Què és l'aerodinàmica del cotxe?
Contingut
Mirant fotografies històriques de models de cotxes llegendaris, tothom notarà immediatament que, a mesura que ens acostem als nostres dies, la carrosseria d’un vehicle és cada vegada menys angular.
Això es deu a l’aerodinàmica. Considerem quina és la particularitat d’aquest efecte, per què és important tenir en compte les lleis aerodinàmiques i també quins cotxes tenen un mal coeficient de racionalització i quins són bons.
Què és l'aerodinàmica del cotxe
Per estrany que sembli, com més ràpid es mogui el cotxe al llarg de la carretera, més tendirà a sortir del terra. El motiu és que el cabal d’aire amb què xoca el vehicle és tallat en dues parts per la carrosseria del cotxe. Un va entre el fons i la superfície de la carretera i l’altre passa per sobre del sostre i rodeja el contorn de la màquina.
Si mireu la carrosseria del cotxe des d’un costat, visualment s’assemblarà remotament a una ala d’avió. La particularitat d’aquest element de l’avió és que el flux d’aire sobre el revolt passa per més trajectòria que per sota de la part recta de la peça. Per això, es crea un buit o buit sobre l’ala. Amb una velocitat creixent, aquesta força aixeca més el cos.
Es crea un efecte elevador similar per al cotxe. El riu amunt flueix al voltant del capó, el sostre i el tronc, mentre que el riu avall flueix al voltant del fons. Un altre element que crea una resistència addicional són les parts del cos properes a la vertical (reixa del radiador o parabrisa).
La velocitat de transport afecta directament l’efecte elevador. A més, la forma del cos amb panells verticals crea turbulències addicionals, cosa que redueix la tracció del vehicle. Per aquest motiu, els propietaris de molts cotxes clàssics amb formes angulars, quan s’ajusten, necessàriament fixen un aleró i altres elements a la carrosseria que permeten augmentar la força aerodinàmica del cotxe.
Per què ho necessiteu?
La racionalització permet que l’aire viatgi més ràpidament pel cos sense remolins innecessaris. Quan la resistència de l’aire augmenta el vehicle, el motor consumirà més combustible, com si el vehicle portés càrrega addicional. Això afectarà no només l'economia del cotxe, sinó també la quantitat de substàncies nocives que s'alliberaran a través del tub d'escapament al medi ambient.
Dissenyant cotxes amb una aerodinàmica millorada, els enginyers dels principals fabricants d’automòbils calculen els indicadors següents:
- Quant d'aire ha d'entrar al compartiment del motor perquè el motor rebi una refrigeració natural adequada;
- En quines parts del cos es prendrà l'aire fresc per a l'interior del cotxe, així com on es descarregarà;
- Què es pot fer per fer menys soroll l’aire al cotxe?
- La força d’elevació s’ha de distribuir a cada eix d’acord amb les característiques de la forma de la carrosseria del vehicle.
Tots aquests factors es tenen en compte a l’hora de desenvolupar nous models de màquines. I si abans els elements del cos podrien canviar dràsticament, avui els científics ja han desenvolupat les formes més ideals que proporcionen un coeficient reduït d’elevació frontal. Per aquest motiu, molts models de l'última generació poden diferir externament només per canvis menors en la forma dels difusors o ales en comparació amb la generació anterior.
A més de l’estabilitat viària, l’aerodinàmica pot contribuir a una menor contaminació de certes parts del cos. Així, en xocar amb una ràfega frontal de vent, els fars situats verticalment, el para-xocs i el parabrisa s’embrutiran més ràpidament pels petits insectes destrossats.
Per reduir l’efecte negatiu de l’elevació, els fabricants de vehicles volen reduir-lo autorització fins al valor màxim permès. No obstant això, l'efecte frontal no és l'única força negativa que afecta l'estabilitat de la màquina. Els enginyers sempre estan "equilibrats" entre la racionalització frontal i lateral. És impossible assolir el paràmetre ideal a cada zona, per tant, quan fabriquen un nou tipus de carrosseria, els especialistes sempre fan un cert compromís.
Fets aerodinàmics bàsics
D’on ve aquesta resistència? Tot és molt senzill. Al voltant del nostre planeta hi ha una atmosfera formada per compostos gasosos. De mitjana, la densitat de les capes sòlides de l’atmosfera (espai des del terra fins a la vista d’ocell) és d’uns 1,2 kg / metre quadrat. Quan un objecte està en moviment, xoca amb molècules de gas que formen l’aire. Com més gran sigui la velocitat, més força impactaran aquests elements contra l’objecte. Per aquest motiu, quan entra a l'atmosfera terrestre, la nau comença a escalfar-se fortament a partir de la força de fregament.
La primera tasca que els desenvolupadors del disseny del nou model estan tractant d’afrontar és com reduir l’arrossegament. Aquest paràmetre augmenta 4 vegades si el vehicle accelera dins del rang de 60 km / h a 120 km / h. Per entendre el significatiu que és això, considerem un petit exemple.
El pes del transport és de 2 kg. El transport s’accelera fins als 36 km / h. En aquest cas, només es gasten 600 watts de potència per superar aquesta força. La resta es gasta en overclocking. Però ja a una velocitat de 108 km / h. Ja s’utilitzen 16 kW de potència per superar la resistència frontal. En conduir a una velocitat de 250 km / h. el cotxe ja gasta fins a 180 cavalls de força en força d’arrossegament. Si el conductor vol accelerar encara més el cotxe, fins a 300 quilòmetres / hora, a més de la potència per augmentar la velocitat, el motor haurà de consumir 310 cavalls per fer front al flux d’aire frontal. Per això, un cotxe esportiu necessita un tren motriu tan potent.
