traduttore

domenica 13 febbraio 2011

Giusto per chiarirsi.

Resistenza Aerodinamica, portanza, deportanza Cx e chi più' ne ha più ne metta.
Cos'e' tutta questa roba.
Di formule in questa scienza c'è n'è una montangna, ma non è mia intenzione fare un trattato peraltro fuori dalla mia portata, ma alcune cose vanno necessariamente chiarite anche perchè spesso si sentono usare certi termini e capita di non comprenderne il significato e l'importanza.

Innazitutto la Resistenza Aerodinamica: è la forza che si oppone all'avanzamento nel nostro caso della macchina dovuto al necessario spostamento dell'aria. Per vincerla, è necessario avere un motore capace di contrastarla.
Cx noto pure come Cd è un coefficiente adimensionale ossia senza unità di misura.
E' un numero che indica quanto è "aerodinamico" un oggetto: una vela ad esempio è molto diversa da un missile. La prima opporrà una gran resistenza all'aria mentre la seconda tende a penetrare l'aria con poca difficoltà.
Va da se che la Resistenza Aerodinamica dipende dal Cx, ma non solo.
una formuletta può dissolvere molti dubbi:
Fr = ro*V²*S*Cx/2

Fr: resistenza aerodinamica
ro: densità dell'aria (1,184kg/m³ alla temperatura di 25 C° e sul livello del mare)
V: velocità del veicolo
S: superficie frontale 
Cx: e' in genere fornito dal costruttore e ricavato ribaltando la formula di sopra.


Cx = 2*Fr/(ro*V²*S)
In questo caso, Fr è ricavato direttamente in galleria del vento dotando la vettura di sensori capaci di misurare questa forza.


Quindi, un veicolo che marcia ad una determinata velocità, dovrà generare una potenza necessaria a superare questa forza:

P = Fr*V
ossia
Cx 0,31  0,27  0,25
P = ro*V³*S*Cx/2


Significa che la potenza necessaria sale al cubo della velocità: ecco perchè la Grande Punto 1.2 da 65CV fa 155Km/h e la stessa auto con il motore 1.9 JTD da 131 cavalli (ossia il doppio) non fa i 310, ma solo 200Km/h.


Nel grafico quì a fianco è raffigurata la simulazione di una Opel Tigra con diversi coefficienti aerodinamici (Cx).
Quel che si vede è la richiesta di potenza in funzione della velocità per tre possibili configurazioni.
La versione con un Cx di 0,31 necessita di circa 82 Cv per raggiungere la velocità di 200Km/orari contro i 70CV per quella con un Cx di 0,27 ed i 65Cv per quella con il coefficiente piu' basso (Cx 0,25).
Questo ovviamente si riperquote pesantemente sui consumi.

Prima di lasciarvi, vorrei porre la vostra attenzione sul prodotto della sezione frontale del veicolo con il coefficiente aerodinamico: questo SCx o CdA (è la medesima cosa) è la chiave più rapida per comprendere a colpo d'occhio il valore dell'impatto aerodinamico di un oggetto.
Questo prodotto, e' presente nella formula del calcolo della potenza aerodinamica, come in quello della forza aerodinamica.
Va da se, che se sale la sezione frontale ed il Cx scende in modo che il valore del loro prodotto rimane costante, la potenza aerodinamica, come pure la forza risulterà invariata.
E' il metodo più semplice per paragonare due oggetti differenti.

il top del top

Non c'è niente di meglio che una bella carrellata di auto eccezionali disegnate da Teams alla ricerca del quasi impossibile.
Auto incredibili, dalle prestazioni impareggiabili e linee avveneristiche.

Daihatsu UFE -III  Cx 0,168  72Km/l ciclo Giapponese

Per la loro progettazione, si e' fatto ampio uso della galleria del vento e di software CFD capace di simulare aerodinamicamente l'oggetto e ridurre i tempi di progettazione.

Ogni più piccolo particolare è stato curato con cura maniacale per arrivare dove nessuno era arrivato prima.

