Ефективно ли намаляват въздушното съпротивление карбоновите брони за коли?

Как дизайна на автомобилните брони влияе на аеродинамиката и въздушното съпротивление

Дизайнът на автомобилните брони има решаваща роля при управляването на моделите на въздушния поток около съвременните превозни средства. Като насочва турбулентния въздух далеч от коловите арки и намалява диференциалите на налягане, оптимизираните геометрии на броните помагат да се минимизира аеродинамичното съпротивление, което представлява 40–60% от общото съпротивление на превозното средство при скорости на магистрала.

Ролята на каросерийните панели при формирането на въздушния поток и намаляване на съпротивлението

Автомобилните калници правят повече от това да изглеждат добре – те всъщност формират начина, по който въздухът се движи около превозните средства при движение с висока скорост. Когато са правилно проектирани заедно с бамперите и панелите под автомобила, те помагат на въздуха да се плъзга гладко по повърхността на превозното средство. Ако има рязки промени в местата, където различните части се съединяват, това може да причини проблеми с въздушния поток, който се откъсва от корпуса, което води до по-голяма турбулентност зад автомобила. Тестове, проведени в аеродинамични тунели, установиха интересен факт и за разширителите на калниците. Тези с остри ъгли обикновено увеличават съпротивлението с около 0,03 пункта по скалата Cd в сравнение с разширенията с закръглена форма. Тази малка разлика има голямо значение за аеродинамиката, тъй като гладките криви задържат въздушния поток в слоеве, вместо да стане хаотичен и неорганизиран.

Физика на нарушаването на въздушния поток, причинено от традиционните геометрии на калниците

Традиционните плоски каросерии действат като платна при страничен вятър, създавайки променливи зони с високо и ниско налягане. Тази нестабилност поражда вихри, които поглъщат с 7–12% повече енергия от напредващото движение. Изкривените форми на каросериите намаляват този ефект с 34% чрез контролирано ускорение на въздушния поток, минимизирайки турбуленцията и подобрявайки общата ефективност.

Сравнение на метални, композитни и карбонови каросерии по аеродинамични показатели

Твърдостта на материала пряко влияе върху аеродинамичната консистентност в различните диапазони на скоростта:

Размерната стабилност на карбона запазва проектантските въздушни потоци с 93% по-малко повърхностни деформации в сравнение с изработения от ламарина стоманени профили под аеродинамични натоварвания, осигурявайки последователна производителност при високи скорости.

Ключови аеродинамични метрики: Разбиране на коефициента на съпротивление (Cd) и влиянието на каросериите

Всяко намаление на Cd с 0,01 от дизайна на предните крила води до подобрение на икономичността с 1,2% при 105 km/h. Продухвани карбонови крила — доказани в моторните спортове — осигуряват подобрение на Cd с 0,04–0,07 чрез ускоряване на въздушния поток през коловите арки, намаляване на турбуленцията отпред с 41% и понижаване на налягането в двигателя с 19%.

Карбонови крила: Предимства на материала и измеримо намаляване на съпротивлението

Карбоновите брони намаляват съпротивлението на вятъра, защото предлагат три основни предимства: тяхната структурна твърдост, гладките повърхности и прецизността при производството. Металните брони имат тенденция да огъват при скорости над 60 mph, което причинява турбуленция. Но карбонът не прави това. Начинът, по който е преплетен със смола, осигурява повърхност, която е около 32% по-гладка от обикновената стомана, така че въздухът се движи по-добре около автомобила. Това се потвърждава и от тестове в аеродинамични тунели. Тези свойства всъщност намаляват коефициента на съпротивление с между 0,03 и 0,05 в сравнение със стоманени брони. Това се превежда приблизително на 3 до 5% намаление на аеродинамичната сила на съпротивление общо. Екипите от Формула 1 забелязват реални резултати на места като Силвърстоун, където шофьорите печелят до 0,8 секунди на обиколка благодарение на по-доброто управление на налягането по цялото превозно средство. И въпреки че карбонът тежи около 40 до 60% по-малко от стоманата, повечето проучвания сочат, че около две трети от намалението на съпротивлението идва от тези аеродинамични качества, а не просто от по-малкото тегло. Така че тук има ясно предимство в представянето, което отива много по-далеч от простото намаляване на теглото.

Фендерни вентилационни отвори и активно управление на въздушния поток за подобрена аеродинамика

Съвременният автомобилен дизайн използва фендерите от вентилиран въглероден влакно, за да трансформира аеродинамичните постижения. Тези системи комбинират материалознание с инженерство на въздушния поток, за да намалят съпротивлението, като едновременно управляват топлинните натоварвания и разпределението на налягането.

