین طراحی می شود. در این حالت دارای ابعاد بزرگ و شیب می باشد یا قابل جمع شدن است و فقط در سرعت های بالا.

برای ورزش و مدل های مسابقه ایاقدامات شرح داده شده، البته، بی اثر خواهد بود. برای نگه داشتن آنها در جاده، باید نیروی رو به پایین زیادی ایجاد کنید. برای این کار از یک اسپویلر بزرگ جلو، دامن های جانبی و بال های عقب استفاده شده است. اما نصب شده روی خودروهای تولیدی، این عناصر فقط نقش تزئینی دارند و غرور مالک را سرگرم می کنند. آنها هیچ سود عملی نخواهند داد، بلکه برعکس، مقاومت در برابر حرکت را افزایش خواهند داد. به هر حال، بسیاری از رانندگان، اسپویلر را با بال اشتباه می گیرند، اگرچه تشخیص آنها بسیار آسان است. اسپویلر همیشه به بدنه فشرده می شود و با آن یک کل واحد را تشکیل می دهد. بال در فاصله ای از بدنه نصب می شود.

آیرودینامیک عملی

پیروی از چند قانون ساده به شما این امکان را می دهد که با کاهش مصرف سوخت، از هوا صرفه جویی کنید. با این حال، این نکات تنها برای کسانی که اغلب و زیاد در مسیر رانندگی می کنند مفید خواهد بود.

هنگام رانندگی، بخش قابل توجهی از قدرت موتور صرف غلبه بر مقاومت هوا می شود. هر چه سرعت بالاتر باشد، مقاومت (و در نتیجه مصرف سوخت) بالاتر است. بنابراین اگر حتی 10 کیلومتر در ساعت سرعت خود را کاهش دهید، تا 1 لیتر در هر 100 کیلومتر صرفه جویی می کنید. در این صورت از دست دادن زمان ناچیز خواهد بود. با این حال، این حقیقت برای اکثر رانندگان شناخته شده است. اما سایر ظرافت های "آیرودینامیکی" برای همه شناخته شده نیست.

مصرف سوخت به ضریب درگ و سطح مقطع خودرو بستگی دارد. اگر فکر می کنید که این پارامترها در کارخانه تنظیم شده اند و مالک خودرو نمی تواند آنها را تغییر دهد، در اشتباهید! تغییر آنها به هیچ وجه کار سختی نیست و می توانید به اثرات مثبت و منفی دست پیدا کنید.

چه چیزی باعث افزایش مصرف می شود؟ به طور غیر منطقی بار سوخت روی سقف را "می خورد". و حتی یک جعبه ساده حداقل یک لیتر در صد مصرف می کند. سوزاندن سوخت زمانی که پنجره ها و سانروف ها در هنگام رانندگی باز هستند غیر منطقی است. اگر محموله ای طولانی را با صندوق عقب حمل می کنید، دچار سرریزی نیز خواهید شد. مختلف عناصر تزئینیمانند فیرینگ روی کاپوت ("مگس انداز")، "kenguryatnik"، یک بال و سایر عناصر تیونینگ خانگی، اگرچه آنها لذت زیبایی شناختی را به ارمغان می آورند، اما باعث می شوند که شما بیشتر از آن لذت ببرید. به پایین نگاه کنید - برای هر چیزی که پایین تر از خط آستانه به نظر می رسد، باید هزینه اضافی بپردازید. حتی چیزی به کوچکی غیبت درپوش های پلاستیکیبر دیسک های فولادی، مصرف را افزایش می دهد. هر عامل یا جزئیات ذکر شده به طور جداگانه مصرف را به مقدار کمی افزایش می دهد - از 50 تا 500 گرم در هر 100 کیلومتر. اما اگر همه چیز را خلاصه کنید، دوباره "درون" می شود، حدود یک لیتر در صد. این محاسبات برای خودروهای کوچک با سرعت 90 کیلومتر بر ساعت معتبر است. صاحبان خودروهای بزرگ و دوستداران سرعت بالا، در جهت افزایش مصرف، تعدیل می کنند.

در صورت رعایت تمامی شرایط فوق می توانیم از هزینه های غیر ضروری خودداری کنیم. آیا امکان کاهش بیشتر ضرر وجود دارد؟ می توان! اما این به یک تنظیم خارجی کوچک نیاز دارد (البته ما در مورد عناصر حرفه ای ساخته شده صحبت می کنیم). جلو کیت آیرودینامیکاجازه نمی دهد که جریان هوا در زیر ماشین نفوذ کند ، جلوپنجره قسمت بیرون زده چرخ ها را می پوشاند ، اسپویلر از ایجاد تلاطم در پشت "جنگ" ماشین جلوگیری می کند. اگرچه اسپویلر، به عنوان یک قاعده، قبلاً در ساختار بدنه یک ماشین مدرن گنجانده شده است.

بنابراین صرفه جویی در هوا کاملاً واقع بینانه است.

هیچ ماشینی از آن عبور نخواهد کرد دیوار آجری، اما روزانه از هوا از دیوارها عبور می کند که دارای تراکم نیز می باشد.

هیچ کس هوا یا باد را به عنوان یک دیوار درک نمی کند. بر سرعت های پایین، در آب و هوای آرام، مشاهده نحوه تعامل جریان هوا با وسیله نقلیه دشوار است. اما در سرعت‌های بالا، در بادهای شدید، مقاومت هوا (نیروی وارد بر جسمی که در هوا حرکت می‌کند - که به آن درگ نیز گفته می‌شود) بر نحوه شتاب‌گیری خودرو، میزان کنترل و نحوه مصرف سوخت تأثیر می‌گذارد.

