¿Qué es la aerodinámica del automóvil?

Al mirar fotografías históricas de modelos de automóviles legendarios, cualquiera notará de inmediato que a medida que nos acercamos a nuestros días, la carrocería de un vehículo se vuelve cada vez menos angular.

Esto se debe a la aerodinámica. Consideremos cuál es la peculiaridad de este efecto, por qué es importante tener en cuenta las leyes aerodinámicas y también qué automóviles tienen un coeficiente de aerodinámica malo y cuáles son buenos.

¿Qué es la aerodinámica del automóvil?

Por extraño que parezca, cuanto más rápido se mueva el automóvil por la carretera, más tenderá a despegarse del suelo. La razón es que el flujo de aire con el que choca el vehículo es cortado en dos partes por la carrocería. Uno va entre la parte inferior y la superficie de la carretera, y el segundo, por encima del techo, y rodea el contorno de la máquina.

Si mira la carrocería del automóvil desde un lado, visualmente se parecerá remotamente al ala de un avión. La peculiaridad de este elemento de la aeronave es que el flujo de aire sobre la curva pasa más camino que por debajo de la parte recta de la pieza. Debido a esto, se crea un vacío o vacío sobre el ala. Al aumentar la velocidad, esta fuerza eleva más el cuerpo.

Se crea un efecto de elevación similar para el automóvil. La corriente arriba fluye alrededor del capó, el techo y el maletero, mientras que la corriente abajo fluye alrededor del fondo. Otro elemento que crea una resistencia adicional son las partes de la carrocería cercanas a la vertical (rejilla del radiador o parabrisas).

La velocidad de transporte afecta directamente al efecto de elevación. Además, la forma de la carrocería con paneles verticales crea turbulencias adicionales, lo que reduce la tracción del vehículo. Por esta razón, los propietarios de muchos autos clásicos con formas angulares, al sintonizar, necesariamente colocan un alerón y otros elementos en la carrocería que permiten aumentar la carga aerodinámica del automóvil.

Por qué esto es necesario

La racionalización permite que el aire fluya más rápido a lo largo del cuerpo sin vórtices innecesarios. Cuando la máquina se ve obstaculizada por el aumento de la resistencia del aire, el motor utilizará más combustible, como si la máquina llevara una carga adicional. Esto afectará no solo la economía del automóvil, sino también la cantidad de sustancias nocivas que se liberarán al medio ambiente a través del tubo de escape.

Al diseñar automóviles con aerodinámica mejorada, los ingenieros de los principales fabricantes de automóviles calculan los siguientes indicadores:

• Cuánto aire debe entrar en el compartimiento del motor para que el motor reciba un enfriamiento natural adecuado;
• En qué partes de la carrocería se tomará el aire fresco para el interior del automóvil, así como dónde se descargará;
• ¿Qué se puede hacer para reducir el ruido del aire en el automóvil?
• La fuerza de elevación debe distribuirse a cada eje de acuerdo con las características de la forma de la carrocería del vehículo.

Todos estos factores se tienen en cuenta al desarrollar nuevos modelos de máquinas. Y si antes los elementos del cuerpo podían cambiar drásticamente, hoy los científicos ya han desarrollado las formas más ideales que proporcionan un coeficiente reducido de elevación frontal. Por esta razón, muchos modelos de última generación pueden diferir externamente solo por cambios menores en la forma de los difusores o ala en comparación con la generación anterior.

Además de la estabilidad en carretera, la aerodinámica puede contribuir a una menor contaminación de ciertas partes del cuerpo. Entonces, en una colisión con una ráfaga de viento frontal, los faros, el parachoques y el parabrisas ubicados verticalmente se ensuciarán más rápido debido a los pequeños insectos aplastados.

Para reducir el efecto negativo del ascensor, los fabricantes de automóviles tienen como objetivo reducir liquidación al valor máximo permitido. Sin embargo, el efecto frontal no es la única fuerza negativa que afecta la estabilidad de la máquina. Los ingenieros siempre "equilibran" entre la racionalización frontal y lateral. Es imposible lograr el parámetro ideal en cada zona, por lo tanto, al fabricar un nuevo tipo de carrocería, los especialistas siempre hacen un cierto compromiso.

