مجله تخصصی خودرو اخبار خودرو , قیمت خودرو , خرید و فروش خودرو , قیمت ماشین , قیمت اتومبیل
آیرودینامیک خودرو چیست و چه تاثیری در طراحی خودرو دارد؟
آیرودینامیک یا هوا پویش ، شاخه ای از دینامیک گازها و در حالت کلی تر دینامیک سیّالات است که به بررسی رفتار جریان هوا و اثر آن بر اجسام متحرک می پردازد . منظور از حل یک مسئلهٔ آیرودینامیکی ، محاسبهٔ میدان سرعت ، فشار ، و دمای هوا در اطراف یک جسم است . برای این منظور باید معادله های حاکم بر جریان سیّال را حل کرد . سپس به کمک حل به دست آمده می توان نیروها و گشتاورهای وارد بر جسم را حساب کرد .
مسئله های آیرودینامیکی را می توان از جنبه های مختلف طبقه بندی کرد . یک طبقه بندی معمول بر اساس الگوی جریان هواست . اگر مسئلهٔ آیرودینامیکی مربوط به جریان هوا در اطراف یک جسم باشد به آن آیرودینامیک بیرونی و اگر مربوط به جریان هوا داخل یک محیط بسته باشد به آن آیرودینامیک درونی گفته می شود . مثال آیرودینامیک بیرونی ، جریان هوا در اطراف یک هواپیما و مثال آیرودینامیک درونی ، جریان هوا داخل یک موتور جت یا تونل باد است .
روش دوم طبقه بندی بر اساس چگالی هواست . اگر چگالی جریان هوا در همهٔ نقاط میدان سیّال ثابت باشد و با زمان تغییر نکند ، جریان تراکم ناپذیر و در غیر این صورت تراکم پذیر است .
روش سوم طبقه بندی مسئله های آیرودینامیکی بر اساس عدد ماخ جریان هوا است . اگر عدد ماخ کوچک تر از یک باشد جریان فرو صوتی ، اگر نزدیک یک باشد جریان هَما صوتی ، اگر بزرگ تر از یک و کوچک تر از پنج باشد جریان زبر صوتی ، و اگر بزرگ تر از پنج باشد جریان فوق صوتی خوانده می شود .
روش چهارم طبقه‌ب ندی بر اساس گرانروی هواست . اگر ضریب گرانروی ناچیز فرض شود جریان غیرلزج و در غیر این صورت لزج خوانده می شود .
آیرودینامیک خودرو چیست ؟
معنی ايروديناميک در اصل ، چيزی به جز مطالعه رفتار هوای متحرك نيست . اگر بخواهيم از رفتار هوا به نفع خود استفاده كنيم ، بايد ببينيم كه هوا به هنگام حركت چگونه عمل می كند . از آزمايشات با دوچرخه يا اتومبيل بدون سقف و همچنين از تجربيات خود در مورد تأثير هوای توفانی مي دانيم كه يك تندباد دارای چه نيروی عظيمی است ؛ كار يك متخصص ايروديناميك اين است كه از اين نيروی عظيم برای بالا نگهداشتن هواپيما استفاده كند ؛ برای مثال ، اگر يك هواپيما 75 تن وزن داشته باشد ، بال های آن بايد طوری طراحی شوند كه جريان هوا بتواند در آن ها فشاری معادل 75 تن ايجاد كند .
هدف طراح بال اينست كه باد نسبي فقط مقدار نيرويي را توليد كند كه آن نيرو هواپيما را به سمت بالا سوق دهد . وي ديگرمايل نيست كه باد نسبي نيرويي هم براي پس زدن و عقب بردن هواپيما ايجاد كند . اما طراح متأسفانه قادر نيست به آنچه مي خواهد دست يابد ، زيرا جريان هوا در اطراف هواپيما مقداری هم نيروی رو به عقب توليد مي كند كه اين نيرو حركت رو به جلوی هواپيما را محدود مي سازد .
نيروی رو به عقب به نيروی پسار یا درگ يا رانش معكوس يعنی نيرويی كه هواپيما را به عقب می كشد ، معروف است . شما هم اگر رو به باد ركاب بزنيد يا بدويد ، احساس خواهيد كرد كه نيرويی شما را از عقب می كشد و از پيشرويتان جلوگيری مي كند .
به احتمال قوي انتظار داريد بگوييم نيروی پساری كه هوا در هواپيما يا اشيا توليد می كند از طريق فشار دادن است نه كشيدن ، يعني بايد هوای جلوی هواپيما باشد كه پسار به وجود می آورد نه هوای عقب آن . اين نظريه درست است و ايرادی بر آن وارد نست ، ولی كل قضيه برخلاف سادگی ظاهری ، از مفهوم عميق تری برخوردار است .