اینجاست که علم آیرودینامیک وارد عمل می شود و نیروهای ایجاد شده در نتیجه حرکت اجسام در هوا را مطالعه می کند. خودروهای مدرن با در نظر گرفتن آیرودینامیک طراحی می شوند. یک خودروی آئرودینامیک از دیواره هوا مانند چاقو از کره عبور می کند.

ناشی از مقاومت کمجریان هوا، چنین خودرویی شتاب بهتری دارد و سوخت را بهتر مصرف می کند، زیرا موتور لازم نیست برای "هل کردن" خودرو از دیواره هوا، نیروی اضافی صرف کند.

برای بهبود آیرودینامیک خودرو، شکل بدنه گرد است تا کانال هوا با کمترین مقاومت در اطراف خودرو جریان یابد. در خودروهای اسپرت، شکل بدنه طوری طراحی شده است که جریان هوا را عمدتاً در امتداد قسمت پایین هدایت می کند، در زیر خواهید دید که چرا. بال یا اسپویلر هم روی صندوق عقب ماشین می گذارند. پرس های بال بازگشتبالابر جلوگیری از ماشین چرخهای عقب، به دلیل جریان شدید هوا در هنگام حرکت با سرعت بالا که باعث پایداری بیشتر خودرو می شود. همه بال‌های عقب یکسان نیستند و همه برای هدف مورد نظر خود استفاده نمی‌شوند، برخی فقط به عنوان عنصری از دکور خودرو هستند که عملکرد مستقیم آیرودینامیک را انجام نمی‌دهند.

علم آیرودینامیک

قبل از صحبت در مورد آیرودینامیک خودرو، اجازه دهید به اصول فیزیک بپردازیم.

هنگامی که یک جسم در جو حرکت می کند، هوای اطراف را جابجا می کند. جسم نیز در معرض گرانش و مقاومت است. هنگامی که یک جسم جامد در یک محیط مایع - آب یا هوا - حرکت می کند، مقاومت ایجاد می شود. مقاومت با سرعت یک جسم افزایش می یابد - هر چه سریعتر در فضا حرکت کند، مقاومت بیشتری را تجربه می کند.

ما حرکت یک جسم را با عواملی که در قوانین نیوتن توضیح داده شده است - جرم، سرعت، وزن، نیروی خارجی و شتاب اندازه گیری می کنیم.

مقاومت مستقیماً بر شتاب تأثیر می گذارد. شتاب (a) یک جسم = وزن آن (W) منهای کشش آن (D) تقسیم بر جرم آن (m). به یاد داشته باشید که وزن حاصل ضرب جرم بدن و شتاب سقوط آزاد است. به عنوان مثال، در ماه، وزن فرد به دلیل کمبود جاذبه تغییر می کند، اما جرم ثابت می ماند. به زبان ساده:

همانطور که یک جسم شتاب می گیرد، سرعت و کشش تا نقطه پایانی که درگ برابر با وزن می شود افزایش می یابد - جسم دیگر شتاب نمی گیرد. بیایید تصور کنیم که جسم ما در معادله یک ماشین است. همانطور که ماشین سریعتر و سریعتر حرکت می کند، هوای بیشتری با حرکت آن مخالفت می کند و ماشین را به حداکثر شتاب در یک سرعت معین محدود می کند.

ما به مهم ترین عدد نزدیک می شویم - ضریب درگ آیرودینامیکی. این یکی از عوامل اصلی است که تعیین می کند یک جسم چقدر راحت در هوا حرکت می کند. ضریب درگ (Cd) با استفاده از فرمول زیر محاسبه می شود:

Cd = D / (A * r * V/2)

جایی که D مقاومت، A مساحت، r چگالی، V سرعت است.

ضریب درگ در ماشین

ما متوجه شدیم که ضریب درگ (Cd) مقداری است که نیروی مقاومت هوا را که به یک جسم، مانند ماشین اعمال می‌شود، اندازه‌گیری می‌کند. حال تصور کنید که نیروی هوا در حال حرکت به ماشین در حال حرکت در جاده است. با سرعت 110 کیلومتر در ساعت، نیرویی چهار برابر بیشتر از سرعت 55 کیلومتر در ساعت بر آن وارد می شود.

قابلیت های آیرودینامیکی یک خودرو با ضریب درگ اندازه گیری می شود. هرچه مقدار Cd کمتر باشد، آیرودینامیک خودرو بهتر است و راحت تر از دیواره هوایی که از طرف های مختلف به آن فشار می آورد عبور می کند.

بیایید شاخص های Cd را در نظر بگیریم. ولووهای جعبه ای زاویه دار دهه 1970 و 80 را به خاطر دارید؟ ولوو 960 سدان قدیمی دارای ضریب درگ 0.36 است. جدید بدنه ولووصاف و صاف، به همین دلیل ضریب به 0.28 می رسد. اشکال صاف و ساده تر، آیرودینامیک بهتری نسبت به شکل های زاویه ای و مربعی نشان می دهند.

دلایلی که آیرودینامیک شکل های براق را دوست دارد

بیایید آیرودینامیک ترین چیز در طبیعت را به یاد بیاوریم - اشک. پارگی از همه طرف گرد و صاف است و در قسمت بالا مخروطی است. وقتی اشک می ریزد، هوا به راحتی و به آرامی در اطراف آن جریان دارد. همچنین در اتومبیل‌ها، روی سطح صاف و گرد، هوا آزادانه جریان می‌یابد و مقاومت هوا در برابر حرکت یک جسم را کاهش می‌دهد.