Как вентилираните фендерите от въглероден влакно подобряват въздушния поток и намаляват натрупването на високо налягане

Стандартните конструкции на предни спейсери имат тенденция да улавят въздух в тези колови ниши, което всъщност увеличава коефициента на аеродинамично съпротивление с около 0,03 пункта. Това може да не звучи много, но с времето ефектът се натрупва. Появяват се перфорирани спейсери от въглеродно влакно, които позволяват на уловения въздух да излиза през специално проектирани канали. Аеродинамични тестове показват, че тези отвори намаляват налягането в предната част с между 12 и дори до 18 процента. Онова, което прави тази система толкова ефективна, е именно високата якост на въглеродното влакно. За разлика от обикновените метални части, които могат да огъват и деформират под високоскоростен вятър, въглеродното влакно запазва напълно формата си, осигурявайки постоянни модели на въздушния поток по целия път. Производителите на автомобили започват да забелязват тази разлика в показателите за производителност при тестовите си писти.

Топлинен и налягане контрол чрез стратегическо разположение на отвори в спейсерите

При проектиране на автомобили аеродинамичните инженери разчитат на изчислителна динамика на флуидите (CFD), за да определят къде точно да поставят малките вентилационни отвори на броновете, така че те да работят ефективно. Те се фокусират върху три основни области: осигуряване на достатъчно охлаждане на спирачките, справяне с турбуленцията на въздуха около гумите и управление на точките на високо налягане точно в предния край на автомобила. Правилното разположение на тези вентилационни отвори има реално значение. Температурата в предните колови ниши може да намалее с почти 27 градуса по Целзий или около 49 градуса по Фаренхайт, когато шофьорът кара агресивно в завоите. А онези досадни зони с високо налягане, които причиняват повдигане? Добре разположените вентилационни отвори се справят и с тях, като намаляват силата на повдигане с около 38 процента при обикновени серийни автомобили. Какво означава това за всекидневните шофьори? По-малко съпротивление, което ги забавя, и по-малко натоварване върху цялата система за охлаждане, което води до по-добри експлоатационни характеристики и по-дълъг живот на компонентите с течение на времето.

Данни от практически тестове за намаляване на съпротивлението чрез вентилирани карбонови бронове

Тестовете по трасе показват, че системите с вентилирано въглеродно влакно постигат с 6% по-ниски коефициенти на аеродинамично съпротивление при пътни автомобили в сравнение с герметични каросерии, като при прототипите за състезания подобрението достига до 11%. В реални магистрални условия серийните превозни средства с оптимално разположени вентилационни отвори демонстрират:

Тези резултати потвърждават практическо влияние на вентилираните каросерии от въглеродно влакно за платформи на седани, купета и SUV.

Системна аеродинамична интеграция на каросерийни елементи от въглеродно влакно

Освен каросерии: как капаци, спойлери и предни дифузори от въглеродно влакно подобряват общия въздушен поток

Капаци от въглеродно влакно помагат за по-добро преминаване на въздуха през предната част на автомобилите, което намалява турбуленцията в предния край. Спойлерите, вградени в тези капаци, регулират разликата в налягането в задната част на превозните средства. Дифузорите заедно с фендерите (това са елементите до колелата) всъщност отклоняват въздуха от арките на колелата, спирайки досадните водовъртежи, които се образуват там. Някои специалисти в индустрията изследвали наскоро тези неща и открили интересен факт: когато всички каросерни панели са изработени от въглеродно влакно, вместо да се смесват материали, коефициентът на аеродинамично съпротивление намалява приблизително с 12%. Това е доста значимо подобрение в производителността.

Интегриране на фендерите от въглеродно влакно с панели по долната част на шасито и дифузори за пълна оптимизация на съпротивлението

Съвременните аеродинамични настройки комбинират карбонови калници заедно с оформени панели по долната част на шасито и дифузори, за да осигурят гладко движение на въздуха през целия автомобил. Начинът, по който тези компоненти работят заедно, помага за намаляване на налягането под каросерията на автомобила, което е една от основните причини, поради които колите започват да се отделят от земята при по-високи скорости. Тестването в аеродинамични тръби показва, че когато всички карбонови части са правилно подредени спрямо формата на долната страна, стойностите на аеродинамичното съпротивление могат да паднат под 0,28. Такава производителност подчертава защо е толкова важно да се мисли за цялата система в съвременния автомобилен дизайн.

ЧЗВ

Каква роля играят калниците в аеродинамиката на автомобила?

Калниците помагат за оформяне на въздушния поток около автомобила, намалявайки турбуленцията и аеродинамичното съпротивление, особено при високи скорости.

Как карбоновите калници подобряват аеродинамиката?

Карбоновите калници са леки и запазват формата си при високо налягане, което води до по-гладък въздушен поток и намалено съпротивление.

Какво е влиянието на вентилационните отвори в калниците върху аеродинамиката?

Вентилационните отвори на бронята позволяват на затворения въздух да излиза, намалявайки натрупването на налягане и подобрявайки въздушния поток, което помага за намаляване на коефициента на съпротивление и подобряване на охлаждането.

Защо изборът на материал е важен за конструкцията на бронята?

Различните материали предлагат различни нива на твърдост и гладкост на повърхността, които влияят върху това колко ефективно бронята може да управлява въздушния поток и да поддържа аеродинамична ефективност.