أهمية التصميم الديناميكي الهوائي للمركبات

لماذا أصبحت مركبات النقل التي يجب أخذها في الاعتبار من حيث استهلاك الطاقة والسرعة أكثر إرضاءً من الناحية الجمالية للجمهور وأكثر سلاسة في تصميمها؟ وماذا تعني مجموعات الديناميكية الهوائية هذه للشاحنات؟

ذات يوم، قال مارسيل داسو، مؤسس شركة داسو للطيران الفرنسية، المتخصصة في تصنيع وإنتاج الطائرات المقاتلة، إن الطائرة التي تعمل بشكل جيد تكون جميلة المظهر عادة. وربما تكون الشاحنات "الجميلة بصريًا" أكثر كفاءة في استهلاك الوقود.

مع تزايد سرعة وسائل النقل، أصبح تصميم الشاحنات يصل تدريجياً إلى نقطة لا يمكن عندها تجاهل مقاومة الرياح.

وفقًا لمنظمات الأبحاث، عندما تصل الشاحنة إلى سرعات تصل إلى 88 كم/ساعة، يتم استخدام حوالي نصف قوتها الحصانية للتغلب على مقاومة الرياح. وقد أجبر هذا الاستنتاج مصنعي الشاحنات على بذل الكثير من الجهود لتقليل مقاومة الرياح.

في مايو 2008، على حلبة ناردو الشهيرة للسباقات عالية السرعة في جنوب إيطاليا، سجلت سيارة مرسيدس بنز أكتروس 1844 LS الجديدة التي يبلغ وزنها الإجمالي حوالي 40 طنًا رقمًا قياسيًا عالميًا جديدًا في موسوعة غينيس في ذلك الوقت - الشاحنة التي يبلغ وزنها 40- طنًا بأقل استهلاك للوقود في العالم. بعد 12728 كيلومترًا من الاختبار، حققت السيارة استهلاكًا مذهلاً للوقود بلغ 19.44 لترًا لكل 100 كيلومتر!

بالإضافة إلى مجموعة نقل الحركة الفعالة، يعد التصميم الديناميكي الهوائي لسيارة Actros أيضًا أحد المساهمين الرئيسيين في هذه النتيجة المفاجئة.

كما نرى من الصورة، تتمتع شاحنة أكتروس بمجموعة ديناميكية هوائية غنية، مع عواكس سقف وجوانب تتناسب مع صندوق الشحن، وعواكس جانبية تشمل المقطورة، بالإضافة إلى صندوق شحن من الألواح المركبة الناعمة. تجعل هذه التصميمات الديناميكية الهوائية هيكل أكتروس مسطحًا للغاية وأقل عرضة للاضطرابات.

سنقدم لك ملخصًا للتصميمات التي تعمل على تقليل مقاومة الرياح بالترتيب من مقدمة السيارة إلى مؤخرتها، والتي يمكنك التركيز عليها عند اختيار السيارة.

● شبكة سحب الهواء النشطة تشير شبكة سحب الهواء النشطة إلى الشبكات الموجودة في الشبكة المركزية والتي يمكن فتحها وإغلاقها بشكل مستقل وفقًا لبيئة تشغيل السيارة. ترتبط هذه الشبكات ببعضها البعض بواسطة قضبان التوصيل، والتي يتم التحكم فيها بواسطة محركات كهربائية تدير الشبكات من خلال التحكم في محركات الدفع من خلال كمبيوتر الرحلة (ECU).

يمكن لشبكة سحب الهواء النشطة التحكم بشكل فعال في سرعة تسخين السيارة، ويمكنها أيضًا أن تلعب دورًا في تقليل مقاومة الرياح.

عندما يكون المحرك في بيئة ذات درجة حرارة منخفضة أو عندما يكون حمل المحرك منخفضًا ولا يوجد طلب كبير على تبديد الحرارة، فإن وحدة التحكم الإلكترونية ستغلق الشبكة النشطة "للحفاظ على المحرك دافئًا" حتى يتمكن المحرك من الوصول إلى درجة حرارة التشغيل المثالية.