امروزه اکثر مدل ها دارای میانگین ضریب درگ 0.30 هستند. ضریب درگ خودروهای SUV 0.30 تا 0.40 یا بیشتر است. دلیل بالا بودن ضریب در ابعاد. لندکروز و گلندواگن مسافران بیشتری را در خود جای می دهند، آنها بیشتر دارند فضای بار، توری های بزرگ برای خنک کردن موتور، از این رو طراحی مربع مانند است. کامیون های وانت طراحی شده با سی دی مربعی هدفمند بیشتر از 0.40.

طراحی بدنه قابل بحث است، اما این خودرو شکل آیرودینامیکی آشکاری دارد. ضریب کشیدن تویوتا پریوس 0.24، بنابراین مصرف سوخت خودرو کم است، نه تنها به دلیل هیبریدی نیروگاه. به یاد داشته باشید که هر منهای 0.01 در ضریب مصرف سوخت را 0.1 لیتر در هر 100 کیلومتر کاهش می دهد.

مدل های با کشش آیرودینامیکی ضعیف:

مدل های با کشش آیرودینامیکی خوب:

روش‌های بهبود آیرودینامیک مدت‌هاست که شناخته شده‌اند، اما زمان زیادی طول کشید تا خودروسازان شروع به استفاده از آن‌ها هنگام ساخت وسایل نقلیه جدید کنند.

مدل های اولین خودروهایی که ظاهر شدند هیچ ربطی به مفهوم آیرودینامیک ندارند. نگاهی به مدل T فورد بیاندازید - این ماشین بیشتر شبیه کالسکه اسبی بدون اسب است - برنده مسابقه طراحی جعبه ای. راستش را بخواهید، بیشتر مدل ها پیشگام هستند و نیازی به طراحی آیرودینامیکی نداشتند، چون آهسته رانندگی می کردند، در چنین سرعتی چیزی برای مقاومت وجود نداشت. با این حال، اتومبیل‌های مسابقه‌ای در اوایل دهه 1900 برای برنده شدن در رقابت‌ها به قیمت آیرودینامیک، کمی باریک‌تر شدند.

در سال 1921، مخترع آلمانی، ادموند رومپلر، Rumpler-Tropfenauto را ساخت که در آلمانی به معنای ماشین اشک آور است. این مدل که از آیرودینامیک ترین شکل موجود در طبیعت، یعنی شکل اشک، الگوبرداری شده، دارای ضریب درگ 0.27 بود. طراحی Rumpler-Tropfenauto هرگز مورد پذیرش قرار نگرفت. Rumpler موفق شد تنها 100 واحد Rumpler-Tropfenauto ایجاد کند.

در آمریکا، یک جهش در طراحی آیرودینامیک در سال 1930 انجام شد، زمانی که مدل کرایسلرجریان هوا. مهندسان با الهام از پرواز پرندگان، Airflow را با در نظر گرفتن آیرودینامیک ساختند. برای بهبود هندلینگ، وزن خودرو به طور مساوی بین محورهای جلو و عقب توزیع شد - 50/50. جامعه که از رکود بزرگ خسته شده بود، ظاهر غیر متعارف کرایسلر جریان هوا را نپذیرفت. این مدل یک شکست در نظر گرفته شد، اگرچه طراحی ساده کرایسلر ایرفلو بسیار جلوتر از زمان خود بود.

دهه‌های 1950 و 60 شاهد بزرگ‌ترین پیشرفت‌ها در آیرودینامیک خودرو بودیم که از دنیای مسابقه‌ای به دست آمد. مهندسان شروع به آزمایش با اشکال مختلف بدن کردند، زیرا می دانستند که یک شکل ساده باعث افزایش سرعت خودروها می شود. بدین ترتیب شکل ماشین مسابقه ای متولد شد که تا به امروز باقی مانده است. اسپویلرهای جلو و عقب، دماغه بیل و کیت های هوا همگی به یک هدف عمل می کنند و جریان هوا را روی سقف هدایت می کنند و نیروی رو به پایین لازم را به چرخ های جلو و عقب ایجاد می کنند.

تونل باد به موفقیت آزمایش ها کمک کرد. در قسمت بعدی مقاله ما به شما خواهیم گفت که چرا به آن نیاز است و چرا در طراحی خودرو اهمیت دارد.

اندازه گیری کشش در تونل باد

برای اندازه گیری بازده آیرودینامیکی یک خودرو، مهندسان ابزاری را از صنعت هوانوردی قرض گرفتند - تونل باد.

تونل باد یک تونل با فن های قدرتمند است که جریان هوا را بر روی یک جسم داخل آن ایجاد می کند. ماشین، هواپیما یا چیز دیگری که مقاومت هوای آن توسط مهندسان اندازه گیری می شود. از اتاقی در پشت تونل، دانشمندان نحوه تعامل هوا با جسم و نحوه رفتار جریان های هوا در سطوح مختلف را مشاهده می کنند.

ماشین یا هواپیمای داخل تونل باد حرکت نمی کند، اما برای شبیه سازی شرایط واقعی، فن ها جریان هوا را با سرعت متفاوت. گاهی ماشین های واقعیحتی لوله رانده نمی شود - طراحان اغلب به آن تکیه می کنند مدل های دقیقاز خاک رس یا سایر مواد خام ایجاد شده است. باد روی ماشین در تونل باد می وزد و کامپیوترها ضریب درگ را محاسبه می کنند.

