تحليل الديناميات الهوائية لاقتصاد الوقود الأفضل

مقدمة: لماذا تُزيد الأمور عن أي وقت مضى

وعندما ترتفع أسعار الوقود وتزداد الوعي البيئي، يصبح تصميم خارج المركبة أكثر من عملية وضع العلامات - ويتحول إلى مساهم قابل للقياس في تكاليف تشغيله طوال حياته، ويفسر اثنان من أكثر المركبات غير المدمجة شعبيا على الطريق، وطائرة Tyota RAV4، وMzda CX-5، في كثير من الأحيان، مدى موثوقيتها، وراحة داخلية، ودينامياتها، غير أن وجود اختلافات في نوعية الوقود المجهري يكشف عن وجود تأثيرات في كل نوعها.

الفيزياء خلف المدخرات الوقودية

مقاومة الهواء ليست قوة ثابتة؛ بل تنمو بمساحة السرعة؛ أما في المناطق الحضرية، فإن المقاومة المتجددة من الإطارات تهيمن على الطاقة اللازمة لنقل مركبة، وفي الوقت الذي يصل فيه التقاطع إلى 55 ميلاً مربعاً، فإن الجر الهوائي يصبح أكبر قوة مقاومة واحدة، وبسرعة 70 متراً، يمكن أن يشكل أكثر من 60 في المائة من مجموع الخسائر في الطاقة.

وقد أدى معامل الوسم الذي وضعته وكالة حماية البيئة في الولايات المتحدة في مجال الوقود إلى إحداث تحسُّن بنسبة تتراوح بين 2 و4 في المائة في اقتصاد الوقود في الطريق السريع من خلال دورة اختبار الطرق السريعة، حيث تصل السرعة إلى 80 مليون ف.

المنطقة الأمامية ضد معامل دراغ

وفي حين أن مركز القيادة يقيس مدى زلقة الشكل، فإن المنطقة الأمامية تحدد مجموع القطع التي تعرضها المركبة على الهواء، فنتيجة منطقة الجر الفعالة التي تبلغ مركبتيها حدين هي القياس الحقيقي للمقاومة الهوائية، إذ يمكن للسيارة الرباعية الحجم الطويلة والواسعة النطاق أن تحقق درجة منخفضة من الأشعة السينية إذا ما تم تشكيلها بعناية، ولكن المنطقة الأمامية الكبرى قد لا تزال تؤدي إلى ارتفاع استهلاك الوقود في الطرق السريعة عن مستوى أدنى من التنافس في إطار " CV-5 " .

Toyota RAV4: Rugged looks Meet Aerodynamic Science

وقد انتقل الجيل الخامس من برنامج RAV4 الذي بدأ في السنة النموذجية 2019 إلى منصة تيويتا TNGA-K واعتمد مظهراً مربعاً ومتسعاً، وعلى الرغم من سيلوويت الملاكم الذي كان عليه قبلها، حقق مهندسو تيوتا معامل جر يبلغ حوالي 0.33 بالنسبة لنموذج البنزين - التنافس داخل صفه، وخلف ذلك الرقم عدة استراتيجيات متكاملة بعناية للتدفق الجوي.

ضواحي الغريلي والجو

ويزداد خط الشرايين الأعلى للمركبات في RAV4 صغرا عما يبدو عليه أولا، ويتاخم ذلك المحيط الزاوي الذي يحلق حول الزوايا الأمامية بدلا من أن يخترق فما مفتوحا كبيرا، ويتدفق الهواء العمودي مباشرة إلى آبار العجلات، ويخلق ستارا جويا يقلل من الاضطراب حول الإطارات الأمامية الدوارة، ويبدأ هذا الستار في سلاسة الهواء على طول التدفق المتحركي للمركبات.

Side Body Sculpting and Mirror Integration

(تويوتا) أعطت (آر أي في 4) مشعلات مُعلنة وخط شخصي يمتد من مشعل العجلات الأمامية إلى أضواء الخلفية، وتخلق الكريسماسات الحادة طبقة حدودية تساعد على البقاء في الهواء على الجثة، وتؤخر الفصل على الأبواب الخلفية، وتُشكل المرآة الجانبية التي تُركّز على لوحة الباب بدلاً من زاوية النافذة، بشعار جانبي يُرفع إلى أقصى حد.

تحت بند المعالجة وإدارة الأيكولوجيات الخلفية

وتتناول هذه الأفرقة، تحت الرمز RAV4، الألواح المركبة الكبيرة، الأرض من محرك السفينة إلى محورها الخلفي، وتخفي خزان الوقود وسباكة العادم وعناصر الإيقاف، وتخفض التدفق الفوضوي الذي يخلق الرفع والسحب.

