Was ist Autoaerodynamik?

Wenn man sich historische Fotos legendärer Automodelle ansieht, wird jeder sofort bemerken, dass die Karosserie eines Fahrzeugs mit zunehmender Annäherung an unsere Tage immer weniger eckig wird.

Dies liegt an der Aerodynamik. Betrachten wir, was die Besonderheit dieses Effekts ist, warum es wichtig ist, die aerodynamischen Gesetze zu berücksichtigen und welche Autos einen schlechten Stromlinienkoeffizienten haben und welche gut sind.

Was ist Autoaerodynamik?

So seltsam es auch klingen mag: Je schneller sich das Auto auf der Straße bewegt, desto mehr neigt es dazu, vom Boden abzuheben. Der Grund ist, dass der Luftstrom, mit dem das Fahrzeug kollidiert, von der Karosserie in zwei Teile geteilt wird. Einer geht zwischen dem Boden und der Fahrbahnoberfläche und der zweite über dem Dach und umrundet die Kontur der Maschine.

Wenn Sie die Karosserie von der Seite betrachten, ähnelt sie optisch einem Flugzeugflügel. Die Besonderheit dieses Elements des Flugzeugs liegt in der Tatsache, dass der Luftstrom über die Biegung mehr Weg als unter dem geraden Teil des Teils passiert. Aus diesem Grund wird über dem Flügel ein Vakuum oder Vakuum erzeugt. Mit zunehmender Geschwindigkeit hebt diese Kraft den Körper mehr an.

Ein ähnlicher Hebeeffekt wird für das Auto erzeugt. Der stromaufwärtige Fluss fließt um die Motorhaube, das Dach und den Kofferraum, während der stromabwärtige Fluss um den Boden fließt. Ein weiteres Element, das zusätzlichen Widerstand erzeugt, sind die Körperteile in der Nähe der Vertikalen (Kühlergrill oder Windschutzscheibe).

Die Transportgeschwindigkeit wirkt sich direkt auf den Hebeeffekt aus. Darüber hinaus erzeugt die Karosserieform mit vertikalen Paneelen zusätzliche Turbulenzen, die die Traktion des Fahrzeugs verringern. Aus diesem Grund bringen die Besitzer vieler klassischer Autos mit eckigen Formen beim Tuning notwendigerweise einen Spoiler und andere Elemente an der Karosserie an, die es ermöglichen, den Abtrieb des Autos zu erhöhen.

Warum das notwendig ist

Durch die Straffung kann die Luft schneller und ohne unnötige Wirbel durch den Körper strömen. Wenn die Maschine durch den erhöhten Luftwiderstand behindert wird, verbraucht der Motor mehr Kraftstoff, als ob die Maschine zusätzliche Last trägt. Dies wirkt sich nicht nur auf die Wirtschaftlichkeit des Autos aus, sondern auch darauf, wie viel Schadstoffe durch das Auspuffrohr in die Umwelt freigesetzt werden.

Bei der Entwicklung von Fahrzeugen mit verbesserter Aerodynamik berechnen Ingenieure führender Automobilhersteller die folgenden Indikatoren:

• Wie viel Luft muss in den Motorraum gelangen, damit der Motor eine ordnungsgemäße natürliche Kühlung erhält?
• In welchen Körperteilen wird die Frischluft für den Innenraum des Fahrzeugs entnommen und wo wird sie abgegeben?
• Was kann getan werden, um die Luft im Auto leiser zu machen?
• Die Hubkraft muss entsprechend den Eigenschaften der Fahrzeugkarosserieform auf jede Achse verteilt werden.

All diese Faktoren werden bei der Entwicklung neuer Maschinenmodelle berücksichtigt. Und wenn sich früher die Körperelemente drastisch ändern könnten, haben Wissenschaftler heute bereits die idealsten Formen entwickelt, die einen reduzierten Frontalliftkoeffizienten bieten. Aus diesem Grund können sich viele Modelle der neuesten Generation äußerlich nur durch geringfügige Änderungen der Form der Diffusoren oder Flügel im Vergleich zur vorherigen Generation unterscheiden.

Neben der Straßenstabilität kann die Aerodynamik zu einer geringeren Kontamination bestimmter Körperteile beitragen. Bei einer Kollision mit einem frontalen Windstoß werden vertikal angeordnete Scheinwerfer, Stoßstange und Windschutzscheibe durch zerschlagene kleine Insekten schneller verschmutzt.

