Auto >> Automobiel >  >> Auto reparatie

Auto-aërodynamica

Naarmate de benzinekosten stijgen, besteden autofabrikanten steeds meer zorg aan het zuinig ontwerpen van hun auto's.

Aerodynamische autokenmerken

Een aspect van auto-ontwerp dat een rol speelt bij het besparen van brandstof is aerodynamische efficiëntie - met andere woorden, ervoor zorgen dat een auto zo min mogelijk weerstand ondervindt van de lucht waar hij doorheen rijdt. Hoe aerodynamisch efficiënter het is, hoe minder brandstof het zal gebruiken om met een bepaalde snelheid mee te rijden. Hoe sneller de auto rijdt, hoe belangrijker het is om de luchtweerstand - weerstand - tot een minimum te beperken.

Luchtweerstandscoëfficiënt

De aerodynamische efficiëntie van de vorm van een auto wordt gemeten aan de hand van de weerstandscoëfficiënt (algemeen bekend als het Cd-cijfer). Een vlakke plaat die haaks op de luchtstroom wordt gehouden, heeft bijvoorbeeld een Cd van 1,25, terwijl de meest efficiënte automodellen van dit moment een Cd van ongeveer 0,28 hebben.

Dit Cd-cijfer kan echter niet op zichzelf worden gebruikt om de saerodynamische weerstand van een auto te berekenen, omdat het geen rekening houdt met het frontale oppervlak van de auto. Het frontale oppervlak is de totale dwarsdoorsnede van de auto, of de totale hoeveelheid ruimte die het inneemt vanaf de voorkant.

Een auto op ware grootte en een schaalmodel van hetzelfde ding zouden beide hetzelfde CD-cijfer hebben, maar de grotere versie zou veel meer vermogen nodig hebben om hem op snelheid voort te stuwen omdat het frontale oppervlak groter is.

Glad worden

Met de nadruk op aerodynamica proberen autofabrikanten elk opeenvolgend model aerodynamisch meer 'glad' te maken dan het vorige. Als we de Jaguar XJ6 als voorbeeld nemen, is de Cd van het nieuwe model .38, vergeleken met .44 voor het vorige model. oude serie 3. Het nieuwe model heeft echter een groter frontaal oppervlak dan het oude - 22,17 vierkante voet, vergeleken met 21,3 voor de oudere. Zo heeft de nieuwe XJ6 een CdA van 8,42 (0,38 x 22,17) vergeleken met 9,37 voor de serie 3. Dit betekent dat de nieuwe Jaguar minder vermogen nodig heeft om met een bepaalde snelheid te rijden en met hetzelfde vermogen een hogere top zou bereiken snelheid.

Om deze reden is het belangrijke cijfer de CdA (weerstandscoëfficiënt vermenigvuldigd met frontaal oppervlak), die de totale hoeveelheid weerstand geeft die op het lichaam inwerkt. Dus als je twee auto's vergelijkt, moet je het CdA-cijfer vergelijken in plaats van de Cd.

Windtunnels

Autofabrikanten gebruiken windtunnels om te zien hoe prototypes van hun auto's zich gedragen. In een windtunnel wordt de auto verankerd en wordt er een luchtstroom langs geblazen om de omstandigheden te simuleren waaraan de auto zou voldoen als hij vooruit zou rijden.

De auto is verbonden met instrumenten die registreren hoeveel neerwaartse kracht of hoeveel lift er aan elk uiteinde van de auto wordt gegenereerd. De luchtstroom langs de auto wordt zichtbaar gemaakt door kleine plukjes wol aan de carrosserie van de auto te bevestigen, of door er een rookstroom langs te blazen.

In beide gevallen is het pad dat de wind aflegt als deze over de auto stroomt te zien aan hoe de wol of rook zich gedraagt. Rook toont ook het gedrag van de lucht voor en achter de auto. Wollen plukjes schikken zich langs de lijnen van de luchtstroom over het lichaam maar kunnen het luchtgedrag voor of achter de auto niet vertonen.