"المُستشفى"

ويستفيد من برنامج " RAV4 " من المصافح الإضافية للطيران، حيث إن المكوكات الرمادية العاملة هي معيار، كما أن لوحات الجسم السفلي ممتدة قليلاً لاستيعاب قنوات التبريد بالبطارية مع الحفاظ على أرضية سلسة، كما أن مهندسي شركة تويوتا قد قاموا أيضاً بتحميل المبردات الخلفية على متن الهجين للعمل في ارتفاع منخفض ساهم به في حزمة البطارية)٣(.

Mazda CX-5: Kodo Design and Airflow Management

أما لغة مازدا CX-5 فتتلي لغة كودو - " سول الحركة " - التي تشدد على التدفق والأسطح العضوية، ونتيجة لذلك، يبدو أن المركب أقل وأعلى من عدد كبير من المنافسين، كما أن معامل جر الـ CX-5 يقع في حوالي 0.33، ولكن الطريق إلى هذا الرقم ينطوي على مجموعة مختلفة من الخيارات الأيرودينامية.

المكوك الناشطين و الجناح التوقيعي

وتحت جناح الكروم البارز CX-5 الذي يمتد إلى الرميل، المكوكات الرمادية النشطة هي معيار على معظم الترام، ولا تزال هذه المكوكات مغلقة أثناء بدايات باردة للتعجيل بتشغيل المحرك وبسرعات الطرق السريعة لقطع الجروح، وعندما تكون هناك حاجة إلى التبريد، مثل أثناء ارتفاع درجات التلال، يفتح المكوك تلقائيا.

استمرارية السطح ورسم الخرائط

وقد وضع نموذجان ملصقان مازدا قسطا على القضاء على التحولات الحادة على طول جانبي الجسم، وتواجه الأبواب والألواح الربعية حدا أدنى من الثغرات، وتتدفق الغطاء إلى القوارير A-pillars في قوس واحد، وترتد الزهرة المائلة نفسها وتتكون من ارتفاع صغير في المولدات الكهربائية التي توجه مياه الأمطار وتخفض أيضا ضوضاء الرياح.

BLly Pan and Exhaust Tunnel Cladding

Underneath, the CX-5 deploys a full-length undercover from the frontصدمer to the rear suspension, interrupted only by heat shields around the exhaust. Engineers even fine-tuned the shape of the fuel-tank shield to work as a diffuser, guiding underbody air to rise gradually before it exits at the rear designer. The exhaust system is routed through a street with side shield

Wheel and Tire Aerodynamics

وقد أولت شركة مازدا اهتماما خاصا لتصميم بئر العجلات من طراز CX-5، وتُجهز فتحات العجلات الأمامية بمحركات تسحب الهواء بسلاسة من الإطارات الدوارة، بينما تشمل آبار العجلات الخلفية أغطية جزئية من شأنها أن تحجب الهواء الاضطرابات من التداول خلف الإطارات، وتُشكل خيارات العجلات من 17 إلى 19 بوصة والتي تُحدِّد بدقة تفاصيل التعبئة من طراز MX-5.

مقارنة مباشرة: Cd, Frontal Area, and Real-World Results

ويحقق كلا من RAV4 و CX-5 معامل سحب يبلغ 0.33 تقريباً في شكل الغازولين العادي، كما تؤكد ذلك اختبارات الطرق المستقلة وبيانات سحب المركبات [(FLT:0](Car and Driver) ، غير أن طول الطائرة RAV4، وتولد الجسم الأوسع نطاقاً مساحة أكبر من الطوابق الأمامية تبلغ 2.6 متر مربع.

وفي اختبار الطريق السريع الذي تجريه وكالة حماية البيئة، يترجم هذا إلى ميزة متواضعة ولكن حقيقية، إذ إن محركها المزود بمحرك ذي محرك ذي محرك ٢,٥ لتر ذي طابع طبيعي يحقق طريقاً عالياً مقسماً إلى ٣١ ممباً، بينما يُقي َّم معامل دخان غير مختلط يُدلى به على ٣٥ محركاً من طراز Winmpg مرتفعاً، وذلك جزئياً إلى جانب انتقاله ذي الشكل ٨ مراتب وخيارات hybrid-assist.

الاختبار في الظروف الحقيقية

وقد قيست مجلات مستقلة مثل تقارير المستهلكين () كلا من المضاعفات على حلقات الطرق السريعة التي تبلغ 75 ميلاً، وفي اختباراتها، عادت هيبريات RAV4 37 مبتغاً، بينما عادت الفجوة بين الغازات غير المهجنة من طراز CX-5 إلى 29 ممبغاً - أكبر من أرقام خط إطلاق النار()().

