Aerodynamika samochodu – dlaczego jest tak istotna?.

Wprowadzenie do aerodynamiki samochodu

Aerodynamika samochodu obejmuje analizę przepływu powietrza wokół pojazdu, w której szczególne znaczenie mają takie pojęcia, jak:

• opór aerodynamiczny powietrza – to siła działająca przeciwnie do kierunku ruchu pojazdu, tak jak opory toczenia i wymaga dodatkowej energii na jej przezwyciężenie; w miarę wzrostu prędkości jazdy opór aerodynamiczny powietrza rośnie nieliniowo; dlatego aerodynamika jest istotna dla pojazdów poruszających się z większymi prędkościami;
• siła nośna – w przypadku pojazdów lądowych, jak samochody, siła nośna jest zazwyczaj redukowana, albo, szczególnie w autach sportowych, przekształcana w siłę docisku, aby zapewnić stabilność ruchu pojazdu przy większych prędkościach;
• współczynnik oporu powietrza (Cd) – to parametr porównawczy, który służy do wyznaczania oporu aerodynamicznego powietrza; im niższa wartość współczynnika Cd, tym mniejszy jest opór powietrza, a tym samym niższe zużycie paliwa i większa stabilność ruchu pojazdu przy większych prędkościach; najczęściej występujące wartości współczynnika Cd zawierają się w przedziale 0.20 do 0.40.

Właściwa aerodynamika samochodu pozwala inżynierom osiągnąć lepszą efektywność paliwową, optymalne zużycie energii i mniejszy wpływ auta na środowisko. Opływowe kształty nadwozia oraz precyzyjnie zaprojektowane elementy, takie jak spojlery i dyfuzory, pozwalają zwiększyć stabilność jazdy pojazdu i zapewniają bezpieczniejsze prowadzenie przy wyższych prędkościach.

Głębsza analiza wpływu aerodynamiki na pojazdy

Aerodynamika ma zasadniczy wpływ na funkcjonowanie pojazdu na drodze – oddziałuje na jego gospodarkę energetyczną, osiągi, stabilność jazdy oraz bezpieczeństwo.

Inżynierowie i projektanci stosują różnorodne techniki, aby ukształtować przepływ powietrza wokół auta i przez to zmniejszyć opór aerodynamiczny powietrza oraz zredukować jego negatywny wpływ na ruch pojazdu. Dobrze zaprojektowana aerodynamika pojazdu jest kluczem do obniżenia kosztów jego eksploatacji, poprawy przyczepności kół oraz zwiększenia komfortu podróżowania, w tym redukcji hałasu. Przyjrzyjmy się kolejno, jak aerodynamika pojazdu oddziałuje na zużycie paliwa, osiągi i stabilność jazdy, a także jakie elementy i rozwiązania konstrukcyjne wpływają na wartości tych parametrów podczas jazdy?

Wpływ na zużycie paliwa

Jednym z najważniejszych aspektów aerodynamiki pojazdu jest jej wpływ na zużycie paliwa. Im mniejszy opór powietrza, tym mniej energii potrzebuje silnik, aby utrzymać pojazd w ruchu. Przykładowo, redukcja wartości współczynnika oporu powietrza Cd o 0.01 może, przy prędkości pojazdu 130 km/h, obniżyć zużycie paliwa nawet o 0.1 litra na 100 km. W praktyce oznacza to mniejsze koszty eksploatacji, co jest szczególnie istotne w przypadku aut flotowych czy miejskich, gdzie nawet niewielkie oszczędności na paliwie sumują się w skali roku do znacznych kwot.

Wpływ na osiągi i stabilność pojazdu

Aerodynamika pojazdu wpływa także na osiągi i stabilność pojazdu. Przy dużych prędkościach ważną rolę odgrywa siła docisku (downforce), która zwiększa przyczepność kół auta do nawierzchni. Aby osiągnąć lepsze właściwości jezdne, projektanci stosują takie elementy jak spojlery i dyfuzory, które zwiększają docisk kół oraz poprawiają przepływ powietrza pod pojazdem. To nie tylko stabilizuje pojazd, ale również poprawia przyczepność opon, co wpływa na bezpieczeństwo hamowania, sterowność oraz siłę ciągu podczas przyśpieszeń.

Spojlery i dyfuzory to elementy, które możemy spotkać nie tylko w autach sportowych, ale także w samochodach miejskich i SUV-ach. O ich roli w poprawie aerodynamiki można dowiedzieć się więcej z artykułu „Spojlery samochodowe – czym są, do czego służą i jak się je projektuje”.

Znaczenie symulacji komputerowych CAE

Symulacje CAE to ważny element współczesnego projektowania pojazdów, szczególnie w zakresie ich aerodynamiki, gdzie wykorzystuje się wirtualne tunele aerodynamiczne. Pozwalają one inżynierom sprawdzać i doskonalić modele już na etapie koncepcji, co minimalizuje potrzebę badania kosztownych prototypów w rzeczywistych, drogich tunelach aerodynamicznych i na drodze. 

