Avtomobil adabiyotida avtomobilning aerodinamik samaradorligini ta'kidlovchi klişelar ko'pincha uchraydi, masalan, «aerodinamik qarshilik koeffitsienti faqat 0,27» kabi ibora. Biroq, savol tug‘iladi: «bu koeffitsient nimadan?» Qarshilik koeffitsiyenti o'lchovsiz kattalik bo'lgani uchun uning birligi yo'q, bu maksimal tezlik kabi ko'rsatkichlardan farqli o'laroq, u yerda «km/soat» o'lchov birligini bildiradi.
O'lchovsiz kattalikni tushunish
Qarshilik koeffitsiyenti birliklarga ega emas; bu shunchaki sonli ifodada ishlatiladigan ko'paytuvchi. To'g'ri formulalashuv «avtomobilning aerodinamik koeffitsiyenti 0,27» deb eshitilishi kerak, «0,27 Cx koeffitsiyentiga ega» emas, chunki Cx o'lchov birligi emas. Agar maqsad past qiymatni ta'kidlash bo'lsa, «aerodinamik koeffitsient atigi 0,27 ni tashkil etadi» deb aytish kerak, chunki u qarshilikka yoki bu yerda mavjud bo'lmagan birlikka emas, balki o'ziga tegishli.
Kontekstsiz koeffitsiyentning yetishmovchiligi aniqdir: 0,27 kabi past qiymat aerodinamik loyihaning maqsadlariga qarab yaxshi yoki yomon bo'lishi mumkin. Buni tushunish uchun koeffitsient nima ekanligini va u qanday hisoblanishini bilish kerak.
Qarshilik koeffitsiyenti nima?
Hisoblashni tushunish uchun avvalo koeffitsientning o'zi nima ekanligini anglash kerak. U qarshilik kuchini havo zichligi, oqim tezligi va transport vositasining old paneli maydoni bilan bog'laydigan omil sifatida xizmat qiladi. Koeffitsiyentga o'tishdan oldin, qarshilik kuchini ko'rib chiqish kerak.
Avtomobil harakatlanayotganda, u oldida havoni itarib yuboradi. Bu havo korpusni, tomni, yon tomonlarni, tagni, g'ildirak kameralarini va havo kirishlarini o'tib boradi. Havoning barcha ushbu yuzalarga ta'siri kuchlarni hosil qiladi. Harakatga qarshi yo'naltirilgan ushbu ta'sirlarning umumiy kuchi aerodinamik qarshilik kuchi deb ataladi.
Koeffitsiyentdan farqli o'laroq, qarshilik kuchi birliklarga ega, chunki bu kuchdir va u Nyutonlarda o'lchanadi. Ma'lum sharoitlar va tezlikda, havo avtomobilga qarshi 300, 500 yoki 1000 N bosim o'tkazayotgani aytilishi mumkin. Ushbu miqdor dvigatel tomonidan aylanish qarshiligi, mexanik ishqalanishlar, transmissiya yo'qotilmalari va yo'lning istalgan egilishligidan tashqari yengilanishi kerak.
Normallashtirishdagi koeffitsientning roli
Qarshilik kuchi nafaqat avtomobilning shakliga bog'liq. Masalan, katta piramida bir xil oqim sharoitlarida kichikroq piramidagacha ko'proq qarshilik hosil qiladi, garchi uning shakli yomon bo'lmasa ham. Ikki o'xshash o'lchamdagi ob'ektlarni solishtirsak – oqimga perpendikulyar tekis plita va shisha tomchisi kabi silliq shakl – qarshilikdagi farq asosan ular havoni qanday boshqarishiga bog'liq bo'ladi.
Koeffitsient bu muammoni normallashtirish uchun mavjud. U o'lchanadigan kuchni asosiy o'lchamlar va oqim sharoitlari bilan bog'laydi, bu konfiguratsiyaning aerodinamik xatti-harakatini obyektning o'lchamiga yoki sinov tezligiga bevosita bog'lanmasdan tasvirlash imkonini beradi. Shu tariqa, aerodinamik koeffitsient qarshilikni o'lchamaydi; u qarshilikni hisoblashda ishlatiladigan o'zgaruvchidir.
Ko'pincha avtomobilning old qismi aerodinamikani optimallashtirish uchun kalit bo'lsa deb noto'g'ri taxmin qilinadi. Garchi old qism muhim bo'lsa-da, chunki u yerda oqim sekinlashadi, yo'nalishini o'zgartiradi va yuqori bosimli hududni yaratadi, muammo havo bu zonadan o'tib ketgandan keyin davom etadi. Havo tom, yon tomonlar va tagdan o'tishi, so'ngra avtomobil egallagan joydagi bosimni asta-sekin tiklashi kerak. Agar u yuzalarga yopishib qolsa va bosimni silliq tiklasa, yo'qotishlar nisbatan kichik bo'ladi. Ammo agar u keskin ajralib qolsa, u orqasida past bosimli turbulents iz qoldiradi, bu esa old va orqa qism orasidagi bosim farqini oshiradi — va shu sababli qarshilikni oshiradi.