تونل های باد از اواخر دهه 1800 استفاده شده است، زمانی که آنها در تلاش برای ساختن یک هواپیما و اندازه گیری اثر جریان هوا در تونل های باد بودند. حتی برادران رایت هم چنین شیپوری داشتند. پس از جنگ جهانی دوم، مهندسان ماشین های مسابقه ایدر جستجوی برتری نسبت به رقبا، شروع به استفاده از تونل های باد برای ارزیابی اثربخشی عناصر آیرودینامیکی مدل های در حال توسعه کرد. بعدها این فناوری راه خود را به دنیای خودروهای سواری و کامیون باز کرد.

در طول 10 سال گذشته، تونل های باد بزرگ با هزینه چند میلیون دلار آمریکا کمتر و کمتر مورد استفاده قرار گرفته اند. مدل سازی کامپیوتری به تدریج جایگزین این روش آزمایش آیرودینامیک خودرو می شود (بیشتر). تونل های باد فقط برای اطمینان از عدم محاسبات اشتباه در شبیه سازی های کامپیوتری اجرا می شوند.

مفاهیم بیشتری در آیرودینامیک نسبت به مقاومت هوا به تنهایی وجود دارد - همچنین عواملی مانند نیروی بالابر و نیروی رو به پایین وجود دارد. لیفت (یا بالابر) نیرویی است که در برابر وزن جسم عمل می کند و جسم را در هوا بلند می کند و نگه می دارد. نیروی رو به پایین، مخالف آسانسور، نیرویی است که یک جسم را به زمین هل می دهد.

هر کسی که فکر می کند ضریب درگ 320 کیلومتر در ساعت اتومبیل های مسابقه فرمول 1 کم است، اشتباه می کند. یک ماشین مسابقه معمولی فرمول 1 دارای ضریب درگ حدود 0.70 است.

دلیل بالا بودن ضریب مقاومت هوا ماشین های مسابقه ایفرمول 1 این است که این خودروها به گونه ای طراحی شده اند که تا حد امکان نیروی رو به پایین ایجاد کنند. با سرعت حرکت گلوله های آتشین، با وزن بسیار سبک خود، شروع به تجربه بلند کردن می کنند سرعت های بالا- فیزیک باعث می شود آنها مانند یک هواپیما به هوا بروند. اتومبیل‌ها برای پرواز طراحی نشده‌اند (اگرچه مقاله - یک ماشین ترانسفورماتور پرنده خلاف آن ادعا می‌کند)، و اگر وسیله نقلیه شروع به بالا رفتن از هوا کند، فقط می‌توانید انتظار یک چیز را داشته باشید - یک تصادف ویرانگر. از همین رو، نیروی رو به پایینباید حداکثر باشد تا ماشین در سرعت بالا روی زمین بماند، به این معنی که ضریب درگ باید زیاد باشد.

خودروهای فرمول 1 با کمک قسمت های جلو و عقب خودرو به نیروی رو به پایین بالا دست می یابند. این بال ها جریان هوا را طوری هدایت می کنند که ماشین را به زمین فشار می دهند - همان نیروی رو به پایین. اکنون می توانید با خیال راحت سرعت را افزایش دهید و هنگام پیچیدن آن را از دست ندهید. در عین حال، نیروی رو به پایین باید به دقت با بالابر متعادل شود تا خودرو به سرعت خط مستقیم مطلوب برسد.

بسیاری از خودروهای تولیدی دارای اضافات آیرودینامیکی برای ایجاد نیروی رو به پایین هستند. مطبوعات به خاطر ظاهر مورد انتقاد قرار گرفتند. طراحی بحث برانگیز و همه چون همه بدنه GT-Rطراحی شده برای هدایت جریان هوا بر روی خودرو و برگشت از طریق اسپویلر عقب بیضی شکل و ایجاد نیروی رو به پایین بیشتر. هیچ کس به زیبایی ماشین فکر نمی کرد.

خارج از مدار فرمول 1، بال‌های عقب اغلب در خودروهای استوک مانند سدان‌ها یافت می‌شوند. شرکت های تویوتاو هوندا گاهی اوقات این عناصر طراحی کمی ثبات را در سرعت های بالا اضافه می کنند. به عنوان مثال، در اولین آئودی TT در ابتدا اسپویلر نداشت، اما آئودیمجبور شدم آن را اضافه کنم که معلوم شد شکل گرد و وزن سبک TT باعث بالا رفتن بیش از حد شده است که باعث می شود خودرو در سرعت های بالای 150 کیلومتر در ساعت ناپایدار باشد.

اما اگر خودرو آئودی تی تی، اسپورت و اسپرت نیست، بلکه یک سدان یا هاچ بک خانوادگی معمولی است، نیازی به نصب اسپویلر نیست. یک اسپویلر هندلینگ را در چنین خودرویی بهبود نمی بخشد، زیرا "ماشین خانوادگی" به دلیل Cx بالا از نیروی رو به پایین بالایی برخوردار است و نمی توانید سرعت های بالای 180 را روی آن فشار دهید. اسپویلر روشن است ماشین معمولیمی تواند باعث بیش فرمانی یا برعکس، عدم تمایل به ورود به پیچ ها شود. با این حال، اگر شما هم فکر می کنید که اسپویلر غول پیکر هوندا سیویک در جای خود است، اجازه ندهید کسی شما را در غیر این صورت متقاعد کند.

مقررات فعلی به تیم‌ها اجازه می‌دهد مدل‌های ماشین‌های تونل باد را آزمایش کنند که از 60 درصد مقیاس تجاوز نمی‌کنند. پت سیموندز، مدیر فنی سابق تیم رنو در مصاحبه ای با F1Racing در مورد ویژگی های این شغل صحبت کرد.

