ما هي الديناميكا الهوائية للسيارة؟
محتوى
بالنظر إلى الصور التاريخية لموديلات السيارات الأسطورية ، سوف يلاحظ أي شخص على الفور أنه مع اقترابنا من أيامنا هذه ، يصبح جسم السيارة أقل زاوية.
هذا بسبب الديناميكا الهوائية. دعونا نفكر في ما هي خصوصية هذا التأثير ، ولماذا من المهم أن نأخذ في الاعتبار قوانين الديناميكا الهوائية ، وكذلك أي السيارات لديها معامل تبسيط سيئ ، وأي منها جيد.
ما هي الديناميكا الهوائية للسيارة
قد يبدو الأمر غريبًا ، فكلما زادت سرعة تحرك السيارة على طول الطريق ، كلما تميل إلى النزول عن الأرض. والسبب هو أن تدفق الهواء الذي تصطدم به السيارة يتم قطعه إلى جزأين بواسطة جسم السيارة. أحدهما يمر بين القاع وسطح الطريق ، والثاني - فوق السطح ، ويدور حول محيط الماكينة.
إذا نظرت إلى جسم السيارة من الجانب ، فستشبه بصريًا جناح الطائرة عن بعد. تكمن خصوصية هذا العنصر من الطائرة في حقيقة أن تدفق الهواء فوق المنعطف يمر بمسار أكثر مما يمر أسفل الجزء المستقيم من الجزء. وبسبب هذا ، يتم إنشاء فراغ ، أو فراغ ، فوق الجناح. مع زيادة السرعة ، ترفع هذه القوة الجسم أكثر.
يتم إنشاء تأثير رفع مماثل للسيارة. يتدفق التيار حول غطاء المحرك والسقف والصندوق ، بينما يتدفق التيار السفلي حول القاع. عنصر آخر يخلق مقاومة إضافية هو أجزاء الجسم القريبة من العمودي (شبكة الرادياتير أو الزجاج الأمامي).
تؤثر سرعة النقل بشكل مباشر على تأثير الرفع. علاوة على ذلك ، فإن شكل الجسم مع الألواح العمودية يخلق اضطرابًا إضافيًا ، مما يقلل من جر السيارة. لهذا السبب ، فإن مالكي العديد من السيارات الكلاسيكية ذات الأشكال الزاويّة ، عند الضبط ، يربطون بالضرورة جناحًا وعناصر أخرى بالجسم تسمح بزيادة القوة السفلية للسيارة.
لماذا تحتاجها
يسمح الانسياب بتدفق الهواء بشكل أسرع على طول الجسم دون دوامات غير ضرورية. عندما يتم إعاقة الماكينة بسبب مقاومة الهواء المتزايدة ، فإن المحرك سوف يستخدم المزيد من الوقود ، كما لو كانت الآلة تحمل حمولة إضافية. لن يؤثر ذلك على اقتصاد السيارة فحسب ، بل سيؤثر أيضًا على كمية المواد الضارة التي سيتم إطلاقها عبر أنبوب العادم في البيئة.
عند تصميم السيارات ذات الديناميكا الهوائية المحسنة ، يقوم المهندسون من شركات تصنيع السيارات الرائدة بحساب المؤشرات التالية:
- مقدار الهواء الذي يجب أن يدخل حجرة المحرك حتى يتلقى المحرك التبريد الطبيعي المناسب ؛
- في أي أجزاء من الجسم سيتم أخذ الهواء النقي لداخل السيارة ، وكذلك المكان الذي سيتم تفريغه فيه ؛
- ما الذي يمكن فعله لجعل الهواء أقل ضوضاء في السيارة ؛
- يجب توزيع قوة الرفع على كل محور وفقًا لخصائص شكل جسم السيارة.
يتم أخذ كل هذه العوامل في الاعتبار عند تطوير نماذج آلة جديدة. وإذا كانت عناصر الجسم يمكن أن تتغير بشكل جذري في وقت سابق ، فقد طور العلماء اليوم بالفعل أكثر الأشكال المثالية التي توفر معاملًا منخفضًا للرفع الأمامي. لهذا السبب ، قد تختلف العديد من طرز الجيل الأحدث خارجيًا فقط من خلال تغييرات طفيفة في شكل الناشرات أو الجناح مقارنة بالجيل السابق.
بالإضافة إلى ثبات الطريق ، يمكن أن تساهم الديناميكا الهوائية في تقليل تلوث أجزاء معينة من الجسم. لذلك ، في حالة الاصطدام مع هبوب رياح أمامية ، ستصبح المصابيح الأمامية الرأسية والمصد والزجاج الأمامي متسخين بشكل أسرع من الحشرات الصغيرة المحطمة.