Wprowadzenie do CAE (Computer-Aided Engineering)

Symulacje komputerowe CAE są jednym z kluczowych narzędzi, które wspierają inżynierów w projektowaniu aerodynamicznych rozwiązań dla pojazdów. Dzięki wykorzystaniu zaawansowanych symulacji przepływu powietrza wokół auta inżynierowie mogą przetestować różne projekty i wprowadzać modyfikacje jeszcze przed stworzeniem fizycznego prototypu. CAE umożliwia skrócenie czasu projektowania, redukuje koszty, a także pozwala przewidzieć efektywność danego projektu w rzeczywistych warunkach.

Zastosowanie symulacji w projektowaniu aerodynamicznym

Symulacje CAE umożliwiają szczegółową analizę sił działających na pojazd podczas jazdy, co pozwala na optymalizację każdego detalu konstrukcji – od kształtu karoserii, przez rozmieszczenie elementów nadwozia, po kształt lusterka. Endego oferuje zaawansowane usługi w zakresie CAE, które pomagają projektować pojazdy o najlepszej możliwej aerodynamice, przy jednoczesnym zapewnieniu większej oszczędności energii i stabilności ruchu.

Przy bardzo dużych prędkościach, powyżej 180 km/h (prędkość małego samolotu), ruch pojazdu i związane z nim turbulencje mogą łatwo wywołać drgania blach karoserii, tzw. zjawisko flatteru. Ten efekt jest głośny i bardzo dobrze słyszalny. Wirtualne badania mecha-niczno-aerodynamiczne wykrywają takie efekty i pomagają dostosować strukturę poszycia, mocowania i usztywnienia blach.

Znaczenie aerodynamiki w kontekście przyszłości motoryzacji

Aerodynamika pojazdów ma znaczenie dla przyszłości motoryzacji, zwłaszcza w kontekście pojazdów elektrycznych i autonomicznych. To właśnie odpowiednia geometria zewnętrzna pozwala na lepsze zarządzanie zużyciem energii oraz poprawę stabilności ruchu pojazdu przy nietypowo rozłożonych masach, w tym szczególnie dużych akumulatorach i małym silniku.

Aerodynamika a pojazdy elektryczne (EV)

W przypadku pojazdów elektrycznych aerodynamika jest szczególnie ważna, ponieważ wpływa bezpośrednio na zasięg pojazdu. Przy autach EV zmniejszenie oporu powietrza ma znaczenie dla efektywności energetycznej, co pozwala na lepsze wykorzystanie energii zgromadzonej w bateriach i większy zasięg. Projektowanie pojazdów elektrycznych zakłada często bardziej opływowe kształty, zamknięte grille oraz redukcję elementów, które mogłyby zwiększać opór aerodynamiczny. Każda zredukowana cząstka oporu aerodynamicznego powietrza przekłada się na dodatkowe kilometry zasięgu, co jest kluczowe dla użytkowników aut elektrycznych.

Wpływ na rozwój autonomicznych pojazdów

Autonomiczne pojazdy wymagają jeszcze większego zaangażowania w optymalizację aerodynamiki pojazdu, aby poprawić stabilność oraz ograniczyć zużycie energii, co pozwala na dłuższy czas pracy pojazdów bez konieczności ładowania. Dodatkowo odpowiednia aerodynamika wpływa na precyzję systemów nawigacyjnych i radarowych, które są niezbędne w autonomicznych pojazdach do sprawnego monitorowania otoczenia. Aerodynamika pozwala zmniejszyć wpływ bocznych podmuchów wiatru na pojazd, co zwiększa komfort i bezpieczeństwo pasażerów.

Poprawa aerodynamiki samochodów z Endego

Aerodynamika samochodu odgrywa istotną rolę w nowoczesnej motoryzacji. Wpływa na zużycie paliwa, stabilność i bezpieczeństwo pojazdu oraz komfort podróży. W czasach, gdy efektywność energetyczna i ekologia są priorytetami, dobrze zaprojektowana aerodynamika pozwala producentom aut sprostać oczekiwaniom klientów i wyzwaniom rynkowym. W Endego oferujemy kompleksowe usługi w zakresie projektowania przemysłowego, w tym usługi symulacji inżynierskich CAE, które wspierają optymalizację przepływu powietrza wokół pojazdów.

Zachęcamy do zapoznania się z pełną ofertą projektowania samochodów, projektowania pojazdów użytkowych i autobusów, projektowania pojazdów szynowych, projektowania maszyn rolniczych, projektowania motocykli, a także usług wspomagających, takich jak projektowanie nadwozia czy projektowanie wnętrz pojazdów.