난류
현대 기술이 자동차 공기 역학을 변화시키는 방법
낮은 공기 저항은 연료 소비를 줄이는 데 도움이됩니다. 그러나이 점에서 개발을위한 엄청난 기회가 있습니다. 물론 지금까지 공기 역학 전문가들은 디자이너의 의견에 동의합니다.
"오토바이를 만들 수없는 사람들을위한 공기 역학." 이 말은 Enzo Ferrari가 60 년대에 말한 것으로, 자동차의 이러한 기술적 측면에 대한 당시 많은 디자이너의 태도를 명확하게 보여줍니다. 그러나 불과 XNUMX 년 후 첫 번째 석유 위기가 닥 쳤고 전체 가치 체계가 급격히 바뀌 었습니다. 자동차 운동의 모든 저항력, 특히 공기층을 통과하여 발생하는 모든 저항력이 소비되는 연료량에 관계없이 엔진의 변위 및 출력을 증가시키는 것과 같은 광범위한 기술 솔루션으로 극복되는 시대는 사라지고 엔지니어가 시작합니다 목표를 달성하기위한보다 효과적인 방법을 찾으십시오.
현재 공기 역학의 기술적 요소는 두꺼운 망각의 먼지로 덮여 있지만 디자이너에게는 완전히 새로운 것은 아닙니다. 기술의 역사는 77 년대에도 독일의 Edmund Rumpler와 헝가리의 Paul Jaray (Tatra T1930 컬트를 만든)와 같은 진보적이고 창의적인 두뇌가 유선형 표면을 형성하고 차체 디자인에 대한 공기 역학적 접근의 토대를 마련했음을 보여줍니다. 이후 XNUMX 년대에 아이디어를 개발 한 Baron Reinhard von Kenich-Faxenfeld와 Wunibald Kam과 같은 공기 역학 전문가들의 두 번째 물결이 뒤따 랐습니다.
속도가 증가함에 따라 한계가 있으며, 그 이상에서는 공기 저항이 자동차 운전에 중요한 요소가 된다는 것은 모든 사람에게 분명합니다. 공기역학적으로 최적화된 모양을 만들면 이 한계가 상당히 위로 이동할 수 있으며 소위 흐름 계수 Cx로 표현됩니다. 값 1,05는 기류에 수직으로 반전된 입방체를 갖기 때문입니다(축을 따라 45도 회전하면 업스트림 에지는 0,80으로 줄어듭니다). 그러나 이 계수는 공기 저항 방정식의 일부일 뿐이며 자동차 전면 영역(A)의 크기가 필수 요소로 추가되어야 합니다. 공기 역학 학자의 첫 번째 작업은 깨끗하고 공기 역학적으로 효율적인 표면 (우리가 볼 수 있듯이 자동차에 많은 요소가 있음)을 생성하여 궁극적으로 흐름 계수를 감소시키는 것입니다. 후자를 측정하려면 비용이 많이 들고 매우 복잡한 시설인 풍동이 필요합니다. 예를 들어 2009년에 시운전된 BMW의 170억 XNUMX천만 유로 규모의 터널이 있습니다. 그것의 가장 중요한 구성 요소는 별도의 변압기 스테이션이 필요할 정도로 많은 전기를 소비하는 거대한 팬이 아니라 에어 제트가 자동차에 가하는 모든 힘과 모멘트를 측정하는 정확한 롤러 스탠드입니다. 그의 임무는 공기 흐름과 자동차의 모든 상호 작용을 평가하고 전문가가 모든 세부 사항을 연구하고 공기 흐름을 효율적으로 만들 뿐만 아니라 디자이너의 희망에 따라 변경하도록 돕는 것입니다. . 기본적으로 자동차가 마주치는 주요 항력 요소는 전방의 공기가 압축되고 이동할 때 발생하며 매우 중요한 것은 후방의 강렬한 난기류에서 발생합니다. 거기에서 차를 당기는 경향이 있는 낮은 압력 영역이 형성되고, 이는 공기역학자들이 "죽은 여기(dead excitation)"라고도 부르는 와류의 강한 영향과 차례로 혼합됩니다. 논리적인 이유로 부동산 모델 뒤에는 감소된 압력 수준이 더 높으며 그 결과 흐름 계수가 저하됩니다.
