Problema de Porsche
La aerodinámica es una ciencia de medición difícil en el campo científico. Cuando un automóvil está conduciendo, inevitablemente golpeará el aire relativamente quieto, por lo que el aire fluirá. El flujo de aire que salta a la parte inferior del automóvil quedará atrapado temporalmente en varias partes mecánicas debajo del automóvil y el aire será aspirado. por el automóvil en movimiento, de modo que cuando el automóvil pase volando, se recogerán papeles y hojas del suelo. Además, el flujo de aire debajo del automóvil producirá una fuerza de suspensión en la parte delantera y en el compartimiento del motor, debilitando la presión hacia abajo de las ruedas en el suelo y afectando el rendimiento de manejo del automóvil.
Además, gran parte de la potencia se ha consumido cuando el combustible del coche se quema para accionar la maquinaria, y cuando el coche circula a gran velocidad, parte de la potencia también se utilizará para superar resistencia del aire. Por lo tanto, la importancia de la aerodinámica para el diseño de un automóvil no es sólo mejorar el manejo del mismo, sino también reducir el consumo de combustible.
Métodos para lidiar con la flotabilidad
Una forma de lidiar con la flotabilidad es usar un spoiler debajo del auto. Sin embargo, hoy en día son pocos los coches de producción que utilizan este dispositivo, principalmente porque los costes de I+D y de fabricación son demasiado elevados. Sólo el Ferrari 360M, Lotus ESPRIT y Nissan Skyline GT-R han utilizado este dispositivo en coches de producción reciente.
Otro enfoque común es instalar un potente spoiler debajo de la parte delantera del automóvil, que es un poco más largo que la parte delantera del automóvil. Puede dirigir el flujo de aire hacia el capó o a través de la parrilla del radiador y la carrocería. En cuanto a la parte trasera del automóvil, la tarea principal es permitir que el flujo de aire fluya suavemente a través de la carrocería. El flujo de aire en la parte trasera del automóvil debe mantenerse lo más limpio posible.
Si el flujo de aire que pasa a través de la carrocería del automóvil puede seguir fielmente el contorno de la carrocería cuando el automóvil está en marcha, lo llamamos flujo adjunto o laminar (el llamado flujo aerodinámico). La forma de una gota de agua es la forma más estilizada que conocemos hoy. Sin embargo, no es necesario diseñar un automóvil con la forma de una gota de agua para lograr un flujo laminar óptimo. De hecho, las formas tradicionales de los automóviles también pueden lograr buenos efectos LAMIAR. Un método común es controlar el ángulo de inclinación del parabrisas trasero dentro de los 25 grados.
Ferrari 360M y Toyota SUPRA son cupés con esta característica.
De hecho, si miras de cerca el costado de este tipo de cupé, no es difícil encontrar que las líneas de adelante hacia atrás se curvarán hacia arriba hacia el techo, mientras que la parte inferior del cupé es muy plano. De hecho, esta forma es similar a la forma de la sección del ala. Cuando el flujo de aire fluye a través de este objeto con forma de ala, el gas que fluye desde arriba de la carrocería del automóvil debe ser más rápido que el gas que fluye desde debajo de la carrocería, lo que generará una fuerza de flotación. A medida que aumenta la velocidad, la pérdida de carga aerodinámica aumenta gradualmente. Aunque la diferencia de presión entre las partes superior e inferior de la carrocería del automóvil puede ser solo una pequeña, debido a la gran área de las partes superior e inferior de la carrocería, una pequeña diferencia de presión causará una diferencia significativa en agarre. En términos generales, la parte trasera del automóvil es más susceptible a los efectos de la flotabilidad y la parte delantera también puede causar problemas de estabilidad en el manejo.
