Raport aerodinamic Modele de economisire a combustibilului din tunelul de vânt AUTO MOTOR UND SPORT
O rezistență scăzută la aer ajută la economisirea combustibilului. Este bine că aerodinamicii au o mulțime de posibilități pentru a face mașina mai raționalizată.
„Aerodinamica este pentru oamenii care nu pot construi motoare.” Acest citat este de la Enzo Ferrari în anii șaizeci. Doar un deceniu mai târziu, lumea a rămas blocată de prima sa criză petrolieră care i-a obligat pe tehnicieni să se regândească. Vremurile în care rezistențele la volan au fost suprimate cu motoare monstru, oricât de mult ar fi înghițit, păreau în sfârșit depășite, corpurile sofisticate aerodinamic au căpătat brusc importanță.
Nici nu a fost necesar să deschidem noi drumuri, deoarece relațiile fundamentale dintre corpurile simplificate și rezistența la conducere erau deja recunoscute în anii 1920 de vizionari precum Edmund Rumpler și Paul Jaray.
Rezistența la aer nu depinde numai de calitatea formei și de coeficientul de tragere
Doar puțin mai târziu, aerodinamicii Freiherr Reinhard Koenig-Fachsenfeld și Wunibald Kamm și-au rafinat ideile. Desigur, formele caroseriei pe care le-au proiectat nu au putut schimba faptul că rezistența aerului peste o anumită viteză este mai mare decât toate celelalte rezistențe la conducere. Dar, cu o reglare precisă aerodinamică, această limită poate fi cu siguranță deplasată în sus.
Tragerea aerodinamică nu depinde numai de calitatea formei mașinii și, așadar, așa-numitul coeficient de tracțiune - zona frontală (A) este al doilea parametru geometric determinant pe care mașina îl asigură. Ca o suprafață complet plană, coeficientul său de rezistență ar fi 1,0. Sarcina aerodinamicianului este acum de a reduce zona eficientă efectivă printr-un design raționalizat. Cu cât reușește mai bine, cu atât este mai mic coeficientul de tragere.
Cum se măsoară cele mai importante cantități cW și A? Pentru a determina coeficientul de rezistență, este indispensabil un tunel de vânt, a cărui componentă centrală nu este suflanta puternică, ci o scară foarte precisă pe care se află mașina. Înregistrează toate forțele și momentele cu care aerul trage de mașina staționară, ale cărei roți ar trebui să se rotească pentru un rezultat realist.
Mai multă apă moartă sub hatchback
În fața mașinii, aerul este comprimat înainte de a fi deplasat, în spate este rupt și creează un vid sau o aspirație. În această aspirație, se creează un cilindru de aer, pe care aerodinamicii îl numesc apă moartă. Un hatchback creează de obicei mai mult vid decât un sedan inferior inferior.
Cu cât forțele măsurate de cântare sunt mai mici, cu atât este mai mic coeficientul de rezistență. Aceste forțe sunt măsurate uniform la 140 km/h. Un coeficient de tracțiune de 0,30, de exemplu, înseamnă că 30% din aerul prin care circulă mașina este accelerat la viteza de conducere.
Pentru a determina aria frontală a mașinii, conturul exterior al frontului este scanat cu laser, iar zona este determinată în metri pătrați. Dacă înmulțiți coeficientul de tracțiune cu această zonă, obțineți rezistența efectivă a aerului, care este dată în metri pătrați.
Oricât de importante sunt aerodinamica în construcția vehiculelor, introducerea noului ciclu european de conducere (NEDC) în 1996 a însemnat că acesta a jucat doar un rol subordonat în determinarea consumului oficial (a se vedea caseta). Producătorii au reacționat prompt. Până atunci, tracțiunea efectivă (cd x A) scăzuse continuu, dar acum doar coeficientul efectiv de tracțiune a scăzut pentru mulți, doar pentru a fi zădărnicit de zona frontală în creștere A a mașinilor din ce în ce mai mari. VW Golf, Opel Astra sau BMW Seria 7 oferă acum vântului o țintă eficientă mai mare decât în anii 1990.
SUV și Smart sunt pierzători în tunelul vântului
Apoi, este breasla în plină expansiune a SUV-urilor cu suprafețele lor imense din față. În public, însă, în cea mai mare parte a fost criticată doar greutatea mare, deși influența unui corp alunecos asupra consumului este mai mare decât cea a masei: în medie, aproximativ 50% este în detrimentul sarcinii vântului, la viteza autostrăzii poate fi de 80% și Mai Mult.
