سایت جامع خودرو در ایران


» bugatti ماشین 98

کانال تلگرام ما ما را از طریق کانال دنبال کنید.
امام حسین (ع) : بخشنده ترین مردم کسی است که در هنگام قدرت می بخشد.
دوشنبه ۳ مهر ۱۳۹۶


انگاشت کنید که با سرعت ۱۰۰ کیلومتربرساعت با خودروی خود به دیواری آجری برخورد کنید. بی گمانً بدنه‌ی فلزی خودرو به سختیً آسیب می‌بیند و شیشه‌ی جلوی خودرو نیز خرد می‌شود و ایربگ‌ها باز می‌شوند؛ ولی حتی با داشتن چنین امکانات ایمنی که ما در خودروهای امروزین داریم از این برخورد می‌توان به‌سرنویس تصادفی سخت یادکرد. خودروها برای جنبش در دیواری آجری طراحی نشده‌اند؛ ولی دیوار دیگری هستی دارد که خودروها از آغاز ورودی برای جنبش در هنگام طراحی‌شده‌اند؛ دیواری از هوا که در برابر جنبش خودرو در سرعت‌های بالا از خود پایداری نشان می‌دهد.

در سرعت‌های پایین و هنگامی‌که باد چندانی نمی‌وزد، بسیار دشوار می‌توان به تعامل هوا و وسایل نقلیه پی برد؛ ولی در سرعت‌های بالا و در هنگام وزش باد، پایداری هوا که بر وسیله‌ای که در هنگام جنبش می‌کند وارد می‌شود و هنگام را به‌سرنویس نیروی درگ می‌شناسند، تأثیر بسیاری بر شتاب‌گیری خودرو، مهار هنگام و مصرف سوخت خواهد داشت.

در این مرحله است که دانش آیرودینامیک وارد کنش می‌شود. آیرودینامیک می‌تواند دانش مطالعه‌ی نیروها و نتایج برآمده از جنبش کالبد ها در هوا دانست. برای چندین دهه است که خودروها با دیدگاه آیرودینامیکی طراحی می‌شوند و خودروسازان با به‌کارگیری نوآوری‌های انبوه، جنبش خودرو از میان این دیوار هوایی را آسان‌تر کرده‌اند؛ به‌خصوص در طراحی‌هایی که جریان هوا از قسمت‌های گوناگون خودرو عبوری می‌کند، پایداری هوا در شتاب گیری وسیله کمتر می‌شود که درنتیجه مصرف سوخت نیز بهبود می‌یابد، زیرا موتور سیکلت در شرایط عملکردی پسندیده‌تری تکاپو می‌کند و دیگر نیازی نیست تا با بیشینه توان به فرآوری نیرو لازم برای جنبش خودرو بپردازد.

مهندسان برای رسیدن به چنین نتایجی، روش‌های بسیاری را گسترش دادند؛ به‌سرنویس‌اگزمپل برای مقال طراحی کروی‌تر خودروها و ابزارها بیگانه هنگام سبب می‌شود تا پایداری هوای عبوری به کمترین مقدار خود برسد؛ در خودروهای با عملکرد بالاتر حتی بخش‌هایی برای عبور هوا از بخش زیرین خودرو تعبیه‌شده است. همچنین در پاره‌ای از خودروها از اسپویلر (بالچه‌ی عقب) برای از میان بردن نیروی لیفت وارد بر خودرو که مایه ناپایداری هنگام در سرعت‌های بالا می‌شود، کاربرد می‌کنند.

دانش آیرودینامیک

پیش از پرداختن به این جستار که آیرودینامیک چگونه به‌چهره کاربردی در خودروها اعمال می‌شود، به بیان فیزیکی این دانش می‌پردازیم.

با جنبش کردن هر جسمی در اتمسفر، ذرات هوای کناره ‎ ها هنگام جابجا می‌شوند؛ این رخداد تحت تأثیر نیروی کشش و درگ رخ می‌دهد. هنگامی‌که یک جسم صلب درون یک جسم آ مانند آب یا هوا عبور می‌کند، نیروی درگ به هستی می‌آید. این نیرو با سرعت جسم متناسب است و با افزایش سرعت مقدار هنگام نیز افزایش می‌یابد.