نیروی درگ یا مقاومت یا پسا (Drag Force ) چیست ؟
هر خودرو برای حرکت همواره با نیرویی از جانب سیال ( هوا ) روبرو است ، این نیرو همان نیروی درگ است که در مسائل آیرودینامیکی مربوط به طراحی و ساخت خودرو همواره از اهمیت خاصی برخورداراست . طراحان و خودرو سازان به وسیله اعمال ترفندهایی سعی در کاهش این نیرو و مقابله با آن را دارند . نیروی درگ به عوامل مختلفی مربوط می شود تا یک خودرو دارای ضریب آیرودینامیکی ( ضریب پسار ) بهتری باشد . برخی از این عوامل عبارتند از :
1- جنس مواد به کار رفته در بدنه خودرو ( برخی از مواد دارای اصطکاک کمتری با هوا هستند که مورد توجه قرار می گیرند در ساخت بعضی از خودرو ها )
2- خطوط روی بدنه خودرو ( این خطوط کمک شایانی به خودرو جهت شکافتن هوا می نمایند . )
3- شکل ظاهری خودرو ( برای درک این مورد کافی است به شکل ظاهری خودرو های سوپر اسپرت مثل لامبورگینی و فراری توجه و بعد از ان به خودروهای شاسی بلند مثل هامر یا جیپ توجه کنید تا متوجه خواص ائرودینامیکی بهتر سوپر اسپرت ها خواهید شد . )
یکی از عواملی که در طراحی خودرو باید لحاظ شود انجام عملیاتی که در قسمت هایی از خودرو گره ها و یا به عبارت بهتر آشفتگی های هوایی به وجود نیاید . این آشفتگی ها باعث می شوند تا خودرو برای تداوم داشتن حرکت خود تلاش بیشتری کند و یکی از مضراتاین تلاش بیشتر افزایش مصرف سوخت در خودرو است.این گره ها همچنینی باعث ناپایدار شدن خودرو هم می شوند .
مسائل ائرودینامیکی در طراحی خودروهای مسابقه ای از اهمیت بسیار بالایی برخوردار است از از این رو می توان خودروهای فرمولاوان را نام برد که از بالا ترین سطح ائرودینامیک خودرو سود می برد . به عبارت بهتر در خودروهایی که در مسابقات سرعت شرکت می کنند مقاومت هوا باید به میزان بسیار کمتری در مقابل خودرو صورت پذیرد .
در خودروهای سوپر اسپرت و خودروهایی که فاکتور سرعت و شتاب بسیار مهم است سرعت هوایی که از زیر خودرو عبور می کند بسیار سریع تر از هوایی که از بالای خودرو عبور می کند است بنابراین به دلیل حرکت کند هوا در بالای خودرو فشار ایجاد شده در این قسمت بیشتر از قسمت زیر خودرو است و فشار بالای خودرو باعث چسبیدن خودرو به زمین می شود .
در خودرو مناطق مختلف خودرو دارای مقادیر مختلف فشار هستند :
1- قسمت جلوی خودرو دارای فشار زیاد است
2- قسمت عقب خودرو دارای فشار کمی است
اجزای آیرودینامیک
اگر خودروهای مسابقه ای و سوپر اسپرت ها به عنوان نماد به کارگیری علم آیرودینامیک در صنعت خودرو قلمداد کنیم ، می توان با بررسی قطعات بدنه آن ها به کارایی هر عنصرآیرودینامیکی تا حد زیادی پی برد . بال بزرگ جلو که با نام اسپویلر شناخته می شود معمولا در نزدیک ترین سطح به زمین و به عنوان لبه زیرین سپر جلو یا دماغه خودرو طراحی می شود .
این قطعه بزرگ و سرتاسری عمدتا دو وظیفه مهم را به دوش می کشد . اولین و مهم ترین وظیفه ایجاد نیروی روبه پایین (DOWN FORCE ) با استفاده از جریان هوای قابل توجهی است که با دماغه خودرو درگیر می شود . اسپویلر جریان هوا را به دو بخش زیرین و زبرین تقسیم می کند . بخش زیرین با سرعت زیاد و فشار کم از زیر بدنه خودرو حرکت می کند و بخش زبرین نیز با سایر قطعات آیرودینامیک و بدنه خودرو درگیر می شود . یکی از روش های هوشمندانه از جریان زبرین این است که ضمن ایجاد نیروی رو به پایین ، که افزایش چسبندگی چرخ های محور جلو را به سطح مسیر در پی دارد ، به منظور خنک کاری سطوح رادیاتوری نیز از‌این جریان استفاده شود .
البته ذکر این نکته مهم است که سطوح رادیاتوری وسیع در واقع خود باعث افزایش قابل توجه ضریب درگ می شوند . بخشی دیگر از جریان برخورد کننده با دماغه از طریق کانال بندی های مخصوصی به دیسک های ترمز می رسد و به منظور خنک کاری این قطعات حیاتی استفاده می شود . در‌این زمینه طراحی رینگ های چرخ به صورتی که بتواند جریان هوا را از سطح زیرین خودرو به سمت کناره ها بمکد نیز مفید فایده خواهد بود و در برخی خودروهای فوق سریع با طراحی بدنه پیچیده به کار گرفته می شود . جریان گذرنده از روی بدنه خودرو در هنگام جدا شدن از سطوح اصلی بدنه ( سقف و درب صندوق ) اصطلاحا به لبه های فرار می رسد . در این نقاط طراحی بال و بالچه های دیگر مثمر ثمر خواهد بود . بنابراین کاربرد اسپویلر سقفی و اسپویلر بزرگ درب صندوق عقب نیز به وضوح مشخص است .
