Co je aerodynamika automobilu?

Při pohledu na historické fotografie legendárních modelů automobilů si každý okamžitě všimne, že s přiblížením naší doby se karoserie vozidla zmenšuje a zmenšuje.

To je způsobeno aerodynamikou. Uvažujme, jaká je zvláštnost tohoto efektu, proč je důležité brát v úvahu aerodynamické zákony a také to, která auta mají špatný koeficient racionalizace a která jsou dobrá.

Co je aerodynamika automobilu

Jakkoli to může znít divně, čím rychleji se auto pohybuje po silnici, tím více bude mít tendenci se zvedat ze země. Důvodem je to, že proud vzduchu, s nímž vozidlo naráží, je karoserií rozřezán na dvě části. Jeden jde mezi dnem a povrchem silnice a druhý přes střechu a obchází obrys stroje.

Pokud se podíváte na karoserii z boku, vizuálně to bude vzdáleně připomínat křídlo letadla. Zvláštností tohoto prvku letadla je to, že proudění vzduchu nad zatáčkou prochází více dráhy než pod přímou částí dílu. Z tohoto důvodu se nad křídlem vytváří vakuum. Se zvyšující se rychlostí tato síla více zvedá tělo.

Podobný efekt zvedání je vytvořen pro auto. Přední proud proudí kolem kapoty, střechy a kufru, zatímco spodní proudí kolem dna. Dalším prvkem, který vytváří další odpor, jsou části karoserie blízko svisle (maska ​​chladiče nebo čelní sklo).

Přepravní rychlost přímo ovlivňuje efekt zvedání. Tvar karoserie se svislými panely navíc vytváří další turbulence, které snižují trakci vozidla. Z tohoto důvodu majitelé mnoha klasických automobilů s hranatými tvary při ladění nutně připojí ke karoserii spoiler a další prvky, které umožňují zvýšit přítlak automobilu.

Proč je to nutné

Streamlining umožňuje vzduchu proudit rychleji po těle bez zbytečných vírů. Pokud stroju brání zvýšený odpor vzduchu, spotřebuje motor více paliva, jako by stroj nese další náklad. To ovlivní nejen ekonomiku automobilu, ale také to, kolik škodlivých látek se bude uvolňovat výfukem do životního prostředí.

Při konstrukci automobilů se zlepšenou aerodynamikou počítají inženýři předních výrobců automobilů následující ukazatele:

• Kolik vzduchu se musí dostat do motorového prostoru, aby motor dostával správné přirozené chlazení;
• Ve kterých částech těla bude nasáván čerstvý vzduch pro interiér vozu a také kde bude odváděn;
• Co lze udělat, aby vzduch ve voze byl méně hlučný;
• Zvedací síla musí být rozložena na každou nápravu v souladu s charakteristikami tvaru karoserie vozidla.

Všechny tyto faktory se berou v úvahu při vývoji nových modelů strojů. A pokud se dříve mohly prvky těla drasticky změnit, dnes již vědci vyvinuli nejideálnější formy, které poskytují snížený koeficient čelního zdvihu. Z tohoto důvodu se mnoho modelů nejnovější generace může externě lišit pouze drobnými změnami ve tvaru difuzoru nebo křídla ve srovnání s předchozí generací.

Kromě stability na silnici může aerodynamika přispívat k menší kontaminaci určitých částí těla. Při srážce s čelním poryvem větru se tedy svisle umístěné světlomety, nárazník a čelní sklo rychleji zašpiní od rozbitého malého hmyzu.

Aby se snížil negativní účinek výtahu, snaží se automobilky snížit odbavení na maximální povolenou hodnotu. Čelní účinek však není jedinou negativní silou, která ovlivňuje stabilitu stroje. Inženýři vždy „vyvažují“ mezi čelním a bočním usměrněním. Je nemožné dosáhnout ideálního parametru v každé zóně, proto při výrobě nového typu karoserie dělají specialisté vždy určitý kompromis.

Základní aerodynamická fakta

Odkud pochází tento odpor? Všechno je velmi jednoduché. Kolem naší planety je atmosféra skládající se z plynných sloučenin. V průměru je hustota pevných vrstev atmosféry (prostor od země po ptačí pohled) asi 1,2 kg / metr čtvereční. Když je objekt v pohybu, srazí se s molekulami plynu, které tvoří vzduch. Čím vyšší je rychlost, tím větší síla tyto prvky zasáhnou objekt. Z tohoto důvodu se při vstupu do zemské atmosféry začne kosmická loď silně zahřívat třením.

Úplně první úkol, s nímž se vývojáři nového modelového designu snaží vyrovnat, je, jak snížit odpor. Tento parametr se zvyšuje čtyřikrát, pokud je vozidlo zrychleno v rozmezí od 4 km / h do 60 km / h. Abychom pochopili, jak je to významné, zvažte malý příklad.

Hmotnost přepravy je 2 tisíc kg. Doprava zrychluje na 36 km / h. Současně je k překonání této síly vynaloženo pouze 600 wattů energie. Všechno ostatní se utrácí za přetaktování. Ale již při rychlosti 108 km / h. K překonání čelního odporu se již používá výkon 16 kW. Při jízdě rychlostí 250 km / h. auto již vynakládá na tahovou sílu až 180 koní. Pokud chce řidič vůz ještě více zrychlit, a to až na 300 kilometrů za hodinu, kromě síly potřebné ke zvýšení rychlosti bude motor muset spotřebovat 310 koní, aby zvládl čelní proudění vzduchu. Proto sportovní vůz potřebuje tak silné hnací ústrojí.