برای اندازه‌گیری جنبش کالبد ها از قوانین نیوتن کاربرد می‌شود؛ در این قوانین المان‌هایی همانند بزه، سرعت، وزن، نیروهای بیگانه و شتاب. نیروی درگ  هستی دارند که بر شتاب گیری جسم تأثیر سر راست دارند. شتاب بر پایه رابطه‌ی F=ma به دست می‌آید که در اینجا F از تفاضل میان نیروهای وزن و درگ به دست می‌آید.

با شتاب گرفتن جسم، سرعت و نیروی درگ نیز افزایش می‌یابند؛ افزایش نیروی درگ تا زمانی پیوسته می‌یابد که این نیرو با نیروی وزن جسم برابر شود که در این حالت شتاب جسم به صفر می‌رسد و جسم با سرعت ثابت به جنبش خود پیوسته می‌دهد. این گزاره به این معناست که هرچه خودرو تند‌تر جنبش می‌کند، پایداری هوا نیز بیشتر می‌شود که مایه محدودیت در شتاب‌گیری وسیله و رسیدن به ‌سرعت‌های ویژه می‌شود.

چگونه تمام این المان‌ها در طراحی خودرو در نظر گرفته می‌شوند؟ بگذارید پیش درآمد به تعریف یک شماره بسیار مهم به نام ضریب درگ بپردازیم. ضریب درگ درواقع یکی از فاکتورهای اصلی برای بررسی جنبش جسم در هوا است. ضریب درگ(Cd) بر پایه رابطه‌ی زیر محاسبه می‌شود:

(Cd=D/(A*0.5*rho*V^2

در این رابطه D نیروی درگ، A گستره جسم،  rho چگالی هوا و V سرعت جسم است. ولی این پرسش پیش می‌آید که طراحان خودرو چه ضریب درگی را در طراحی‌های آیرودینامیک خود در نظر می‌گیرند؟

 ضریب درگ

تا به اینجا آموختیم که ضریب درگ تصویری از پایداری هوای اندازه‌گیری شده در برابر یک جسم را به ما نشان می‌دهد؛ حال انگاشت کنید که چه مقدار نیرو در برابر خودرو در حین جنبش هنگام در جاده به هستی می‌آید؛ در سرعت ۱۰۰ کیلومتربرساعت، نیروی درگ وارد بر خودرو ۴ برابر نیروی وارد بر هنگام در سرعت ۵۰ کیلومتر بر ساعت است. ویژگی‌های آیرودینامیکی یک خودرو ابزارهایی برای رسیدن به ضریب درگ کمتر هستند. به هر میزان که ضریب درگ کمتر باشد، خودروی آیرودینامیک‌تر است و آسان‌تر می‌تواند از دیوار هوا عبور کند.

حال نگاهی به چندی از خودروها و ضریب درگ هنگام‌ها می‌پردازیم. خودروهای جعبه مانند volvo در دهه‌ی ۷۰ تا ۸۰ میلادی را در نظر بگیرید؛ مدل سدان ۹۶۰ volvo ضریب درگی برابر ۰.۳۶ داشته است. مدل‌های جدیدتر و امروزی volvo که طراحی صیقلی و منحنی شکلی دارند مانند سدان S90 ضریب درگ ۰.۲۸ دارد. این اعداد حقیقتی را پابرجا کردن می‌کند؛ هرچه خودرو طراحی صیقلی‌تر و منحنی‌تری داشته باشد، آیرودینامیک‌تر از خودروهای جعبه مانند اولیه می‌شود؛ ولی انگیزه این رخداد چیست؟

volvo volvo

volvo S90 مدل ۲۰۱۷

برای درک این مسئله به آیرودینامیک‌ترین شی‌ء موجود در طبیعت یعنی قطره‌ی اشک، نگاهی می‌اندازیم. قطره‌ی اشک سطحی هموار و منحنی و مخروطی شکلی دارد و هوا به‌آرامی تا هنگامی‌که اشک به زمین می‌رسد، از کنار هنگام عبور می‌کند. در خودروها نیز این پدیده راستگو است. به هر میزان که طراحی خودرو منحنی شکل و هموار باشد، جریان هوا آرام‌تر از کنار هنگام عبور می‌کند و پایداری هوا کاهش می‌یابد.