Amalda, avtomobil oldda yuqori va orqada pastroq bosimni his qiladi. Bu farq shaxsiy avtomobillarda sezilarli rol o'ynaydigan shunday ataladigan qarshilik bosimini yoki shakl qarshiligini hosil qiladi. Shuning uchun past va kiruvchi old qism o'zi past koeffitsientni kafolatlamaydi, kabi ko'rinadi. Tom, yon tomonlar va ayniqsa orqa qism oqim bilan qanday kurashishi, old qismdan hatto muhimroq bo'lishi mumkin. Uzun, asta-sekin torayotgan orqa spoiler samarali bo'lishi mumkin, ammo bunday variant amaliy jihatdan kamdan-kam hollarda qo'llaniladi. Shuning uchun fastback turi, Kamm profillari, spoilerlar va chiqishlar kabi yechimlar paydo bo'ladi, ular oqim ajralish nuqtasini belgilaydi.
Ishqalanishdan kelib chiqqan qarshilik ham mavjud. Havo viskoz suyuqlik bo'lgani uchun, u korpusni o'tkazishda kuchlanishlar hosil qiladi. Ko'rinishdagi soddalikga qaramay, oqim ajralishini nazorat qilish odatda yuzani silliqlash va polirovkalashdan ko'proq foyda keltiradi. Shuning uchun korpus panellari orasidagi bo'shliqliklar, oynalar, eshik tutqichlari, oynalar va boshqa ochiq komponentlar estetik omildan tashqari aerodinamik loyiha doirasida ham nazorat qilinadi. Aynan shu sababli ko'plab superavtomobillar, shuningdek, elektr va gibrid avtomobillar o'rnatilgan eshik tutqichlaridan foydalanishga qaror qildi.
G'ildiraklar vaziyatni yanada murakkablashtiradi: aylanish g'ildirak kameralari ichidagi havoni siljitadi, o'zining aerodinamik jetini hosil qiladi. Tag juda yerga yaqin ishlaydi, u yerda oqimning xatti-harakati ham o'ziga xos xususiyatlarga ega, va panjara orqali kiradigan havo radiatorlar, kanallar va dvigatel bo'sin orqali o'tkazilishi kerak. Ushbu yo'qotishlarning bir qismi ishqalanish bilan bog'liq, ammo aksariyati turbulensiya, oqim ajralishi va bosim farqlariga to'g'ri keladi. Bularning barchasi avtomobilning umumiy qarshiligiga hissa qo'shadi.
Butun avtomobilni o'lchashda barcha bu tarkibiy qismlar yig'indisi olinadi. Koeffitsient sinovdan o'tgan konfiguratsiyaga mos keladi: g'ildiraklar, shinalar, balandlik, havo kirishlari, oynalar va aerodinamik qo'shimchalar. Shunday qilib, 0,27 koeffitsiyenti avtomobilning 27% havoga duch kelishi yoki 27% quvvatni yo'qotishi degani emas. Bu raqam faqat old paneli maydoni, havo zichligi va oqim tezligini ham o'z ichiga olgan nisbat doirasida ma'no kasb etadi.
Cx, Cd yoki Cw? Notatsiya farqlari
Braziliyada Cx deb ataladigan narsa, ingliz tilidagi matnlarda Cd, nemis adabiyotida esa Cw sifatida keltiriladi va bu abbreviaturalarning hech biri o'lchov birligi emas. Ushbu uchta belgilar odatda bir xil qarshilik koeffitsientini ko'rsatadi, lekin ular turli konvensiyalardan kelib chiqqan. Qiymat har doim shunchaki son bo'lib qoladi — barcha holatlarda bir xil. Hech qachon «0,27 Cx», «0,27 Cd» yoki «0,27 Cw» ishlatilmasligi kerak. Harflar koeffitsientni identifikatsiya qiladi, birlik emas.
«Cd» texnik ingliz tilidagi adabiyotda eng keng tarqalgan notatsiyadir. «d» harfi «drag» (qarshilik) so'zidan kelib chiqqan va bu abbreviatura shunchaki «qarshilik koeffitsiyenti» degan ma'noni anglatadi. U suyuqliklarga duchor bo'ladigan samolyotlar, kemalar, o'qlar, binolar va boshqa barcha ob'ektlar tadqiqotlarida ham qo'llaniladi.
«Cx» farq qiladi, ammo ekvivalentdir. «X» transport vositasining uzun o'qini kartesian koordinata tizimida bildiradi — X uzun, Y kesma, Z vertikal. Ideal old oqimda X o'qi bo'yicha aerodinamik kuch komponenti aslida qarshilikdir. Shuning uchun Cx deb nomlangan. Xuddi shu mantiq bilan, Cy yon kuch/yon siljishni, va Cz vertikal komponent/ko'tarish kuchini bildiradi.
Standart old oqim o'lchamasida Cd va Cx amalda bir xil bo'ladi. Konseptual jihatdan esa Cd oqim yo'nalishiga nisbatan aniqlanadi, Cx esa avtomobilning uzun o'qi bo'yicha kuch komponentidir. Yon shamol mavjud bo'lganda, bu o'lchovlar bir xil bo'lmaydi.
