Ξέρεις ότι από τα 60 χλμ./ώρα κιόλας η αντίσταση του αέρα ανεβάζει περισσότερο την κατανάλωση, από ότι η αντίσταση κύλισης από τα κινούμενα μέρη και τα λάστιχα του αυτοκινήτου μαζί;
Κατανάλωση ανάλογη με την ταχύτητα
Καθοριστικός παράγοντας για την κατανάλωση είναι η ταχύτητα κίνησης ενός αυτοκινήτου, αναφερόμενοι στην σταθερή ταχύτητα ταξιδιού χωρίς επιταχύνσεις και επιβραδύνσεις. Νομίζετε ότι είναι τυχαίο, που σε όλο σχεδόν τον κόσμο το όριο στους αυτοκινητόδρομους είναι 120-130 χλμ./ώρα; Εκτός από την ασφάλεια ρόλο για την επιλογή το ορίου αυτού παίζει και η οικονομία στην σπατάλη καυσίμων. Περίπου το 70-80% της ισχύος ενός κινητήρα στον αυτοκινητόδρομο (σε ταχύτητες 130-140 χλμ./ώρα) αναλώνεται στην αεροδυναμική αντίσταση, ενώ σχεδόν όλη η υπόλοιπη ισχύς στην αντίσταση κύλισης (τριβές κινητήρα και κινούμενων μερών και τριβή ελαστικών με το δρόμο).
Η αεροδυναμική είναι μία από τις πιο εξεζητημένες επιστήμες, με μεγάλη σημασία στον χώρο του αυτοκινήτου. Πόσο σημαντική είναι;
Η αεροδυναμική αντίσταση είναι ένα «τέρας», που τρέφεται με ισχύ από τον κινητήρα και κατά συνέπεια με καύσιμο. Η αεροδυναμική αντίσταση ονομάζεται και οπισθέλκουσα. Αναπτύσσεται όταν ένα αντικείμενο κινείται και μετατοπίζει το ρευστό (αέρα στην περίπτωση του αυτοκινήτου) που συναντά. Όπως γίνεται αντιληπτό η αντίσταση του αέρα είναι αντίθετη με την φορά που κινείται το αυτοκίνητο. Μάλιστα αυξάνεται με το τετράγωνο της ταχύτητας. Αυτό φαίνεται από τον τύπο υπολογισμού της συνολικής αεροδυναμικής αντίστασης:
D = 1/2 x Cd x p x A x V2, όπου:
ρ: η πυκνότητα του ρευστού,
Α: η μετωπική επιφάνεια του οχήματος,
V: η ταχύτητα του οχήματος ,
Cd: η αεροδυναμική αντίσταση
Είναι προφανές λοιπόν γιατί η συνολική αεροδυναμική αντίσταση αυξάνει και μάλιστα γεωμετρικά σε σχέση με την ταχύτητα.
Με ένα χοντροκομμένο παράδειγμα θα καταλάβει κανείς πόσο δραματικά αυξάνεται η αντίσταση σε σχέση με την ταχύτητα του αυτοκινήτου. Χρειαζόμαστε ισχύ περίπου 25 ίππων για τελική ταχύτητα 100 χλμ./ώρα, 105 ίππων για 200 χλμ./ώρα και σχεδόν 1.000 ίππους για τελική 400 χλμ/ώρα.! Στην τελική ταχύτητα του αυτοκινήτου η αεροδυναμική αντίσταση εξισώνεται με τη μέγιστη ισχύ, του κινητήρα. Στην πράξη, περίπου το 40% της συνολικής αντίστασης του αέρα προέρχεται από τις αναλογίες και το σχήμα του αυτοκινήτου, με το ένα τέταρτο αυτού να προέρχεται αντίστοιχα από την επιφανειακή δομή του οχήματος και άλλα στοιχεία, όπως οι καθρέπτες, τα φώτα, οι πινακίδες κυκλοφορίας και οι κεραίες. Ένα ακόμα 10% της συνολικής αντίστασης προέρχεται από λειτουργικά ανοίγματα που κατευθύνουν τον αέρα κατάλληλα προς τα φρένα, τον κινητήρα ή το κιβώτιο. `Αλλο ένα 20% της συνολικής αντίστασης του αέρα προέρχεται από το κάτω μέρος του πατώματος, ενώ το 30% οφείλεται στους τροχούς και τους θόλους των τροχών.