پت سیموندز: «امروزه همه تیم‌ها با مدل‌هایی با مقیاس 50 یا 60 درصد کار می‌کنند، اما همیشه اینطور نبود. اولین آزمایش های آیرودینامیکی در دهه 80 با ماکت هایی با 25٪ ارزش واقعی انجام شد - قدرت تونل های باد در دانشگاه ساوتهمپتون و کالج امپریال لندن اجازه نمی داد - فقط در آنجا امکان نصب وجود داشت. مدل های روی پایه متحرک سپس تونل‌های باد ظاهر شدند که در آن‌ها می‌توان با مدل‌های 33% و 50% کار کرد و اکنون به دلیل نیاز به محدود کردن هزینه‌ها، تیم‌ها موافقت کردند که مدل‌ها را بیش از 60% با سرعت جریان هوا بدون هیچ آزمایشی آزمایش کنند. بیش از 50 متر در ثانیه

هنگام انتخاب مقیاس مدل، تیم ها از قابلیت های تونل باد موجود استفاده می کنند. برای به دست آوردن نتایج دقیق، ابعاد مدل نباید بیش از 5٪ از سطح کار لوله باشد. تولید مدل های در مقیاس کوچکتر ارزان تر است، اما از مدل کوچکتر، حفظ دقت مورد نیاز دشوارتر است. مانند بسیاری از مسائل دیگر در توسعه اتومبیل های فرمول 1، در اینجا نیز باید به دنبال بهترین سازش باشید.

در گذشته، مدل‌هایی از چوب درخت دیرا که در مالزی رشد می‌کند، که چگالی کمی دارد، ساخته می‌شد، در حال حاضر از تجهیزات استریولیتوگرافی لیزری استفاده می‌شود - یک پرتو لیزر مادون قرمز یک ماده کامپوزیت را پلیمریزه می‌کند و در نتیجه بخشی با ویژگی‌های مشخص به دست می‌آید. . این روش به شما این امکان را می دهد که در چند ساعت کارایی یک ایده مهندسی جدید را در یک تونل باد آزمایش کنید.

هر چه مدل با دقت بیشتری ساخته شود، اطلاعات به دست آمده در حین دمیدن آن قابل اعتمادتر است. هر چیز کوچکی در اینجا مهم است، حتی از طریق لوله های اگزوزجریان گازها باید با همان سرعت یک ماشین واقعی عبور کند. تیم ها در تلاش برای دستیابی به بالاترین دقت ممکن برای تجهیزات موجود در شبیه سازی هستند.

سال‌هاست که لاستیک‌ها با ماکت‌های نایلونی یا فیبر کربنی جایگزین شده‌اند، اما زمانی که میشلن کپی‌های کوچک‌شده دقیقی از لاستیک‌های خود ساخته است، پیشرفت چشمگیری حاصل شده است. لاستیک های مسابقه ای. مدل خودرو مجهز به سنسورهای زیادی برای اندازه گیری فشار هوا و سیستمی است که به شما امکان تغییر تعادل را می دهد.

مدل ها، از جمله تجهیزات اندازه گیری نصب شده روی آنها، از نظر هزینه کمی پایین تر هستند ماشین های واقعیبه عنوان مثال، آنها گران تر از ماشین های واقعی GP2. این در واقع یک راه حل فوق پیچیده است. یک قاب اولیه با سنسورها حدود 800000 دلار قیمت دارد و می توان چندین سال از آن استفاده کرد، اما معمولاً تیم ها دو مجموعه برای ادامه کار دارند.

هر تجدید نظر عناصر بدنیا تعلیق منجر به نیاز به ساخت می شود نسخه جدیدکیت بدنه که ربع میلیون قیمت دارد. ضمناً بهره برداری از خود تونل باد در ساعت حدود هزار دلار هزینه دارد و نیاز به حضور 90 کارمند دارد. تیم های جدی حدود 18 میلیون دلار در هر فصل برای این مطالعات هزینه می کنند.

هزینه ها جواب می دهد. افزایش 1% نیروی رو به پایین به شما امکان می دهد در یک مسیر واقعی یک دهم ثانیه برنده شوید. با یک برنامه ثابت، مهندسان تقریباً در ماه بازی می کنند، بنابراین تنها در بخش مدلینگ، هر دهم یک و نیم میلیون دلار برای تیم هزینه دارد.

از زمانی که انسان اول یک سنگ تیز بر سر نیزه نصب کرد، مردم همیشه در تلاش بوده اند تا آن را پیدا کنند. بهترین فرماجسام در حال حرکت در هوا اما معلوم شد که این ماشین یک پازل آیرودینامیکی بسیار دشوار است.

مبانی محاسبات کشش جاده چهار نیروی اساسی را در اختیار ما قرار می دهد که بر روی یک وسیله نقلیه در حال حرکت عمل می کند: مقاومت هوا، مقاومت در برابر غلتش، مقاومت در برابر صعود و نیروهای اینرسی. لازم به ذکر است که تنها دو مورد اول اصلی هستند. نیروی مقاومت غلتشی چرخ ماشینعمدتاً به تغییر شکل لاستیک و جاده در منطقه تماس بستگی دارد. اما در حال حاضر با سرعت 50-60 کیلومتر در ساعت، نیروی مقاومت هوا از هر نیروی دیگری فراتر می رود و در سرعت های بیش از 70-100 کیلومتر در ساعت از همه آنها پیشی می گیرد. برای اثبات این گزاره، باید فرمول تقریبی زیر را ارائه داد: Px=Cx*F*v2، که در آن: Px – نیروی مقاومت هوا. v – سرعت وسیله نقلیه (m/s)؛ F مساحت برآمدگی خودرو بر روی صفحه عمود بر محور طولی خودرو یا مساحت بزرگترین سطح مقطع خودرو، یعنی مساحت جلویی (m2) است. Cx ضریب مقاومت هوا (ضریب جریان سازی) است. توجه داشته باشید. سرعت در فرمول مجذور است و به این معنی است که اگر مثلاً دو برابر شود، نیروی مقاومت هوا چهار برابر می شود.

