مقدمه ای بر علم آیرودینامیک (قسمت دوم)


وقتی صحبت از آیرودینامیک خودروها میکنیم یعنی قرار است که مقاومت هوا در برابر خودروها بررسی شود. با کمی فکر متوجه آن می‌شویم که چرا بدنه خودروها پر از شکست و خط و خطوط هایی است که تا انتهای خودرو ادامه دارد. همانطور که قبلا هم اشاره شد این مقاومت هوا خودش را در سرعت های بالا نشان میدهد .

آیرودینامیک از دیدگاههای مختلف بررسی و طبقه بندی می‌شود.

  • یک نوع نگرش بر اساس الگوی جریان هواست. به طورمثال اگر مساله ما بررسی جریان هوا در اطراف پوسته بیرونی یک جسم باشد به آن آیرودینامیک بیرونی و اگر مربوط به جریان هوا داخل یک محیط بسته باشه به آن آیرودینامیک درونی گفته می‌شود. بررسی چگونگی جریان هوا در اطراف بدنه یک خودرو را می‌توان در حیطه ی آیرودینامیک بیرونی دانست و گردش جریان هوای سیستم تهویه داخل یک خودرو را می‌توان در حیطه ی آیرودینامیک داخلی دانست.
  • نگرش دوم بر اساس چگالی هوا
  • نگرش سوم بر اساس جداسازی بر اساس گرانروی هواست
  • نگرش چهارم بر اساس طبقه بندی مسایل آیرودینامیکی؛ بر اساس سرعت جریان هوا بر اساس ماخ است که در صنایع هوا و فضا کاربرد دارد

 

در واقع این دانش چیزی جز رفتار هوای متحرک نیست. اگر بخواهیم از رفتار هوا به نفع خود استفاده کنیم، باید ببینیم که هوا به هنگام حرکت چگونه عمل می‌کند. به طور مثال اگر سرعت خودرویی از 60 کیلومتر در ساعت به دو برابر یعنی120 کیلومتر در ساعت افزایش یابد بر اساس قوانین فیزیک نیروی مقاومت هوا در برابر حرکت آن چهار برابر می‌گردد زیرا در این حالت برای شکافتن مولکول‌های هوا باید انرژی بیش تری صرف شود.

بنابراین به دلیل آن که ویژگی‌های آیرودینامیکی یک خودرو بر روی راندمان و میزان مصرف سوخت و ایمنی و راحتی و نیز پایداری و فرمانپذیری آن بر روی سطح جاده به ویژه در سرعت های بالا اثر می‌گذارند باید چگونگی و میزان اثر گذاری این پارامترها بر روی خودرو کاملا بررسی شود تا راحتی سرنشین و آسایش و ایمنی رابه دست آورند که البته تمام این دستاوردها و آزمایش‌ها در تونل‌های باد در کارخانه‌های خودروسازی انجام می‌شود .

ضریب درگ (drag)

اما با تمام این توضیحات قضیه عمق بیشتری دارد. فرض کنید شما رو به باد رکاب میزنید یا  می‌دوید، احساس خواهید کرد که نیرویی شما را از عقب می‌کشد و از پیشرویتان جلوگیری می‌کند. این فشار دقیقا برای اتوبوسی که با سرعت در حال حرکت است و یا سرنشین روی قایق موتوری به وجود می‌آید.

هنگام بررسی این فاکتور‌ها برای یک خودرو متوجه خواهیم شد که با یک بحثی مواجه هستیم به اسم <ضریب درگ> (drag ) که البته به آن ضریب پسا یا ضریب مقاومت آیرودینامیکی نیز گفته می‌شود. این ضریب میزان مقاومت یک جسم را در برابر عبور جریان هوا از یک جهت خاص (معمولا از سمت جلو) نشان میدهد به طوریکه هرچه قدر سطح مقطع جسم بیش تر شود مقاومت آن در برابر حرکت باد بیشتر می‌شود. از طرفی این ضریب بدون واحد بوده و تنها به شکل جسم بستگی دارد.

ضریب درگ خودروها بین عدد صفر و یک است. ضریب درگ یک مربوط به یک صفحه صاف دایره ای شکل است که به صورت عمودی در مقابل جریان هوا قرار گرفته است و البته باید خاطر نشان کرد که هر خودرو ضریب درگ خاص خودش را دارد.

 

عکس زیرضریب  آیرودینامیکی اشکال مختلف را نشان میدهد :

 

عدد ضریب درگ خودرو های مختلف

 

ماشین‌های سواری دارای ضریب درگی بین ۰.۲۵ الی ۰.۳۰ هستند. ماشین های شاسی بلند به دلیل ارتفاع بلندتر و بدنه های جعبه ای شکل به ۰.۳۵ الی ۰.۴۵ افزایش می‌یابد.

اما درضریب درگ خودروهای فرمول یک، معمولا، بین ۰.۷ و ۱.۱ متغیر است. دلیل این امر به تولید نیروی رو به پایین (downforce) بر می‌گردد. با ایجاد نیروی رو به پایین بیشتر، خودروهای فرمول یک چسبندگی بهتری با زمین پیدا کرده و می‌توانند پیچ ها را با سرعت بالاتری پشت سر بگذارند. این نیرو باعث هندلینگ وکنترل بهتر ماشین در شرایط ناپایدار می‌شود که در ادامه توضیح خواهیم داد.

 در تصویر اول مشاهده میکنیم که اتوبوس در حالت عادی قرار دارد و فشار در تمام نقاط آن ثابت است اما در تصویر دوم لحظه ای که حرکت میکند در قسمت جلوی اتوموبیل فشار بیشتر میشود اکنون دیگر تعادل بین فشار هوای جلو و فشار هوای پشت اتوبوس از بین رفته و فشاری اضافی در جلو اتوبوس پیدا شده که اتوبوس را به سمت عقب پس می‌زند و باعث ایجاد نیروی درگ می‌شود. اما باید در عین حال فشار هوای عقب را تا جایی که مقدور است بالا نگه داریم تا تعادل از دست رفته را دوباره برگردد. برای اینکار باید عقب ماشین را مخروطی درست کنیم تا جریانات تقسیم شده هوا به نرمی به هم ملحق شوند و زیاد دچار آشفتگی نگردند.  (مطابق با تصویر دوم بالا )


منبع: https://charkhan.com/131562/%D9%85%D9%82%D8%AF%D9%85%D9%87-%D8%A7%DB%8C-%D8%A8%D8%B1-%D8%B9%D9%84%D9%85-%D8%A2%DB%8C%D8%B1%D9%88%D8%AF%DB%8C%D9%86%D8%A7%D9%85%DB%8C%DA%A9-%D9%82%D8%B3%D9%85%D8%AA-%D8%AF%D9%88%D9%85/

توسط مهدی خطیبی

مهدی خطیبی