امروزه اکثر خودروها ضریب درگی برابر ۰.۳ دارند. خودروهای اس‌یو‌وی (SUV) که به انگیزه ویژگی‌هایی خاصی که دارند، ظاهری جعبه مانند دارند ضریب درگی میان ۰.۳ تا ۰.۴ یا بیشتر دارند. به‌سرنویس‌اگزمپل برای مقال در toyota پریوس ، نما منحصربه‌فرد هنگام به انگیزه طراحی آیرودینامیکی ویژه هنگام است. در کنار دیگر فاکتورهای عملکردی، toyota پریوس ضریب درگ ۰.۲۶ دارد تا بتواند مسافت‌های بالایی را طی کند. درواقع به ازای هر ۰.۰۱ کاهش ضریب درگ نزدیک ۰.۰۹ کیلومتر به ازای مصرف هر لیتر سوخت به شعاع حرکتی پریوس افزوده می‌شود.

تاریخچه‌ی طراحی آیرودینامیک خودرو

باوجوداینکه دانشمندان کم‌وبیش از فاکتورهایی که مایه آیرودینامیک شدن طراحی‌ها می‌شد آگاه بودند، ولی اجرا کردن این اصول روی طراحی خودروها مدت‌زمان زیادی به درازا انجامید. در خودروهای اولیه نزدیک به هیچ‌چیز آیرودینامیکی نبود. به‌سرنویس‌اگزمپل برای مقال فرآورده اولیه‌ی ford بانام مدل T با طراحی جعبه شکلی که داشت همانند یک کالسکه‌ی بدون اسب بود. بسیاری از این خودروهای اولیه‌ی نیاز چندانی به ابزارهای آیرودینامیکی نداشتند زیرا نسبتاً بسیار آهسته جنبش می‌کردند. با این‌ حال، خودروهای پیکار‌ای در اوایل سال ۱۹۰۰ میلادی، طراحی مخروطی شکل و ویژگی‌های اولیه‌ی آیرودینامیکی داشتند.

ford-T model

ford مدل T، ساخت ۱۹۰۸

در سال ۱۹۲۱، اِدموند رامپِلر، مخترع آلمانی، خودروی با طراحی مخروطی شکل بانام رامپلر-تروپ‌فِن آتو را فرآوری کرد. این خودرو که بر پای بست آیرودینامیک‌ترین شکل در طبیعت طراحی‌شده است، ضریب درگ برابر ۰.۲۷ داشت؛ ولی نما منحصربه‌فرد باره پروا عموم پیمان نگرفت و تنها ۱۰۰ دستگاه از این خودرو ساخته شد.

Rumpler-Tropfenauto

 رامپلر-تروپ‌فِن آتو

در آمریکا ولی یکی از بزرگ‌ترین شرکت‌ها در طراحی آیرودینامیکی با طرح chrysler ایرفلو در سال ۱۹۳۰ به میدان آمد. این طرح که با الهام از پرواز پرندگان طراحی‌شده بود، یکی از نخستین خودروهای با طراحی اولیه‌ی آیرودینامیکی بود. افزون بر این خودرو با تکنیک‌های ویژه ساختمانی و پخش وزن تقریبی ۵۰-۵۰ به بازار عرضه شد؛ ولی همانند طرح آلمانی این خودرو به انگیزه نما غیرمتعارفی که داشت باره بخت همگانی پیمان نگرفت.

 Chrysler Airflow

chrysler ایرفلو

در دهه‌های ۵۰ تا ۶۰ میلادی، پیشرفت‌ها در آیرودینامیک خودرو آغاز شد. مهندسان با آزمایش تجربی طراحی‌های گوناگون پی بردند که به کارگیری ابزارهایی مانند اسپویلرهای جلو و عقب، دماغه‌ی بیلچه‌ مانند و به کارگیری کیت‌های مورداستفاده در هواپیماها، می‌توانند با شتاب‌های بالاتر و پایداری بهتری در خودروهای پیکار‌ای دست یا‌بند؛ ولی این طرح‌ها با فرآوری جدید audi بانام Audi 100 در سال ۱۹۸۰ میلادی وارد بازار خودروهای بازرگانی شد و امروزه به‌چهره گسترده از این ابزارهای در خودروها کاربرد می‌شود.

