湍流
现代技术如何改变汽车的空气动力学
低空气阻力有助于减少燃油消耗。 但是，在这方面，存在巨大的发展机会。 当然，到目前为止，空气动力学专家都同意设计师的观点。
“对于那些无法制造摩托车的人来说是空气动力学。” 这些话是60年代恩佐·法拉利（Enzo Ferrari）所说的，清楚地表明了当时很多设计师对汽车技术方面的态度。 但是，仅十年后，第一次石油危机就来了，其整个价值体系发生了根本性的变化。 广泛的技术解决方案克服了汽车运动中的所有阻力，特别是由于其通过空气层而产生的阻力的时代，例如增加了发动机的工作量和功率，无论消耗多少燃料，它们都会消失，工程师开始寻找实现目标的更有效方法。
目前，空气动力学的技术因素被厚厚的一层尘埃所覆盖，但这对设计者而言并不是全新的。 技术的历史表明，即使在77年代，诸如德国的Edmund Rumpler和匈牙利的Paul Jaray（创建了Tatra T1930的崇拜者）等先进且富有创造力的大脑，也形成了流线型的表面并为采用空气动力学方法进行车身设计奠定了基础。 随后是第二批空气动力学专家，例如Reinhard von Kenich-Faxenfeld男爵和Wunibald Kam，他们在XNUMX年代提出了自己的想法。
每个人都清楚，随着速度的提高，存在一个极限，超过这个极限，空气阻力就成为驾驶汽车的关键因素。 空气动力学优化形状的创建可以显着向上移动此限制，并由所谓的流量系数 Cx 表示，因为值为 1,05 时立方体垂直于气流倒转（如果它沿其轴旋转 45 度，则它的上游边缘减少到 0,80）。 然而，这个系数只是空气阻力方程式的一部分——汽车正面面积 (A) 的大小必须作为一个基本要素加入。 空气动力学专家的首要任务是创造干净、空气动力学高效的表面（我们将看到，汽车中有很多因素），最终导致流动系数降低。 为了测量后者，需要一个风洞，这是一个昂贵且极其复杂的设施——一个例子是宝马 2009 年投入使用的价值 170 亿欧元的风洞。 其中最重要的部件不是一个巨大的风扇，它消耗的电力如此之多以至于需要一个单独的变电站，而是一个精确的滚轮架，它可以测量空气喷射对汽车施加的所有力和力矩。 他的工作是评估汽车与气流的所有相互作用，并帮助专家研究每一个细节并以不仅使其在气流中高效，而且符合设计师的意愿的方式进行更改. 基本上，汽车遇到的主要阻力来自于它前面的空气压缩和移动时，以及 - 非常重要的一点 - 来自它后面的强烈湍流。 在那里形成了一个低压区，它往往会拉动汽车，而这又与涡流的强烈影响混合在一起，空气动力学家也将其称为“死激励”。 出于逻辑原因，在房地产模型之后，减压水平更高，因此流量系数恶化。
空气阻力系数
后者不仅取决于汽车的整体造型等因素，还取决于具体的零件和表面。 实际上，现代汽车的整体形状和比例占总空气阻力的 40%，其中四分之一是由物体表面结构和特征决定的，例如后视镜、车灯、牌照和天线。 10% 的空气阻力是由于气流通过孔流向制动器、发动机和变速箱。 20% 是各种底板和悬架结构中涡流的结果，即汽车下方发生的一切。 最有趣的是，高达 30% 的空气阻力是由车轮和机翼周围产生的涡流造成的。 这种现象的实际演示清楚地表明了这一点——当车轮被拆除并且机翼上的孔被汽车形状的完成覆盖时，每辆汽车的消耗系数从 0,28 降低到 0,18。 所有令人惊讶的低里程汽车，如第一款本田 Insight 和通用汽车的 EV1 电动汽车，都有隐藏的后挡泥板，这并非巧合。 整体的空气动力学外形和封闭的前端，由于电动机不需要大量的冷却空气，使得通用汽车的开发人员能够开发出流量系数仅为1的EV0,195车型。 特斯拉 Model 3 的 Cx 为 0,21。 减少所谓的内燃机车辆车轮周围的涡流。 以细垂直气流形式出现的“气幕”从前保险杠的开口引导，吹向车轮并稳定涡流。 流向发动机的气流受到气动百叶窗的限制，底部完全封闭。
滚轮架测得的力越低，Cx 越低。 根据标准，它是在 140 公里/小时的速度下测量的 - 例如，值为 0,30 意味着汽车经过的空气中有 30% 会加速到其速度。 至于前部区域，它的读取需要一个更简单的过程——为此，在激光的帮助下，从前面看时勾勒出汽车的外部轮廓，并计算以平方米为单位的封闭区域。 随后将其乘以流量系数以获得以平方米为单位的车辆总空气阻力。