The Impact of Accessories and Driving Habits

ونادرا ما تعمل المشابكات في أنفاق الرياح الخاضعة للمراقبة الكاملة، ففي المناطق المفتوحة، والرياح، ورفوف السقف، وصناديق الشحن، تغيرا جذريا الصورة الهوائية، وتشير ]EPA إلى أن إزالة رف السقف يمكن أن تحسن اقتصاد الوقود بنسبة تصل إلى 5 في المائة على الطريق السريع ، مما يؤدي إلى تعزيز مدى حساسية السيارات غير المزودة بأجهزة الهواء(4).

In mixed driving, the aerodynamic gains are less obvious. City commutes with frequent stops negate most drag-reduction benefits because speeds rarely exceed 40 mph. Yet for drivers who log thousands of highway miles per month, the cumulative savings matter. A CX-5 that achieves an extra 2 mpg due to its lower drag area can save roughly $150 per year at current fuel prices compared to a boxier 2020Vhy

التأشيرات والضغط

وتأتي كلتا الشاحنتين بإطارات منخفضة مقاومة للارتطام من المصنع، ولكن بعد استبدال السوق يمكن أن يتدهور الأداء الأيروديني إذا ما ظهرت أنماط للخيط العدواني أو المقاومة المتطايرة بدرجة أعلى، كما أن الحفاظ على الضغط المناسب للإطارات أمر بالغ الأهمية: فالإطارات المتناقصة تزيد من المقاومة المتجددة ويمكن أن تغير ارتفاع ركوب المركبات، وقد تزيد من المساحة الأمامية، كما أن عمليات فحص الضغط المنتظمة هي طريقة بسيطة للحفاظ على الفوائد الناجمة عن المصنع.

الاتجاهات المستقبلية: الديناميات الهوائية النشطة وما بعدها

وتمثل هذه الشركة حالتها الحالية للسيارات غير الكمالية، ولكن الصناعة تتحرك نحو السطح الهوائي النشط تماما، وقد قامت مرسيدس - بينز وتيسلا باستحداث مركبات ذات ارتفاعات قابلة للتعديل تقل بسرعة، بينما أصبحت أجهزة التكسير ذات العجلات الشجرية عالمية، ومن المتوقع أن تضيف الجيل القادم من المركبات التي تعمل تحت سطح البحر إلى جانب الجيل المتحرك.

كما أن بيانات نفق الرياح ذاتها التي شكلت رافعة RAV4 و CX-5 تورد مفاهيم أكثر تطرفا مثل كوب رؤية مازدا وبوزو تيوتا BZ4X، ويستثمر كل من المصنعين في نماذج حسابية تحفز تدفق الهواء حول العجلات بمزيد من التفصيل، مما يؤدي إلى حواجز جديدة في عجلات العجلات وتصميمات التي تقلل من المصعد دون زيادة الوزن.

Battery Electric and Hybrid Implications

ومع انتشار الكهرباء، تصبح الكفاءة الهوائية أكثر أهمية لأن كل ساعة مديدة تمتد من خلال مجموعة الـ (CX-60) و(CX-70) التي تبنى على هيكل كبير من عناصر البرمجيات، من المتوقع أن تتضمن هذه النماذج الإبداعية الفعالة المتطورة.

اختيارك: اعتبارات عملية

ولا يمكن للمركب RAV4 ولا CX-5 أن يطالبا بفوز حاسم في الطوابق الهوائية؛ بل أنهما يحققان ببساطة أهدافا مماثلة من خلال مسارات مختلفة، ويبدو أن النظرة التي يقوم بها مركز البحوث والتطوير في مجال الطاقة الكهربائية ذات الوجهة المغامرة في 4 تستخدم خطوطا وجهية حادة وخطا غير مائل في الهواء المضغوط، بينما تُنتج أعدادا من أجهزة التصفح من طراز RA-5 عن طريق قاذفات أقل قليلا.

وينبغي للمشترين المستقبليين الذين يهتمون بتكاليف الوقود الطويلة الأجل أن ينظروا إلى ما هو أبعد من أرقام قوة الحصان وقوائم التكنولوجيا الداخلية، ويفحص بيك تحت المضرب الخلفي فتح الشرايل، ويفتشون الجسم، إن أمكن، ويقرر هؤلاء التفاصيل الخفية مدى صعوبة تشغيل المحرك عند 70 ميلاً ف. وقد أثبت كل من تويوتا ومازدا أن المضاعفات الطويلة والوارث الأسرية يمكن أن تقارب الكفاءة المستخرج من الغلاف الجوي إلى آخر.