Chiar și rutele orașului, cum ar fi Smart, a căror formă înaltă, cutie și scurtă sunt deosebit de nefavorabile, simt acest lucru. În plus, potrivit aerodinamicianului șef Mercedes Teddy Woll, sarcina vântului domină mașina ușoară de la 50 km/h. Principalele motive pentru care biplaza nu este încă atât de economică pe cât ar fi de așteptat, având în vedere greutatea redusă.
Contrar tendinței, modelele sale surori Mercedes se caracterizează prin valori din ce în ce mai mici ale cd x A. Indiferent de tendință, producătorul șvab de mașini continuă să lucreze ambițios în tunelurile sale de vânt și nu a mărit decât moderat zona frontală a modelelor sale. Așa a fost creată cea mai simplificată mașină de producție pe scară largă din lume, E-Coupé cu un coeficient de rezistență remarcabil de 0,24. Dar a dus și la rezultate grotești (pentru concurenți): un Mercedes S-Class actual oferă o rezistență mai mică la vânt decât un VW Golf VI. Forma sa înaltă cu acoperișul abia coborât în spate favorizează cantitatea de spațiu disponibilă, dar înrăutățește aerodinamica. De aceea, există o reducere semnificativă a rezistenței aerodinamice generale (caroserie inferioară, mai simplă) pentru Golf VII în specificații.
Slip-on-urile Toyota Prius, Honda Insight și Opel Ampera
Cât de importantă este o rezistență la aer scăzută, indiferent de valorile NEDC nerealiste, este, de asemenea, arătată de o privire asupra economiilor de top actuale la motoarele pe benzină. Atât Toyota Prius, cât și Honda Insight și viitoarea Opel Ampera se caracterizează mai puțin prin greutatea lor foarte mică (dificilă cu tehnologia complexă și bateriile mari) decât prin caroserii foarte simplificate, cu valori ale coeficientului de rezistență de aproximativ 0,26. Dacă te uiți la cei trei hibrizi din lateral, vei descoperi mari asemănări în forma corpului în formă de picătură.
Frank Weber, fost manager de proiect la General Motors pentru Ampera twin Volt, a explicat la începutul fazei de dezvoltare că o economie de greutate de 100 de kilograme ar aduce doar câțiva kilometri mai multă autonomie electrică în comparație. În schimb, aerodinamica este deosebit de importantă pentru toate mașinile cu acționări complet sau parțial electrice. Spre deosebire de mașinile cu combustie pură, acestea își pot folosi bateriile pentru a recupera o cantitate mare de energie acumulată anterior cinetic (cu cât mașina este mai grea, cu atât mai mult). Cu toate acestea, dacă energia de acționare se evaporă ireversibil ca căldură în fricțiunea vântului, ea nu mai poate fi utilizată logic. În plus, în special acționările electrice cu cuplul lor puternic fac relativ ușor să accelereze o mulțime de greutate chiar și din start. În schimb, tind să slăbească la viteze mari.
Dar și vehiculele hibride actuale beneficiază de o formă simplificată. Funcția de navigare în special are o nouă definiție aici. Spre deosebire de nave, hibrizii „navighează” cu motorul oprit și decuplat în același timp (spre deosebire de întreruperea combustibilului întrerupt) cu un motor electric de asistență pentru o perioadă deosebit de lungă, când rezistența la acționare și, prin urmare, mai ales aerul, are în mod corespunzător o suprafață mică de atacat. Lucrul frumos al aerodinamicii este că îmbunătățirile aduse acesteia sunt relativ ieftine. Potrivit lui Teddy Woll, acestea costă aproape nimic atunci când vine vorba de planificarea de bază a formularului. Panourile sub caroserie, spoilerele sau măsurile active, cum ar fi jaluzelele cu radiator blocabile electric, sunt ceva mai scumpe. Nu există nici o altă măsură pentru a reduce consumul de combustibil la fel de ieftin ca prin aerodinamică.