Los automóviles con parabrisas trasero vertical tradicional, como camionetas, camionetas y hatchbacks, se verán ligeramente afectados por la flotabilidad, porque el flujo de aire se dispersará después de pasar a través de la ventana trasera vertical, formando el llamado efecto de turbulencia. La flotabilidad se reduce, pero estas turbulencias también son una fuente de tensión en el flujo de aire. Los estudios han señalado que para un hatchback como un Golf, si el ángulo entre el techo y el portón trasero está dentro de los 30 grados, provocará una tensión del flujo de aire menor que un diseño que supere los 30 grados. Por eso, algunas personas darían por sentado que, siempre que el ángulo entre la luneta trasera y el techo se controle entre 28 y 32 grados, se pueden tener en cuenta al mismo tiempo los problemas de flotabilidad y tensión del aire. De hecho, el problema no es tan sencillo. Dentro de este rango de ángulo, el flujo de aire no puede adherirse a la carrocería del automóvil ni causar turbulencias, por lo que será difícil predecir el flujo de aire. Debido a que el automóvil no viaja en un plano horizontal, a medida que el sistema de suspensión se mueve hacia arriba y hacia abajo, la distancia del automóvil al suelo es en realidad variable, y la diferencia de presión causada por el flujo de aire que fluye hacia arriba y hacia abajo por la carrocería cambiará en en cualquier momento. Al mismo tiempo, la dinámica del flujo de aire alrededor de la parte trasera del automóvil también afectará el flujo de aire en la parte trasera del automóvil al girar. Cuando el ángulo entre la luneta trasera y el techo está entre 28 grados y 32 grados, la parte trasera del automóvil estará entre el borde de estabilidad y el borde de inestabilidad, lo cual en realidad es muy peligroso. Por ejemplo, cuando se lanzó el Audi TT, hubo un problema de vuelco a alta velocidad. El informe de investigación del accidente de entonces señalaba que el eje trasero del Audi TT tenía una fuerza de flotación excesiva al circular a altas velocidades, lo que provocaba una adherencia demasiado débil de las ruedas traseras. Sin embargo, el diseño del TT toma el estilo como primera premisa y hace algunos sacrificios en la aerodinámica. La curvatura de la ventana trasera y la parte trasera del automóvil se encuentra en algún punto entre los ángulos incómodos anteriores. Al diseñar hatchbacks, los fabricantes de automóviles prefieren diseñar la parte trasera del hatchback con una forma recta, lo que puede aumentar el espacio dentro del automóvil y superar las deficiencias aerodinámicas.
El diseño básico de la aleta de cola
La aleta de cola y el spoiler nacieron para solucionar los problemas de flujo de aire y flotabilidad. Las alas de la cola que hemos visto son muy extrañas. Pero todos tienen las mismas características: superficie estrecha, superficie horizontal, instalación alejada de la carrocería (si la cola se instala cerca de la carrocería, si no solo desempeña un papel decorativo, sino que también desempeña un papel similar a un spoiler, los dos son diferentes. La función principal de la cola es aumentar la carga aerodinámica, por lo que la forma de la cola debe ser como un ala invertida. Este diseño hará que el aire fluya a través del extremo inferior del alerón trasero más rápido que el extremo superior. el alerón trasero, generando así carga aerodinámica. El método consiste en inclinar el extremo delantero de la cola ligeramente hacia abajo. Aunque este diseño generará más tensión de aire que la cola horizontal, es más flexible a la hora de ajustar la carga aerodinámica. Los alerones y los spoilers son más flexibles. Diferencia
La diferencia entre el alerón trasero y el alerón trasero es que este último está integrado con la parte trasera del coche, o es solo una parte del diseño general del coche. cuerpo.
Los spoilers traseros también se pueden utilizar para generar carga aerodinámica, pero su función común es reducir la flotabilidad y la tensión del flujo de aire. El alerón trasero del hatchback recoge una gran cantidad de aire delante del spoiler, con el propósito de separar el flujo de aire en la parte trasera del hatchback, reduciendo así la flotabilidad. El alerón trasero también permite que el flujo de aire fluya más suavemente a través de la parte trasera del automóvil, evitando que el flujo de aire permanezca o se adhiera a la parte trasera del automóvil durante mucho tiempo, reduciendo así la tensión del aire y la presión del aire debajo del automóvil que causa flotabilidad. .
Muchos libros de coches se refieren a la proyección de la parte trasera del coche como un alerón trasero, lo cual no es profesional. Por ejemplo, la versión normal del 911 puede subir y bajar automáticamente, y debería llamarse spoiler, mientras que el GT2 es el verdadero alerón trasero. En general, los fabricantes de automóviles europeos prestan más atención al diseño estético de los automóviles y también prestan mucha atención a la diferencia entre los sedanes deportivos y las versiones de carreras. Como resultado, los fabricantes de automóviles europeos evitan utilizar partes traseras, mientras que los fabricantes de automóviles japoneses los comercializan entre los clientes como un punto de venta. A partir de esta diferencia, podemos entender fácilmente las diferencias en las filosofías de fabricación de automóviles en diferentes países.
Una breve historia de los alerones traseros y los spoilers
Ya en la década de 1930, los principales fabricantes de automóviles habían comenzado a reducir la tensión del flujo de aire, pero la investigación sobre la flotabilidad no comenzó hasta la década de 1960. La era acaba de comenzar. En 1961, el piloto de Ferrari RICHIE GINTHER inventó el alerón trasero que podía generar carga aerodinámica, por el que se hizo mundialmente famoso. Los carros Ferrari posteriores también adoptaron este diseño. El primer automóvil en utilizar un alerón delantero (comúnmente conocido como presa de aire) debería ser el famoso Ford GT40. La flotabilidad generada cuando este automóvil supera los 300 km/h de velocidad lo convierte en un automóvil que no se puede conducir en absoluto. ¡Se dice que la carga aerodinámica de las ruedas delanteras del GT40 ha aumentado de las 365,438+00 libras originales a 604 libras a máxima velocidad! ! ! No tengo información precisa sobre el primer automóvil con cola, pero se dice que Dodge produjo el Charger Daytona Plymouth superbird a fines de la década de 1960.