در همان زمان، هزینه های برق مورد نیاز برای غلبه بر آن هشت برابر افزایش می یابد! در مسابقات نسکار، که سرعت آنها بیش از 300 کیلومتر در ساعت است، به طور تجربی مشخص شده است که افزایش حداکثر سرعتفقط برای 8 کیلومتر در ساعت، باید قدرت موتور را 62 کیلووات (83 اسب بخار) افزایش دهید یا Cx را 15٪ کاهش دهید. راه دیگری وجود دارد - کاهش ناحیه جلویی خودرو. بسیاری از ابرخودروهای پرسرعت به میزان قابل توجهی پایین تر هستند ماشین های معمولی. این فقط نشانه کار برای کاهش ناحیه پیشانی است. با این حال، این روش تا حدودی قابل انجام است، در غیر این صورت استفاده از چنین خودرویی غیرممکن خواهد بود. به همین دلیل و دلایل دیگر، ساده سازی یکی از اصلی ترین مسائلی است که هنگام طراحی یک خودرو به وجود می آید. البته نیروی مقاومت تنها تحت تأثیر سرعت خودرو و پارامترهای هندسی آن نیست. به عنوان مثال، هر چه چگالی جریان هوا بیشتر باشد، مقاومت بیشتر است. به نوبه خود، چگالی هوا به طور مستقیم به دما و ارتفاع آن از سطح دریا بستگی دارد. با افزایش دما، چگالی هوا (و از این رو ویسکوزیته آن) افزایش می‌یابد، در حالی که در کوه‌ها هوا رقیق‌تر و چگالی آن کمتر است و غیره. چنین تفاوت های ظریف زیادی وجود دارد.

اما برگردیم به شکل ماشین. کدام مورد بهترین جریان را دارد؟ پاسخ این سوال را تقریباً هر دانش آموزی (که در درس فیزیک نخوابیده است) می داند. یک قطره آب که به پایین می ریزد شکلی به خود می گیرد که از نظر آیرودینامیک قابل قبول ترین است. یعنی یک سطح جلویی گرد و یک پشت بلند باریک و صاف (بهترین نسبت 6 برابر طول عرض است). ضریب درگ یک مقدار آزمایشی است. از نظر عددی او برابر با قدرتمقاومت هوا بر حسب نیوتن زمانی ایجاد می شود که با سرعت 1 متر بر ثانیه در هر متر مربع از ناحیه جلویی حرکت کند. مرسوم است که Cx یک صفحه مسطح = 1 را به عنوان واحد مرجع در نظر بگیریم، بنابراین برای یک قطره آب، Cx = 0.04. حالا ماشینی مثل این را تصور کنید. مزخرف است، اینطور نیست؟ نه تنها چنین ابزاری روی چرخ ها تا حدودی کاریکاتور به نظر می رسد، بلکه استفاده از این خودرو برای هدف مورد نظرش چندان راحت نخواهد بود. بنابراین، طراحان مجبور هستند بین آیرودینامیک خودرو و راحتی استفاده از آن سازشی پیدا کنند. تلاش های مداوم برای کاهش ضریب مقاومت هوا منجر به این واقعیت شده است که برخی از اتومبیل های مدرن Cx = 0.28-0.25 دارند. خوب سریع ماشین های ضبطبه رخ کشیدن Cx = 0.2-0.15.

نیروهای مقاومت

حال باید کمی در مورد خواص هوا صحبت کنیم. همانطور که می دانید هر گازی از مولکول تشکیل شده است. آنها در حرکت و تعامل دائمی با یکدیگر هستند. نیروهای به اصطلاح واندروالس وجود دارد - نیروهای جذب متقابل مولکول ها که از حرکت آنها نسبت به یکدیگر جلوگیری می کند. برخی از آنها با شدت بیشتری به دیگران می چسبند. و با افزایش حرکت آشفته مولکول ها، تأثیر ضربه یک لایه هوا بر لایه دیگر افزایش می یابد و ویسکوزیته افزایش می یابد. و این به دلیل افزایش دمای هوا اتفاق می افتد و این می تواند هم در اثر گرمای مستقیم خورشید و هم به طور غیرمستقیم از اصطکاک هوا بر روی هر سطح یا به سادگی لایه های آن در بین خود ایجاد شود. اینجاست که سرعت وارد عمل می شود. برای اینکه بفهمید این موضوع چگونه روی ماشین تاثیر می گذارد، فقط سعی کنید دست خود را با کف دست باز تکان دهید. اگر این کار را به آرامی انجام دهید، هیچ اتفاقی نمی افتد، اما اگر دست خود را با شدت بیشتری تکان دهید، کف دست به وضوح مقداری مقاومت را درک می کند. اما این تنها یک جزء است.

