Cos'è l'aerodinamica delle auto?

Guardando fotografie storiche di modelli di auto leggendarie, chiunque noterà immediatamente che man mano che ci avviciniamo ai nostri giorni, la carrozzeria del veicolo diventa sempre meno spigolosa.

Ciò è dovuto all'aerodinamica. Consideriamo qual è la particolarità di questo effetto, perché è importante tenere conto delle leggi aerodinamiche, e anche quali auto hanno un cattivo coefficiente di razionalizzazione e quali sono buone.

Cos'è l'aerodinamica dell'auto

Per quanto strano possa sembrare, più velocemente l'auto si muove lungo la strada, più tenderà a sollevarsi da terra. Il motivo è che il flusso d'aria con cui si scontra il veicolo viene tagliato in due parti dalla carrozzeria. Uno va tra il fondo e il manto stradale, e l'altro va oltre il tetto e gira intorno al contorno della macchina.

Se guardi il corpo dell'auto di lato, visivamente assomiglierà a un'ala di un aeroplano. La particolarità di questo elemento dell'aereo è che il flusso d'aria sopra la curva passa più percorso che sotto la parte dritta della parte. Per questo motivo, viene creato un vuoto, o vuoto, sopra l'ala. Con l'aumentare della velocità, questa forza solleva di più il corpo.

Un effetto lifting simile viene creato per l'auto. Il monte scorre attorno al cofano, tetto e bagagliaio, mentre il valle scorre intorno al fondo. Un altro elemento che crea ulteriore resistenza sono le parti del corpo vicine alla verticale (griglia del radiatore o parabrezza).

La velocità di trasporto influisce direttamente sull'effetto lifting. Inoltre, la forma del corpo con pannelli verticali crea turbolenza aggiuntiva, che riduce la trazione del veicolo. Per questo motivo, i proprietari di molte auto classiche con forme angolari, durante la messa a punto, attaccano necessariamente uno spoiler e altri elementi alla carrozzeria che consentono di aumentare il carico aerodinamico dell'auto.

Perché ne hai bisogno

L'ottimizzazione consente all'aria di fluire più velocemente lungo il corpo senza inutili vortici. Quando la macchina è ostacolata dalla maggiore resistenza dell'aria, il motore utilizzerà più carburante, come se la macchina stesse trasportando un carico aggiuntivo. Ciò influenzerà non solo l'economia dell'auto, ma anche la quantità di sostanze nocive che verranno rilasciate nell'ambiente attraverso il tubo di scarico.

Progettando auto con aerodinamica migliorata, gli ingegneri delle principali case automobilistiche calcolano i seguenti indicatori:

• Quanta aria deve entrare nel vano motore affinché il motore riceva un adeguato raffreddamento naturale;
• In quali parti del corpo verrà portata l'aria fresca per l'interno dell'auto, nonché dove verrà scaricata;
• Cosa si può fare per rendere l'aria meno rumorosa in macchina;
• La forza di sollevamento deve essere distribuita su ciascun asse secondo le caratteristiche della forma della carrozzeria del veicolo.

Tutti questi fattori vengono presi in considerazione durante lo sviluppo di nuovi modelli di macchina. E se prima gli elementi del corpo potevano cambiare drasticamente, oggi gli scienziati hanno già sviluppato le forme più ideali che forniscono un coefficiente ridotto di portanza frontale. Per questo molti modelli di ultima generazione possono differire esternamente solo per piccole modifiche nella forma dei diffusori o dell'ala rispetto alla generazione precedente.

Oltre alla stabilità su strada, l'aerodinamica può contribuire a una minore contaminazione di alcune parti del corpo. Quindi, in una collisione con una raffica di vento frontale, i fari, il paraurti e il parabrezza posizionati verticalmente si sporcheranno più velocemente da piccoli insetti frantumati.