Datos aerodinámicos básicos

¿De dónde viene esta resistencia? Todo es muy sencillo. Alrededor de nuestro planeta hay una atmósfera formada por compuestos gaseosos. En promedio, la densidad de las capas sólidas de la atmósfera (espacio desde el suelo hasta la vista de pájaro) es de aproximadamente 1,2 kg / metro cuadrado. Cuando un objeto está en movimiento, choca con las moléculas de gas que forman el aire. Cuanto mayor sea la velocidad, más fuerza estos elementos golpearán el objeto. Por esta razón, al entrar en la atmósfera terrestre, la nave comienza a calentarse fuertemente por la fricción.

La primera tarea que los desarrolladores del diseño del nuevo modelo están tratando de afrontar es cómo reducir la resistencia. Este parámetro aumenta 4 veces si el vehículo acelera dentro del rango de 60 km / ha 120 km / h. Para comprender cuán importante es esto, considere un pequeño ejemplo.

El peso del transporte es de 2 mil kg. El transporte acelera a 36 km / h. Al mismo tiempo, solo se gastan 600 vatios de potencia para superar esta fuerza. Todo lo demás se gasta en overclocking. Pero ya a una velocidad de 108 km / h. Ya se están utilizando 16 kW de potencia para superar la resistencia frontal. Al conducir a una velocidad de 250 km / h. el automóvil ya gasta hasta 180 caballos de fuerza en fuerza de arrastre. Si el conductor quiere acelerar aún más el automóvil, hasta 300 kilómetros / hora, además de la potencia para aumentar la velocidad, el motor necesitará consumir 310 caballos para hacer frente al flujo de aire frontal. Es por eso que un automóvil deportivo necesita un tren motriz tan potente.

Para desarrollar el transporte más ágil, pero al mismo tiempo bastante cómodo, los ingenieros calculan el coeficiente Cx. Este parámetro en la descripción del modelo es el más importante con respecto a la forma ideal del cuerpo. Una gota de agua tiene un tamaño ideal en esta zona. Ella tiene este coeficiente de 0,04. Ningún fabricante de automóviles estaría de acuerdo con un diseño tan original para su nuevo modelo de automóvil, aunque antes ha habido opciones en este diseño.

Hay dos formas de reducir la resistencia al viento:

1. Cambie la forma de la carrocería para que el flujo de aire fluya alrededor del automóvil tanto como sea posible;
2. Haz que el coche sea más estrecho.

Cuando la máquina está en movimiento, una fuerza vertical actúa sobre ella. Puede tener un efecto de presión hacia abajo que tenga un efecto positivo en la tracción. Si no aumenta la presión sobre el coche, el vórtice resultante asegurará la separación del vehículo del suelo (cada fabricante intenta eliminar este efecto tanto como sea posible).

Por otro lado, mientras el automóvil está en movimiento, una tercera fuerza actúa sobre él: la fuerza lateral. Esta zona es aún menos controlable, ya que se ve afectada por muchos valores variables, como el viento cruzado cuando se conduce en línea recta o en una curva. La fuerza de este factor no se puede predecir, por lo que los ingenieros no se arriesgan y crean cajas con un ancho que permite un cierto compromiso en la relación Cx.

Para determinar en qué medida se pueden tener en cuenta los parámetros de las fuerzas verticales, frontales y laterales, los principales fabricantes de vehículos están estableciendo laboratorios especializados que realizan pruebas aerodinámicas. Dependiendo de las posibilidades del material, este laboratorio puede incluir un túnel de viento, en el que se comprueba la eficiencia de la agilización del transporte bajo un gran flujo de aire.

Idealmente, los fabricantes de nuevos modelos de automóviles buscan llevar sus productos a un coeficiente de 0,18 (hoy este es el ideal) o superarlo. Pero nadie ha tenido éxito todavía en el segundo, porque es imposible eliminar otras fuerzas que actúan sobre la máquina.