공기 역학적 항력 계수
후자는 자동차의 전체 모양과 같은 요인뿐만 아니라 특정 부품 및 표면에 따라 달라집니다. 실제로 현대 자동차의 전체 모양과 비율은 총 공기 저항의 40%를 차지하며, 그 중 10분의 20은 거울, 조명, 번호판 및 안테나와 같은 물체 표면 구조 및 기능에 의해 결정됩니다. 공기 저항의 30%는 구멍을 통해 브레이크, 엔진 및 기어박스로 흐르는 흐름 때문입니다. 0,28%는 다양한 바닥 및 서스펜션 구조의 소용돌이, 즉 차량 아래에서 발생하는 모든 것의 결과입니다. 그리고 가장 흥미로운 점은 공기 저항의 최대 0,18%가 바퀴와 날개 주위에 생성된 와류 때문이라는 것입니다. 이 현상의 실제적인 시연은 이에 대한 명확한 표시를 제공합니다. 바퀴가 제거되고 날개의 구멍이 자동차 모양의 완성으로 덮일 때 자동차당 소비 계수가 1에서 1로 감소합니다. 최초의 Honda Insight 및 GM의 EV0,195 전기 자동차와 같이 놀랍도록 주행 거리가 짧은 모든 자동차에 후면 펜더가 숨겨져 있는 것은 우연이 아닙니다. 전기 모터가 많은 양의 냉각 공기를 필요로 하지 않는다는 사실로 인해 전체 공기역학적 모양과 폐쇄된 프런트 엔드로 인해 GM 개발자는 흐름 계수가 3에 불과한 EV0,21 모델을 개발할 수 있었습니다. Tesla 모델 XNUMX의 Cx는 XNUMX입니다. 소위 내연 기관이 장착 된 차량의 바퀴 주변의 와류를 줄이기 위해. 얇은 수직 공기 흐름 형태의 "에어 커튼"은 앞 범퍼의 개구부에서 방향을 지정하여 휠 주위를 불고 소용돌이를 안정화시킵니다. 엔진으로의 흐름은 공기 역학적 셔터에 의해 제한되며 바닥은 완전히 닫힙니다.
롤러 스탠드에서 측정한 힘이 낮을수록 Cx가 낮습니다. 표준에 따르면 140km/h의 속도로 측정됩니다. 예를 들어 0,30의 값은 자동차가 통과하는 공기의 30%가 속도로 가속됨을 의미합니다. 전면 영역의 경우 읽기에는 훨씬 간단한 절차가 필요합니다. 이를 위해 레이저를 사용하여 전면에서 볼 때 자동차의 외부 윤곽이 윤곽이 그려지고 닫힌 영역이 평방 미터로 계산됩니다. 차량의 총 공기 저항(제곱미터)을 얻기 위해 유량 계수를 곱합니다.
공기역학적 설명의 역사적 개요로 돌아가서, 우리는 1996년에 표준화된 연료 소비 측정 주기(NEFZ)의 생성이 실제로 자동차의 공기역학적 진화(1980년대에 크게 발전함)에 부정적인 역할을 했음을 발견했습니다. ) 고속 이동의 짧은 주기로 인해 공기역학적 요인의 영향이 적기 때문이다. 흐름 계수는 시간이 지남에 따라 감소하지만 각 클래스의 차량 크기가 증가하면 정면 면적이 증가하여 공기 저항이 증가합니다. VW 골프, 오펠 아스트라, BMW 7시리즈와 같은 자동차는 1990년대 이전 모델보다 공기 저항이 더 높았습니다. 이러한 추세는 넓은 전면 영역과 악화되는 교통량을 가진 인상적인 SUV 모델 집단에 의해 촉진됩니다. 이 유형의 자동차는 주로 엄청난 무게로 인해 비판을 받았지만 실제로 이 요소는 속도가 증가함에 따라 상대적 중요성이 낮아지는 반면 약 90km/h의 속도로 도시 밖에서 운전할 때 고속도로 속도에서는 약 50%, 차량이 직면하는 총 항력의 80%까지 증가합니다.
공기 역학적 튜브
차량 성능에서 공기 저항의 역할에 대한 또 다른 예는 전형적인 스마트 시티 모델입니다. 50 인승 자동차는 도시 거리에서 민첩하고 민첩 할 수 있지만, 짧고 균형이 잘 잡힌 차체는 공기 역학적 관점에서 볼 때 극도로 비효율적입니다. 가벼운 무게를 배경으로 공기 저항은 점점 더 중요한 요소가되고 있으며 Smart와 함께 XNUMXkm / h의 속도에서 강력한 영향을 미치기 시작합니다. 당연히 가벼운 디자인에도 불구하고 저비용에 대한 기대치에 미치지 못했습니다.
