乱流
現代のテクノロジーが車の空気力学をどのように変えているか
空気抵抗が少ないため、燃料消費量を削減できます。 ただし、この点では、開発の大きなチャンスがあります。 もちろん、これまでのところ、空気力学の専門家は設計者の意見に同意しています。
「オートバイを作れない人のための空気力学。」 これらの言葉は60年代にエンツォフェラーリによって話され、自動車のこの技術的側面に対する当時の多くのデザイナーの態度を明確に示しています。 しかし、わずかXNUMX年後に最初の石油危機が起こり、それらの価値体系全体が根本的に変化しました。 自動車の動きにおけるすべての抵抗力、特に空気層を通過する結果として生じる抵抗力が、消費される燃料の量に関係なく、エンジンの排気量と出力を増加させるなどの広範な技術的解決策によって克服されるとき、彼らは去り、エンジニアは始まりますあなたの目標を達成するためのより効果的な方法を探します。
現時点では、空気力学の技術的要因は忘却ダストの厚い層で覆われていますが、設計者にとってまったく新しいものではありません。 技術の歴史は、77代でさえ、ドイツのエドマンドランパーやハンガリーのポールジャライ（タトラT1930のカルトを作成した）などの先進的で独創的な脳が流線型の表面を形作り、車体設計への空力的アプローチの基礎を築いたことを示しています。 その後、バロンラインハルトフォンケニッヒファクセンフェルトやウニバルドカムなど、XNUMX年代に彼らのアイデアを発展させた空力専門家の第XNUMX波が続きました。
速度が上がると限界があり、それを超えると空気抵抗が車の運転に重要な要素になることは誰の目にも明らかです。 空気力学的に最適化された形状を作成すると、この制限が大幅に上方に移動する可能性があり、いわゆるフロー係数 Cx で表されます。これは、1,05 の値で立方体が気流に対して垂直に反転するためです (軸に沿って 45 度回転すると、その上流のエッジは 0,80 に減少します)。 ただし、この係数は空気抵抗方程式の一部にすぎません。車の前面面積 (A) のサイズは、必須要素として追加する必要があります。 空気力学者の最初のタスクは、空気力学的に効率的なクリーンな表面を作成することです (その要因は、後で説明するように、車内に多く存在します)。これにより、最終的に流量係数が減少します。 後者を測定するには、風洞が必要ですが、これは費用がかかり、非常に複雑な施設です。この例は、2009 年に委託された BMW の 170 億 XNUMX 万ユーロのトンネルです。 その中で最も重要なコンポーネントは、別の変電所が必要なほど多くの電力を消費する巨大なファンではなく、エア ジェットが車に及ぼすすべての力とモーメントを測定する正確なローラー スタンドです。 彼の仕事は、車と空気の流れのすべての相互作用を評価し、スペシャリストが細部を研究し、空気の流れを効率的にするだけでなく、設計者の希望に従って変更できるようにすることです。 . 基本的に、車が遭遇する主な抗力成分は、車の前の空気が圧縮されて移動するときに発生し、非常に重要なことですが、車の後ろの激しい乱気流から発生します。 そこでは、車を引っ張る傾向のある低圧ゾーンが形成され、それが渦の強い影響と混ざり合い、空力学者はこれを「デッドエキサイテーション」と呼んでいます。 論理的な理由から、不動産モデルの背後では、減圧レベルが高くなり、その結果、流量係数が低下します。
空力抵抗係数
後者は、車の全体的な形状などの要因だけでなく、特定の部品や表面にも依存します。 実際には、現代の自動車の全体的な形状とプロポーションは、全空気抵抗の 40% を占めており、その 10 分の 20 は物体の表面構造と、ミラー、ライト、ナンバー プレート、アンテナなどの機能によって決まります。 空気抵抗の 30% は、穴からブレーキ、エンジン、ギアボックスへの流れによるものです。 0,28% は、さまざまなフロアおよびサスペンション構造、つまり車の下で発生するすべての渦の結果です。 そして最も興味深いのは、空気抵抗の最大 0,18% が車輪と翼の周りに生じる渦によるものだということです。 この現象の実際のデモンストレーションは、このことを明確に示しています。自動車の形状が完成して車輪が取り外され、翼の穴が覆われると、自動車あたりの消費係数は 1 から 1 に減少します。 最初のホンダ インサイトや GM の EV0,195 電気自動車など、驚くほど低燃費の車がすべてリア フェンダーを隠しているのは偶然ではありません。 電気モーターが大量の冷却空気を必要としないという事実により、全体的な空力形状と閉じたフロントエンドにより、GM 開発者はわずか 3 の流量係数を持つ EV0,21 モデルを開発することができました。 Tesla モデル XNUMX の Cx は XNUMX です。 いわゆる内燃機関を搭載した車両の車輪の周りの渦を減らすこと。 フロントバンパーの開口部から垂直方向に細い空気の流れの形をした「エアカーテン」が誘導され、ホイールの周りに吹き付けて渦を安定させます。 エンジンへの流れは空力シャッターによって制限され、底は完全に閉じられています。
ローラー スタンドで測定される力が低いほど、Cx は低くなります。 標準によると、それは時速 140 km の速度で測定されます。たとえば、0,30 の値は、車が通過する空気の 30% がその速度まで加速することを意味します。 フロントエリアに関しては、その読み取りにははるかに簡単な手順が必要です。このために、レーザーの助けを借りて、フロントから見たときに車の外部輪郭の輪郭が描かれ、平方メートル単位の閉じたエリアが計算されます。 その後、これに流量係数を掛けて、車両の総空気抵抗 (平方メートル) を取得します。