Um die negativen Auswirkungen des Auftriebs zu verringern, versuchen die Autohersteller, diese zu reduzieren Freigabe auf den maximal zulässigen Wert. Der Frontaleffekt ist jedoch nicht die einzige negative Kraft, die die Stabilität der Maschine beeinflusst. Ingenieure "balancieren" immer zwischen frontaler und lateraler Straffung. Es ist unmöglich, in jeder Zone den idealen Parameter zu erreichen. Daher gehen Spezialisten bei der Herstellung eines neuen Körpertyps immer einen bestimmten Kompromiss ein.

Grundlegende aerodynamische Fakten

Woher kommt dieser Widerstand? Alles ist sehr einfach. Um unseren Planeten herum herrscht eine Atmosphäre aus gasförmigen Verbindungen. Im Durchschnitt beträgt die Dichte fester Schichten der Atmosphäre (Raum vom Boden bis zur Vogelperspektive) etwa 1,2 kg / Quadratmeter. Wenn ein Objekt in Bewegung ist, kollidiert es mit Gasmolekülen, aus denen die Luft besteht. Je höher die Geschwindigkeit, desto mehr Kraft treffen diese Elemente auf das Objekt. Aus diesem Grund erwärmt sich das Raumschiff beim Eintritt in die Erdatmosphäre durch Reibung stark.

Die allererste Aufgabe, die die Entwickler des neuen Modelldesigns zu bewältigen versuchen, ist die Reduzierung des Luftwiderstands. Dieser Parameter erhöht sich um das Vierfache, wenn das Fahrzeug im Bereich von 4 km / h bis 60 km / h beschleunigt. Um zu verstehen, wie wichtig dies ist, betrachten Sie ein kleines Beispiel.

Das Gewicht des Transports beträgt 2 Tausend kg. Der Transport beschleunigt auf 36 km / h. Gleichzeitig werden nur 600 Watt Leistung aufgewendet, um diese Kraft zu überwinden. Alles andere wird für das Übertakten ausgegeben. Aber schon mit einer Geschwindigkeit von 108 km / h. Zur Überwindung des Frontalwiderstands werden bereits 16 kW Leistung eingesetzt. Bei einer Geschwindigkeit von 250 km / h. Das Auto verbraucht bereits bis zu 180 PS für die Widerstandskraft. Wenn der Fahrer das Auto noch weiter beschleunigen möchte, bis zu 300 km / h, muss der Motor zusätzlich zur Leistung zur Erhöhung der Geschwindigkeit 310 Pferde verbrauchen, um den frontalen Luftstrom zu bewältigen. Deshalb braucht ein Sportwagen einen so starken Antriebsstrang.

Um den optimiertesten und gleichzeitig recht komfortablen Transport zu entwickeln, berechnen die Ingenieure den Koeffizienten Cx. Dieser Parameter in der Beschreibung des Modells ist der wichtigste im Hinblick auf die ideale Körperform. Ein Wassertropfen hat in diesem Bereich eine ideale Größe. Sie hat diesen Koeffizienten von 0,04. Kein Autohersteller würde einem solchen Originaldesign für sein neues Automodell zustimmen, obwohl es zuvor Optionen für dieses Design gegeben hat.

Es gibt zwei Möglichkeiten, den Windwiderstand zu verringern:

1. Ändern Sie die Form der Karosserie so, dass der Luftstrom so weit wie möglich um das Auto herum strömt.
2. Mach das Auto schmal.

Wenn sich die Maschine bewegt, wirkt eine vertikale Kraft auf sie. Es kann einen Unterdruckeffekt haben, der sich positiv auf die Traktion auswirkt. Wenn der Druck auf das Fahrzeug nicht erhöht wird, sorgt der resultierende Wirbel für die Trennung des Fahrzeugs vom Boden (jeder Hersteller versucht, diesen Effekt so weit wie möglich zu beseitigen).

Während sich das Auto bewegt, wirkt dagegen eine dritte Kraft auf es - die Seitenkraft. Dieser Bereich ist noch weniger kontrollierbar, da er von vielen variablen Werten beeinflusst wird, wie z. B. Seitenwind beim Geradeausfahren oder in Kurven. Die Stärke dieses Faktors kann nicht vorhergesagt werden, daher riskieren die Ingenieure kein Risiko und erstellen Fälle mit einer Breite, die es ermöglicht, einen bestimmten Kompromiss im Cx-Verhältnis einzugehen.

Um festzustellen, inwieweit die Parameter der vertikalen, frontalen und lateralen Kräfte berücksichtigt werden können, richten führende Fahrzeughersteller spezialisierte Labors ein, die aerodynamische Tests durchführen. Abhängig von den Materialmöglichkeiten kann dieses Labor einen Windkanal umfassen, in dem die Effizienz der Rationalisierung des Transports unter einem großen Luftstrom überprüft wird.