回到我们空气动力学描述的历史轮廓，我们发现 1996 年标准油耗测量循环 (NEFZ) 的创建实际上对汽车的空气动力学演化起到了负面作用（在 1980 年代取得了显着进步）。 ) 因为高速运动周期短，空气动力因素影响不大。 尽管流量系数会随着时间的推移而降低，但增加每一类车辆的尺寸会导致迎风面积增加，从而增加空气阻力。 大众高尔夫、欧宝雅特和宝马 7 系等汽车的空气阻力高于 1990 年代的前辈。 这一趋势是由一系列令人印象深刻的 SUV 车型推动的，这些车型具有较大的正面面积和不断恶化的交通。 这种类型的汽车主要因为其巨大的重量而受到批评，但在实践中，随着速度的增加，这个因素的相对重要性降低了——而当以大约 90 公里/小时的速度在城市外行驶时，空气阻力的比例是大约 50%，在高速行驶时，它增加到车辆遇到的总阻力的 80%。
气动管
空气阻力在汽车行驶中的作用的另一个示例是典型的智慧城市模型。 在城市街道上，两人座的人可能很敏捷，但是从空气动力学的角度来看，一个短而成比例的车身效率极低。 在轻量化的背景下，空气阻力正变得越来越重要，并且随着Smart的出现，空气阻力开始以50 km / h的速度产生强大的影响。尽管其重量轻，但它并没有达到低成本的期望也就不足为奇了。
然而，尽管 Smart 存在缺点，但母公司梅赛德斯的空气动力学方法体现了一种有条不紊、一致且积极主动的方法来创建高效形状的过程。 可以说，风洞投资的成果和在这方面的努力在这家公司尤为明显。 这个过程的影响的一个特别显着的例子是当前的 S 级 (Cx 0,24) 比高尔夫 VII (0,28) 具有更小的风阻。 在寻找更多车内空间的过程中，紧凑型的造型获得了相当大的迎风面积，而且由于车长较短，流量系数比S级差，不允许长流线面主要是由于向后方的急剧过渡，促进了涡流的形成。 大众坚持认为，新的第八代高尔夫将具有更小的空气阻力和更低、更流线型的外形，但尽管具有新的设计和测试能力，但这对汽车来说极具挑战性。 用这种格式。 然而，凭借 0,275 的系数，这是有史以来最具空气动力学特性的高尔夫。 最低记录的内燃机车辆油耗比为 0,22，是梅赛德斯 CLA 180 BlueEfficiency。
电动车的优势
在重量背景下空气动力学形式的重要性的另一个例子是现代混合动力汽车，甚至是电动汽车。 例如，在普锐斯（Prius）的情况下，还需要以下事实：对空气动力学形状的要求很高，因为随着速度的增加，混合动力装置的效率会降低。 对于电动汽车，与电动模式下行驶里程增加相关的一切都非常重要。 据专家介绍，重量减轻100公斤只会使汽车的行驶里程增加几公里，但是另一方面，空气动力学对电动汽车至关重要。 首先，由于这些汽车的质量很大，因此它们可以返回恢复过程中消耗的部分能量;其次，由于电动机的高扭矩可以补偿启动时重量的影响，因此其效率在高速和高速下会降低。 此外，电力电子设备和电动机所需的冷却空气更少，这减少了汽车前部的孔，正如我们已经注意到的那样，这是导致人体流动恶化的主要原因。 设计者在具有插入式模块的现代混合动力模型中创建更具空气动力学效率的形式的另一个动机要素是，在没有加速的情况下仅借助电动机或所谓的运动模式。 航行。 与帆船不同，在帆船中使用该术语，风应使船移动，而在汽车中，如果汽车的空气阻力较小，则用电行驶的里程会增加。 创建空气动力学优化的形状是减少燃油消耗的最具成本效益的方法。
一些著名汽车的流量：
梅赛德斯奔驰
产量1904，Cx = 1,05
朗普勒下降车
产量1921，Cx = 0,28
福特T型
产量1927，Cx = 0,70
卡马实验模型
产量1938，Cx = 0,36。
梅赛德斯记录车
产量1938，Cx = 0,12
大众巴士
产量1950，Cx = 0,44
大众“乌龟”
产量1951，Cx = 0,40
潘哈德·迪娜
产量1954，Cx = 0,26。
保时捷356 A
产量1957，Cx = 0,36。
名爵EX 181
1957年生产，Cx = 0,15
雪铁龙 DS 19
产量1963，Cx = 0,33
NSU Sport Prince
产量1966，Cx = 0,38
奔驰C 111
产量1970，Cx = 0,29
沃尔沃 245 Estate
产量1975，Cx = 0,47
奥迪100
产量1983，Cx = 0,31
奔驰W 124
产量1985，Cx = 0,29
兰博基尼的Countach
产量1990，Cx = 0,40
丰田普锐斯1
产量1997，Cx = 0,29
