Τρίτη, 3 Φεβρουαρίου 2009

Περί αεροδυναμικής απόδοσης οχημάτων




Η αεροδυναμική απόδοση των οχημάτων είναι ένα αρκετά περίπλοκο κομμάτι που άπτεται της λειτουργίας τους εν γένει. Είναι ένα ζήτημα το οποίο επηρεάζει πάρα πολλούς τομείς ενός οχήματος. Από την τελική του ταχύτητα μέχρι τον εισερχόμενο θόρυβο,την κατανάλωση καυσίμου και την οδική συμπεριφορά.




Πως μπορούμε όμως να αποφανθούμε για την αεροδυναμική απόδοση ενός οχήματος ; Πως μπορούμε να συγκρίνουμε 2 οχήματα προκειμένου να δούμε ποιο υπερέχει αεροδυναμικά ; Υπάρχει ένας εύκολος τρόπος προκειμένου να συγκρίνουμε 2 οχήματα αρκεί τα να έχουν την ίδια μέγιστη ισχύ. Σε αυτήν την περίπτωση υπερέχει αυτό με τη μεγαλύτερη τελική ταχύτητα. Αν τα οχήματα δεν έχουν την ίδια συγκέντρωση ισχύος τότε για να απαντήσουμε στο ερώτημα ποιο υπερέχει αεροδυναμικά θα πρέπει να λάβουμε υπόψιν μας και άλλους παράγοντες.



Εν γένει όμως ποιες είναι οι παράμετροι που καθορίζουν την τελική ταχύτητα ενός οχήματος; Είναι οι 4 που ακολουθούν ξεκινώντας από αυτήν με τη μείζονα σημαντικότητα και καταλήγοντας στην παράμετρο με την ελάσσονα.



1)ΑΕΡΟΔΥΝΑΜΙΚΗ

2)ΜΕΓΙΣΤΗ ΙΣΧΥΣ

3)ΚΛΙΜΑΚΩΣΗ ΚΙΒΩΤΙΟΥ

4)ΒΑΡΟΣ



Σε αντίθεση με ότι υπάρχει στο συλλογικό ασυνείδητο των οδηγών το βάρος παίζει μικρό ρόλο στην τελική ταχύτητα αφού και διαισθητικά αν το σκεφτούμε το βάρος ασκείται στον κατακόρυφο άξονα του αυτοκινήτου ενώ η αεροδυναμική αντίσταση κατά τον διαμήκη.

Ωστόσο σε κάποιες ειδικές περιπτώσεις και αναφέρομαι στην FORMULA 1 κυρίως οι μηχανικοί ελαφρώνουν τεχνητά το πίσω μέρος των αυτοκινήτων με την κατάλληλη ρύθμιση της κλίσης της οπίσθιας πτέρυγας ώστε το αυτοκίνητο να πετύχει κάποια υψηλότερη τελική ταχύτητα θυσιάζοντας μέρος της ευστάθειας κάτι που σε καμιά περίπτωση δεν είναι αποδεκτό για αυτοκίνητα παραγωγής.

Η κλιμάκωση του κιβωτίου θα μπορούσε δυνητικά να επηρεάσει την τελική ταχύτητα αν είναι τόσο ''σφιχτή'' ώστε να φρενάρει η ίδια η μετάδοση το αυτοκίνητο και να περιορίζει την τελική ταχύτητα πριν προλάβει η αεροδυναμική ωστόσο και πάλι τέτοιο δεν παρατηρείται σε κανένα αυτοκίνητο παραγωγής.


Έχοντας υπόψιν τα ανωτέρω η τελική ταχύτητα ενός οχήματος είναι ακριβώς εκείνο το σημείο κατά το οποίο η αεροδυναμική αντίσταση εξισώνεται με τη μέγιστη ισχύ.

Ποιοι παράγοντες όμως επηρεάζουν την αεροδυναμική απόδοση ενός οχήματος ; Επί της ουσίας είναι 2. Ο πρώτος είναι ο συντελεστής οπισθέλκουσας (Coefficient Drag) ο δεύτερος είναι η μέγιστη μετωπική επιφάνεια που περιλαμβάνει και το ύψος του οχήματος.

Ο συντελεστής οπισθέλκουσας καθορίζεται σχεδόν κατά αποκλειστικότητα από το σχήμα του οχήματος και ασκείται κατά τον διαμήκη άξονα αυτού. Στην πραγματικότητα τα supercars που σε όλους μας φαίνονται σαν εξόχως αεροδυναμικά έχουν μέτριο cD λόγω κυρίως των φαρδιών ελαστικών που ενσωματώνουν καθώς και των έντονων ακμών που συνήθως έχει το σχήμα τους,ένα σχήμα που δείχνει εντυπωσιακό στο μάτι άλλα έχει τον αντίκτυπο του στην αεροδυναμική,ενώ και το μεγάλο πλάτος τους συνεισφέρει αρνητικά.

Ένας μπακαλίστικος κανόνας λέει ότι συνήθως ένα όχημα με περισσότερες καμπύλες έχει καλύτερο cD από ένα όχημα με ακμές.