Im Idealfall versuchen Hersteller neuer Automodelle, ihre Produkte entweder auf einen Koeffizienten von 0,18 zu bringen (heute ist dies das Ideal) oder diesen zu übertreffen. Aber im zweiten ist es noch niemandem gelungen, weil es unmöglich ist, andere auf die Maschine wirkende Kräfte zu eliminieren.

Spann- und Hubkraft

Hier ist eine weitere Nuance, die die Transportverwaltbarkeit beeinflusst. In einigen Fällen kann der Luftwiderstand nicht minimiert werden. Ein Beispiel dafür sind die F1-Autos. Obwohl ihr Körper perfekt stromlinienförmig ist, sind die Räder offen. Diese Zone stellt die Produzenten vor die größten Probleme. Für einen solchen Transport liegt Cx im Bereich von 1,0 bis 0,75.

Wenn der hintere Wirbel in diesem Fall nicht beseitigt werden kann, kann die Strömung verwendet werden, um die Traktion mit der Spur zu erhöhen. Zu diesem Zweck werden zusätzliche Teile am Körper installiert, die Abtrieb erzeugen. Zum Beispiel ist die vordere Stoßstange mit einem Spoiler ausgestattet, der verhindert, dass sie vom Boden abhebt, was für einen Sportwagen äußerst wichtig ist. Ein ähnlicher Flügel ist am Heck des Autos angebracht.

Der Frontflügel lenkt den Fluss nicht unter das Auto, sondern zum oberen Teil der Karosserie. Aus diesem Grund ist die Nase des Fahrzeugs immer auf die Straße gerichtet. Von unten bildet sich ein Vakuum, und das Auto scheint auf der Strecke zu bleiben. Der Heckspoiler verhindert die Bildung eines Wirbels hinter dem Fahrzeug - das Teil unterbricht den Durchfluss, bevor es in die Vakuumzone hinter dem Fahrzeug gesaugt wird.

Kleine Elemente wirken sich auch auf die Reduzierung des Luftwiderstands aus. Zum Beispiel bedeckt der Rand der Motorhaube fast aller modernen Autos die Wischerblätter. Da die Vorderseite des Autos vor allem auf Gegenverkehr stößt, wird auch auf so kleine Elemente wie Lufteinlassabweiser geachtet.

Bei der Installation von Sport-Bodykits müssen Sie berücksichtigen, dass zusätzlicher Abtrieb das Auto sicherer auf der Straße macht, gleichzeitig aber der Richtungsfluss den Luftwiderstand erhöht. Aus diesem Grund ist die Spitzengeschwindigkeit eines solchen Transports niedriger als ohne aerodynamische Elemente. Ein weiterer negativer Effekt ist, dass das Auto unersättlicher wird. Zwar wird die Wirkung des Sport-Bodykits bei Geschwindigkeiten von 120 Stundenkilometern spürbar sein, so dass in den meisten Situationen auf öffentlichen Straßen solche Details auftreten.

Modelle mit schlechtem Luftwiderstand:

Sh 0,7 - Caterham 7

Cx 0,6 - UAZ (469, Hunter)

Cx 0,58 - Jeep Wrangler (TJ)

Cx 0,57 - Hummer (H2)

Cx 0,56 - VAZ "klassisch" (01, 03, 05, 06, 07)

Сх 0,54 – Mercedes-Benz (G-Klasse)

Cx 0,53 - VAZ 2121

Modelle mit gutem Luftwiderstand:

0,18 1 - VW XLXNUMX

Cx 0,19 - GM EV1

Cx 0,21 - Tesla (Modell 3)

Cx 0,23 - Audi A4

Cx 0,23 - Mercedes-Benz CLA

Cx 0,23 - Mercedes-Benz (S 300h)

Cx 0,24 - Tesla Model S.

Cx 0,24 - Tesla (Modell X)

Cx 0,24 – Hyundai-Sonate

Cx 0,24 - Toyota Prius

Cx 0,24 - Mercedes-Benz C-Klasse

Cx 0,25 - Audi A2

Cx 0,25 - Alfa Romeo (Giulia)

Cx 0,25 - Peugeot 508

Cx 0,25 - Honda Insight

Cx 0,26 - BMW (3er im Heck des E90)

Cx 0,26 - BMW i8

Cx 0,26 - Mercedes-Benz (B)

Cx 0,26 - Mercedes-Benz (E-Klasse)

Box 0,26 - Jaguar XE

Cx 0,26 – Nissan GT-R

Cx 0,26 - Infiniti Q50

Sehen Sie sich außerdem ein kurzes Video über die Aerodynamik von Autos an:

Autoaerodynamik, was ist das? Wie kann man die Aerodynamik verbessern? Wie man aus einem Auto kein Flugzeug macht?