آیرودینامیک خودرو
آیرو دینامیک چیست؟
هوا پویش و یا نام علمی آن که آیرودینامیک است علمی است برای بررسی اجسام متحرک در مقابل جریان هوا. این علم شاخه‌ای از رشته دینامیک میباشد و امروزه بسیاری از خودروسازان و صنعت خودروسازی در تلاش هستند که علاوه بر ظاهری زیبا بتوانند خودرو را در برابر باد نیز مقاوم کنند و ضرایب مطلوبی را تشکیل دهند تا خودروهای مفیدی را وارد بازار کنند.
خودروها زمانی که در حال تحرک هستند در برابر باد و هوا قرار می‌گیرند و در زمانی که حرکت می‌کند باد باید از میان دیواره‌های آنها عبور کند یا می‌توان گفت که خودرو باید از میزان هوایی که روبرویش قرار دارد گذر کند و باید هوا را بشکافد و از میان آن عبور کند. بنابراین برای اینکه بتوانیم خودرویی با این ویژگی طراحی کنیم باید به علم دینامیک و آیرودینامیکی کمک بگیریم که در سرعت‌های بالا و زمانی که بادهای بسیار شدیدی می‌وزد تاثیر باد بر شتابگیری خودرو بسیار از بنابراین کنترل خودرو و استفاده مصرف سوخت آن باید مناسب باشد.
تاریچه آیرودینامیک و خودرو
دانشمندان کم و بیش به فکر مقاومت هوا و خودروهایی که به صورت اولیه طراحی شده بودند اما آگاهی زیادی در این باره نداشتند خودروهایی که به صورت اولیه طراحی شده بودند هیچ چیز آیرودینامیک نداشتند و طراحی آنها به صورت مدل مانندTبود که شبیه کالسکه بدون اسب ایجاد شده بود
و اینکه در زمان گذشته ابزاری برای اینکه خودروها را مجهز به آیرودینامیک کنند نداشتند و خودروها نیز به صورت آهسته حرکت می‌کردند اما در سال ۱۹۰۰ میلادی برای اولین ماشین مسابقه‌ای طراحی مخروطی شکلی در نظر گرفتن که بسیار مفید بود و در سال ۱۹۲۱ مخترع آلمانی خودرویی با نام رامپل تروفن آتو تولید کرد که از این ویژگی برخوردار بود ولی مورد توجه عموم قرار نگرفت.
در سال ۱۹۳۰ یک طراح آمریکایی با در نظر گرفتن ویژگی پرندگان و الهام گرفتن از آنها طراحی آیرودینامیکی را انجام داد که با تکنیک‌های بسیار خاصی انجام شد و وزن مساوی ۵۰۵۰ وارد بازار شد که بسیار زیبا بود. ولی دهه‌های ۶۰ ۷۰ میلادی پیشرفت‌های بسیار شدیدی در صنعت خودروسازی شد و سرعت‌ها بالا رفت شکل‌ها بهتر شد و خودروهای جدیدی در سال ۱۹۸۰ میلادی تولید شد که امروزه نیز با الهام گرفتن از آنها خودروهایی می‌سازند که در برابر هوا و شکافتن آن بسیار مقاوم است.
اهمیت آیرو دینامیک در طراحی خودرو چیست؟
نیروی به نام درک یا بسپا باعث می‌شود که اصطکاک زیادی در زمان سرعت خودرو ایجاد شود که این نیرو با افزایش سرعت بیشتر می‌شود بنابراین موتور خودرو برای حرکت دادن خودرو سوخت بیشتری نیاز دارد و مصرف می‌کند. خودرویی که آیرودینامیک خوبی نداشته باشد باعث افزایش سر و صدا در باد و یا قدرت موتورش را در وجود شرایط نامساعد هوایی از دست می‌دهد سرعت بالا ناپایدار خواهد شد و بعد از گذشت چندین زمان عملکرد مناسبی را ارائه نخواهد داد. از این رو آیرودینامیک خوبی باید داشته باشند تا در برابر این مشکلات بتوانند مقابله کنند و رانندگی بهتری را ایجاد کنند.
جریان‌های آیرودینامیکی خودرو
جریان‌های آیرودینامیکی به هوا و سطح خودرو مربوط هستند که به دو دسته می‌توان آنها را تقسیم کرد.