Σε ότι αφορά τη μέγιστη μετωπική επιφάνεια τα πράγματα είναι πιο απλά. Την υπεροχή την έχει πάντα ένα όχημα με την μικρότερη μετωπική επιφάνεια σε σχέση με ένα άλλο. Κλασικό παράδειγμα για αυτήν την παράμετρο είναι η σύγκριση ενός αυτοκινήτου και μιας μοτοσυκλέτας ομοίων ιπποδυνάμεων. Μια μοτοσυκλέτα 50 ίππων έχει τελική ταχύτητα γύρω στα 200 χλμ/ώρα ενώ ένα αυτοκίνητο 50 ίππων έχει τελική ταχύτητα γύρω στα 150 χλμ/ώρα. Ο λόγος που συμβαίνει αυτό είναι γιατί η μέγιστη μετωπική επιφάνεια της μοτοσυκλέτας είναι ένα κλάσμα σε σχέση με του αυτοκινήτου.

Θα πρέπει να αναφερθεί εδώ ότι ο όρος μέγιστη μετωπική επιφάνεια αναφέρεται επί της ουσίας σε εμβαδόν. Έχοντας αυτό το πράγμα στην κατανόησή μας η μέγιστη μετωπική επιφάνεια αποτελείται από το μέγιστο εγκάρσιο μήκος του οχήματος και από το από το μέγιστο κατακόρυφο που επί της ουσίας είναι το ύψος του. Οπότε είναι σαφές πως σε ένα δεδομένο όχημα που έχουν χρησιμοποιηθεί ελατήρια χαμηλώματος τότε αυτό θα παρουσιάζει τελικά μικρότερη αντίσταση στον αέρα και συνεπαγόμενα θα έχει μια μικρή αύξηση της τελικής ταχύτητας.


Εκτός από την μείζονα αντίσταση που ασκείται κατά τον διαμήκη άξονα του οχήματος υπάρχει η αεροδυναμική άνωση που ασκείται κατά τον κατακόρυφο καθώς και το πλευρικό αεροδυναμικό φορτίο που ασκείται κατά τον εγκάρσιο τα οποία αναφέρονται εδώ για λόγους επιστημονικής πληρότητας και δεν επηρεάζουν τόσο αποφασιστικά την αεροδυναμική απόδοση του οχήματος.



Πως μπορεί να βελτιωθεί η αεροδυναμική απόδοση ενός οχήματος; Υπάρχει μια βασική αρχή που λέει ότι για να βελτιώσουμε αεροδυναμικά ένα όχημα οφείλουμε να προσέξουμε ώστε να μη δημιουργείται τυρβώδης ροή πουθενά στην επιφάνεια του.

Σημεία που κατά κανόνα δημιουργούνται στροβιλισμοί και έχουμε τυρβώδη ροή είναι γύρω από τους τροχούς καθώς και στο πάτωμα του αυτοκινήτου. Οι εταιρείες πλέον χρησιμοποιούν υλοποιήσεις που αντιμετωπίζουν το παραπάνω φαινόμενο εφαρμόζοντας επίπεδα πατώματα στα οχήματα τους σε συνδυασμό με αεροδυναμικούς διαχύτες και σε πιο ακραίες περιπτώσεις καλύπτουν εντελώς τους τροχούς στην επιδίωξη της στρωτής ροής.

Το σχήμα των καθρεπτών,η κλίση του ανεμοθώρακα, η επιφανειακή τραχύτητα του αμαξώματος, η βαφή ακόμα και η σκόνη και οι ακαθαρσίες που επικάθονται επηρεάζουν την αεροδυναμική απόδοση.


Εν κατακλείδι να έχετε υπόψιν σας ότι η αεροδυναμική μελέτη είναι θεμελιώδης πλέον για την κατασκευή ενός οχήματος και το επηρεάζει σε πάμπολλους τομείς ενώ δυστυχώς κατά κανόνα ότι είναι με αισθητικά κριτήρια ευειδές είναι αεροδυναμικά μερικώς ανεπαρκές.





2 σχόλια:

  1. Άλλος ένας παράγοντας που επηρεάζεται πολύ από την αεροδυναμική, είναι η κατανάλωση...αλλά είμαι σίγουρος ότι θα κάνεις σύντομα ένα αφιέρωμα και σε αυτήν, αναφέροντας όλα τα κεφάλαια που απαρτίζουν αυτό το τεράστιο θέμα.
    Εύγε Λουκά, απόλαυσα το κείμενο από την πρώτη μέχρι την τελευταία λέξη!

    ΑπάντησηΔιαγραφή
  2. Πολύ καλά ολα τα άρθρα.Ειδικά για μενα που οι γνώσεις γύρω απο το αυτοκίνητο(θεωρία-τεχνικά) ειναι λιγες. Τα διαβάζω τακτικά.Συνέχισε ετσι Λουκά.
    Φιλικά Νικος

    ΑπάντησηΔιαγραφή