Șeful aerodinamicianului Daimer, Teddy Woll, privind importanța rezistenței la aer
Woll: Aerodinamica are un impact major asupra consumului de combustibil și acest consum crește odată cu creșterea vitezei. În funcție de mașina pe care o luați, rezistența la aer de la 50, 60 sau 70 km/h este rezistența de conducere dominantă. Luați Smart-ul, este foarte ușor, dar nu are un coeficient de tragere campion mondial. De la 50 km/h, rezistența la aer depășește rezistența la rulare. În Clasa S, rezistența aerului domină la aproximativ 70 km/h, iar în noua Clasă B la 60 km/h.
Care este relația dintre aerodinamică și consum?
Woll: Există o regulă generală: dacă îmbunătățim coeficientul de rezistență cu 0,01, consumul ECE scade cu aproximativ 0,04 L/100 km sau un gram de dioxid de carbon. În consumul real al clienților, este chiar o zecime de litru care poate fi economisită cu această îmbunătățire. La viteze mari de autostradă, poate chiar să urce până la jumătate de litru.
Unde este bariera sonoră pentru valoarea c?
Woll: Astăzi putem proiecta mașini care sunt sub Cd 0.2. Arată diferit de vehiculele de astăzi. Totuși, ai putea merge cu ei. 0,2 va fi valoarea țintă pentru noi pentru o vreme.
Dar costul îmbunătățirilor aerodinamice?
Woll: O mulțime de măsuri aerodinamice nu costă nimic, toate măsurile la proporțiile de bază îi aparțin. Elementele active, cum ar fi lumina radiatorului din noua Clasă B, desigur, nu sunt disponibile gratuit, dar îmbunătățesc coeficientul de rezistență cu 0,01.
Există încă loc de îmbunătățire în reducerea zonei frontale a unei mașini?
Woll: Da, dar există un conflict de obiective cu sentimentul de spațiu. Astăzi nu puteți vinde o mașină unui client în care se simte mai înghesuit decât în modelul anterior.
Doriți mașini fără oglinzi exterioare?
Woll: Dacă am face fără oglinzile de curent foarte bine formate, așa cum le avem pe noua clasă E, am putea îmbunătăți coeficientul de rezistență cu aproximativ 0,007. Clasa E Coupé s-ar îmbunătăți de la 0,242 la 0,235. Dar nu trebuie să uităm că există o mulțime de lucruri în oglinzi în aceste zile, de exemplu, indicatoare, afișaje pentru asistentul pentru punctul mort sau iluminatul din jur. Dacă înlocuiți oglinzile cu camere, trebuie să existe mai întâi loc pentru monitoare. În plus, acestea trebuie să furnizeze imagini ascuțite - așa cum se obișnuiește din imaginile oglindă. În plus, camerele de acest tip sunt aprobate doar prin lege în Europa din 2016, dar nu încă la nivel mondial.
Este adevărat că aerodinamica este mai importantă pentru mașinile electrice decât pentru mașinile cu propulsie convențională?
Woll: Așa este - de două ori mai important. O mulțime de energie cinetică se pierde în mașinile convenționale. Cu o mașină electrică, cu toate acestea, aproximativ jumătate din aceasta este readusă în mașină prin recuperare. Aceasta înseamnă că pierderile ireversibile datorate rezistenței la rulare și aer devin din ce în ce mai importante.
Ce rost are coborârea corpului?
Woll: zece milimetri aduc între 0,003 și 0,004, asta e ceva. De aceea, modelele Mercedes cu suspensie pneumatică au un sistem de coborâre automată, în funcție de viteză - de exemplu cu 20 de milimetri de la 140 km/h.
Cum puteți afișa astăzi simulări aerodinamice pe computer astăzi?
Woll: Astăzi avem o abatere de mult sub un procent comparativ cu valoarea reală. Dacă avem o modificare calculată, va dura o noapte - cu cea mai mare putere de calcul posibilă. Acum zece ani, aceeași operație ar fi durat șase luni.
Tunelul vântului va fi în curând de prisos?
Woll: Deloc. Dacă pregătiți bine seria de teste a tunelului eolian, puteți efectua 40-50 de teste într-o zi. Computerul nu poate face asta. Argumentul puternic este zgomotul vântului. Cu siguranță va mai dura încă 20 de ani până când vom putea reprezenta în mod rezonabil aceste relații complexe pe computer. Astăzi, computerul este folosit pentru a înțelege variabilele care influențează și, astfel, pentru a găsi abordări de optimizare. Tunelul de vânt este deosebit de potrivit pentru lucrul rapid prin diferite variante. Calculatorul și tunelul vântului sunt instrumente excelente și funcționează mână în mână.