«Cw» nemis notatsiyasidir. «W» harfi nemis tilida «Widerstand» (qarshilik) so'zidan kelib chiqqan. Shuning uchun nemis ishlab chiqaruvchilari «Cw-Wert» yoki «Cw qiymati»ni ko'rsatishi mumkin. Mercedes o'z nemis texnik hujjatlarida Cw 0,23, braziliya versiyasida Cx 0,23 va amerikalik spetsifikatsiyalarda Cd 0,23 ga ega bo'lishi mumkin. Bu holatda o'lchov bir xil.
Shuningdek, muallif hikoya qilish uchun ishlatgan umumiy «aerodinamik koeffitsient» iborasidan saqlanish kerak. Avtomobilda ko'plab aerodinamik koeffitsientlar mavjud: qarshilik, ko'tarish kuchi, yon kuch va g'ayrat, burilish va egilish momentlari. Ushbu matnda biz Cx dan foydalanamiz, chunki bu bizga eng tanish braziliya notatsiyasi, ammo to'liq nomi «qarshilik aerodinamik koeffitsiyenti» bo'lib qoladi.
Aerodinamik qarshilik kuchining formulasi
Endi terminologiyani tushunganimizdan so'ng, Cx ni qarshilik kuchi formulasiga kiritish mumkin:
Fd = ½ × ρ × v² × Cx × A
Murakkab ko'rinadi, ammo mantiq oddiy. Fd — bu havo avtomobil harakatiga qarshi ta'sir qiladigan kuch. U havo zichligi (ρ), avtomobil va oqim o'rtasidagi nisbiy tezlik (v), havoga taqdim etilgan old paneli maydoni (A) va avtomobilning shakli va konfiguratsiyasi bu oqimni qarshilikka qanday aylantirishi (Cx) ga bog'liq.
Natija nyutonlarda ifodalanadi. Agar hisob-kitob 500 N ni ko'rsatsa, bu havo avtomobilni 500 N kuch bilan orqaga itarib turganini anglatadi. Tekis yo'lda doimiy tezlikni saqlab turish uchun g'ildiraklar bu qarshilikni, shina qarshiligini va mexanik yo'qotilmalarni yengish uchun yetarli kuch hosil qilishi kerak. Agar harakatlantiruvchi kuch barcha bu qarshiliklardan oshsa, avtomobil tezlanadi; agar u ularga teng bo'lsa, u tezlikni saqlab turadi.
Yunoncha harf ρ («ro» deb talaffuz qilinadi; bu kichik p emas) havo zichligini bildiradi. Standart sharoitlarda, dengiz sathiga yaqin, taxminiy qiymat 1,225 kg/m³ qabul qilinadi. Bu qiymat harorat, bosim, balandlik va namlikka qarab o'zgaradi. Sovuq va zich havo ko'proq qarshilik hosil qiladi; iliq yoki balandlikdagi havo kamroq. Shuning uchun har qanday jiddiy aerodinamik o'lchov atmosferani qayd etishi kerak.
Biroq, qarshilikni eng ko'p o'zgartiruvchi o'zgaruvchi tezlikdir, chunki u kvadratga ko'tariladi. Boshqa sharoitlar saqlanib qolsa, tezlikni ikki baravar qilish qarshilik kuchini to'rt baravar oshiradi; uch baravar qilish esa to'qqiz baravar oshiradi. Agar avtomobil 50 km/soatda 100 N ga duch kelsa, u 100 km/soatda taxminan 400 N, 150 km/soatda 900 N va 200 km/soatda 1600 N ga duch keladi. Bu shahar tirbandligida aerodinamika ikkinchi darajali tuyulishining sababini tushuntiradi, ammo yo'lda yoki trekda hal qiluvchi ahamiyatga ega bo'ladi. Bu shuningdek, cheklangan tezlikda bir necha kilometr/soat olishning katta quvvat oshirishni talab qilishini ko'rsatadi.
Formula ichidagi tezlik spidometrda ko'rsatiladigan tezlik emas, balki avtomobil va havo orasidagi tezlikdir. 20 km/soat qarshi shamol ostidagi 100 km/soatdagi transport vositasi taxminan 120 km/soat oqimni oladi; shu shamol orqadan esayotgan bo'lsa, nisbiy tezlik 80 km/soatgacha pasayadi. Qarshilik ushbu qiymatning kvadrati bilan bog'liq bo'lgani uchun, farq 20 km/soatdan ko'proqdir. Shuning uchun yoqilg'i sarfini, maksimal tezlik va tormozlashni sinovlari shamolni nazorat qilishi yoki qarama-qarshi yo'nalishda yurishlarni takrorlashi kerak. Agar shamol yon tomondan esayotgan bo'lsa, havo korpusga diagonal uriladi. Bu holda u nafaqat qarshilik, balki yon kuch va avtomobilni aylantirishga intiluvchi moment ham hosil qiladi.
[ ]