湍流
現代技術如何改變汽車的空氣動力學
低空氣阻力有助於減少燃油消耗。 但是，在這方面，存在巨大的發展機會。 當然，到目前為止，空氣動力學專家都同意設計師的觀點。
“那些無法製造摩托車的人的空氣動力學特性。” 這些話是60年代恩佐·法拉利（Enzo Ferrari）講的，清楚地表明了當時許多設計師對汽車技術方面的態度。 但是，僅十年之後，第一次石油危機就來了，他們的整個價值體係發生了根本性的變化。 廣泛的技術解決方案克服了汽車運動中的所有阻力，特別是由於其通過空氣層而產生的阻力的時間，例如增加發動機的排量和功率，而不論消耗的燃料量如何，它們都會消失，工程師開始尋找實現目標的更有效方法。
目前，空氣動力學的技術因素覆蓋有厚厚的消除塵埃層，但對於設計人員而言，這並不是全新的。 技術的歷史表明，即使在77年代，諸如德國的Edmund Rumpler和匈牙利的Paul Jaray（創建了Tatra T1930的崇拜者）之類的先進和創造力的大腦也形成了流線型表面，並為採用空氣動力學方法進行車身設計奠定了基礎。 隨後是第二批空氣動力學專家，例如Reinhard von Kenich-Faxenfeld男爵和Wunibald Kam，他們在XNUMX年代提出了自己的想法。
每個人都清楚，隨著速度的提高，存在一個極限，超過這個極限，空氣阻力就成為駕駛汽車的關鍵因素。 空氣動力學優化形狀的創建可以顯著向上移動此限制，並由所謂的流量係數 Cx 表示，因為值為 1,05 時立方體垂直於氣流倒轉（如果它沿其軸旋轉 45 度，則它的上游邊緣減少到 0,80）。 然而，這個係數只是空氣阻力方程式的一部分——汽車正面面積 (A) 的大小必須作為一個基本要素加入。 空氣動力學專家的首要任務是創造乾淨、空氣動力學高效的表面（我們將看到，汽車中有很多因素），最終導致流動係數降低。 為了測量後者，需要一個風洞，這是一個昂貴且極其複雜的設施——一個例子是寶馬 2009 年投入使用的價值 170 億歐元的風洞。 其中最重要的部件不是一個巨大的風扇，它消耗的電力如此之多以至於需要一個單獨的變電站，而是一個精確的滾輪架，它可以測量空氣噴射對汽車施加的所有力和力矩。 他的工作是評估汽車與氣流的所有相互作用，並幫助專家研究每一個細節並以不僅使其在氣流中高效，而且符合設計師的意願的方式進行更改. 基本上，汽車遇到的主要阻力來自於它前面的空氣壓縮和移動時，以及 - 非常重要的一點 - 來自它後面的強烈湍流。 在那裡，形成了一個低壓區，它傾向於拉動汽車，這反過來又與渦流的強烈影響混合在一起，空氣動力學家也稱之為“死激勵”。 出於邏輯原因，在房地產模型之後，減壓水平更高，因此流量係數惡化。
空氣阻力係數
後者不僅取決於汽車的整體造型等因素，還取決於具體的零件和表面。 實際上，現代汽車的整體形狀和比例佔總空氣阻力的 40%，其中四分之一是由物體表面結構和特徵決定的，例如後視鏡、車燈、牌照和天線。 10% 的空氣阻力是由於氣流通過孔流向制動器、發動機和變速箱。 20% 是各種底板和懸架結構中渦流的結果，即汽車下方發生的一切。 最有趣的是，高達 30% 的空氣阻力是由車輪和機翼周圍產生的渦流造成的。 這種現象的實際演示清楚地表明了這一點——當車輪被拆除並且機翼上的孔被汽車形狀的完成覆蓋時，每輛汽車的消耗係數從 0,28 降低到 0,18。 所有令人驚訝的低里程汽車，如第一款本田 Insight 和通用汽車的 EV1 電動汽車，都有隱藏的後擋泥板，這並非巧合。 整體的空氣動力學外形和封閉的前端，由於電動機不需要大量的冷卻空氣，使得通用汽車的開發人員能夠開發出流量係數僅為 1 的 EV0,195 車型。 特斯拉 Model 3 的 Cx 為 0,21。 減少所謂的內燃機車輛車輪周圍的渦流。 “氣幕”以垂直細氣流的形式從前保險槓的開口引導，吹向車輪並穩定渦流。 流向發動機的氣流受到氣動百葉窗的限制，底部完全封閉。
滾輪架測得的力越低，Cx 越低。 根據標準，它是在 140 公里/小時的速度下測量的 - 例如，值為 0,30 意味著汽車經過的空氣中有 30% 會加速到其速度。 至於前部區域，它的讀取需要一個更簡單的過程——為此，在激光的幫助下，從前面看時勾勒出汽車的外部輪廓，併計算以平方米為單位的封閉區域。 隨後將其乘以流量係數以獲得車輛的總空氣阻力（以平方米為單位）。