En cuanto a los fabricantes de automóviles europeos, Porsche puede considerarse el primer fabricante de automóviles que tiene en cuenta tanto la función como el diseño estético de los spoilers. El compresor de aire integrado y el alerón cola de ballena del 911 TUBRO de 1975 reducen la generación de flotabilidad con una efectividad de hasta el 90%. Así, a finales de los años 70, el Air Dominator y el Troublemaker se convirtieron en las señas de identidad de Porsche. En ese momento, muchos fabricantes de automóviles que utilizaban el alto rendimiento como su punto de venta también siguieron el ejemplo de Porsche, utilizando potencia aérea y spoilers como sus puntos de venta. En este punto, me di cuenta de algo fuera de tema. De hecho, los fabricantes de automóviles tienen que pasar por una etapa de desarrollo antes de poder madurar. De hecho, la brecha entre los automóviles japoneses y los europeos se refleja en el hecho de que los automóviles japoneses siguen en realidad el mismo camino que los europeos, que todo fabricante de automóviles debe recorrer. Si China realmente tiene su propia industria automotriz en el futuro, entonces los fabricantes de automóviles chinos deben tomar este camino. En términos generales, creo que el nivel aerodinámico de los fabricantes de automóviles europeos es un poco más alto que el de los fabricantes de automóviles japoneses. Tomemos como ejemplo la carrera de F1, que tiene requisitos aerodinámicos muy altos. Todos los expertos en aerodinámica son europeos, y estos europeos, sin excepción, trabajan para las fábricas de automóviles europeas. En los últimos años ha habido pocos avances en la investigación aerodinámica entre los equipos británico y estadounidense. Desde este punto, podemos ver la brecha entre los fabricantes de automóviles europeos y los fabricantes de automóviles japoneses. Sin embargo, todas estas brechas son causadas por el tiempo y creo que la brecha técnica es relativamente fácil de compensar. Sin embargo, las diferencias en los antecedentes culturales pueden conducir fácilmente a diferencias reales, y si dichas diferencias conducen a un desarrollo poco saludable, los fabricantes de automóviles japoneses enfrentarán peligros reales. )
Los spoilers de aire y los spoilers son muy, muy comunes hoy en día, y casi todos los coches que pueden alcanzar velocidades de más de 100 kilómetros por hora utilizan estas cosas. De hecho, si tu velocidad no es alta, estas cosas no funcionarán. Cuando la velocidad del vehículo está entre 60 y 80, la fuerza de tracción del flujo de aire no es mayor que la resistencia al movimiento de las ruedas. Si desea sentir los efectos obvios del alerón trasero y el alerón sobre la flotación y la carga aerodinámica, la velocidad debe ser superior a 160 km. La razón es que la potencia del flujo de aire es a menudo el cuadrado de la velocidad del vehículo. Cuando un automóvil acelera de 130 KM/H a 260 KM/H, la flotabilidad y la fuerza de tracción del aire aumentarán cuatro veces.
Al mismo tiempo, los tiranos de aire de todos los coches desempeñan un papel determinado en la reducción de la tensión del flujo de aire. En términos generales, la tensión general del flujo de aire se puede reducir entre un 5 y un 10 %. Por otro lado, el compresor de aire también ayuda a enfriar el motor, facilitando la instalación de los faros antiniebla. Sin embargo, todavía hay bastantes fabricantes de automóviles que creen que las colas y los spoilers están diseñados por motivos estéticos. Pero, en términos generales, estos componentes neumáticos todavía tienen ciertos efectos prácticos. Para la serie Lexus SC de la generación anterior, después de instalar el alerón trasero original, el valor Cd (tensión del flujo de aire) del automóvil cayó de 0,32 a 0,31. Pero GRANT GARRISON, diseñador del Estudio de Diseño Avanzado de Ford, dijo una vez: Si los alerones traseros y los spoilers no fueran tan populares, no los agregaríamos a la carrocería, pero podríamos diseñarlos de otras maneras. Un automóvil con la misma aerodinámica. efecto. El famoso Ferrari también opina lo mismo. Como todos sabemos, Ferrari es un tabú sobre el uso de alerones traseros en la carrocería para adaptarse a la belleza del diseño de la carrocería. Incluso Enzo Ferrari, cuyo objetivo principal es correr, utiliza un alerón trasero elevable. ¡La razón es que el presidente de Ferrari cree que un Ferrari estático no necesita spoilers! ! !
