Principiile de bază ale aerodinamicii auto (video)
Aerodinamica este studiul, în cadrul mecanicii fluidelor, a mișcării aerului și a altor gaze, și modul în care acestea interacționează cu corpuri în mișcare. Dar în domeniul în cauză, în cel al automobilului, lucrul interesant este să vorbim despre rezistența aerodinamică. Rezistența aerodinamică este o forță opusă mișcării oricărui obiect (cum ar fi o mașină) care se deplasează prin aer. Astăzi vă aducem o explicație și o formulă ușoară care vă va ajuta să înțelegeți mult mai bine cum funcționează exact această forță, de atâtea ori menționată și atât de rar înțeleasă. Dacă înțelegeți bine această explicație simplă, peste puțin timp veți avea mai multe idei despre rezistența aerodinamică decât 99,9% din populația lumii. Promis.
Ce este aerodinamica: explicație video
Ce este și ce cauzează rezistența aerodinamică?
Concentrându-ne asupra cazului specific al unei mașini care călătorește pe un drum, rezistența aerodinamică este cauzată de necesitatea de a muta volumul mare de aer prin care trecem din față și de a repoziționa în spatele mașinii. Când o mașină se mișcă înainte, există o diferență semnificativă de presiune între partea din față a mașinii, unde lovim aerul, și partea din spate a mașinii, unde se creează un efect de aspirație care este mai puternic cu cât mergem mai repede.
Formula aerodinamică de rezistență: obținerea unei bune înțelegeri a modului în care funcționează
Să nu se sperie nimeni când vede formula, deoarece este foarte ușor și Este compus din 4 factori care se înmulțesc, nimic mai mult. Fiecare dintre acești factori este foarte ușor de înțeles, așa cum vom vedea mai jos, și împreună ne vor oferi cultura esențială a automobilului pentru a putea discuta cu oricine se află înaintea aerodinamicii, sau cel puțin să nu spunem atrocități, ceea ce nu este puțin.
Rezistența aerodinamică (R) = ½ d S Cx v 2
* d = Densitatea aerului
* = Suprafața frontală
* Cx = Coeficientul de rezistență aerodinamică
* v 2 = Viteza pătrată (măsurată în raport cu aerul, nu la sol)
Ținând cont de faptul că densitatea aerului (d, care se măsoară în kg/m3) este mai mult sau mai puțin constantă și nu o putem controla, trebuie doar să înțelegem bine ultimii trei termeni ai ecuației și vom fi adevărate fisuri în rezistența aerodinamică.
Suprafața frontală
Suprafața frontală (S) este zona ocupată de mașină privită din față și se măsoară în m 2 . Astfel, putem înțelege că o mașină înaltă și largă cu oglinzi și anvelope mari va oferi mai multă rezistență decât o mașină joasă, îngustă cu oglinzi mici și anvelope subțiri. Dubla suprafața frontală implică dublă rezistență (Toți ceilalți factori fiind egali) de aceea un SUV consumă mai mult și rulează mai puțin decât un compact, chiar dacă au același motor, chiar dacă au o formă similară și chiar dacă ar putea cântări la fel: SUV-ul trebuie să se deplaseze mai mult aer prin care să treacă din aer.
Suprafața frontală are dimensiunea frontului de aer care va trebui să se miște pentru ca mașina să treacă. Cu cât mai puțin, cu atât mai bine. Suprafața frontală a unei mașini este de obicei între 2 m 2 și 2,5 m 2 aproximativ și în el trebuie să țineți cont de tot ceea ce se confruntă direct cu aerul: față, parbriz, oglinzi, porțiunea de anvelope care iese de sub corp. dacă adăugăm un raft de acoperiș sau o cutie pe acoperiș, vom crește suprafața frontală (și, de asemenea, coeficientul său de rezistență aerodinamică, pe care îl vom vedea mai jos).
Un detaliu interesant este că acest plan de secțiune maximă (planul prin care am putea tăia cea mai mare „felie” a mașinii) este, de asemenea, planul din care fluxul de aer începe să se separe de corp și presiunea scade. Acest avion ar fi granița dintre aerul care frânează mașina „împingând din față” și aerul care frânează mașina „trăgând din spate”.
Coeficientul de rezistență aerodinamică Cx
Coeficientul Cx este adimensional, nu are unități și reprezintă tracțiunea vehiculului împotriva vântului comparativ cu tracțiunea unui obiect teoretic capabil să oprească aerul din fața sa (ceva de genul unui perete) al cărui coeficient ar fi = 1. A valoarea teoretică Cx = 0 ar reprezenta absența totală a rezistenței și între aceste două extreme se află toate mașinile (care nu au o parașută deschisă în spate).
Coeficientul de rezistență aerodinamică Cxpoartă „x” deoarece există și Cy și Cz, care ar fi coeficienții rezistenței aerodinamice laterale și verticale, dar în acest caz vom fi interesați de coeficientul în direcția axei X, care este direcția de mișcare a mașinii, axa longitudinală a acesteia.
Aplicarea ideii coeficientului de rezistență la mașinile reale, forma „cutiei”, care este cea mai eficientă în ceea ce privește spațiul interior, ar fi cea mai ineficientă în rezistența aerodinamică.
Astfel încât, designerii trebuie să ajungă la un compromis între ambii factori, cât de mult vor să se potrivească în interiorul unei mașini vs. câtă rezistență sunt dispuși să ia. De aceea, camionetele și camioanele sunt mai mult ca niște cutii (acordă prioritate spațiului, nu merg foarte repede), iar mașinile sport sunt foarte scăzute și ascuțite (acordă prioritate aerodinamicii, precum și un centru de greutate mai mic), chiar dacă nu se potrivesc multe interior.
Un detaliu curios este acela partea din spate a mașinii este mai importantă decât partea din față. Scopul formei vehiculului este ca aerul să se îndepărteze din față și să se rearanjeze în spate cât mai rapid și fluid posibil, în ceea ce se numește un „flux laminar” de aer.
În flux laminar, diferite straturi sau „foi” de aer din jurul mașinii capătă viteze diferite pe măsură ce o înconjoară.. Straturile cele mai apropiate de suprafața mașinii sunt mai „târâte” de mașină decât cele mai îndepărtate, la fel ca într-o albie, apa care coboară de-a lungul malurilor coboară mai încet decât în canalul central. Dacă fluxul laminar este menținut și aerul alunecă frumos, mașina oferă o rezistență redusă.
Dacă dispunerea aerului în foi este ruptă și straturile respective sunt amestecate, am trece de la fluxul laminar la „flux turbulent” și în loc să domnească ordinea, va domni haosul, de obicei în spatele mașinii. Turbulența este cel mai grav inamic al aerodinamicii corecte, de aceea, mașinile sunt îngustate și acoperișurile sunt coborâte spre capătul mașinii, pentru a facilita fluxul laminar ordonat și pentru a umple rapid spațiul pe care mașina îl lasă în urmă cu aer.