Per ridurre l'effetto negativo dell'ascensore, le case automobilistiche mirano a ridurre autorizzazione al valore massimo consentito. Tuttavia, l'effetto frontale non è l'unica forza negativa che influisce sulla stabilità della macchina. Ingegneri sempre "bilanciano" tra snellimento frontale e laterale. È impossibile ottenere il parametro ideale in ciascuna zona, quindi, quando si produce un nuovo tipo di carrozzeria, gli specialisti fanno sempre un certo compromesso.

Fatti aerodinamici di base

Da dove viene questa resistenza? È tutto molto semplice. Intorno al nostro pianeta c'è un'atmosfera costituita da composti gassosi. In media, la densità degli strati solidi dell'atmosfera (lo spazio dal suolo alla vista a volo d'uccello) è di circa 1,2 kg / metro quadrato. Quando un oggetto è in movimento, si scontra con le molecole di gas che compongono l'aria. Maggiore è la velocità, maggiore sarà la forza che questi elementi colpiranno l'oggetto. Per questo motivo, entrando nell'atmosfera terrestre, la navicella inizia a riscaldarsi fortemente per attrito.

Il primo compito che gli sviluppatori del nuovo design del modello stanno cercando di affrontare è come ridurre la resistenza. Questo parametro aumenta di 4 volte se il veicolo viene accelerato in un intervallo compreso tra 60 km / ha 120 km / h. Per capire quanto questo sia significativo, considera un piccolo esempio.

Il peso del trasporto è di 2 mila kg. Il trasporto accelera a 36 km / h. Allo stesso tempo, vengono spesi solo 600 watt di potenza per superare questa forza. Tutto il resto viene speso per l'overclock. Ma già a una velocità di 108 km / h. Si stanno già utilizzando 16 kW di potenza per vincere la resistenza frontale. Quando si guida a una velocità di 250 km / h. l'auto spende già fino a 180 cavalli in forza di resistenza. Se il guidatore vuole accelerare ancora di più la macchina, fino a 300 chilometri orari, oltre alla potenza per aumentare la velocità, il motore dovrà consumare 310 cavalli per far fronte al flusso d'aria frontale. Ecco perché un'auto sportiva ha bisogno di un propulsore così potente.

Per sviluppare il trasporto più snello, ma allo stesso tempo abbastanza comodo, gli ingegneri calcolano il coefficiente Cx. Questo parametro nella descrizione del modello è il più importante per quanto riguarda la forma del corpo ideale. Una goccia d'acqua ha una dimensione ideale in questa zona. Ha questo coefficiente di 0,04. Nessuna casa automobilistica accetterebbe un design così originale per il suo nuovo modello di auto, sebbene ci siano state opzioni in questo design prima.

Esistono due modi per ridurre la resistenza al vento:

1. Modificare la forma del corpo in modo che il flusso d'aria circoli il più possibile intorno all'auto;
2. Rendi la macchina stretta.

Quando la macchina è in movimento, su di essa agisce una forza verticale. Può avere un effetto di riduzione della pressione che ha un effetto positivo sulla trazione. Se non si aumenta la pressione sull'auto, il vortice risultante garantirà la separazione del veicolo da terra (ogni produttore cerca di eliminare il più possibile questo effetto).

D'altra parte, mentre l'auto è in movimento, la terza forza agisce su di essa: la forza laterale. Quest'area è ancora meno controllabile, poiché è influenzata da molte quantità variabili, come il vento laterale quando si guida in rettilineo o in curva. La forza di questo fattore non è prevedibile, quindi gli ingegneri non corrono rischi e creano casi con una larghezza che consente di fare un certo compromesso nel rapporto Cx.

Per determinare in che misura è possibile tenere conto dei parametri delle forze verticali, frontali e laterali, i principali produttori di veicoli stanno creando laboratori specializzati che conducono test aerodinamici. A seconda delle possibilità del materiale, questo laboratorio può includere una galleria del vento, in cui viene controllata l'efficienza dell'ottimizzazione del trasporto sotto un grande flusso d'aria.