جریان لامینور
به جریان هوایی که نظم خاصی از سطح روبرو با خودرو برخورد کند و خودرو از آن عبور کند جریان لامینور میگویند که این جریان به عنوان مانع در برابر حرکت خودرو محسوب نمی‌شود و مانعی بی‌نظم و پررنگی نیست. در قسمتی که جلوی خودرو و لوازم جانبی وجود دارد جریان پیدا می‌کند و خطوطی عضلانی دارد که بر بدنه خودرو تاثیر می‌گذارد که در جهت دهی و جریان آن نقش موثری دارد
جریان توربولانس
جریانی که در خودروهای چهارچوب در بیشتر حس می‌شود و در قسمت عقب خودرو وجود دارد جریان‌هایی که کاملاً بی‌نظم هستند و در خودروهای سدان دیده می‌شود توربولانس میگویند. خودروسازان و طراحان تلاش‌های بسیاری کردند برای بهبود این جریان و عبور خودرو از آن با کاهش جریان توربولانس شاهد نیروی کمتری از درگ در خودرو خواهید بود.
ضریب درگ یا مقاومت
ضریب درگ عددی است نمایشی که میزان مقاومت یک شی را در برابر جریان هوا و یا سیال نشان می‌دهد. خودروهایی که در حال حرکت هستند با جریان هوا برخورد می‌کنند و نیروی مقاوم یا همان درگ آنها را در بر می‌گیرند و باید طوری ساخته و طراحی شوند که بتوانند هوا را بشکافند و از آن عبور کنند یکی از هدف‌های مهم که طراحان و خودروسازان اهمیت میدهند جدا از بحث زیبایی خودرو برای عبور از این مقاومت و جریان کارهای متفاوتی انجام میدهند.
درگ بر اساس فاکتورهای مهمی در نظر گرفته شده از جمله پایداری خودرو سرعت و حتی میزان مصرف سوخت آن بنابراین باید طراحی باشد که بتوان دارای کمترین ضریب درگی باشد و عملکرد بسیار بالایی نشان دهد درگ پایین‌تر نشان دهنده قدرت بیشتر خودرو و در برابر مقاومت هوا و شکافتن آن و شتابگیری بهتر خودرو را نشان می‌دهد محاسبه این ضریب از طریق تونل و باد انجام شد و فرمول‌های بسیار پیچیده‌ای ریاضی و فیزیک انجام شد بر اساس سرعت غلظت هوا سطح مقطع خودرو و عوامل مختلف که باعث می‌شود طراحی ویژه و منحصر به فردی در این زمینه انجام بشود.
دوان فروس یا نیروگرانش زمین
نیرویی است که به دلیل نیروی گرانش زمین و جریانی که در هوا وجود دارد به سمت زمین وارد می‌شود و باعث می‌شود که خودرو چسبندگی بیشتری در جاده داشته باشد به این نیرو دوان فوروس میگویند. به طور کامل و کلی افزایش وزن خودرو که باعث می‌شود به جاده بیشتر بچسبد خودرو در اثر این نیرو است اما به دلیل کاهش فرمانپذیری و نبود بهتر موتور قوی در برابر چالاکی خودرو مانعی محسوب می‌گردد بنابراین طراحی خودروها باید به گونه‌ای باشد که این نیرو را نیز دفع کنند تا بتوانند بهتر حرکت کنند.
با هدایت کردن بخشی از جریان هوا که به سمت زمین وارد می‌شوند وزنی را ایجاد می‌کند که هم برای خودرو و هم برای اصطلاحاً چسبندگی بیشتر تولید می‌کند که به آن دوان فروس نام داده‌اند. افزایش این نیرو باعث می‌شود که خودرو بیشتر به زمین بچسبد و سرعت بیشتری را بتواند طی کند مخصوصاً در پیچ‌ها کم یا زیاد بودن این نیرو باعث می‌شود که چرخ‌های جلوی و عقب خودرو چسبندگی شان را از دست دهند و فرمانپذیری کمتری داشته باشند. برای نمونه در خودروهایی که فرمول یک هستند اغلب دوام فروشی حول و حوش ۵ برابر وزن خودشان تنظیم و تولید می‌کنند.
درتی ایر و اسلیپ استریم
این دو مورد در اصطلاحات آیرودینامیک خودرو استفاده می‌شود که در مسابقات و ماشین‌های مسابقه‌ای بیشتر دیده و شنیده می‌شود که از لحاظ ذاتی مانند هم هستند و نکته مهمی که آنها را از هم متفاوت می‌سازد محل رخ دادن این دو نیرو است که یکی زمانی که در مسیر مستقیم و پشت سر خودرو پای دیگر قرار دارید اسلیپ استریم نام گرفته است.
فرمول این نیرو به این صورت است که اگر خودروی در حال حرکت با ایجاد دان و جریان هوای کم فشار پشت سر خودرو دیگر باشد برای خودرو که از پشت به آن نزدیک می‌شود کار غلبه بر جریان هوا بسیار آسان‌تر است.
