Khí động học ô tô là gì?

Nhìn vào những bức ảnh lịch sử của những mẫu xe huyền thoại, bất cứ ai cũng sẽ nhận thấy ngay rằng khi chúng ta càng gần đến thời của chúng ta, thân xe ngày càng trở nên ít góc cạnh hơn.

Điều này là do khí động học. Chúng ta hãy xem xét điểm đặc biệt của hiệu ứng này là gì, tại sao điều quan trọng là phải tính đến các quy luật khí động học, và cả những chiếc xe nào có hệ số tinh giản xấu, và chiếc xe nào tốt.

Khí động học ô tô là gì

Nghe có vẻ kỳ lạ, chiếc xe di chuyển trên đường càng nhanh thì càng có xu hướng lao khỏi mặt đất. Nguyên nhân là do luồng gió mà xe va chạm bị thùng xe cắt thành hai phần. Một cái đi giữa đáy và mặt đường, và cái thứ hai - phía trên mái nhà, và đi xung quanh đường viền của máy.

Nếu bạn nhìn vào thân xe từ bên cạnh, thì nhìn từ xa nó sẽ giống một cánh máy bay. Điểm đặc biệt của bộ phận này của máy bay là luồng không khí trên phần uốn cong đi nhiều đường hơn so với phần thẳng của bộ phận. Do đó, một chân không, hoặc chân không, được tạo ra trên cánh. Với tốc độ tăng dần, lực này nâng cơ thể nhiều hơn.

Một hiệu ứng nâng tương tự được tạo ra cho chiếc xe. Thượng nguồn chảy quanh nắp ca-pô, mái nhà và thân cây, trong khi hạ lưu chảy xung quanh đáy. Một yếu tố khác tạo ra lực cản bổ sung là các phần thân xe gần với phương thẳng đứng (lưới tản nhiệt hoặc kính chắn gió).

Tốc độ vận chuyển ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu quả nâng hạ. Hơn nữa, hình dạng thân xe với các tấm dọc tạo thêm sự nhiễu loạn, làm giảm độ bám đường của xe. Vì lý do này, chủ sở hữu của nhiều chiếc xe cổ có hình dáng góc cạnh, khi điều chỉnh, nhất thiết phải gắn một cánh lướt gió và các chi tiết khác vào thân xe để tăng lực ép xuống của xe.

Tại sao bạn cần nó

Việc sắp xếp hợp lý cho phép không khí lưu thông nhanh hơn dọc theo cơ thể mà không có các dòng xoáy không cần thiết. Khi máy bị cản trở bởi lực cản không khí tăng lên, động cơ sẽ sử dụng nhiều nhiên liệu hơn, như thể máy đang mang thêm tải. Điều này không chỉ ảnh hưởng đến tính kinh tế của xe, mà còn bao nhiêu chất độc hại sẽ được thải ra ngoài qua ống xả ra môi trường.

Thiết kế những chiếc xe với tính khí động học được cải thiện, các kỹ sư của các nhà sản xuất xe hơi hàng đầu đã tính toán các chỉ số sau:

• Không khí phải đi vào khoang động cơ bao nhiêu để động cơ được làm mát tự nhiên thích hợp;
• Không khí trong lành sẽ được lấy ở bộ phận nào của cơ thể, cũng như nơi thải ra;
• Có thể làm gì để không khí trong xe bớt ồn hơn;
• Lực nâng phải được phân bố cho từng trục phù hợp với đặc điểm của hình dạng thân xe.

Tất cả những yếu tố này đều được tính đến khi phát triển các mẫu máy mới. Và nếu trước đó các yếu tố cơ thể có thể thay đổi đáng kể, thì ngày nay các nhà khoa học đã phát triển những hình thức lý tưởng nhất giúp giảm hệ số nâng phía trước. Vì lý do này, nhiều mẫu xe thuộc thế hệ mới nhất có thể chỉ khác biệt về hình dáng bên ngoài của bộ khuếch tán hoặc cánh gió so với thế hệ trước.

Ngoài sự ổn định trên đường, tính khí động học có thể góp phần ít gây ô nhiễm cho một số bộ phận cơ thể. Vì vậy, khi va chạm với một luồng gió trực diện, đèn pha, cản và kính chắn gió được đặt theo phương thẳng đứng sẽ nhanh chóng bị bẩn hơn do côn trùng nhỏ đập vỡ.

Để giảm tác động tiêu cực của lực nâng, các nhà sản xuất ô tô hướng tới việc giảm giải tỏa đến giá trị tối đa cho phép. Tuy nhiên, tác động trực diện không phải là lực tiêu cực duy nhất ảnh hưởng đến độ ổn định của máy. Các kỹ sư luôn "cân bằng" giữa tinh giản phía trước và bên. Không thể đạt được thông số lý tưởng trong từng khu vực, do đó, khi sản xuất một loại thân xe mới, các chuyên gia luôn có sự thỏa hiệp nhất định.