هنگامی که هوا بر روی سطح ثابتی (مثلاً بدنه اتومبیل) حرکت می کند، همان نیروهای واندروالسی باعث می شود نزدیکترین لایه مولکول ها شروع به چسبیدن به آن کنند. و این لایه "گیر" لایه بعدی را کند می کند. و بنابراین لایه به لایه، و هر چه مولکول های هوا سریعتر حرکت کنند، از یک سطح ساکن دورتر می شوند. در نهایت سرعت آنها با سرعت جریان اصلی هوا برابر می شود. لایه ای که در آن ذرات به آرامی حرکت می کنند، لایه مرزی نامیده می شود و در هر سطحی ظاهر می شود. هر چه ارزش انرژی سطحی مواد پوشش دهنده خودرو بیشتر باشد، سطح آن در سطح مولکولی با هوای اطراف قوی تر است و انرژی بیشتری باید برای از بین بردن این نیروها صرف شود. حال بر اساس محاسبات نظری فوق می توان گفت که مقاومت هوا فقط ضربان باد بر روی شیشه جلو نیست. این فرآیند دارای اجزای بیشتری است.

مقاومت شکل

این مهمترین بخش است - تا 60٪ از کل تلفات آیرودینامیکی. اغلب به آن کشش فشاری یا کشش گفته می شود. هنگام رانندگی، خودرو جریان هوا را بر روی خود فشرده می کند و بر تلاش برای جدا کردن مولکول های هوا غلبه می کند. نتیجه یک منطقه با فشار بالا است. سپس هوا در اطراف سطح خودرو جریان می یابد. در این فرآیند، جت های هوا با ایجاد تلاطم از بین می روند. جداسازی نهایی جریان هوا در عقب خودرو، ناحیه ای با فشار کم ایجاد می کند. کشش در جلو و اثر مکش در عقب خودرو واکنش بسیار شدیدی ایجاد می کند. این واقعیت طراحان و طراحان را مجبور می کند که به دنبال راه هایی برای بدن دادن باشند. در قفسه ها بچینید.

اکنون باید شکل ماشین را در نظر بگیرید ، همانطور که می گویند "از سپر به سپر". کدام یک از قطعات و عناصر تأثیر بیشتری بر آیرودینامیک کلی دستگاه دارند. جلوی بدنه. آزمایش‌ها در یک تونل باد نشان داده است که برای داشتن بهترین آیرودینامیک، قسمت جلویی بدن باید کم، پهن و فاقد گوشه های تیز. در این حالت جریان هوا از هم جدا نمی شود که تأثیر بسیار مفیدی بر روان شدن خودرو دارد. مشبک رادیاتور اغلب نه تنها یک عنصر کاربردی، بلکه یک عنصر تزئینی است. از این گذشته، رادیاتور و موتور باید جریان هوای موثری داشته باشند، بنابراین این عنصر بسیار مهم است. برخی از خودروسازان در حال مطالعه ارگونومی و توزیع جریان هوا هستند محفظه موتوربه اندازه آیرودینامیک کلی خودرو جدی است. شیب شیشه جلو- یک نمونه بسیار برجسته از مصالحه در ساده سازی، ارگونومی و عملکرد. شیب ناکافی آن مقاومت بیش از حد ایجاد می کند و شیب بیش از حد آن باعث افزایش گرد و غبار و جرم خود شیشه می شود، دید در هنگام غروب به شدت کاهش می یابد، لازم است اندازه برف پاک کن افزایش یابد و غیره. انتقال از شیشه به دیواره جانبی باید انجام شود. به نرمی.

اما نباید از انحنای بیش از حد شیشه غافل شوید - این می تواند اعوجاج را افزایش داده و دید را بدتر کند. تأثیر ستون شیشه جلو بر درگ آیرودینامیکی بستگی زیادی به موقعیت و شکل شیشه جلو و همچنین به شکل انتهای جلو دارد. اما، هنگام کار بر روی شکل قفسه، نباید محافظت از شیشه های جانبی جلو در برابر آب باران و کثیفی های دمیده شده از شیشه جلو، حفظ سطح قابل قبولی از صدای آیرودینامیکی خارجی و غیره سقف را فراموش کنیم. افزایش کمبر سقف می تواند منجر به کاهش ضریب درگ شود. اما افزایش قابل توجه برآمدگی می تواند با طراحی کلی خودرو در تضاد باشد. علاوه بر این، اگر افزایش برآمدگی با افزایش همزمان در ناحیه کشش همراه باشد، نیروی مقاومت هوا افزایش می یابد. و از سوی دیگر، اگر سعی کنید ارتفاع اصلی را حفظ کنید، شیشه جلو و شیشه های عقب باید به سقف ها وارد شوند، زیرا دید نباید بدتر شود. این امر منجر به افزایش قیمت عینک خواهد شد، در حالی که کاهش نیروی مقاومت هوا در این مورد چندان چشمگیر نیست.

سطوح جانبی از نظر آیرودینامیک خودرو سطوح جانبیتأثیر کمی در ایجاد جریان غیر چرخشی دارند. اما شما نمی توانید آنها را بیش از حد گرد کنید. در غیر این صورت، سوار شدن به چنین خودرویی دشوار خواهد بود. شیشه باید در صورت امکان یک کل واحد با سطح جانبی تشکیل دهد و در راستای کانتور بیرونی خودرو قرار گیرد. هر پله و لنگه موانع اضافی برای عبور هوا ایجاد می کند، تلاطم های ناخواسته ظاهر می شود. ممکن است متوجه شوید که ناودان هایی که قبلاً روی تقریباً هر خودرویی وجود داشت، دیگر استفاده نمی شود. دیگر تصمیمات سازنده، که تاثیر چندانی روی آیرودینامیک خودرو ندارند.