回到我們空氣動力學描述的歷史輪廓，我們發現 1996 年標準油耗測量循環 (NEFZ) 的創建實際上對汽車的空氣動力學演化起到了負面作用（在 1980 年代取得了顯著進展）。 ) 因為高速運動週期短，空氣動力因素影響不大。 儘管流量係數會隨著時間的推移而降低，但增加每一類車輛的尺寸會導致迎風面積增加，從而增加空氣阻力。 大眾高爾夫、歐寶雅特和寶馬 7 係等汽車的空氣阻力高於 1990 年代的前輩。 這一趨勢是由一系列令人印象深刻的 SUV 車型推動的，這些車型具有較大的正面面積和不斷惡化的交通。 這種類型的汽車主要因為其巨大的重量而受到批評，但在實踐中，隨著速度的增加，這個因素的相對重要性降低了——而當以大約 90 公里/小時的速度在城市外行駛時，空氣阻力的比例是大約 50%，在高速行駛時，它增加到車輛遇到的總阻力的 80%。
氣動管
空氣阻力在車輛性能中的作用的另一個示例是典型的智慧城市模型。 在城市街道上，兩人座的汽車既靈活又敏捷，但是從空氣動力學的角度來看，一個短而勻稱的車身效率極低。 在輕量化的背景下，空氣阻力正變得越來越重要，而隨著Smart的出現，它在50 km / h的時速下開始產生強烈的影響，毫不奇怪，儘管其輕巧的設計卻沒有達到低成本的期望。
然而，儘管 Smart 存在缺點，但母公司梅賽德斯的空氣動力學方法體現了一種有條不紊、一致且積極主動的方法來創建高效形狀的過程。 可以說，風洞投資的成果和在這方面的努力在這家公司尤為明顯。 這個過程的影響的一個特別顯著的例子是當前的 S 級 (Cx 0,24) 比高爾夫 VII (0,28) 具有更小的風阻。 在尋找更多車內空間的過程中，緊湊型的造型獲得了相當大的迎風面積，而且由於車長較短，流量係數比S級差，不允許長流線面主要是由於向後方的急劇過渡，促進了渦流的形成。 大眾堅持認為，新的第八代高爾夫將具有更小的空氣阻力和更低、更流線型的外形，但儘管具有新的設計和測試能力，但這對汽車來說極具挑戰性。 用這種格式。 然而，憑藉 0,275 的係數，這是有史以來最具空氣動力學特性的高爾夫。 最低記錄的內燃機車輛油耗比為 0,22，是梅賽德斯 CLA 180 BlueEfficiency。
電動車的優勢
在重量背景下空氣動力學形狀的重要性的另一個例子是現代混合動力汽車，甚至更是電動汽車。 例如，在普銳斯（Prius）的情況下，還由於以下事實而決定了高度空氣動力學的形狀：隨著速度的增加，混合動力總成的效率會降低。 對於電動汽車，任何與電動模式下行駛里程增加有關的事情都極為重要。 據專家介紹，減輕100公斤的重量將使汽車的行駛里程僅增加幾公里，但另一方面，空氣動力學對電動汽車至關重要。 首先，由於這些車輛的質量很大，因此它們可以回收通過換熱所消耗的一些能量;其次，由於電動機的高扭矩使其可以補償啟動過程中的重量影響，因此其效率在高速和高速下會降低。 另外，電力電子設備和電動機需要較少的冷卻空氣，這使得在汽車前部的開口較小，正如我們已經指出的，這是減少車身流量的主要原因。 激勵設計者在現代插電式混合動力汽車中創建更具空氣動力學效率的形式的另一個因素是無加速純電動模式，即所謂的純電動模式。 航行。 與帆船不同，在帆船中使用該術語並且必須用風來移動帆船，而在汽車中，如果汽車的空氣阻力較小，則電動行駛里程會增加。 創建空氣動力學優化的形狀是減少燃油消耗的最具成本效益的方法。
一些著名汽車的消耗係數：
梅賽德斯奔馳
製造業1904年，Cx = 1,05
朗普勒旅行車
製造業1921年，Cx = 0,28
福特T型
製造業1927年，Cx = 0,70
卡馬實驗模型
1938年製造，Cx = 0,36。
梅賽德斯記錄車
製造業1938年，Cx = 0,12
大眾巴士
製造業1950年，Cx = 0,44
大眾“烏龜”
製造業1951年，Cx = 0,40
潘哈德·迪娜
1954年製造，Cx = 0,26。
保時捷356 A
1957年製造，Cx = 0,36。
名爵EX 181
1957年生產，Cx = 0,15
雪鐵龍 DS 19
製造業1963年，Cx = 0,33
NSU Sport Prince
製造業1966年，Cx = 0,38
奔馳S 111
製造業1970年，Cx = 0,29
沃爾沃 245 Estate
製造業1975年，Cx = 0,47
奧迪100
製造業1983年，Cx = 0,31
奔馳W 124
製造業1985年，Cx = 0,29
蘭博基尼Countach
製造業1990年，Cx = 0,40
豐田普銳斯1
製造業1997年，Cx = 0,29