Idealmente, i produttori di nuovi modelli di auto cercano di portare i loro prodotti a un coefficiente di 0,18 (oggi questo è l'ideale) o di superarlo. Ma nessuno è ancora riuscito nel secondo, perché è impossibile eliminare altre forze che agiscono sulla macchina.

Forza di serraggio e sollevamento

Ecco un'altra sfumatura che influisce sulla gestibilità del trasporto. In alcuni casi, il trascinamento non può essere ridotto a icona. Un esempio di questo sono le vetture di F1. Sebbene il loro corpo sia perfettamente aerodinamico, le ruote sono aperte. Questa zona pone i maggiori problemi ai produttori. Per tale trasporto, Cx è compreso tra 1,0 e 0,75.

Se in questo caso non è possibile eliminare il vortice posteriore, è possibile utilizzare il flusso per aumentare la trazione con il cingolo. Per fare ciò, sul corpo vengono installate parti aggiuntive che creano deportanza. Ad esempio, il paraurti anteriore è dotato di uno spoiler che ne impedisce il sollevamento da terra, cosa estremamente importante per un'auto sportiva. Un'ala simile è attaccata alla parte posteriore dell'auto.

L'ala anteriore non dirige il flusso sotto l'auto, ma sulla parte superiore della carrozzeria. Per questo motivo, il muso del veicolo è sempre rivolto verso la strada. Dal basso si forma un vuoto e l'auto sembra aderire alla pista. Lo spoiler posteriore impedisce la formazione di un vortice dietro l'auto: la parte interrompe il flusso prima che inizi a essere aspirata nella zona del vuoto dietro il veicolo.

Piccoli elementi influenzano anche la riduzione della resistenza. Ad esempio, il bordo del cofano di quasi tutte le auto moderne copre le spazzole del tergicristallo. Poiché la parte anteriore dell'auto incontra soprattutto il traffico in arrivo, viene prestata attenzione anche a elementi così piccoli come i deflettori delle prese d'aria.

Quando si installano kit per il corpo sportivo, è necessario tenere conto del fatto che il carico aerodinamico aggiuntivo rende l'auto più sicura sulla strada, ma allo stesso tempo il flusso direzionale aumenta la resistenza. Per questo motivo, la velocità massima di tale trasporto sarà inferiore rispetto a quella senza elementi aerodinamici. Un altro effetto negativo è che l'auto diventa più vorace. È vero, l'effetto del body kit sportivo si farà sentire a velocità di 120 chilometri all'ora, quindi nella maggior parte delle situazioni su strade pubbliche tali dettagli.

Modelli con scarsa resistenza aerodinamica:

Sh 0,7 - Caterham 7

Cx 0,6 - UAZ (469, Hunter)

Cx 0,58 - Jeep Wrangler (TJ)

Cx 0,57 - Aragosta (H2)

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

Peso 0,54 - Mercedes-Benz (classe G)

Cx 0,53 - VAZ 2121

Modelli con buona resistenza aerodinamica:

Sh 0,18 - VW XL1

Cx 0,19 - GM EV1

Cx 0,21 - Tesla (Model3)

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 (Modello X)

Cx 0,24 - Hyundai Sonata

Cx 0,24 - Toyota Prius

Cx 0,24 - Mercedes-Benz classe C.

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 (serie 3 nella parte posteriore della E90)

Cx 0,26 - BMW i8

Cx 0,26 - Mercedes-Benz (B)

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

Cx 0,26 - Jaguar XE

Cx 0,26 – Nissan GT-R

Cx 0,26 - Infiniti Q50

Inoltre, guarda un breve video sull'aerodinamica dell'auto:

Che cos'è l'aerodinamica dell'auto? Come migliorare l'aerodinamica? Come NON far uscire un aereo da un'auto?