Una pequeña explicación del valor Cd
Finalmente, vale la pena mencionar que todo el mundo tiene algunos malentendidos sobre el valor Cd.
En los manuales de productos de muchos fabricantes de automóviles, a menudo se menciona a cuánto CD se reduce el coeficiente de resistencia aerodinámica de un automóvil nuevo, y CD no se refiere simplemente a lo que generalmente llamamos resistencia del aire, sino que se refiere al coeficiente de resistencia al aire. fluir. En términos generales, cuanto menor sea el valor de resistencia generado por el flujo de aire en la parte trasera del automóvil, más suave será el flujo de aire en la parte trasera del automóvil y menor será la flotabilidad de esta parte. En términos relativos, la resistencia del coche al conducir será menor y la carga aerodinámica de las ruedas traseras también será menor. Habiendo dicho todo esto, debes comprender que agregar una cola no necesariamente aumenta el valor de Cd. Si el flujo de aire en la parte trasera del vehículo se vuelve más suave después de agregar un alerón trasero y un alerón trasero, se debe reducir el valor Cd del vehículo. Las cuestiones aerodinámicas en el diseño de un automóvil no se limitan a la parte trasera del automóvil. De hecho, la longitud y el ancho de la parte delantera también afectan la fuerza de tracción total de un automóvil. Por ejemplo, si el punto central del motor longitudinal delantero está más adelantado que el punto central del eje delantero, es fácil alargar mucho la parte delantera del motor. Si se ensancha la vía de la rueda delantera y el motor se coloca horizontalmente, la parte delantera también se ensanchará. Ambas situaciones anteriores afectarán la fuerza de tracción del flujo de aire general (CdA). Aunque es posible que un automóvil tenga un Cd bajo, es difícil compensar el aumento en la tensión general del flujo de aire causado por el aumento en la longitud, el ancho y la altura del frente. Por ejemplo, el coeficiente de resistencia aerodinámica de un automóvil ha disminuido de Cd0,40 a Cd0,38, pero el ancho de la parte delantera ha aumentado en 75 mm y su valor de CdA ha aumentado en un 5%, lo que equivale a compensar completamente el impacto. de la disminución de Cd. (Por ejemplo, el nuevo Accord tiene un coeficiente de resistencia al viento de un sorprendente Cd0,25, pero debido a que la carrocería es mucho más grande que la generación anterior, personalmente estimo que el rendimiento de estabilidad a altas velocidades no mejorará mucho. Si este rendimiento lo hace mejorar La mejora debe atribuirse al alargamiento de la distancia entre ejes y la mejora de los ajustes de la suspensión. El rendimiento aerodinámico es secundario porque el rendimiento aerodinámico de los vehículos civiles debe tener en cuenta la reducción del ruido del viento y el ahorro de combustible, por lo que todos los diseños son inevitables. Hará algunos sacrificios a la carga aerodinámica del vehículo)
Entonces, cuando hablamos de Cd, no debemos pensar que Cd representa el rendimiento aerodinámico general de un automóvil, ni deberíamos pensar fácilmente en agregar un alerón trasero. ¡O un spoiler gigante definitivamente logrará un mejor rendimiento aerodinámico! De hecho, en el mejor de los casos, sólo mejora el rendimiento de una determinada parte de la aerodinámica.
Por último, me gustaría hablar de mi opinión personal sobre los componentes aerodinámicos modificados. Básicamente, la investigación sobre aerodinámica por parte de los principales fabricantes de automóviles se ha desarrollado rápidamente en los últimos cinco o seis años (la razón es muy simple: la mejora de los motores de combustión interna se ha ralentizado significativamente en los últimos diez años, y la única forma de mejorar la El rendimiento dinámico de los automóviles es mejorar la aerodinámica y mejorar la eficiencia de la transmisión de potencia). El rendimiento aerodinámico de los nuevos automóviles producidos en masa es cada vez mejor, lo que significa que el diseño aerodinámico de los automóviles nuevos es cada vez más riguroso. Es más probable que los cambios aleatorios destruyan el rendimiento aerodinámico original del automóvil, en lugar de mejorarlo. ! La movilidad tiene que ver con el equilibrio general, y es muy probable que cualquier kit de carrocería u otras modificaciones de componentes aerodinámicos tengan el efecto contrario. Así que creo que si quieres cambiarlos uno por uno, no instales fácilmente el spoiler debajo del auto. En primer lugar, el alerón de la carrocería se daña fácilmente; en segundo lugar, el alerón debajo del automóvil no puede mejorar el rendimiento aerodinámico del automóvil a velocidades normales.