به گزارش گروه اقتصادی باشگاه خبرنگاران جوان ،خودروها برای حرکت در دیواری آجری طراحی نشده‌اند اما دیوار دیگری وجود دارد که خودروها از بدو ورود برای حرکت در آن طراحی‌شده‌اند؛ دیواری از هوا که در برابر حرکت خودرو در سرعت‌های بالا از خود مقاومت نشان می‌دهد.

در سرعت‌های پایین و هنگامی‌که باد چندانی نمی‌وزد، بسیار دشوار می‌توان به تعامل هوا و وسایل نقلیه پی برد اما در سرعت‌های بالا و در هنگام وزش باد، مقاومت هوا  بر وسیله‌ای که در آن حرکت می‌کند وارد می‌شود و آن را به‌عنوان نیروی درگ می‌شناسند، تأثیر بسیاری بر شتاب‌گیری خودرو، کنترل آن و مصرف سوخت خواهد داشت.در این مرحله است که دانش آیرودینامیک وارد عمل می‌شود.

آیرودینامیک می‌تواند دانش مطالعه‌ی نیروها و نتایج حاصل از حرکت اجسام در هوا دانست. برای چندین دهه است که خودروها با دیدگاه آیرودینامیکی طراحی می‌شوند و خودروسازان با به‌کارگیری نوآوری‌های متعدد، حرکت خودرو از میان این دیوار هوایی را آسان‌تر کرده‌اند؛ به‌خصوص در طراحی‌هایی که جریان هوا از قسمت‌های مختلف خودرو عبوری می‌کند، مقاومت هوا در شتاب گیری وسیله کمتر می‌شود که درنتیجه مصرف سوخت نیز بهبود می‌یابد، زیرا موتور در شرایط عملکردی مناسب‌تری فعالیت می‌کند و دیگر نیازی نیست تا با حداکثر توان به تولید نیرو لازم برای حرکت خودرو بپردازد.

مهندسان برای رسیدن به چنین نتایجی، روش‌های بسیاری را توسعه دادند؛ به‌عنوان‌مثال طراحی کروی‌تر خودروها و ادوات خارجی آن سبب می‌شود تا مقاومت هوای عبوری به کمترین مقدار خود برسد؛ در خودروهای با عملکرد بالاتر حتی بخش‌هایی برای عبور هوا از بخش زیرین خودرو تعبیه‌شده است. همچنین در پاره‌ای از خودروها از اسپویلر (بالچه‌ی عقب) برای از بین بردن نیروی لیفت وارد بر خودرو که باعث ناپایداری آن در سرعت‌های بالا می‌شود، استفاده می‌کنند.

دانش آیرودینامیک

با حرکت کردن هر جسمی در اتمسفر، ذرات هوای اطراف آن جابجا می‌شوند؛ این اتفاق تحت تأثیر نیروی جاذبه و درگ رخ می‌دهد. هنگامی‌که یک جسم صلب درون یک جسم مایع مانند آب یا هوا عبور می‌کند، نیروی درگ به وجود می‌آید. این نیرو با سرعت جسم متناسب است و با افزایش سرعت مقدار آن نیز افزایش می‌یابد.

برای اندازه‌گیری حرکت اجسام از قوانین نیوتن استفاده می‌شود؛ در این قوانین المان‌هایی نظیر جرم، سرعت، وزن، نیروهای خارجی و شتاب،نیروی درگ  وجود دارند که بر شتاب گیری جسم تأثیر مستقیم دارند. شتاب طبق رابطه‌ی F=ma به دست می‌آید که در اینجا F از تفاضل بین نیروهای وزن و درگ به دست می‌آید.

با شتاب گرفتن جسم، سرعت و نیروی درگ نیز افزایش می‌یابند؛ افزایش نیروی درگ تا زمانی ادامه می‌یابد که این نیرو با نیروی وزن جسم برابر شود که در این حالت شتاب جسم به صفر می‌رسد و جسم با سرعت ثابت به حرکت خود ادامه می‌دهد. این گزاره به این معناست که هرچه خودرو سریع‌تر حرکت می‌کند، مقاومت هوا نیز بیشتر می‌شود که باعث محدودیت در شتاب‌گیری وسیله و رسیدن به ‌سرعت‌های خاص می‌شود.