عندما تكون درجة حرارة تشغيل المحرك أعلى من درجة الحرارة المثالية، فإن وحدة التحكم الإلكترونية ستفتح شبكة سحب الهواء النشطة، وسيتم سكب كمية كبيرة من الهواء في الشبكة المركزية، وإزالة الحرارة للمساعدة في تبريد المحرك. أما بالنسبة لتوقيت فتح أو إغلاق شبكة سحب الهواء النشطة، فيتم ذلك من قبل وحدة التحكم الإلكترونية بالإشارة إلى درجة حرارة سائل تبريد المحرك ودرجة حرارة الزيت ودرجة حرارة المحيط والسرعة وعوامل أخرى.

بالإضافة إلى مساعدة المحرك في الحفاظ على درجات حرارة التشغيل المثالية، تعمل شبكة سحب الهواء النشطة على تقليل مقاومة الهواء لتحقيق توفير الوقود.

وفقًا لاختبار NEDC الذي أجرته جمعية مهندسي السيارات SAE في درجة حرارة محيطة تبلغ 25 درجة، يمكن لشبكة سحب الهواء النشطة تحسين الاقتصاد في استهلاك الوقود بنحو 2%. ينبع هذا التحسين الجزئي لاستهلاك الوقود بشكل أساسي من تقليل مقاومة السيارة للرياح عند إغلاق شبكة سحب الهواء النشطة.

عندما تسير الشاحنة بسرعات عالية، فإن الرياح الناتجة عن الاصطدام الأمامي سوف تتدفق عبر عدة مواقع - السقف، والجوانب، والجزء السفلي - والواجهة الأمامية، التي تواجه الريح مباشرة، هي أمر بالغ الأهمية.

عندما يمر تدفق الهواء عبر شبكة السحب إلى المقصورة ويتدفق عبر المبرد والتجهيزات الأخرى، فإنه يصطدم بالهيكل المقياس داخل المبرد، مما يخلق كمية هائلة من مقاومة القيادة.

عندما يدخل تدفق الهواء إلى المقصورة، فإن معظمه سوف يتدفق من الفتحة الموجودة أسفل حجرة المحرك ويصطدم بتدفق الهواء عالي السرعة الذي كان يتدفق في الأصل تحت السيارة، مما يتسبب في حدوث اضطرابات وزيادة مقاومة الهواء.

لذلك، فإن القدرة على إغلاق شبكة سحب الهواء جزئيًا أو كليًا عند سير السيارة بسرعات متوسطة وعالية مفيدة في تقليل مقاومة الرياح. ومن السهل أن نرى لماذا تتمتع معظم المركبات الكهربائية الخالصة بدون محركات بتصميم أمامي مغلق.

● عاكسات السقف/الجوانب في الواقع، تعد عاكسات السقف والجوانب هي الأسهل في التشغيل والتحكم. وفقًا للإحصائيات، يمكن للسيارة المزودة بعاكس توفير ما يصل إلى 4-5% في استهلاك الوقود مقارنة بالسيارة غير المزودة بعاكس.

من اليسار إلى اليمين، العاكسات المتجانسة والمركبة والمحولة

يمكن تقسيم عاكس الهواء بشكل عام إلى ثلاث فئات وفقًا لشكله: النوع المتكامل، والنوع المركب، ونوع التحويل.

تستخدم الولايات المتحدة وسائل النقل المتعددة الوسائط، وحجم مقطوراتها أكثر تجانسًا نسبيًا، لذلك تستخدم الشاحنات الثقيلة الأمريكية في الغالب العاكس المتكامل.

في الدول الأوروبية، بسبب الاختلافات في الظروف الوطنية، هناك اختلافات بين المركبات وصناديق الشحن، وبالتالي فإن عاكس المركبة يعتمد في الغالب على العاكس المدمج القابل للتعديل.