اندازه‌گیری درگ با به کارگیری دالان باد

برای اندازه‌گیری بهره وری آیرودینامیکی یک خودرو در شرایط حقیق، مهندسان از ابزاری همانند که در صنایع هواپیماسازی کاربرد می‌شود، کاربرد می‌کنند. این ابزار دالان باد نام دارد. دالان باد اساساً هندسه‌ی لوله‌شکل بزرگی دارد که یک فن مایه برپایی جریان هوا در هنگام می‌شود؛ مهندسان با پیمان دادن جسم موردنظر که در اینجا خودرو است در دالان باد به اندازه‌گیری پایداری هوا می‌پردازند. هواپیما یا خودرویی که در دالان باد پیمان دارد در جای خود ثابت است و باد با سرعت‌های گوناگون برای مانند‌سازی شرایط حقیق به‌وسیله‌ی فن فرآوری می‌شود. در پاره‌ای از موارد حتی از مدل حقیق خودرو برای انجام آزمایش‌های دالان باد کاربرد نمی‌شود و از مدل با ابعاد حقیق این خودرو برای بررسی جریان هوا کاربرد می‌شود؛ با عبور هوا بر روی خودرو کامپیوترها به‌اندازه گیری ضریب درگ می‌پردازند.

mercedes cla- wind tunnel test

آزمایش دالان باد مرسدس‌بنز-برای آشکارسازی جریان هوا از دود کاربرد می‌کنند

Pagani-Zonda-F-wind tunnel test

آزمایش دالان باد پاگانی زوندا

افزونه‌های آیرودینامیکی

علاوه بر نیروی درگ در دانش آیرودینامیکی نیروهای دیگری نیز هستی دارند؛ نیروی لیفت (Lift) و دان‌فورس(Downforce) ازجمله این نیروها هستند. نیروی لیفت در جهت مخالف نیروی وزن و به سمت بالا به جسم اعمال می‌شود و نیروی دان‌فورس (نیروی عمود بر سطح) در جهت نیروی وزن وارد می‌شود و مایه چسبندگی بیشتر وسیله به سطح زمین می‌شود.

drag-downforce

شدنی است اندیشه کنید که خودروهای مسابقات ساختاره ۱  به انگیزه سرعت بسیار بالایی که دارند کمترین ضریب درگ را داشته باشند؛ ولی درواقع یک خودروی ساختاره ۱ عادی ضریب درگی برابر ۰.۷ دارد؛ ولی چگونه این خودروها می‌توانند با سرعتی بیشتر از ۳۰۰ کیلومتر بر ساعت جنبش کنند؟

این توانایی به انگیزه هستی نیروی دان‌فورسی است که فرآوری می‌کنند؛ با پروا به سرعتی که این خودروها دارند و همچنین وزن بسیار پایین هنگام‌ها، در سرعت‌های خاصی نیروی لیفت به هنگام‌ها وارد می‌شود که می‌تواند هنگام‌ها را همانند هواپیما از زمین بلند کند؛ به این منظور نیروی دان‌فورس باید به بیشتر مقدار خود برسد تا خودرو در سرعت‌های بالا چسبندگی خود به جاده را حفظ کند و این فرمایش تنها با افزایش ضریب درگ به مقدار لازم شدنی است. یک خودروی امروزین ساختاره یک نیروی دان‌فورسی برابر با ۳.۵ برابر نیروی کشش‌ی زمین فرآوری می‌کند؛ این مقدار نیروی دان‌فورس این قابلیت را برپایی می‌کند که خودرو به‌راحتی و به‌چهره وارونه بر روی سقف یک دالان جنبش کند.

در خودروهای ساختاره یک، ۶۰ درصد نیروی دان‌‌فورس لازم را از راه اسپویلرهای نصب‌شده در جلو و عقب خودرو تأمین می‌شود. این باله‌ها با تغییر گذرگاه جریان هوا مایه تأمین نیروی لازم برای چسبندگی بیشتر خودرو به جاده و پشت سر گذاشتن پیچ‌ها با سرعت بالاتر، می‌شوند؛ ولی در مسیرهای سر راست باید ترازمندی نیرویی میان لیفت و دان‌فورس هستی داشته باشد تا خودرو بتواند به‌سرعت دلخواه دست یابد.

formula 1 front spoiler

اسپویلر جلو

formula 1 rear spoiler

اسپویلر عقب

IT‌های کاربرد‌شده در مسابقات ساختاره یک، به‌تدریج به شرکت‌های تولیدکننده‌ی خودرو منتقل شد. اکثر خودروهای تولیدی امروزی از افزونه‌های آیرودینامیکی برای فرآوری دان‌فروس کاربرد می‌کنند؛ به‌طور اگزمپل برای مقال در nissan GT-R با اینکه انتقادهایی که از سوی خرده گیران به طراحی این خودرو وارد شد، همگی بدنه خودرو به گونه ای طراحی‌شده بود تا کانال‌های هوایی عبوری از بدنه‌ را به سمت انتهای بیضی‌شکل خودرو و اسپویلر عقب هنگام هدایت کند تا نیروی دان‌فورس موردنیاز تأمین شود.

nissan GT-R 2017

همچنین از IT که هنگام را بانام آیرودینامیک پرکار می‌شناسند به‌طور گسترده در خودروهای اسپرت و سوپر اسپرت کاربرد می‌شود. در پیوسته به نمونه‌هایی از این IT‌ها نگاهی می‌اندازیم.