Thông tin cơ bản về khí động học

Lực cản này đến từ đâu? Mọi thứ đều rất đơn giản. Xung quanh hành tinh của chúng ta có một bầu khí quyển bao gồm các hợp chất ở thể khí. Trung bình, mật độ các lớp rắn của khí quyển (không gian từ mặt đất đến mắt chim) là khoảng 1,2 kg / mét vuông. Khi một vật chuyển động, nó va chạm với các phân tử khí tạo nên không khí. Tốc độ càng cao, lực tác động vào vật thể càng nhiều. Vì lý do này, khi đi vào bầu khí quyển của trái đất, tàu vũ trụ bắt đầu nóng lên mạnh mẽ do ma sát.

Nhiệm vụ đầu tiên mà các nhà phát triển thiết kế mô hình mới đang cố gắng đối phó là làm thế nào để giảm lực cản. Thông số này tăng gấp 4 lần nếu xe được tăng tốc trong dải từ 60 km / h đến 120 km / h. Để hiểu điều này quan trọng như thế nào, hãy xem xét một ví dụ nhỏ.

Trọng lượng của vận chuyển là 2 nghìn kg. Vận tốc tăng tốc lên 36 km / h. Đồng thời, chỉ tốn 600 watt điện năng để vượt qua lực này. Mọi thứ khác được chi cho ép xung. Nhưng đã ở tốc độ 108 km / h. Công suất 16 kW đã được sử dụng để vượt qua lực cản trực diện. Khi lái xe với tốc độ 250 km / h. chiếc xe đã dành tới 180 mã lực cho lực cản. Nếu người lái muốn xe tăng tốc hơn nữa, lên đến 300 km / giờ, ngoài sức mạnh để tăng tốc độ, động cơ sẽ cần tiêu tốn 310 mã lực để đối phó với luồng khí trực diện. Đó là lý do tại sao một chiếc xe thể thao cần một hệ thống truyền lực mạnh mẽ như vậy.

Để phát triển tinh gọn nhất nhưng đồng thời vận chuyển khá thoải mái, các kỹ sư tính toán hệ số Cx. Thông số này trong mô tả của mô hình là quan trọng nhất đối với hình dạng cơ thể lý tưởng. Một giọt nước có kích thước lý tưởng trong khu vực này. Cô ấy có hệ số này là 0,04. Không nhà sản xuất ô tô nào đồng ý với một thiết kế ban đầu như vậy cho mẫu ô tô mới của mình, mặc dù đã có những tùy chọn trong thiết kế này trước đó.

Có hai cách để giảm sức cản của gió:

1. Thay đổi hình dạng của cơ thể để luồng không khí chảy quanh xe nhiều nhất có thể;
2. Làm cho xe trở nên hẹp.

Khi máy chuyển động, một lực thẳng đứng tác dụng lên máy. Nó có thể có tác dụng giảm áp suất có tác dụng tích cực đến lực kéo. Nếu bạn không tăng lực ép lên xe, dòng xoáy tạo thành sẽ đảm bảo sự tách biệt của xe khỏi mặt đất (mỗi nhà sản xuất cố gắng loại bỏ tác động này càng nhiều càng tốt).

Mặt khác, trong khi ô tô đang chuyển động, lực thứ ba tác dụng lên nó - lực bên. Khu vực này thậm chí còn khó kiểm soát hơn, vì nó bị ảnh hưởng bởi nhiều giá trị thay đổi, chẳng hạn như gió chéo khi lái thẳng về phía trước hoặc vào cua. Sức mạnh của yếu tố này không thể được dự đoán, vì vậy các kỹ sư không mạo hiểm và tạo ra các trường hợp có chiều rộng cho phép thực hiện một sự thỏa hiệp nhất định trong tỷ lệ Cx.

Để xác định mức độ có thể tính đến các thông số của lực dọc, lực trực diện và lực bên, các nhà sản xuất ô tô hàng đầu đang thành lập các phòng thí nghiệm chuyên biệt để tiến hành các thử nghiệm khí động học. Tùy thuộc vào khả năng vật liệu, phòng thí nghiệm này có thể bao gồm một đường hầm gió, trong đó hiệu quả của việc hợp lý hóa vận chuyển được kiểm tra dưới luồng không khí lớn.

Lý tưởng nhất là các nhà sản xuất mẫu xe hơi mới tìm cách đưa sản phẩm của họ lên hệ số 0,18 (ngày nay đây là mức lý tưởng) hoặc vượt quá nó. Nhưng vẫn chưa ai thành công trong lần thứ hai, vì không thể triệt tiêu các lực khác tác động lên máy.