Fuerza de sujeción y elevación

Aquí hay otro matiz que incide en el manejo del transporte. En algunos casos, el arrastre no se puede minimizar. Un ejemplo de esto son los coches de F1. Aunque su carrocería está perfectamente estilizada, las ruedas están abiertas. Esta zona es la que presenta más problemas para los productores. Para tal transporte, Cx está en el rango de 1,0 a 0,75.

Si el vórtice trasero no se puede eliminar en este caso, entonces el flujo se puede utilizar para aumentar la tracción con la oruga. Para hacer esto, se instalan partes adicionales en el cuerpo que crean carga aerodinámica. Por ejemplo, el parachoques delantero está equipado con un spoiler que evita que se levante del suelo, lo cual es extremadamente importante para un automóvil deportivo. Un ala similar se adjunta a la parte trasera del automóvil.

El alerón delantero no dirige el flujo debajo del automóvil, sino hacia la parte superior de la carrocería. Debido a esto, el morro del vehículo siempre está dirigido hacia la carretera. Se forma un vacío desde abajo y el coche parece pegarse a la pista. El spoiler trasero evita la formación de un vórtice detrás del automóvil: la pieza interrumpe el flujo antes de que comience a ser succionada hacia la zona de vacío detrás del vehículo.

Los elementos pequeños también afectan la reducción de la resistencia. Por ejemplo, el borde del capó de casi todos los automóviles modernos cubre las escobillas del limpiaparabrisas. Dado que la parte delantera del automóvil se encuentra principalmente con el tráfico que se aproxima, se presta atención incluso a elementos tan pequeños como los deflectores de entrada de aire.

Al instalar kits de carrocería deportiva, debe tener en cuenta que la carga aerodinámica adicional hace que el automóvil tenga más confianza en la carretera, pero al mismo tiempo el flujo direccional aumenta la resistencia. Debido a esto, la velocidad máxima de dicho transporte será menor que sin elementos aerodinámicos. Otro efecto negativo es que el coche se vuelve más voraz. Es cierto que el efecto del kit de carrocería deportiva se sentirá a velocidades de 120 kilómetros por hora, por lo que en la mayoría de situaciones en la vía pública esos detalles.

Modelos con poca resistencia aerodinámica:

Sh 0,7 - Caterham 7

Cx 0,6 - UAZ (469, Cazador)

Cx 0,58 - Jeep Wrangler (TJ)

Cx 0,57 - Hummer (H2)

Cx 0,56 - VAZ "clásico" (01, 03, 05, 06, 07)

Peso 0,54 - Mercedes-Benz (clase G)

Cx 0,53 - VAZ 2121

Modelos con buena resistencia aerodinámica:

Sh 0,18 - VW XL1

Cx 0,19 - GM EV1

Cx 0,21 - Tesla (Model3)

Cx 0,23 - Audi A4

Cx 0,23 - Mercedes-Benz CLA

Cx 0,23 - Mercedes-Benz (S 300h)

Cx 0,24 - Tesla Model S

Cx 0,24 - Tesla (Modelo X)

Cx 0,24 - Hyundai Sonata

Cx 0,24 - Toyota Prius

Cx 0,24 - Clase C de Mercedes-Benz

Cx 0,25 - Audi A2

Cx 0,25 - Alfa Romeo (Giulia)

Cx 0,25 - Peugeot 508

Cx 0,25 - Honda Insight

Cx 0,26 - BMW (serie 3 en la parte trasera del E90)

Cx 0,26 - BMW i8

Cx 0,26 - Mercedes-Benz (B)

Cx 0,26 - Mercedes-Benz (clase E)

Cx 0,26 - Jaguar XE

Cx 0,26 - Nissan GT-R

Cx 0,26 - Infiniti Q50

Además, mire un breve video sobre la aerodinámica del automóvil:

Aerodinámica del coche, ¿qué es? ¿Cómo mejorar la aerodinámica? ¿Cómo NO hacer un avión con un coche?