به زبان آسان‌تر می‌توان بگوییم که استفاده از این تکنیک خودرو عقبی را در امنیت بیشتری در جهت مقاومت هوا قرار می‌دهد و در نزدیکی این منطقه فشار کم است و کار مقابله با فشار هوا بسیار راحت‌تر است موقعیت‌های دیگر است.. اسلیپ استریم بر روی خودروهای عقبی منفعت بسیار دارد و نیروی مکش فضای خلعی که وجود دارد بر روی خودروی جلویی را نیز از بین می‌برد و موجب افزایش سرعت می‌گردد و افزایش سرعت نسبت به خودرو عقبی بسیار کمتر است.
هوای آشفته یا دیریتی ایر
این مدل اندازه شبیه جریان اسلیپ استریم است. ولی در شرایطی که مکان آن نامناسب و هوا آشفته باشد در گوشه‌ها و پیچ‌ها بیشتر وجود دارد وقتی که از روی سطح خودروی عبور کند فشاز کم را در پشت سر قرار می‌دهد. این اختلال جریان هوا در عملکرد آیرودینامیکی عقب خودرو بیشتر است و موجب آزار راننده می‌شود و راننده تغییر هوایی را احساس خواهد کرد از دست دادن تعادل تغییر رفتار خودرو افت عملکرد و کارایی این‌ها همه نشانه‌های وجود این مقاومت هوا هستند که زمانی که شما خودرویتان را نمی‌توانید کنترل کنید و تعادل آن را از دست می‌دهید و مجبور هستید که سرعت خودتان را از سرعت جلویی کمتر و سبقت را کمتر کنید فاصله بگیرید.
عملکرد آیرودینامیکی آسیب زیادی به سیستم خنک کاری می‌رساند دردسرهای زیادی را برای عقب خودرو دارد و معضلی است که باید در طراحی خودرو به آن پرداخت فشار مضاعف به خودرو زیاد وارد نشود حرارت خودرو بیش از حد نشود ترمزها کارایی لازم را داشته باشند. تمامی این‌ها جنبه‌هایی هستند که باید خودروسازان بر روی آنها تمرکز کنند تا از جریان فشار کم هوا و فشار زیاد خودرو دچار آسیب نشود گاهی اوقات رادیاتورها نمی‌توان به اندازه کافی کار کنند نمی‌توانند عملکرد مناسبی را انجام دهند بنابراین مدیریت این سیستم و رانندگی در این شرایط باید عقب نشینی کند و از سرعت خود بکاهد و آهسته و پیوسته حرکت کند.
خودرو های آیرو دینامیکی امروزی
یکی از خودروهای امروزی که این مورد در آن بسیار رعایت شده است مرسدس بنز cla است. کاهش بیشترین ضریب درگ در عرصه رقابت و سراسر جهان این مدل است که از جمله کارهایی است که آیرودینامیک خودرو بسیار مدرن بر روی آن طراحی شده و فلوکس واگن با ضریب ۱۹ دهم درصد بریک بهترین در سال ۲۰۱۳ بوده است و ژنرال موتورز ev دقیقاً با همین ضریب خودروی نمونه سال ۱۹۹۶ بوده است اما مرسدس بنز و پورشه تایکان با ضریبی ۲۲ درصد از بهترین آیرودینامیک‌های مدرن و پیشرفته صنعت خودروسازی بوده‌اند.
BMV جز خودروهایی است که بسیار فوق العاده‌ای در آن تعبیه شده است که در سرعت‌های ۱۱۰ کیلومتر بر ساعت اسپیو ویلر عقب به صورت هوشمند است و سریعاً در جهت‌های مختلف نیرو و جریان هوا فرمانپذیری آن عوض می‌شود و در سرعت‌های ۷۰ کیلومتر بر ساعت این اسکیلور به صورت خودکار جمع می‌شود.
ایر بریزه کانال خروجی در قسمت چرخ جلویی دارد که زمانی که شتابگیری و سرعت انجام می‌شود مقاومت خود را در برابر هوا ایجاد می‌کند کانال خروجی دارد که هوای آشفته از آن خارج شود و آیودینامیکی خاصی برای آن طراحی شده است
ایر کارتین زمانی که روی خود را باید کنترل کنید این مدل خودرو کاربری بسیار ساده‌ای در جریان هوا دارد کانال‌هایی برای آن تعبیه شده است که در گلگیر و زیر گل وجود دارد که یکی از ویژگی‌های دیگر آن کاهش مصرف سوخت و انتشار گاز کربن دی اکسید است. برای خودروها دریچه‌هایی در جلو طراحی شده هستند که برای پیشرانه و موتور خودروها سایر قسمت‌های دیگر خود را که نیاز به هوا دارند آنها را سریعا خنک کنند و موجب عملکرد بهتره آیودینامیکی خودرو و مصرف سوخت می‌شود.