«Διαφορετικά μεγέθη με το ίδιο σχήμα, έχουν τον ίδιο συντελεστή αεροδυναμικής Cd, όχι όμως και την ίδια συνολική αεροδυναμική αντίσταση».
Η αεροδυναμική στην καθημερινότητα
Η ραγδαία εξέλιξη της αεροδυναμικής σήμερα έφερε στο προσκήνιο ανάλογα σχεδιασμένα αυτοκίνητα. Ο μέσος όρος του συντελεστή οπισθέλκουσας του μέσου ευρωπαϊκού αυτοκινήτου τη δεκαετία του `80 ήταν 0,45. Σήμερα όχι μόνο έχει πέσει κάτω από 0,30, αλλά έχουμε και εξαιρετικά παραδείγματα, όπως οι Mercedes CLA και A-Class Sedan με Cd 0.22 ή το Audi A4 με 0.23!
Νομίζετε πως μια F1 έχει εξαιρετικό Cd; Λάθος! Τα ακάλυπτα μέρη συντελούν ώστε το Cd σε ένα μονοθέσιο να είναι 0,80-0,90!!!
Ο συντελεστής αεροδυναμικής αντίστασης εκφράζει το πόσο αεροδυναμικό είναι το σχήμα ενός αντικειμένου και συμβολίζεται με Cd ή Cx. Μία καλή τιμή για ένα σύγχρονο αυτοκίνητο είναι γύρω στο 0,30. O συντελεστής Cd είναι ένας «στεγνός» αριθμός που ορίζει την ροή του αέρα, που περνά γύρω από ένα σώμα υπολογίζεται σε ειδικές αεροσήραγγες με το αυτοκίνητο στατικό και τεχνητό αέρα να το περιβάλλει. Όσο μεγαλύτερος τόσο πιο μεγάλη πίεση ασκεί το σώμα στο ρευστό και στην περίπτωσή μας το αυτοκίνητο στον αέρα. Ο αριθμός αυτός εκφράζει την αεροδυναμική ροή του αυτοκινήτου χωρίς να λαμβάνεται υπόψη όμως το μέγεθος του αμαξώματος.
Η μετωπική επιφάνεια προσδιορίζεται από τον τύπο και το μέγεθος του αντίστοιχου οχήματος. Ο συντελεστής αεροδυναμικής μπορεί να βελτιστοποιηθεί από τη γενική σχεδίαση του αυτοκινήτου και πλείστα ατομικά χαρακτηριστικά. Διαφορετικά μεγέθη με το ίδιο σχήμα, έχουν τον ίδιο συντελεστή αεροδυναμικής Cd, όχι όμως και την ίδια αεροδυναμική αντίσταση! Το γινόμενο CdA = Cd χ A (μετωπική επιφάνεια) είναι αυτό που εκφράζει την ζητούμενη αεροδυναμική συμπεριφορά, το αεροδυναμικό αποτύπωμα ενός αυτοκινήτου. Όσο μικρότερο είναι το γινόμενο, τόσο το καλύτερο για την αεροδυναμική, την οικονομία και κατά συνέπεια την… τσέπη μας!
Σε μια θεωρητική μείωση του συντελεστή αεροδυναμικής αντίστασης, κατά 15% επιτυγχάνει οικονομία στην κατανάλωση της τάξης του 10% για ένα όχημα που κινείται με 120 χλμ./ώρα! Καταλαβαίνει κανείς λοιπόν το δύσκολο έργο της αεροδυναμικής εξέλιξης ενός αυτοκινήτου, όταν στο παιχνίδι μπουν και άλλες δυνάμεις, μεταξύ των οποίων και η άντωση (η τάση του οχήματος να ανασηκωθεί καθώς η ταχύτητα αυξάνεται λόγω της διαφοράς πίεσης πάνω και κάτω από το αυτοκίνητο), αλλά και η ανάγκη σχεδιασμού μιας καμπίνας μεταφοράς 4-5 ατόμων με αποσκευές, με άνεση!
Ποια κόλπα βελτιώνουν την αεροδυναμική μας με το "καλημέρα σας";
Τips για αεροδυναμική οικονομία
• Αφαιρώ σχάρα οροφής ή ποδηλάτου και μπαγκαζιέρα, όταν δεν χρειάζονται γιατί καταστρέφουν την αεροδυναμική και αυξάνουν την αντίσταση στον αέρα.
