Manual de Aerodinámica
Os factores máis importantes que afectan a resistencia do aire do vehículo
A baixa resistencia do aire axuda a reducir o consumo de combustible. Non obstante, a este respecto, hai un marxe enorme para o desenvolvemento. Se, por suposto, os expertos en aerodinámica están de acordo coa opinión dos deseñadores.
"Aerodinámica para quen non pode fabricar motocicletas". Estas palabras foron pronunciadas por Enzo Ferrari nos anos sesenta e demostran claramente a actitude de moitos deseñadores da época cara a este lado tecnolóxico do coche. Non obstante, só dez anos despois se produciu a primeira crise do petróleo, que cambiou radicalmente todo o seu sistema de valores. Épocas nas que todas as forzas de resistencia durante o movemento do coche, e especialmente as que xorden cando pasa polas capas de aire, son superadas por amplas solucións técnicas, como aumentar a cilindrada e a potencia dos motores, independentemente da cantidade de combustible consumida, desaparecen e os enxeñeiros comezan a mirar formas máis eficaces de acadar os teus obxectivos.
Polo momento, o factor tecnolóxico da aerodinámica está cuberto cunha grosa capa de po do esquecemento, pero para os deseñadores non é unha noticia. A historia da tecnoloxía demostra que incluso nos anos 77, mentes avanzadas e inventivas, como o alemán Edmund Rumpler e o húngaro Paul Jarai (que creou o emblemático Tatra TXNUMX), formaron superficies racionalizadas e sentaron as bases para un enfoque aerodinámico no deseño da carrocería. Seguíronlles unha segunda onda de especialistas en aerodinámica como o barón Reinhard von Könich-Faxenfeld e Wunibald Kam, que desenvolveron as súas ideas nos XNUMX.
Está claro para todos que co aumento da velocidade chega un límite, por riba do cal a resistencia do aire convértese nun factor crítico para conducir un coche. A creación de formas optimizadas aerodinámicamente pode elevar este límite considerablemente e exprésase polo chamado factor de fluxo Cx, xa que un valor de 1,05 ten un cubo invertido perpendicularmente ao fluxo de aire (se se xira 45 graos ao longo do seu eixe, de xeito que o bordo diminúe a 0,80). Non obstante, este coeficiente é só unha parte da ecuación de resistencia do aire: debes engadir o tamaño da área frontal do coche (A) como elemento importante. A primeira das tarefas dos aerodinámicos é crear superficies limpas e aerodinámicamente eficientes (factores dos cales, como veremos, moito nun coche), o que finalmente leva a un menor coeficiente de caudal. A medición deste último require un túnel de vento, que é unha estrutura cara e extremadamente complexa; un exemplo diso é o túnel encargado en 2009. BMW, que lle custou á empresa 170 millóns de euros. O compoñente máis importante nel non é un ventilador xigante, que consume tanta electricidade que necesita unha subestación transformadora separada, senón un soporte de rolos preciso que mide todas as forzas e momentos que un chorro de aire exerce sobre un coche. A súa tarefa é avaliar toda a interacción do coche co fluxo de aire e axudar aos especialistas a estudar cada detalle e cambialo para que non só sexa efectivo no fluxo de aire, senón tamén de acordo cos desexos dos deseñadores. . Basicamente, os principais compoñentes de arrastre que atopa un coche proceden de cando o aire que ten diante se comprime e cambia, e, moi importante, da intensa turbulencia que hai detrás del na parte traseira. Hai unha zona de baixa presión que tende a tirar do coche, que á súa vez se mestura cun forte efecto vórtice, que os aerodinámicos tamén denominan "excitación morta". Por razóns lóxicas, despois dos modelos station wagon, o nivel de baleiro é maior, polo que se deteriora o coeficiente de consumo.