لتقليل التأثير السلبي للرفع ، تهدف شركات صناعة السيارات إلى تقليله تخليص إلى أقصى قيمة مسموح بها. ومع ذلك ، فإن التأثير الأمامي ليس هو القوة السلبية الوحيدة التي تؤثر على ثبات الجهاز. المهندسون دائمًا "يوازنون" بين التبسيط الأمامي والجانبي. من المستحيل تحقيق المعلمة المثالية في كل منطقة ، لذلك ، عند تصنيع نوع جديد من الجسم ، يقوم المتخصصون دائمًا بتقديم حل وسط معين.
حقائق الديناميكية الهوائية الأساسية
من أين تأتي هذه المقاومة؟ كل شيء بسيط للغاية. يوجد حول كوكبنا غلاف جوي يتكون من مركبات غازية. في المتوسط ، تبلغ كثافة الطبقات الصلبة من الغلاف الجوي (الفضاء من الأرض إلى منظور الطائر) حوالي 1,2 كجم / متر مربع. عندما يتحرك جسم ما ، فإنه يصطدم بجزيئات الغاز التي يتكون منها الهواء. كلما زادت السرعة ، زادت قوة هذه العناصر في ضرب الجسم. لهذا السبب ، عند دخولها الغلاف الجوي للأرض ، تبدأ المركبة الفضائية في التسخين بقوة من الاحتكاك.
المهمة الأولى التي يحاول مطورو التصميم الجديد للنموذج التعامل معها هي كيفية تقليل السحب. تزداد هذه المعلمة بمقدار 4 مرات إذا تسارعت السيارة داخل النطاق من 60 كم / ساعة إلى 120 كم / ساعة. لفهم مدى أهمية ذلك ، فكر في مثال صغير.
وزن النقل 2 كجم. تسارع النقل إلى 36 كم / ساعة. في الوقت نفسه ، يتم إنفاق 600 واط فقط من الطاقة للتغلب على هذه القوة. يتم إنفاق كل شيء آخر على رفع تردد التشغيل. لكن بالفعل بسرعة 108 كم / ساعة. يتم بالفعل استخدام 16 كيلو واط من الطاقة للتغلب على المقاومة الأمامية. عند القيادة بسرعة 250 كم / ساعة. تنفق السيارة بالفعل ما يصل إلى 180 حصانًا على قوة السحب. إذا أراد السائق تسريع السيارة أكثر من ذلك ، حتى 300 كيلومتر / ساعة ، بالإضافة إلى القدرة على زيادة السرعة ، سيحتاج المحرك إلى استهلاك 310 حصانًا للتعامل مع تدفق الهواء الأمامي. لهذا السبب تحتاج السيارة الرياضية إلى مثل هذه القوة المحركة القوية.
لتطوير النقل الأكثر انسيابية ، ولكن في نفس الوقت المريح تمامًا ، يحسب المهندسون المعامل Cx. هذه المعلمة في وصف النموذج هي الأكثر أهمية فيما يتعلق بشكل الجسم المثالي. قطرة ماء لها حجم مثالي في هذه المنطقة. لديها هذا المعامل 0,04. لن يوافق أي صانع سيارات على مثل هذا التصميم الأصلي لطراز سيارته الجديد ، على الرغم من وجود خيارات في هذا التصميم من قبل.
هناك طريقتان لتقليل مقاومة الرياح:
- قم بتغيير شكل الجسم بحيث يتدفق تدفق الهواء حول السيارة قدر الإمكان ؛
- اجعل السيارة تضيق.
عندما تتحرك الآلة ، تعمل عليها قوة عمودية. يمكن أن يكون له تأثير ضغط منخفض يكون له تأثير إيجابي على الجر. إذا لم تقم بزيادة الضغط على السيارة ، فستضمن الدوامة الناتجة فصل السيارة عن الأرض (يحاول كل مصنع إزالة هذا التأثير قدر الإمكان).
من ناحية أخرى ، أثناء تحرك السيارة ، تؤثر عليها قوة ثالثة - القوة الجانبية. هذه المنطقة أقل قابلية للتحكم ، لأنها تتأثر بالعديد من الكميات المتغيرة ، مثل الرياح المستعرضة عند القيادة مباشرة للأمام أو المنعطفات. من المستحيل التنبؤ بقوة هذا العامل ، لذلك لا يخاطر المهندسون به ويخلقون حالات بعرض يسمح بتقديم حل وسط معين في نسبة Cx.
لتحديد المدى الذي يمكن أن تؤخذ فيه معايير القوى الرأسية والأمامية والجانبية في الاعتبار ، تقوم شركات تصنيع السيارات الرائدة بإنشاء مختبرات متخصصة لإجراء اختبارات الديناميكا الهوائية. اعتمادًا على إمكانيات المواد ، قد يشتمل هذا المختبر على نفق هوائي ، يتم فيه التحقق من كفاءة تبسيط النقل في ظل تدفق هواء كبير.