Het model of de auto in de windtunnel kan onder verschillende hoeken ten opzichte van de luchtstroom worden gedraaid, zodat de ingenieurs kunnen zien hoe de lichaamsvorm zich gedraagt ​​bij zijwind.

Instabiliteiten ontwerpen

Het drukpunt is het effectieve punt op de carrosserie van de auto waar de wind inwerkt. De relatieve posities van het drukpunt van een auto en het zwaartepunt (het punt in de auto waardoor de zwaartekracht effectief inwerkt) zijn van cruciaal belang bij het bepalen van de stabiliteit van de auto. Als het drukpunt bijvoorbeeld ruim voor de zwaartepunt zou een zijwind de auto uit de koers kunnen doen afwijken (rechts). Een auto is het meest stabiel als het drukpunt iets voor het zwaartepunt ligt, zoals bij een voorwielaangedreven auto waarbij het meeste gewicht naar voren ligt. De relatieve hoogte van deze twee factoren is ook belangrijk. Als het drukpunt en het zwaartepunt beide hoog op de auto liggen, kan een zijwind ertoe leiden dat de auto gaat rollen en in extreme gevallen omslaat.

Slepen en snelheid

Omdat auto's in de loop der jaren sneller zijn geworden, is hun aerodynamische efficiëntie belangrijker geworden, omdat de hoeveelheid kracht die nodig is om een ​​auto met hoge snelheid voort te stuwen, toeneemt met de derde macht van de snelheid. Hoe sneller je gaat, hoe meer vermogen er nodig is om nog sneller te gaan. Als een tweeliter Ford Sierra die 100 pk ontwikkelt bijvoorbeeld ongeveer 115 mph kan bereiken, kun je berekenen hoe snel een vergelijkbare auto met twee keer zoveel vermogen zou moeten gaan, zonder rolweerstand. De derdemachtswortel van 2 (van 200 pk) is 1,26, dus de tweede auto zou 115 x 1,26 =145 mph moeten halen, ongeveer de werkelijke topsnelheid van de 200 pk sterke Sierra Cosworth.

Luchtweerstand verminderen

Als de auto eenmaal in de windtunnel is opgesteld, wordt zijn weerstand gemeten aan de hoeveelheid kracht die de auto uitoefent op zijn verankerde wielen als de wind erlangs waait. Naarmate er wijzigingen worden aangebracht, kunnen de effecten op de weerstand worden gemeten en geregistreerd.

Gewoonlijk zullen de ontwerpers van de auto een prototype hebben gemaakt dat eruitziet alsof het gemakkelijk door de lucht zal glippen, maar zodra items zoals luchtinlaten en deurgrepen worden toegevoegd, neemt de efficiëntie af.

Sommige van de functies die helpen om de luchtstroom te vergemakkelijken, zijn te zien op auto's zoals de Opel Astra. De Astra heeft een lage, soepel aflopende neus om door de lucht te snijden, een voorruit die nagenoeg gelijk ligt met de omringende carrosserie zodat de luchtstroom niet wordt verstoord, zijruiten die ook nagenoeg gelijk liggen met de carrosserie en wieldoppen met een minimum aan contouren. aandacht voor details, zoals het verzonken van de deurgrepen en het stroomlijnen van de buitenspiegels, helpt de aerodynamische weerstand te verminderen door de lucht soepeler te laten stromen en de neiging tot wervelingen te verminderen.

Andere technieken die op moderne aerodynamische auto's worden gebruikt, zijn onder meer het verzonken van de ruitenwissers onder het scuttle-paneel wanneer ze niet in gebruik zijn, uitklapbare koplampen die verzonken in de neus van de auto passen wanneer ze zijn uitgeschakeld, en het elimineren van verhoogde goten rond de randen van het dak van de auto. Door zorgvuldige aandacht voor detail kan de luchtstroom zelfs worden gemaakt om de achterlichtlenzen schoon te houden.