Factores de arrastre aerodinámicos
Este último depende non só de factores como a forma xeral do coche, senón tamén de pezas e superficies específicas. Na práctica, a forma e proporcións xerais dos coches modernos representan o 40 por cento da resistencia total do aire, unha cuarta parte da cal está determinada pola estrutura da superficie do obxecto e características como espellos, luces, matrícula e antena. O 10% da resistencia do aire débese ao fluír polas ventilacións aos freos, ao motor e á transmisión. O 20% é o resultado do vórtice en varios deseños de chan e suspensión, é dicir, todo o que ocorre debaixo do coche. E o que é máis interesante: o 30% da resistencia do aire débese aos vórtices creados ao redor das rodas e ás. Unha demostración práctica deste fenómeno móstrao claramente: o caudal de 0,28 por vehículo cae a 0,18 cando se retiran as rodas e se pechan as ventilacións dos guardabarros. Non é casualidade que todos os coches sorprendentemente baixos quilometraxes, como o primeiro Insight de Honda e o coche eléctrico GM EV1, teñan guardabarros traseiros ocultos. A forma aerodinámica xeral e a parte frontal pechada, debido ao feito de que o motor eléctrico non require moito aire de refrixeración, permitiron aos deseñadores de GM desenvolver o modelo EV1 cun factor de fluxo de só 0,195. Tesla Model 3 ten Cx 0,21. Para reducir a vorticidade das rodas en vehículos con motores de combustión interna, o chamado. "Cortinas de aire" en forma de fluxo de aire vertical delgado dirixido desde a abertura do parachoques dianteiro, soprando as rodas e estabilizando os vórtices, o fluxo ao motor está limitado por persianas aerodinámicas e o fondo está completamente pechado.
Canto máis baixos sexan os valores das forzas medidas polo soporte de rolos, menor será o Cx. Normalmente mídese a unha velocidade de 140 km/h; un valor de 0,30, por exemplo, significa que o 30 por cento do aire polo que pasa un coche se acelera ata a súa velocidade. En canto á parte dianteira, a súa lectura require un procedemento moito máis sinxelo: para iso, os contornos externos do coche descríbense cun láser cando se miran desde a fronte e calcúlase a área pechada en metros cadrados. Despois multiplícase polo factor de fluxo para obter a resistencia total do aire do coche en metros cadrados.
Volvendo ao esquema histórico da nosa narrativa aerodinámica, descubrimos que a creación do ciclo estandarizado de medición do consumo de combustible (NEFZ) en 1996 realmente tivo un papel negativo na evolución aerodinámica dos coches (que avanzou significativamente nos 7). ) porque o factor aerodinámico ten pouco efecto debido ao curto período de movemento a alta velocidade. A pesar da diminución do coeficiente de consumo ao longo dos anos, o aumento das dimensións dos vehículos de cada clase leva a un aumento da superficie frontal e, en consecuencia, a un aumento da resistencia do aire. Coches como o VW Golf, o Opel The Astra e o BMW Serie 90 tiñan unha maior resistencia ao aire que os seus predecesores nos anos 90. Esta tendencia vese facilitada polos impresionantes modelos SUV coa súa gran superficie dianteira e unha racionalización deteriorada. Este tipo de vehículo foi criticado principalmente polo seu alto peso, pero na práctica este factor perde unha importancia relativa co aumento da velocidade; cando se conduce fóra da cidade a unha velocidade duns 50 km/h, a proporción de resistencia do aire é de aproximadamente 80 por cento, a velocidades de autoestrada aumenta ata o XNUMX por cento da resistencia total que enfronta o coche.
Tubo aerodinámico
Outro exemplo do papel da resistencia do aire no rendemento do vehículo é un modelo típico de Smart City. Un biplaza pode ser áxil e áxil nas rúas da cidade, pero a súa carrocería curta e proporcional é moi ineficiente desde o punto de vista aerodinámico. No contexto de baixo peso, a resistencia do aire convértese nun elemento cada vez máis importante, e con Smart comeza a ter un forte efecto a velocidades de 50 km/h.Non é de estrañar que, a pesar do deseño lixeiro, non estivo á altura das expectativas. dun custo relativamente baixo.