طراحی ظریف و حرفه ای این قطعات می تواند در سرعت های بالا بسیار کاربردی باشد . برای مثال طبق شبیه سازی آیرودینامیکی انجام شده در یکی از پروژه های دانشگاهی ، اگر از یک بال هواپیما کارآمد و حرفه‌ای ( برای مثال یکی از طرح های شرکت ناسا ) به صورت بر عکس روی درب صندوق خودرویی نظیر پژو 405 استفاده شود ، می توان زمان ترمز گیری از سرعت 180 کیلومتر بر ساعت به 36 کیلومتر بر ساعت را در حدود یک ثانیه کاهش داد .
چنین صرفه جویی ای در زمان علاوه بر آن که در دنیای مسابقات سرعت بسیار حائز اهمیت است ، در زمینه افزایش پایداری و ایمنی نیز به معنای کاهش 28 متری خط ترمز خودرو ( در سرعت های یاد شده ) خواهد بود . این در حالی است که به لطف طراحی بسیار دقیق و حساب شده ، مصرف سوخت خودرو در پی افزایش درگ ناشی از نصب بال ، تنها 0.03 لیتر در یکصد کیلومتر افزایش می یابد که به راستی رقمی ناچیز و قابل اغماض است . البته ذکر‌این نکته الزامی است که طراحی بال های حرفه ای و طریقه نصب آن ، تاثیری بسیار چشم گیر بر عملکرد و نتیجه نهایی خواهد داشت .
دیفیوزر
یکی دیگر از قطعات آیرودینامیک مشهور در صنعت خودرو سازی مدرن ، قطعه ای به نام دیفیوزر یا پخش کننده است که عموما در در سطح زیرین سپر عقب نصب می شود . وظیفه بنیادین این قطعه به زبان ساده ، تبدیل سرعت جریان هوای گذرنده از زیر خودرو ، به فشار و در نتیجه نیروی رو به پایین است . با طراحی اصولی این قطعه می توان به حداکثر DOWN FORCE دست یافت و حتی از نصب بال های بزرگ روی درب صندوق عقب نیز بی نیاز شد . این روش سال ها است که توسط برخی خودرو سازان بزرگ مانند فراری استفاده می شود و در زمینه بهبود عملکرد و هندلینگ خودرو ها در سرعت های متوسط و زیاد بسیار موثر است .
آیرودینامیک متغییر
ارتفاع ، سرعت جریان هوا و زاویه قرارگیری قطعه آیرودینامیک ، تنها سه رکن متغییر از ده ها متغییری هستند که بر عملکرد یک مجموعه آیرودینامیکی تاثیر گذارند . تحلیل عملکرد اجزای آیرودینامیک به‌هیچ عنوان ساده نیست و به هزاران ساعت کار آزمایشگاهی در تونل باد و ده‌ها ساعت تحلیل پیچیده نرم افزاری با ابر یارانه های بسیار قدرتمند وابسته است . با‌این حال پیشرفت فناوری در سال های اخیر آنچنان بوده است که خودرو سازان بتوانند با تحلیل کلیه شرایط خودروهای اسپرت را مجهز به تکنولوژی‌های آیرودینامیک متغییر راهی جاده ها کنند . تغییر ارتفاع و زاویه بال عقب در بسیاری سوپر اسپرت ها مدرن می تواند کارایی مختلفی از تولید داون فورس تا اعمال نیروی ترمزی خالص ( در پی افزایش ضریب درگ ) را به دنبال داشته باشد .
هم چنین این روز ها تیغه های انعطاف پذیری در دماغه برخی خودروها نصب می شود که در سرعت های مختلف ، آیرودینامیک خودرو را تغییر می دهد . اضافه شدن دریچه ها و کانال های متغیر برای کم و زیاد کردن جریان هوای درگیر با سطوح رادیاتوری نیز از دیگر فناوری های در دست تکمیل در این زمینه است . شاید جالب باشد که بدانید حتی ارتفاع کلی خودرو از سطح زمین نیز به شکل قابل توجهی بر عملکرد آیرودینامیکی اتومبیل موثر است .
از این رو تعلیق هوشمندانه برخی خودرو ها ، به هنگام افزایش سرعت به سطح زمین نزدیک می شود تا عملکرد آیرودینامیکی و پایداری حرکتی خودرو بهبود یابد . افق های آینده صنعت خودرو سازی در‌این زمینه چندان روشن نیست ، اما در تئوری این احتمال وجود دارد که نسل آتی خودروها با بدنه ای کاملا انعطاف‌پذیر و تغیر شکل دهنده ساخته شوند تا در هر شرایطی امکان دستیابی به حداکثر کارایی حرکتی و بهترین شرایط آیرودینامیکی ممکن باشد.
بیشتر بخوانید:
همه چیز در مورد کمپرسور کولر خودرو و نگهداری و عملکرد از آن
منبع: کارگیک