يتميز النوع الأخير من عاكسات تحويل الهواء بتأثير تشتيت تدفق الهواء لأعلى وإلى الجانبين الأيسر والأيمن في نفس الوقت، وهو أكثر كفاءة، وبالتالي يتم استخدامه في جميع أنواع الشاحنات. وعادةً ما يلزم تصنيعه وفقًا لصندوق الشحن المقابل.

في الممارسة العملية، يجب ضبط عاكس الهواء العلوي للكابينة على ارتفاع يساوي ارتفاع المقطورة أو أقل قليلاً منها. انتقال سلس لتدفق الهواء من الكابينة إلى صندوق الشحن عن طريق عاكس الهواء، مما يتجنب اصطدام تدفق الهواء بصندوق الشحن مباشرة. يقلل من مقاومة القيادة الناتجة عن اضطراب الهواء بين الجرار والمقطورة.

كما أن وجود العاكسات الجانبية مهم أيضًا، حيث يعمل وجودها على تقليل المسافة بين الجرار والمقطورة. وهذا يجعل من الأسهل تدفق تدفق الهواء بسلاسة عبر الفجوة بين الطرف الأمامي والمقطورة عندما تسير السيارة بسرعات عالية، مما يقلل بشكل كبير من فرصة تكوين الدوامات. العاكس الجانبي في توجيه تدفق الهواء المعاكس مهم جدًا، ولا يقل ضعفًا عن عاكس السقف.

الآن تم تجهيز العديد من مقطورات الجرارات بعاكسات قابلة لتعديل الارتفاع، ومطابقة ارتفاع العاكس مع ارتفاع صندوق الشحن قدر الإمكان قبل كل مغادرة هي طريقة عملية للغاية لتوفير الوقود.

الألواح الجانبية وألواح المقطورة

تتمتع الشاحنات التي لا تحتوي على ألواح جانبية بمقاومة هواء كبيرة بسبب الأجهزة العديدة المرتبة على جانبي العارضة، والتي يمكن تجنبها عن طريق تركيب الألواح الجانبية.

من ناحية، يمكن أن يقلل من مركز ضغط الرياح في السيارة ويحسن قدرة السيارة على مقاومة الرياح الجانبية؛ من ناحية أخرى، يمكنه منع الهواء على جانبي السيارة من الامتصاص أسفل السيارة وتقليل تراكم تدفق الهواء أسفل السيارة. يمكن أن يقلل هذا من تأثير تدفق الهواء على الأجزاء البارزة المختلفة في هيكل السيارة، بحيث يكون تدفق الهواء أسفل السيارة أكثر سلاسة، وبالتالي تقليل مقاومة الهواء.

يعمل هذا الشكل المتقارب، المشابه لذيل الطائرة، على تقليل الاضطرابات ومقاومة الرياح في الجزء الخلفي من صندوق الشحن بشكل فعال، مما يحسن الاقتصاد في استهلاك الوقود بشكل أكبر.

● لوحة الذيل

الجزء الخلفي من السيارة هو المكان الأكثر إهمالًا، ولكن في الواقع فإن الإعداد المعقول لعظم الذيل ولوح الذيل للمقطورة يمكن أن يجعل نقطة فصل تدفق الهواء متأخرة للخلف، مما يساعد على تقليل منطقة الضغط السلبي خلف صندوق الشحن.

في "المقطورة الطائرة" التي أطلقتها شركة مرسيدس بنز و"الشاحنات الصغيرة وشبه المقطورات ذات مقاومة الرياح المنخفضة" التي أطلقتها عدد من الشركات المصنعة الصينية، يمكننا أن نرى وجود "عظم الذيل على شكل قارب". وقد أظهرت الدراسات أنه باستخدام هذا النوع من الهياكل، يمكن تقليل مقاومة الهواء بنسبة 10-15%.