قسمت عقب خودرو شاید بیشترین تاثیر را در ضریب ساده سازی داشته باشد. به سادگی توضیح داده شده است. در قسمت عقب، جریان هوا قطع می شود و چرخشی تشکیل می دهد. تقریباً غیرممکن است که عقب اتومبیل را به اندازه یک کشتی هوایی ساده کنید (طول آن 6 برابر عرض است). بنابراین روی فرم آن با دقت بیشتری کار می کنند. یکی از پارامترهای اصلی زاویه شیب عقب خودرو است. نمونه قبلاً تبدیل به کتاب درسی شده است ماشین روسی"Moskvich-2141"، جایی که راه حل تاسف بار عقب بود که به طور قابل توجهی آیرودینامیک کلی ماشین را بدتر کرد. اما به شکلی دیگر، شیشه عقب"Moskvich" همیشه پاک مانده است. باز هم مصالحه به همین دلیل است که بسیاری از ضمائم اضافی به طور خاص برای عقب خودرو ساخته شده اند: بال های عقب، اسپویلرها و غیره. همراه با زاویه شیب عقب، طراحی و شکل لبه کناری عقب خودرو بسیار تأثیر می گذارد. ضریب درگ به عنوان مثال، اگر تقریباً به هر خودروی مدرنی از بالا نگاه کنید، بلافاصله می توانید متوجه شوید که بدنه جلو پهن تر از عقب است. این هم آیرودینامیک است. پایین ماشین.

همانطور که در ابتدا به نظر می رسد، این قسمت از بدن نمی تواند روی آیرودینامیک تأثیر بگذارد. اما بعد از آن جنبه ای به عنوان نیروی رو به پایین وجود دارد. پایداری ماشین به آن بستگی دارد و نحوه صحیح سازماندهی جریان هوا در زیر ماشین، در نتیجه قدرت "چسبیدن" آن به جاده بستگی دارد. یعنی اگر هوای زیر خودرو معطل نشود، اما به سرعت جریان داشته باشد، فشار کاهش یافته ای که در آنجا اتفاق می افتد، خودرو را به جاده فشار می دهد. این امر به ویژه برای خودروهای معمولی مهم است. واقعیت این است که برای اتومبیل های مسابقه ای که بر روی سطوح باکیفیت و یکنواخت رقابت می کنند، می توانید فاصله کمی ایجاد کنید که اثر یک "بالشتک زمین" ظاهر شود که در آن نیروی رو به پایین افزایش می یابد و کشش کاهش می یابد. برای خودروهای معمولی، فاصله کم از سطح زمین قابل قبول نیست. بنابراین، اخیراً طراحان سعی کرده اند تا حد ممکن کف خودرو را صاف کرده و عناصر ناهموار مانند لوله اگزوز، بازوهای تعلیق و غیره را با سپر بپوشانند. قوس چرختاثیر بسیار زیادی بر آیرودینامیک خودرو دارند. سوله های طراحی نادرست می توانند بالابر اضافی ایجاد کنند.

و دوباره باد

نیازی به گفتن نیست که قدرت موتور مورد نیاز به کارآمد بودن خودرو و در نتیجه مصرف سوخت (یعنی کیف پول) بستگی دارد. با این حال، آیرودینامیک تنها بر سرعت و اقتصاد تأثیر نمی گذارد. نه آخرین مکانوظایف تضمین ثبات جهتی خوب، قابلیت کنترل وسیله نقلیه و کاهش سر و صدا در طول حرکت آن را اشغال می کند. با سر و صدا، همه چیز واضح است: هر چه ساده تر بودن ماشین، کیفیت سطوح، اندازه شکاف ها و تعداد عناصر بیرون زده و غیره کمتر باشد، سر و صدای کمتری دارد. طراحان باید به جنبه ای مانند لحظه عطف فکر کنند. این اثر برای اکثر رانندگان به خوبی شناخته شده است. هرکسی که تا به حال با سرعت زیاد از کنار یک "کامیون" رد شده یا به سادگی در باد شدید کناری رانندگی کرده است، باید ظاهر یک چرخش یا حتی یک چرخش جزئی ماشین را احساس کرده باشد. توضیح این اثر منطقی نیست، اما این دقیقاً مشکل آیرودینامیک است.

به همین دلیل است که ضریب Cx منحصر به فرد نیست. از این گذشته ، هوا می تواند بر روی ماشین نه تنها "روی پیشانی" بلکه در زوایای مختلف و در جهات مختلف تأثیر بگذارد. و همه اینها بر روی حمل و نقل و ایمنی تأثیر می گذارد. اینها تنها تعدادی از جنبه های اصلی هستند که تأثیر می گذارند قدرت کلیمقاومت هوایی. محاسبه تمام پارامترها غیرممکن است. فرمول های موجود تصویر کاملی را ارائه نمی دهند. بنابراین، طراحان آیرودینامیک خودرو را مطالعه می کنند و با کمک ابزار گران قیمتی مانند تونل باد، شکل آن را اصلاح می کنند. شرکت های غربی برای ساخت و ساز خود از پول دریغ نمی کنند. هزینه چنین مراکز تحقیقاتی می تواند به میلیون ها دلار برسد. به عنوان مثال: دایملر-کرایسلر 37.5 میلیون دلار برای ایجاد یک مجموعه تخصصی برای بهبود آیرودینامیک خودروهای خود سرمایه گذاری کرد. در حال حاضر، تونل باد مهم ترین ابزار برای مطالعه نیروهای مقاومت هوا است که بر خودرو تأثیر می گذارد.