그러나 Smart의 단점에도 불구하고 공기역학에 대한 모회사인 Mercedes의 접근 방식은 효율적인 형상을 만드는 프로세스에 대한 체계적이고 일관되며 능동적인 접근 방식을 보여줍니다. 풍동에 대한 투자와 이 분야에 대한 노력의 결과는 이 회사에서 특히 눈에 띈다고 할 수 있습니다. 이 프로세스의 효과에 대한 특히 놀라운 예는 현재 S-Class(Cx 0,24)가 Golf VII(0,28)보다 바람 저항이 적다는 사실입니다. 더 많은 실내 공간을 찾는 과정에서 콤팩트 모델의 형태는 전면적이 다소 넓어졌고 길이가 짧아져 흐름 계수가 S 클래스보다 나빠져 긴 유선형 표면을 허용하지 않습니다. 주로 후방으로의 급격한 전환으로 인해 소용돌이 형성을 촉진합니다. 폭스바겐은 새로운 0,275세대 골프가 공기 저항이 훨씬 적고 모양이 더 낮고 유선형일 것이라고 단호했지만, 새로운 디자인과 테스트 기능에도 불구하고 이것은 자동차에 매우 어려운 것으로 판명되었습니다. 이 형식으로. 그러나 계수가 0,22인 이 골프는 지금까지 만들어진 골프 중 가장 공기역학적입니다. 기록된 최저 연료 소비율은 내연기관 차량당 180로 Mercedes CLA XNUMX BlueEfficiency입니다.
전기 자동차의 장점
무게 대비 공기 역학적 형태의 중요성에 대한 또 다른 예는 현대식 하이브리드 모델과 훨씬 더 많은 전기 자동차입니다. 예를 들어, Prius의 경우 고도의 공기 역학적 형태에 대한 필요성은 속도가 증가함에 따라 하이브리드 파워 트레인의 효율성이 감소한다는 사실에 의해 결정됩니다. 전기 자동차의 경우 전기 모드에서 주행 거리 증가와 관련된 모든 것이 매우 중요합니다. 전문가들에 따르면, 100kg의 체중 감량은 차량의 주행 거리를 불과 몇 킬로미터 만 늘릴 수 있지만 다른 한편으로 전기 자동차의 경우 공기 역학이 가장 중요합니다. 첫째, 이러한 차량의 질량이 커서 회복에 의해 소비되는 에너지의 일부를 회수 할 수 있기 때문이며, 둘째, 전기 모터의 높은 토크가 시동시 무게의 영향을 보상 할 수 있고 고속 및 고속에서 효율성이 감소하기 때문입니다. 또한 파워 일렉트로닉스와 전기 모터는 냉각 공기를 덜 필요로하므로 차량 앞쪽에 더 작은 구멍이 생기며, 이는 우리가 언급했듯이 차체 흐름 감소의 주요 원인입니다. 현대 플러그인 하이브리드 모델에서보다 공기 역학적으로 효율적인 형태를 만들도록 디자이너에게 동기를 부여하는 또 다른 요소는 무가 속 전기 전용 드라이브 모드 또는 소위 말하는 것입니다. 항해. 이 용어가 사용되고 바람이 배를 움직여야하는 범선과 달리, 자동차의 경우 공기 저항이 적 으면 전기 구동 식 마일리지가 증가합니다. 공기 역학적으로 최적화 된 모양을 만드는 것은 연료 소비를 줄이는 가장 비용 효율적인 방법입니다.
일부 유명 자동차의 소비 계수 :
Mercedes Simplex
제조 1904, Cx = 1,05
Rumpler 드롭 왜건
제조 1921, Cx = 0,28
포드 모델 T
제조 1927, Cx = 0,70
카마 실험 모델
1938 년에 제조, Cx = 0,36.
메르세데스 레코드 카
제조 1938, Cx = 0,12
폭스 바겐 버스
제조 1950, Cx = 0,44
폭스바겐 "거북이"
제조 1951, Cx = 0,40
판 하르트 디나
1954 년에 제조, Cx = 0,26.
포르쉐 356 A
1957 년에 제조, Cx = 0,36.
MG EX 181
1957 년 생산, Cx = 0,15
시트로엥 DS 19
제조 1963, Cx = 0,33
NSU 스포츠 프린스
제조 1966, Cx = 0,38
메르세데스 S 111
제조 1970, Cx = 0,29
볼보 245 부동산
제조 1975, Cx = 0,47
아우디 100
제조 1983, Cx = 0,31
메르세데스 W 124
제조 1985, Cx = 0,29
람보르기니 백작
제조 1990, Cx = 0,40
토요타 프리우스 1
제조 1997, Cx = 0,29