من الناحية المثالية ، يسعى مصنعو طرازات السيارات الجديدة إما إلى توصيل منتجاتهم إلى معامل 0,18 (هذا هو المثالي اليوم) ، أو تجاوزه. لكن لم ينجح أحد بعد في الثانية ، لأنه من المستحيل القضاء على القوى الأخرى التي تعمل على الآلة.
تحامل ورفع القوة
إليك فارق بسيط آخر يؤثر على التعامل مع النقل. في بعض الحالات ، لا يمكن تصغير السحب. مثال على ذلك سيارات F1. على الرغم من أن جسمها مبسط تمامًا ، إلا أن العجلات مفتوحة. تشكل هذه المنطقة أكبر المشاكل للمنتجين. لمثل هذا النقل ، يكون Cx في النطاق من 1,0 إلى 0,75.
إذا تعذر التخلص من الدوامة الخلفية في هذه الحالة ، فيمكن استخدام التدفق لزيادة قوة الجر مع الجنزير. للقيام بذلك ، يتم تثبيت أجزاء إضافية على الجسم تخلق قوة سفلية. على سبيل المثال ، تم تجهيز المصد الأمامي بجناح يمنعه من الارتفاع عن الأرض ، وهو أمر مهم للغاية بالنسبة للسيارات الرياضية. جناح مشابه متصل بمؤخرة السيارة.
لا يوجه الجناح الأمامي التدفق تحت السيارة ، بل إلى الجزء العلوي من الجسم. لهذا السبب ، يتم توجيه مقدمة السيارة دائمًا نحو الطريق. تتشكل فراغ من الأسفل ، ويبدو أن السيارة ملتصقة بالمسار. يمنع الجناح الخلفي تشكيل دوامة خلف السيارة - يقطع الجزء التدفق قبل أن يبدأ في الامتصاص في منطقة التفريغ خلف السيارة.
تؤثر العناصر الصغيرة أيضًا على تقليل السحب. على سبيل المثال ، تغطي حافة غطاء محرك السيارة تقريبًا شفرات المساحات. نظرًا لأن الجزء الأمامي من السيارة يواجه في الغالب حركة مرور قادمة ، يتم الاهتمام حتى بالعناصر الصغيرة مثل انحرافات سحب الهواء.
عند تثبيت مجموعات الجسم الرياضي ، يجب أن تأخذ في الاعتبار أن القوة السفلية الإضافية تجعل السيارة أكثر ثقة على الطريق ، ولكن في نفس الوقت يزيد التدفق الاتجاهي من السحب. وبسبب هذا ، ستكون سرعة الذروة لهذا النقل أقل من السرعة بدون عناصر هوائية. تأثير سلبي آخر هو أن السيارة تصبح أكثر شره. صحيح أن تأثير طقم الجسم الرياضي سيظهر بسرعة 120 كيلومترًا في الساعة ، لذلك في معظم المواقف على الطرق العامة مثل هذه التفاصيل.
النماذج ذات السحب الأيروديناميكي الضعيف:
النماذج ذات السحب الديناميكي الهوائي الجيد:
بالإضافة إلى ذلك ، شاهد مقطع فيديو قصيرًا عن الديناميكا الهوائية للسيارة:
2 комментария
بوجدان
مرحبًا. سؤال جاهل.
إذا تحركت السيارة بسرعة 100 كم / ساعة عند 2000 دورة في الدقيقة ، وذهبت السيارة نفسها بسرعة 200 كم / ساعة عند 2000 دورة في الدقيقة ، فهل سيكون الاستهلاك مختلفًا؟ ماذا لو كانت مختلفة؟ قيمة عالية؟
او ما هو استهلاك السيارة؟ في سرعة المحرك أو السرعة؟
شكرا
مزق
مضاعفة سرعة السيارة يضاعف مقاومة التدحرج ويضاعف مقاومة الهواء أربع مرات ، لذلك هناك حاجة إلى مزيد من الطاقة. هذا يعني أنك بحاجة إلى حرق المزيد من الوقود ، حتى لو كانت عدد الدورات في الدقيقة ثابتة ، لذلك تضغط على المسرع ويزداد الضغط المتشعب وتدخل كتلة أكبر من الهواء إلى كل أسطوانة. هذا يعني أن محرك سيارتك يضخ المزيد من الوقود ، لذا نعم ، حتى إذا ظل عدد الدورات في الدقيقة كما هو ، فستستخدم حوالي 4.25 مرة من الوقود لكل كيلومتر.