空気力学的記述の歴史的概要に戻ると、1996 年に標準化された燃料消費量測定サイクル (NEFZ) が作成されたことは、実際には自動車の空気力学的進化 (1980 年代に大幅に進歩した) にマイナスの役割を果たしたことがわかります。 ) 高速移動の期間が短いため、空気力学的要因の影響がほとんどないためです。 流量係数は時間の経過とともに減少しますが、各クラスの車両のサイズが大きくなると、前面面積が増加し、空気抵抗が増加します。 VW ゴルフ、オペル アストラ、BMW 7 シリーズなどの自動車は、1990 年代の先行モデルよりも空気抵抗が高かった. この傾向は、前面面積が大きく交通量が減少している印象的な SUV モデルのコホートによって加速されています。 このタイプの車は、主にその巨大な重量のために批判されてきましたが、実際には、この要因は速度が上がるにつれて相対的に重要性が低くなります.一方、都市の外を約90 km / hの速度で運転する場合、空気抵抗の割合は約 50%、高速道路の速度では、車両が遭遇する総抗力の 80% に増加します。
風洞
車両性能における空気抵抗の役割のもう50つの例は、典型的なスマートシティモデルです。 XNUMX人乗りの車は、街路で軽快に動くことができますが、短くてバランスのとれたボディは、空力の観点から非常に非効率的です。 軽量化により、空気抵抗はますます重要な要素となっており、スマートにより、時速XNUMX kmの速度で強い衝撃を与え始めます。当然のことながら、軽量設計にもかかわらず、低コストへの期待を下回っています。
スマートの欠点にもかかわらず、親会社のメルセデスのエアロダイナミクスへのアプローチは、効率的な形状を作成するプロセスへの系統的で一貫した積極的なアプローチを実証しています。 風洞への投資とこの分野での努力の結果は、この会社で特に顕著であると言えます。 このプロセスの効果の特に顕著な例は、現行の S クラス (Cx 0,24) がゴルフ VII (0,28) よりも風の抵抗が少ないという事実です。 より多くの内部空間を見つける過程で、コンパクトなモデルの形状はかなり大きな正面面積を獲得し、長さが短いため流量係数はSクラスのそれよりも悪く、長い流線型の表面は許可されませんそして主に後方への急激な移行が原因で、渦の形成が促進されます。 VW は、新しい第 0,275 世代のゴルフは、空気抵抗が大幅に減少し、より低く流線型の形状になると断言しましたが、新しい設計とテスト機能にもかかわらず、これは車にとって非常に困難であることがわかりました。 この形式で。 ただし、係数 0,22 で、これまでに製造された中で最も空力性能に優れたゴルフです。 内燃エンジンを搭載した車両あたり 180 という記録された最低の燃料消費率は、Mercedes CLA XNUMX BlueEfficiency のものです。
電気自動車の利点
重量を背景とした空力形状の重要性のもう100つの例は、最新のハイブリッドモデル、さらには電気自動車です。 たとえばプリウスの場合、空気力学的形状の必要性は、速度が上がるとハイブリッドパワートレインの効率が低下するという事実によっても決まります。 電気自動車の場合、電気モードでの走行距離の増加に関連するものはすべて非常に重要です。 専門家によると、XNUMX kgの減量は車の航続距離を数キロだけ伸ばしますが、一方で、空気力学は電気自動車にとって最も重要です。 XNUMXつは、これらの車両の質量が大きいため、回生で消費されるエネルギーの一部を回復できること、XNUMXつ目は、電気モーターの高トルクにより、始動時の重量の影響を補うことができるため、高速および高速では効率が低下します。 さらに、パワーエレクトロニクスと電気モーターは必要な冷却空気が少ないため、車の前部の開口部を小さくできます。これは、前述したように、ボディフローの減少の主な原因です。 設計者が最新のプラグインハイブリッドモデルでより空力的に効率的なフォームを作成するように動機づけるもうXNUMXつの要素は、加速なしの電気のみモード、またはいわゆるです。 セーリング。 用語が使用され、風がボートを動かす必要があるヨットとは異なり、車では空気抵抗が少ない場合、電気駆動の走行距離が増加します。 空気力学的に最適化された形状を作成することは、燃料消費を削減するための最も費用効果の高い方法です。
いくつかの有名な車の消費係数：
メルセデスシンプレックス
製造1904、Cx = 1,05
ランプラードロップワゴン
製造1921、Cx = 0,28
フォードモデルT
製造1927、Cx = 0,70
釜実験モデル
1938年製造、Cx = 0,36。
メルセデスのレコードカー
製造1938、Cx = 0,12
VWバス
製造1950、Cx = 0,44
フォルクスワーゲン「タートル」
製造1951、Cx = 0,40
パナールディナ
1954年製造、Cx = 0,26。
ポルシェ356 A
1957年製造、Cx = 0,36。
MG EX181
1957年生産、Cx = 0,15
シトロエンDS19
製造1963、Cx = 0,33
NSU Sport Prince
製造1966、Cx = 0,38
メルセデスS 111
製造1970、Cx = 0,29
ボルボ245エステート
製造1975、Cx = 0,47
アウディ100
製造1983、Cx = 0,31
メルセデスW 124
製造1985、Cx = 0,29
ランボルギーニカウンタック
製造1990、Cx = 0,40
トヨタプリウス1
製造1997、Cx = 0,29