Pro vývoj nejjednodušší, ale zároveň docela pohodlné dopravy, inženýři vypočítají koeficient Cx. Tento parametr v popisu modelu je nejdůležitější z hlediska ideálního tvaru těla. Kapka vody má v této oblasti ideální velikost. Má tento koeficient 0,04. Žádný výrobce automobilů by s takovým originálním designem pro svůj nový model automobilu nesouhlasil, ačkoli v tomto designu již byly možnosti.

Existují dva způsoby, jak snížit odpor větru:

1. Změňte tvar těla tak, aby proudění vzduchu co nejvíce proudilo kolem vozu;
2. Zúžte auto.

Když se stroj pohybuje, působí na něj svislá síla. Může mít účinek snížení tlaku, který má pozitivní vliv na trakci. Pokud se tlak na vůz nezvýší, výsledný vír zajistí oddělení vozidla od země (každý výrobce se snaží tento efekt co nejvíce eliminovat).

Na druhou stranu, když se vůz pohybuje, působí na něj třetí síla - boční síla. Tato oblast je ještě méně kontrolovatelná, protože je ovlivněna mnoha proměnlivými veličinami, jako je boční vítr při jízdě v přímém směru nebo v zatáčkách. Síla tohoto faktoru nelze předvídat, takže inženýři to neriskují a vytvářejí případy se šířkou, která umožňuje provést určitý kompromis v poměru Cx.

Aby vedoucí určili, do jaké míry lze zohlednit parametry svislých, čelních a bočních sil, zřizují přední výrobci vozidel specializované laboratoře, které provádějí aerodynamické zkoušky. V závislosti na materiálových možnostech může tato laboratoř zahrnovat aerodynamický tunel, ve kterém se kontroluje účinnost zefektivnění dopravy pod velkým proudem vzduchu.

V ideálním případě se výrobci nových modelů automobilů snaží buď zvýšit své produkty na koeficient 0,18 (dnes je to ideální), nebo jej překročit. Ale ve druhém zatím nikdo neuspěl, protože je nemožné eliminovat další síly působící na stroj.

Upínací a zvedací síla

Zde je další nuance, která ovlivňuje manipulaci s přepravou. V některých případech nelze tažení minimalizovat. Příkladem toho jsou vozy F1. I když je jejich tělo dokonale aerodynamické, kola jsou otevřená. Tato zóna představuje pro producenty největší problémy. Pro takový transport je Cx v rozmezí od 1,0 do 0,75.

Pokud v tomto případě nelze zadní vír eliminovat, lze tok použít ke zvýšení trakce se stopou. K tomu jsou na karoserii nainstalovány další součásti, které vytvářejí přítlak. Například přední nárazník je vybaven spoilerem, který mu brání ve zvednutí ze země, což je pro sportovní vůz nesmírně důležité. Podobné křídlo je připevněno k zadní části vozu.

Přední křídlo nesměřuje tok pod auto, ale na horní část těla. Z tohoto důvodu je příď vozidla vždy směrována k silnici. Zdola se vytvoří vakuum a auto vypadá, že se drží stopy. Zadní spoiler zabraňuje tvorbě víru za vozem - část přerušuje tok, než začne být nasáván do vakuové zóny za vozidlem.

Malé prvky také ovlivňují snížení odporu. Například okraj kapoty téměř všech moderních automobilů zakrývá lišty stěračů. Vzhledem k tomu, že přední část vozu se nejvíce setkává s protijedoucím provozem, je pozornost věnována i tak malým prvkům, jako jsou deflektory sání vzduchu.

Při instalaci sportovních karosářských sad je třeba vzít v úvahu, že dodatečný přítlak zvyšuje sebevědomí vozu na silnici, ale současně směrové proudění zvyšuje odpor vzduchu. Z tohoto důvodu bude maximální rychlost takové dopravy nižší než bez aerodynamických prvků. Dalším negativním účinkem je to, že se auto stává nenasytnějším. Je pravda, že účinek sportovní sady na tělo se projeví při rychlostech 120 kilometrů za hodinu, takže ve většině situací na veřejných silnicích takové detaily.

Modely se špatným aerodynamickým odporem:

Sh 0,7 - Caterham 7

Cx 0,6 - UAZ (469, Hunter)

Cx 0,58 - Jeep Wrangler (TJ)

Cx 0,57 - Hummer (H2)

Cx 0,56 - VAZ "classic" (01, 03, 05, 06, 07)

Hmotnost 0,54-Mercedes-Benz (třída G)

Cx 0,53 - VAZ 2121

Modely s dobrým aerodynamickým odporem:

Sh 0,18 - VW XL1

Cx 0,19 - GM EV1

Cx 0,21 - Tesla (Model3)

Cx 0,23 - Audi A4

Cx 0,23 - Mercedes-Benz CLA

Cx 0,23 - Mercedes-Benz (S 300h)

Cx 0,24 - Tesla Model S

Cx 0,24 - Tesla (model X)

Cx 0,24 - Hyundai Sonata

Cx 0,24 - Toyota Prius

Cx 0,24 - Mercedes-Benz C třída

Cx 0,25 - Audi A2

Cx 0,25 - Alfa Romeo (Giulia)

Cx 0,25 - Peugeot 508

Cx 0,25 - Honda Insight

Cx 0,26 - BMW (řada 3 v zadní části E90)

Cx 0,26 - BMW i8

Cx 0,26 - Mercedes-Benz (B)

Cx 0,26 - Mercedes-Benz (třída E)

Cx 0,26 - Jaguar XE

Cx 0,26-Nissan GT-R

Cx 0,26 - Infiniti Q50

Podívejte se také na krátké video o aerodynamice automobilu:

Aerodynamika vozu, co to je? Jak zlepšit aerodynamiku? Jak NEVYDĚLAT letadlo z auta?