Πως λειτουργεί η αεροδυναμική στο αυτοκίνητο…

Με απλά λόγια και συλλογιστική αναλύουμε την έννοια της αεροδυναμικής που σχετίζεται με ένα αυτοκίνητο…

Η αεροδυναμική είναι ένα πολυδιάστατο φαινόμενο που έχει ως βάση τη ροή ενός αέριου ρευστού γύρω από ένα αντικείμενο. Όταν μιλάμε για υγρό ρευστό τότε αναφερόμαστε στην υδροδυναμική. Ωστόσο, τι εκφράζει ο αεροδυναμικός συντελεστής Cd ενός αυτοκινήτου;

Είναι σωστό να τον χρησιμοποιούμε αυτόνομα ή είναι πιο ορθό να χρησιμοποιούμε το γινόμενo CdΑ που προκύπτει από τη μετωπική επιφάνεια Α ενός οχήματος;

Τελικά, μήπως στο γινόμενο αυτό πρέπει να συμπεριλάβουμε και την ταχύτητα V του οχήματος καταλήγοντας στην αεροδυναμική αντίσταση F_d; Κάνω την αρχή, ας το συζητήσουμε στη συνέχεια…

Τα αεροδυναμικά σχήματα χαρακτηρίζονται από τη μικρή μετωπική τους επιφάνεια (Α) που προσπίπτει ο αέρας ενώ ένα καλό σχήμα συμβάλλει σημαντικά στη μείωση αεροδυναμικών θορύβων καθώς και στη μείωση της κατανάλωσης καυσίμου αφού απαιτείται μικρότερο έργο για την υπερνίκηση της αντίστασης του αέρα.

Περίπου το 70-80% της ισχύος ενός κινητήρα στον αυτοκινητόδρομο (σε ταχύτητες 130-140 χλμ./ώρα) αναλώνεται στην αεροδυναμική αντίσταση ενώ σχεδόν όλη η υπόλοιπη ισχύς στην αντίσταση κύλισης Fro, που ορίζεται από το γινόμενο της μάζας του οχήματος (m) * της επιτάχυνσης (g) * του συντελεστή κύλισης (f).

Η αεροδυναμική αντίσταση (aerodynamic drag) οφείλεται στις τριβές που αναπτύσσονται όταν ένα σώμα (εδώ μιλάμε για όχημα) κινείται σε ένα ρευστό ή όταν το ρευστό κινείται γύρω από το όχημα. Συνήθως το μέγεθος αυτό συμβολίζεται ως F_d και ορίζεται από την παρακάτω σχέση, όπου γίνεται αντιληπτό πως όσο αυξάνεται η ταχύτητα του οχήματος τόσο αυξάνεται και η αεροδυναμική αντίσταση.F_d= 1/2 * C_d * p * A * V² όπου:

ρ: η πυκνότητα του ρευστού
Α: η μετωπική επιφάνεια του οχήματος
V: η ταχύτητα του οχήματος ή του ρευστού ή η σχετική ταχύτητα
C_d: ο συντελεστής οπισθέλκουσας

Επειδή σώματα με ίδια μετωπική επιφάνεια μπορεί να παρουσιάζουν διαφορετική τιμή Fd οι αεροδυναμιστές χρησιμοποιούν το συντελεστή Cd που προκύπτει από τη μέθοδο των πεπερασμένων στοιχείων. Όσο μεγαλύτερος τόσο πιο μεγάλη πίεση ασκεί το σώμα στο ρευστό.

Για παράδειγμα, μία κάθετη πλάκα στο ρευστό έχει Cd= 1,17 ενώ ένα ημισφαίριο, κοιτώντας από το κυρτό της μέρος, Cd= 0,42 (δείτε την διπλανή εικόνα).

Λόγω των ακάλυπτων μερών του ένα μονοθέσιο της Formula 1 έχει από τους χειρότερους συντελεστές (0,8-1,0) ενώ από τους καλύτερους συναντάμε στο νέο Toyota Prius (0,25).

Η Mercedes-Benz E-Class Coupe που κυκλοφόρησε πρόσφατα διαθέτει αυτή την στιγμή τον καλύτερο συντελεστή (0,24) σε εν παραγωγή μοντέλο παραγωγής.

O συντελεστής Cd είναι ένας “στεγνός” αριθμός που ορίζει την ροή του αέρα, την απαλότητα με την οποία αυτός περνά γύρω από ένα σώμα

Το Cd είναι μία τιμή που μπορεί να γίνει εύκολα αντιληπτή ως μέτρο σύγκρισης για την αεροδυναμική των σύγχρονων αμαξωμάτων και υπολογίζεται σε θαλάμους με το αυτοκίνητο στατικό και τεχνητό αέρα να το περιβάλλει.

Το Cd θα έλεγα πως εκφράζει την αεροδυναμική ροή του αυτοκινήτου χωρίς να λαμβάνεται υπόψη όμως το μέγεθος του αμαξώματος. Μα είναι λογικό; Δε θα έπρεπε να λαμβάνεται τουλάχιστον υπόψη η μετωπική επιφάνεια;

Για αυτό, το γινόμενο CdA = Cd* A είναι αυτό που εκφράζει την ζητούμενη αεροδυναμική συμπεριφορά, το αεροδυναμικό αποτύπωμα αν θέλετε, ενός αυτοκινήτου. Ας μην ξεχνάμε πως μιλάμε πάντα για ένα σώμα που κινείται οριζόντια ως προς το επίπεδο και μετωπικά ως προς το ρευστό.

Το Cd A έχει ως μονάδα το τετραγωνικό μέτρο και για να έχετε μία εικόνα το Hummer Η2 έχει 2,46 τ.μ. σε σχέση με το νέο Nissan GT-R που έχει 0,565 τ.μ. Μήπως τελικά ο σωστός συντελεστής που θα πρέπει να χαρακτηρίζει ένα όχημα είναι ο CdA και όχι ο Cd;

Πέρα από τους συντελεστές Cd και CdΑ οι αεροδυναμιστές μελετούν άλλους τέσσερις: τον Cy (πλευρικοί άνεμοι), τον Cz (αρνητική άντωση) και άλλους δύο δυναμικούς συντελεστές που αφορούν το όχημα όταν κινείται σε διάρκεια στροφής

Η αρνητική άντωση είναι το κάθετο αεροδυναμικό φορτίο που αναπτύσσεται και προσκολλά ένα όχημα στο έδαφος. Ανάλογα με το φορτίο της αρνητικής άντωσης η συμπεριφορά ενός οχήματος βελτιώνεται στις υψηλές ταχύτητες (άνω των 100 χλμ/ώρα).

Οι αεροτομές και οι πτέρυγες είναι τέτοιου είδους αεροδυναμικά βοηθήματα ενώ αρνητική άντωση μπορεί να δημιουργηθεί από την σχεδίαση του κάτω μέρους του οχήματος καθώς και από την κατάληξη στο πίσω μέρος (αεροδυναμικός διαχύτης).

===> Διαβάστε τη συνέχεια