خودروی بوگاتی شیرون هم با قدرت ۱۵۰۰ اسب بخار سرعت بسیار بالایی دارد که این سیستم برای خنک‌های سریعتر خودرو طراحی شده است و آیا دینامیکی خاصی برای هوا و بتواند آن را بشکافد و به راحتی عبور کند
پورشه ۹۱۸ آیرودینامیک بسیار فعالی دارد که از دریچه دریچه‌ها باعث می‌شود که کنترل بسیار خوبی برای هوای ورودی جلو و عقب داشته باشد صفحه‌های متحرک در خودرو طراحی شده است که بسیار مفید هستند.
خودروی تویوتا جزو اولین خودروهای دینامیکی در سراسر جهان بوده است که ابعاد بسیار خوبی و آلودینامیک بسیار منحصر به فردی را طراحی خود داشته است اما در طراحی نسل جدید آن این ویژگی‌ها بیشتر شده است.
سافت ۹۲ خودرویی بوده است که آلودینامیک در آن بسیار خوب ایجاد شده است و یکی از ابداعات مدرن سال‌های خودش بوده و مدل آیودینامیکی آن از دنیای هوانوردی استفاده شده است و الهام مات از آن بوده
هیوندای ایونیک خدا عضو دومین خودروی این شرکت بوده است که طراحی بسیار زیبا و آیرودینامیک بسیار بالا و از استاووت اسکاراپ الهام گرفته شده است که در این مدل خط کمر و خط سقف شیبدار به وجود آمده است تا در برابر جریان‌های هوا مقاومت داشته باشد.
تسلا مدل اس نیز زمان خودش بسیار منحصر به فرد بوده است در سال ۲۰۱۲ بوده است وتغییراتی که در دینامیکی خود داشته است یکی از مدل‌های پرفروش بوده ولی امروزه این مدل کاهش پیدا کرده است ولی مدل اس این مدل از آیرودینامیک کارآمدی در تولید خودرو میباشد که فروش چشمگیری دارد
اوپل کالیبرا این آیودینامیک منحصر به فردی طراحی شده توسط یکی از شرکت‌های آلمانی معرفی شده است و جزوی از مشهورترین خودروهای آیرودینامیک است که در دنیا وجود دارد در نتیجه آزمایش تونل تولید شده در هلند بیشتر دیده می‌شود به خاطر خط پنجره عقب دستگیره درها کمتر شدن شکاف بین پانل‌های بدنه باعث شده است که این مدل نیز منحصر به فرد شود و در دهه ۹۰ به عنوان یکی از بهترین خودروهای آریرودینامیکی معرفی شود.
رینگ‌های آیرودینامیکی خودرو
فیلم‌هایی که برای خودروهای آیرودینامیک طراحی شده است برای بهتر کردن جریان عبوری از کنار چرخ‌ها میباشد و طی طراحی آنها این رینگ‌ها از پره‌ها و توربین‌های موتورهای الهام گرفته شده‌اند که با قرارگیری آنها باعث می‌شود جریان هوا و جریان‌های مقاومتی از آنها بهتر عبور کنند و باعث افزایش سرعت نیز می‌شوند.
چند ویژگی مهم آیرودینامیک خودرو
مصرف سوخت کمتر
شتاب و سرعت بیشتر
بدنه سبک‌تر
سیستم موتور قدرت و حرفه‌ای‌تر
کنترل بیشتر در سرعت‌های بالا
ترمز بهتر و دقیق‌تر
سیستم خنک کاری بهتر
طراحی به روزتر
خرابی کمتر قطعات و فشار کمتر
جمع بندی
بررسی و محاسبه عملکرد آیرودینامیک خودروها کار بسیار دشواری است و نیازمند آگاهی بسیار و آزمایش‌های دقیقی در تونل باد و تحلیل و تفسیری با ضرایب مختلف و فرمول‌های ریاضی و فیزیک است و خودروسازان روز به روز در تولیدات محصولاتی بهتر می‌شوند و تغییرات متفاوتی را ایجاد می‌کنند.
نصب تیغه‌های انعطاف پذیر در سمت‌های جلویی خودرو استفاده از دیفیوز و طراحی عضلانی قسمت‌های دیگر ارتفاع خودرو تمامی این‌ها نقش زیاد و به خصوصی در شکافتن و عبور هوا دارد که خودروسازان برای بهینه‌تر کردن خودروها باید به این عوامل توجه کنند تا در جاده‌ها بتوان رانندگی بهتر و تصادفات و حوادث کمتری را به وجود بیاورند.امیدواریم که این مقاله برایتان مفید باشد واز آن استفاده کنید.