چگونه تمام این المان‌ها در طراحی خودرو در نظر گرفته می‌شوند؟ بگذارید ابتدا به تعریف یک عدد بسیار مهم به نام ضریب درگ بپردازیم. ضریب درگ درواقع یکی از فاکتورهای اصلی برای بررسی حرکت جسم در هوا است. ضریب درگ (Cd) طبق رابطه‌ی زیر محاسبه می‌شود:

(Cd=D/(A*0.5*rho*V^2

در این رابطه D نیروی درگ، A مساحت جسم،  rho چگالی هوا و V سرعت جسم است. اما این پرسش پیش می‌آید که طراحان خودرو چه ضریب درگی را در طراحی‌های آیرودینامیک خود در نظر می‌گیرند؟

تا به اینجا آموختیم که ضریب درگ تصویری از مقاومت هوای اندازه‌گیری شده در برابر یک جسم را به ما نشان می‌دهد؛ حال تصور کنید که چه مقدار نیرو در برابر خودرو در حین حرکت آن در جاده به وجود می‌آید؛ در سرعت ۱۰۰ کیلومتربرساعت، نیروی درگ وارد بر خودرو ۴ برابر نیروی وارد بر آن در سرعت ۵۰ کیلومتر بر ساعت است. ویژگی‌های آیرودینامیکی یک خودرو ابزارهایی برای رسیدن به ضریب درگ کمتر هستند. به هر میزان که ضریب درگ کمتر باشد، خودروی آیرودینامیک‌تر است و راحت‌تر می‌تواند از دیوار هوا عبور کند.

حال نگاهی به تعدادی از خودروها و ضریب درگ آن‌ها می‌پردازیم. خودروهای جعبه مانند ولوو در دهه‌ی ۷۰ تا ۸۰ میلادی را در نظر بگیرید؛ مدل سدان ۹۶۰ ولوو ضریب درگی معادل ۰.۳۶ داشته است. مدل‌های جدیدتر و امروزی ولوو که طراحی صیقلی و منحنی شکلی دارند مانند سدان S90 ضریب درگ ۰.۲۸ دارد. این اعداد حقیقتی را اثبات می‌کند؛ هرچه خودرو طراحی صیقلی‌تر و منحنی‌تری داشته باشد، آیرودینامیک‌تر از خودروهای جعبه مانند اولیه می‌شود؛ اما دلیل این اتفاق چیست؟

برای درک این مسئله به آیرودینامیک‌ترین شی‌ء موجود در طبیعت یعنی قطره‌ی اشک، نگاهی می‌اندازیم. قطره‌ی اشک سطحی صاف و منحنی و مخروطی شکلی دارد و هوا به‌آرامی تا هنگامی‌که اشک به زمین می‌رسد، از کنار آن عبور می‌کند. در خودروها نیز این پدیده صادق است. به هر میزان که طراحی خودرو منحنی شکل و صاف باشد، جریان هوا آرام‌تر از کنار آن عبور می‌کند و مقاومت هوا کاهش می‌یابد.

امروزه اکثر خودروها ضریب درگی معادل ۰.۳ دارند. خودروهای اس‌یو‌وی (SUV) که به دلیل ویژگی‌هایی خاصی که دارند، ظاهری جعبه مانند دارند ضریب درگی بین ۰.۳ تا ۰.۴ یا بیشتر دارند. به‌عنوان‌مثال در تویوتا پریوس ، ظاهر منحصربه‌فرد آن به دلیل طراحی آیرودینامیکی خاص آن است. در کنار سایر فاکتورهای عملکردی، تویوتا پریوس ضریب درگ ۰.۲۶ دارد تا بتواند مسافت‌های بالایی را طی کند. درواقع به ازای هر ۰.۰۱ کاهش ضریب درگ حدود ۰.۰۹ کیلومتر به ازای مصرف هر لیتر سوخت به شعاع حرکتی پریوس افزوده می‌شود.

انتهای پیام/