Windtunnels gebruiken om een ​​goede luchtstroom te onderzoeken

Een goede luchtstroom betekent dat de auto met minimale verstoring door de atmosfeer glijdt en stabiel blijft. Aan beide uiteinden van de carrosserie is een bepaalde hoeveelheid neerwaartse kracht nodig voor stabiliteit, maar turbulentie zou idealiter achter de achterkant van de auto moeten plaatsvinden — dit helpt ook om de auto schoon te houden.

Windtunnels gebruiken een grote motoraangedreven ventilator om een ​​luchtstroom langs een auto te zuigen om het rijden door stilstaande lucht met hoge snelheid te simuleren. De auto staat op drukgevoelige pads in het midden van de tunnel en een kijkscherm in de zijkant van de tunnel laat de ingenieurs zien wat er aan de hand is.

Praktische zaken

Wanneer een auto wordt ontwikkeld voor productie, gaat meestal een deel van de aerodynamische zuiverheid van het oorspronkelijke ontwerp verloren. Soms worden de wijzigingen aangebracht om kostenredenen. Het aanbrengen van een gladde bodemplaat kan bijvoorbeeld de vorm van een auto efficiënter maken, maar dit paneel zou extra geld kosten om te produceren en zou de toegang tot onderdelen zoals de versnellingsbak kunnen bemoeilijken.

Bij andere gelegenheden kunnen praktische overwegingen, zoals de noodzaak om bredere banden te monteren, de auto minder aerodynamisch maken dan het prototype met dunne banden. Als de auto in massaproductie moet worden geproduceerd, kan de verkoop worden tegengehouden als deze functies bevat die te onbekend zijn.

Een voorbeeld hiervan zijn de gestroomlijnde voorwielen van Ford's conceptauto, de Probe. De Sierra, die erg op de Probe lijkt, maar zonder de gestroomlijnde voorwielen, verkocht langzaam totdat het publiek eraan gewend raakte. Als de voorwielen waren gestroomlijnd, zou de verkoop mogelijk nog verder zijn tegengehouden.

Stabiliteit

Het is relatief eenvoudig om een ​​auto te ontwerpen die in een rechte lijn door de lucht glijdt als er geen wind waait, maar het is moeilijker om ervoor te zorgen dat de auto stabiel zal staan ​​als er een wind vanaf de zijkant op waait, of wanneer hij met hoge snelheid bochten neemt, wat een kracht op de zijkant van de auto veroorzaakt.

Er is een theoretisch punt aan de zijkant van een auto dat het drukpunt wordt genoemd, waar de winddruk effectief werkt. Door aandacht te besteden aan het drukpunt en het krachtenevenwicht, kunnen ingenieurs stabielere auto's ontwerpen.

Als het drukpunt bijvoorbeeld ruim boven het zwaartepunt van de auto zou liggen, zou een zijwind ervoor zorgen dat de auto rolt en hem van de lijn probeert te duwen. Als het drukpunt ruim voor het zwaartepunt van de auto ligt, zal een sterke en vlagerige zijwind ervoor zorgen dat de auto probeert te draaien om het zwaartepunt vooraan te leggen.

De locatie van het drukpunt verschuift echter met veranderingen in de snelheid van de auto en kan in sommige gevallen zelfs verschuiven zodat het zich voor de auto zelf bevindt. De oplossing is er allereerst voor zorgen dat het zwaartepunt van de auto goed naar voren ligt. Dit is een van de redenen voor de populariteit van de lay-out met voorwielaandrijving, die een voorkeur heeft voor het voorwaartse gewicht.

Het drukpunt wordt ook vaak verder naar achteren gehouden als er een groter carrosseriegebied naar de achterkant van de auto is. Sommige raceauto's uit het verleden hadden staartvinnen die hun stabiliteit bij snelheid verbeterden door het gebied naar achteren te vergroten. De lage, aflopende motorkaplijn die goed door de lucht kan dringen, helpt ook om het zijgedeelte aan de voorkant van de auto laag te houden.