• Τα φαρδύτερα ελαστικά μεγαλώνουν τη μετωπική επιφάνεια του αυτοκινήτου και άρα τη συνολική αεροδυναμική αντίσταση του αυτοκινήτου.
• Η χρήση αξεσουάρ, που επηρεάζουν την αεροδυναμική (σπόιλερ, «ποδιές», αεροτομές κ.λπ.) είναι λογικό να επηρεάσουν και την κατανάλωση καυσίμου.
• Το χαμήλωμα του αυτοκινήτου (ή το ψήλωμα αν μιλάμε για 4χ4 προτάσεις), σε σχέση με τις προδιαγραφές του κατασκευαστή, επηρεάζει σαφώς τη ροή του αέρα γύρω και κάτω από το αυτοκίνητο με επιπτώσεις στην αεροδυναμική αντίσταση.
Παραδείγματα αντίστασης
• Ένας άνθρωπος μπορεί να κινηθεί πολύ ευκολότερα εντός του αέρα παρά εντός του νερού διότι η πυκνότητα του νερού είναι περίπου 833 φορές μεγαλύτερη από αυτήν του αέρα (20ο C)
• Τα αεροσκάφη πετούν σε συγκεκριμένο ύψος διότι εκεί η πυκνότητα του αέρα είναι τέτοια που τους ασκείται μικρή αντίσταση και έχουν οικονομία καυσίμου.
• Αν δυο ποδηλάτες κινούνται ο ένας πίσω από τον άλλο με την ίδια ταχύτητα, αυτός που βρίσκεται ακριβώς πίσω από τον άλλο έχει περίπου 20% λιγότερους καρδιακούς παλμούς.
• Ένα φορτηγό έχει πολύ μεγαλύτερη αντίσταση από ένα επιβατηγό αυτοκίνητο μιας και έχει πολύ μεγαλύτερες επιφάνειες κάθετα στην ροή του αέρα, καθώς και μεγαλύτερο συντελεστή αντίστασης.
Μια μείωση της ταχύτητας κατά 10 χλμ./ώρα πάνω από τα 120 χλμ./ώρα έχει πολύ μεγαλύτερη επίπτωση στη μείωση της αεροδυναμικής αντίστασης και της κατανάλωσης από ότι στις χαμηλές.
Η οπισθέλκουσα δημιουργείται από την αδυναμία του αέρα να ακολουθήσει τις σχεδιαστικές γραμμές του σχήματος του σώματος. Μάλιστα, στο πίσω μέρος του σώματος δημιουργείται μια δίνη που έχει το χαρακτηριστικό της ελαττωμένης πίεσης αέρος. Αυτή η δίνη λειτουργεί σαν ρουφήχτρα και έλκει προς τα πίσω το σώμα. Αυτή η δίνη δεν ρουφά μονό το σώμα που την δημιούργησε, αλλά και οτιδήποτε είναι κοντά της. Αν λοιπόν πίσω από το σώμα αυτό υπάρχει άλλο ένα επερχόμενο, τότε η δίνη θα ρουφήξει και το επερχόμενο σώμα (όχημα) προς το μέρος της. Το φαινόμενο αυτό ονομάζεται slip-streaming και οι οδηγοί αγώνων το χρησιμοποιούν για να πάρουν ένα bonus επιτάχυνσης στο προσπέρασμα.
Τα sedan οχήματα έχουν γενικά, καλύτερη αεροδυναμική συμπεριφορά από τα hatchback.
Επίσης, στο σημείο αυτό καλό είναι να σημειώσουμε πως διαφορετικό αεροδυναμικό συντελεστή οπισθέλκουσας έχουν τα sedan αμαξώματα συγκριτικά με τα hatchback. Στα πρώτα η ροή του αέρα είναι ομαλότερη, κάτι που αποτυπώνεται και από τις μετρήσεις κατανάλωσης του AutoΤρίτη. Ενδεικτικά, η νέα A-Class Sedan 180d έχει ταχύτητα στον αυτοκινητόδρομο 141 χλμ./ώρα με κατανάλωση 5,0 λτ./100 χλμ., ενώ η αντίστοιχη χάτσμπακ έκδοση ταχύτητα 137 χλμ./ώρα, γεγονός που δείχνει πως η αεροδυναμική επηρεάζει την κατανάλωση στις μεγαλύτερες ταχύτητες.
Τα sedan οχήματα έχουν γενικά, καλύτερη αεροδυναμική συμπεριφορά από τα hatchback.