Non obstante, a pesar das deficiencias de Smart, a actitude da empresa matriz Mercedes ante a aerodinámica é un exemplo dun enfoque metódico, consistente e proactivo do proceso de creación de formas espectaculares. Pódese argumentar que os resultados do investimento en túneles eólicos e do duro traballo nesta zona son especialmente perceptibles nesta empresa. Un exemplo particularmente rechamante do efecto deste proceso é o feito de que a actual Clase S (Cx 0,24) ten menos resistencia ao aire que o Golf VII (0,28). Na procura de máis espazo interior, a forma do modelo compacto adquiriu unha superficie frontal bastante grande e o coeficiente de fluxo é peor que o da clase S debido á súa lonxitude máis curta, que non permite superficies aerodinámicas e moito máis. máis. - xa debido a unha forte transición desde atrás, contribuíndo á formación de vórtices. Non obstante, VW está firme en que a próxima xeración de Golf terá unha resistencia ao aire significativamente menor e será reducida e optimizada. O menor factor de consumo de combustible rexistrado de 0,22 por vehículo ICE é o Mercedes CLA 180 BlueEfficiency.
A vantaxe dos vehículos eléctricos
Outro exemplo da importancia da forma aerodinámica no fondo do peso son os modelos híbridos modernos e máis aínda os vehículos eléctricos. No caso do Prius, por exemplo, a necesidade dun deseño altamente aerodinámico tamén está ditada polo feito de que a medida que aumenta a velocidade, a eficiencia do tren motriz híbrido baixa drasticamente. No caso dos vehículos eléctricos, todo o relacionado co aumento da quilometraxe no modo eléctrico é extremadamente importante. Segundo os expertos, reducir o peso en 100 kg aumentará a quilometraxe do coche en poucos quilómetros, pero, por outra banda, a aerodinámica é de suma importancia para un coche eléctrico.
En primeiro lugar, porque a gran masa destes vehículos permítelles recuperar parte da enerxía utilizada para a súa recuperación e, en segundo lugar, porque o elevado par do motor eléctrico permite compensar o efecto do peso ao arrancar, e a súa eficiencia diminúe. a altas velocidades e altas velocidades. Ademais, a electrónica de potencia e o motor eléctrico necesitan menos aire de refrixeración, o que permite unha menor apertura na parte dianteira do coche, o que, como xa sinalamos, é o principal motivo do deterioro do fluxo ao redor da carrocería. Outro elemento da motivación dos deseñadores para crear formas aerodinámicamente máis eficientes nos modelos híbridos enchufables actuais é o modo de movemento sen aceleración só coa axuda dun motor eléctrico, ou o chamado. navegando. A diferenza dos barcos de vela, de onde provén o termo e onde se supón que o vento move o barco, os coches eléctricos aumentarán a quilometraxe se o coche ten menos resistencia ao aire. Crear unha forma optimizada aerodinámicamente é a forma máis económica de reducir o consumo de combustible.
Texto: Georgy Kolev
Os coeficientes de consumo dalgúns coches famosos:
Mercedes Simplex
Produción de 1904, Cx = 1,05
Rumpler Tropfenwagen
Produción de 1921, Cx = 0,28
Ford Modelo T
Produción de 1927, Cx = 0,70
Modelo experimental Kam
Produción de 1938, Cx = 0,36
Coche marca Mercedes
Produción de 1938, Cx = 0,12
Autobús VW
Produción de 1950, Cx = 0,44
VW "tartaruga"
Produción de 1951, Cx = 0,40
Panhard Dina
Produción de 1954, Cx = 0,26
Porsche 356
Produción de 1957, Cx = 0,36
MG EX 181
Produción de 1957, Cx = 0,15
Citroen DS 19
Produción de 1963, Cx = 0,33
NSU Sport Prince
Produción de 1966, Cx = 0,38
Mercedes C 111
Produción de 1970, Cx = 0,29
Volvo 245 Van
Produción de 1975, Cx = 0,47
Audi 100
Produción de 1983, Cx = 0,31
Mercedes W 124
Produción de 1985, Cx = 0,29
Toyota Prius 1
Produción de 1997, Cx = 0,29