Lực kẹp và nâng

Đây là một sắc thái khác ảnh hưởng đến việc xử lý phương tiện giao thông. Trong một số trường hợp, không thể giảm thiểu lực cản. Một ví dụ về điều này là những chiếc xe F1. Mặc dù cơ thể của chúng được sắp xếp hợp lý một cách hoàn hảo, các bánh xe vẫn mở. Khu vực này đặt ra nhiều vấn đề nhất cho các nhà sản xuất. Đối với vận chuyển như vậy, Cx nằm trong khoảng từ 1,0 đến 0,75.

Nếu không thể loại bỏ dòng xoáy phía sau trong trường hợp này, thì dòng chảy có thể được sử dụng để tăng lực kéo với đường đua. Để làm điều này, các bộ phận bổ sung được lắp đặt trên cơ thể để tạo lực xuống. Ví dụ, cản trước được trang bị cánh lướt gió giúp nó không bị nâng lên khỏi mặt đất, điều này cực kỳ quan trọng đối với một chiếc xe thể thao. Một cánh tương tự được gắn vào đuôi xe.

Cánh gió trước không hướng dòng chảy vào gầm xe mà hướng vào phần trên của thân xe. Do đó, mũi xe luôn hướng về mặt đường. Chân không hình thành từ bên dưới và chiếc xe dường như dính chặt vào đường ray. Cánh gió phía sau ngăn cản sự hình thành dòng xoáy phía sau xe - bộ phận phá vỡ dòng chảy trước khi nó bắt đầu bị hút vào vùng chân không phía sau xe.

Các yếu tố nhỏ cũng ảnh hưởng đến việc giảm lực cản. Ví dụ, mép của mui xe của hầu hết tất cả các xe hơi hiện đại che các lưỡi gạt nước. Vì phía trước của chiếc xe hầu hết đều gặp phải dòng xe cộ đang chạy tới, ngay cả những yếu tố nhỏ như bộ làm lệch hướng hút gió cũng được chú ý.

Khi lắp đặt các bộ body kit thể thao, bạn cần tính đến việc bổ sung lực xuống giúp chiếc xe tự tin hơn trên đường, nhưng đồng thời dòng hướng sẽ làm tăng lực cản. Do đó, tốc độ tối đa của vận chuyển như vậy sẽ thấp hơn so với khi không có các yếu tố khí động học. Một ảnh hưởng tiêu cực khác là chiếc xe trở nên phàm ăn hơn. Đúng như vậy, tác dụng của bộ body kit thể thao sẽ được cảm nhận ở tốc độ 120 km một giờ, vì vậy trong hầu hết các tình huống trên đường công cộng đều có những chi tiết như vậy.

Các mẫu xe có lực cản khí động học kém:

Sh 0,7 - Caterham 7

Cx 0,6 - UAZ (469, Thợ săn)

Cx 0,58 - Xe Jeep Wrangler (TJ)

Cx 0,57 - Hummer (H2)

Cx 0,56 - VAZ "cổ điển" (01, 03, 05, 06, 07)

Сх 0,54 - Mercedes-Benz (G-class)

Cx 0,53 - VAZ 2121

Các mẫu xe có lực cản khí động học tốt:

Sh 0,18 - VW XL1

Cx 0,19 - GM EV1

Cx 0,21 - Tesla (Mẫu 3)

Cx 0,23 - Audi A4

Cx 0,23 - Mercedes-Benz CLA

Cx 0,23 - Mercedes-Benz (S 300h)

Cx 0,24 - Tesla Model S

Cx 0,24 - Tesla (Mẫu X)

Cx 0,24 - Hyundai Sonata

Cx 0,24 - Toyota Prius

Cx 0,24 - Mercedes-Benz C hạng

Cx 0,25 - Audi A2

Cx 0,25 - Alfa Romeo (Giulia)

Cx 0,25 - Peugeot 508

Cx 0,25 - Honda Insight

Cx 0,26 - BMW (3-series ở phía sau E90)

Cx 0,26 - BMW i8

Cx 0,26 - Mercedes-Benz (B)

Cx 0,26 - Mercedes-Benz (E-class)

Cx 0,26 - Jaguar XE

Cx 0,26 - Nissan GT-R

Cx 0,26 - Infiniti Q50

Ngoài ra, hãy xem một đoạn video ngắn về khí động học ô tô:

Khí động học ô tô, nó là gì? Làm thế nào để cải thiện khí động học? Làm thế nào để KHÔNG làm cho một chiếc máy bay ra khỏi ô tô?