شرکت BMW

شرکت BMW در طی برنامه‌ی بهبود عملکرد خودروهای خود به‌طور گسترده از قابلیت‌های آیرودینامیکی کاربرد کرده است که به چندی از هنگام‌ها اشاره می‌کنیم.

اسپویلر عقب هوشمند

در سرعت ۱۱۰ کیلومتر بر ساعت، اسپویلر عقب به‌چهره هوشمند بالا می‌آید و مایه کاهش نیروی درگ و لیفت و بهبود فرمان پذیری خودرو در جاده می‌شود. در سرعت ۷۰ کیلومتر بر ساعت، این اسپویلر به‌چهره خودکار جمع می‌شود.

bmw-active rear spoiler

ایر بریزِر

bmw-air breather

‌با کاربرد‌ از ایر بریزر که درواقع کانال خروجی هوا در چرخ‌های جلو است، با افزایش شتاب و سرعت خودرو پایداری هوا تغییر چندانی نمی‌کند زیرا این کانال خروجی مایه کاهش جریان آشفته‌ی هوا و همچنین برونرفت جریان چرخشی هوا در گلگیر و زیر گلگیر خودرو می‌شود.

ایر کارتِین

هنگامی‌که شما خودروی خود را مهار می‌کنید، ایر کارتین با کاهش پایداری هوا با راه‌حلی ساده ولی کاربردی، جریان هوا را برای شما مهار می‌کند. ایر کارتین یک کانال باریک هوایی است که با سرعت دادن به جریان هوا و هدایت هنگام برای عبور از چرخ‌ها مایه کاهش جریان آشفته‌ (Turbulence) در گلگیر و زیر گلگیر خودرو و کاهش نیروی درگ وارد بر بدنه و همچنین کاهش مصرف سوخت و انتشار گاز کربن دی‌اکسید می‌شود.

bmw-air curtain

ورودی‌های هوای هوشمند در جلوپنجره‌ها

bmw-Active air stream kidney grille

دریچه‌های تعبیه‌شده در جلوپنجره در حالتی که نیازی به ورود هوا نیست بسته هستند و سیستم در هنگامی‌که پیشران، ترمزها و دیگر قطعات خودرو به هوا نیاز دارند، دریچه‌های را باز می‌کند. این کنش مایه افزایش عملکرد آیرودینامیکی خودرو و کاهش مصرف سوخت هنگام می‌شود.

رینگ‌های آیرودینامیکی

‌طراحی رینگ‌های آیرودینامیکی که از پره‌های توربین موتورهای هوایی الهام گرفته‌شده است با بهبود جریان عبوری از کنار چرخ‌ها، مایه بهبود عملکرد آیرودینامیکی خودرو می‌شود.

bmw-aero wheel rime

 شرکت Bugati

ابر خودروی بوگاتی شیرون باقدرت ۱۵۰۰ اسب بخاری و سرعت بسیار بالایی که دارد به‌شدت نیازمند سیستمی برای خنک کاری موتور سیکلت و بهبود هندلینگ هنگام در سرعت‌های بالا است؛ لذا با روش‌هایی که در پیوسته می‌بینید این نیاز خود را برطرف کرده‌اند.

bugatti chiron

جریان هوای عبوری از قسمت جلویی بوگاتی شیرون

bugatti chiron

جریان هوای عبوری از قسمت انتهایی بوگاتی شیرون

شرکت Porsche

این شرکت نیز در porsche ۹۱۸ از آیرودینامیک پرکار به فراوانی کاربرد کرده است که ازجمله‌ی هنگام می‌توان به مهار دریچه‌های ورودی جلو، اسپویلر عقب و صفحه‌های متحرک در زیر خودرو اشاره کرد.

porsche 918-active aerodynamic

مطالب بیان شده تنها بخشی از اقدامات انجام شده در دنیای خودرو است. با نگاهی به کناره ‎ ها، تاثیرات دانش آیرودینامیک بر همگی بخش‌های زندگی را می‌توانیم تماشا کنیم.



لینک منبع


مطالب محبوب