Per desenvolupar el transport més estilitzat, però alhora bastant còmode, els enginyers calculen el coeficient Cx. Aquest paràmetre de la descripció del model és el més important pel que fa a la forma ideal del cos. Una gota d’aigua té una mida ideal en aquesta zona. Té aquest coeficient de 0,04. Cap fabricant d'automòbils estaria d'acord amb un disseny tan original per al seu nou model de cotxe, tot i que abans hi havia opcions en aquest disseny.
Hi ha dues maneres de reduir la resistència del vent:
- Canvieu la forma del cos de manera que el flux d’aire flueixi al voltant del cotxe tant com sigui possible;
- Feu el cotxe estret.
Quan la màquina es mou, hi actua una força vertical. Pot tenir un efecte de pressió baixa, que té un efecte positiu sobre la tracció. Si no augmenta la pressió sobre el cotxe, el vòrtex resultant assegurarà la separació del vehicle del terra (cada fabricant intenta eliminar aquest efecte tant com sigui possible).
D’altra banda, mentre el cotxe es mou, hi actua la tercera força, la força lateral. Aquesta àrea és encara menys controlable, ja que es veu afectada per moltes quantitats variables, com ara un vent transversal quan es condueix recte o en virada. La força d’aquest factor és impossible de predir, de manera que els enginyers no s’arrisquen i creen casos amb una amplada que permet fer un cert compromís en la relació Cx.
Per determinar fins a quin punt es poden tenir en compte els paràmetres de les forces verticals, frontals i laterals, els principals fabricants de vehicles estan creant laboratoris especialitzats que realitzen proves aerodinàmiques. Depenent de les possibilitats materials, aquest laboratori pot incloure un túnel de vent, en el qual es comprova l'eficiència de la racionalització del transport sota un gran flux d'aire.
L’ideal seria que els fabricants de models de cotxes nous s’esforcessin per portar els seus productes a un coeficient de 0,18 (avui és l’ideal) o bé per superar-lo. Però ningú no ha tingut èxit en la segona, perquè és impossible eliminar altres forces que actuen sobre la màquina.
Força de subjecció i elevació
Aquí hi ha un altre matís que afecta la manipulació del transport. En alguns casos, l’arrossegament no es pot minimitzar. Un exemple d'això són els cotxes de F1. Tot i que el seu cos està perfectament estilitzat, les rodes estan obertes. Aquesta zona presenta més problemes per als productors. Per a aquest transport, Cx oscil·la entre 1,0 i 0,75.
Si en aquest cas no es pot eliminar el vòrtex posterior, el flux es pot utilitzar per augmentar la tracció amb la pista. Per a això, s’instal·len parts addicionals a la carrosseria que creen força aerodinàmica. Per exemple, el para-xocs davanter està equipat amb un aleró que impedeix que s’aixequi del terra, cosa molt important per a un cotxe esportiu. Una ala similar està fixada a la part posterior del cotxe.
L'ala davantera dirigeix el flux no sota el cotxe, sinó a la part superior del cos. Per això, el nas del vehicle sempre està dirigit cap a la carretera. Des de baix es forma un buit i sembla que el cotxe s’adhereix a la pista. L'aleró posterior impedeix la formació d'un vòrtex darrere del cotxe: la peça trenca el flux abans que comenci a ser aspirada a la zona de buit darrere del vehicle.
Els elements petits també afecten la reducció de l’arrossegament. Per exemple, la vora del capó de gairebé tots els cotxes moderns cobreix els escombretes. Com que la part davantera del cotxe es troba sobretot amb el trànsit que s’acosta, es presta atenció fins i tot a elements tan petits com els deflectors d’entrada d’aire.
Quan instal·leu kits de carrosseries esportives, heu de tenir en compte que la força aerodinàmica addicional fa que el cotxe tingui més seguretat a la carretera, però al mateix temps el flux direccional augmenta la resistència. A causa d'això, la velocitat màxima d'aquest transport serà menor que sense elements aerodinàmics. Un altre efecte negatiu és que el cotxe es torna més voraç. És cert que l’efecte del kit esportiu de la carrosseria es farà sentir a velocitats de 120 quilòmetres per hora, de manera que en la majoria de situacions a la via pública aquests detalls.
Models d'arrossegament pobres:
Models amb bona resistència aerodinàmica:
A més, mireu un petit vídeo sobre l'aerodinàmica del cotxe:
2 комментария
Bogdan
Hola. Una pregunta ignorant.
Si un cotxe anés a 100 km/h a 2000 rpm, i el mateix cotxe anés a 200 km/h a 2000 rpm, el consum seria diferent? I si és diferent? Alt valor?
O quin és el consum del cotxe? A velocitat o velocitat del motor?
Mulțumesc
Tore
Doblar la velocitat d'un cotxe es duplica la resistència al rodament i es quadruplica la resistència de l'aire, de manera que es necessita més energia. Això vol dir que necessiteu cremar més combustible, fins i tot si les rpm són constants, de manera que premeu l'accelerador i la pressió del col·lector augmenta i una massa d'aire més gran entra a cada cilindre. Això vol dir que el vostre motor injecta més combustible, així que sí, encara que el vostre RPM segueixi sent el mateix, utilitzareu unes 4.25 vegades més combustible per km.