Molte auto sono prive di specchietti retrovisori sostituiti con microtelecamere.
I cerchioni spesso lenticolari, magari racchiusi all'interno della carrozzeria .
GM Precept Cx 0,16

Gli pneumatici a basso coefficiente di rotolamento, recupero di energia nelle frenate e tant'altro sono solo alcune delle caratteristiche di questi incredibili veicoli.


Magari un giorno li vedremo piu' da vicino, intanto gustatevi queste foto e pensate che ne esistono molte altre alcune delle quali presto circoleranno per strada.
GM Ultralite Cx 0,192


 
Toyota ES3 Cx 0,23  37Km/l
Mercedes Bionic Car Cx 0,19  31Km/l@90Km/h

sabato 12 febbraio 2011

Un'occhiata



L'aerodinamica di una vettura e' davvero complessa: in un'intervista ad Hans Kerschbaum (ingengere aerodinamico della BMW), e' emerso che questa scienza e' troppo complessa per uno studio prettamente teorico e che e' necessario fare tanta ricerca sperimentale.

Ogni dettaglio, ha ricadute su altri elementi, cosi' cio' che va bene per una cosa, va male per un'altra.

Il gruppo ruota e vano ruota, e' responsabile di circa il 30% dell'impatto aerodinamico della vettura.

La cosa ideale, sarebbe avere i cerchioni carenati, ossia lenticolari, ma se la cosa e' applicabile a livello tecnico al posteriore, ben diverso e' il discorso relativo alle ruote anteriori che devono essere capaci di smaltire il calore prodotto dall'impianto frenante.

La resistenza aerodinamica e' suddivisibile in tre elementi: di forma, viscosa ed indotta.

Quella indotta dalla forma, produce un aumento di pressione sulla parte frontale dell'oggetto ed una "depressione" nella sezione posteriore: ben evidente in una vela.

Quella viscosa, si genera durante lo scorrimento dell'aria su una superficie: tipico l'esempio di un kayak che naviga.

Quella indotta, nasce da forze trasversali che inducono un sollevamento o uno schiacciamento dell'oggetto come nel caso delle ali di un aereo o di una vettura da corsa. E' prodotta anche dai vortici come nel caso di oggetti con angoli non coincidenti o elementi come le ruote di un veicolo ed i relativi vani di alloggiamento.

In conclusione, si puo' affermare che per un'auto media, i valori di resistenza aerodinamica sono cosi' distribuiti:




FORMA DEL VEICOLO 40%

RUOTE E RELATIVI VANI 30%

SOTTOSCOCCA 20%

RAFFREDDAMENTO MOTORE 10%




Le percentuali ovviamente variano da vettura a vettura.



Ad esempio, nel caso di un'auto particolarmente curata sotto questo profilo, e' lecito aspettarsi a livello percentuale un maggior impatto del raffreddamento rispetto agli altri elementi.

Gli interventi sulla Tigra riguarderanno tutti e quattro i punti su elencati oltre ad ulteriori interventi sul motore a livello di gestione elettronica e riduzione degli attriti interni.



Alcuni lavori saranno descritti dettagliatamente e collaudati, magari quantificati, mentre per altri, questo non sara' possibile o perche' gia' implementati o perche' non facilmente misurabili.



AeroProject: il progetto

Il progetto è quantomai indefinito.
Si tratta di pensare a cosa modificare e come farlo, ma per arrivare a questo occorre prima capire.


Un'idea potrebbe essere questa.
Una carrozzeria riprofilata e rastremata al retrotreno per ridurre la scia.
Coperture ruota posteriori per eliminare la turbolenza e deviatori di flusso davanti alle ruote anteriori per gestire l'aria e deviarla.
Si potrebbe aggiungere uno spoiler a scomparsa integrato sul bordo del portellone a gestione automatica: funzione Aerofreno in caso di frenate di emergenza e di stabilizzazione in caso di curve ad alta velocità' che richiedano aderenza al retrotreno.
Si potrebbero aggiungere delle minigonne ad azionamento automatico (pneumatico?): capaci di guidare il flusso d'aria eliminando le turbolenze in velocità quando estratte.
Da ritrarre nei percorsi urbani così da non danneggiarle.
Il fondo della vettura sarebbe carenato con una superficie liscia, la parte finale, terminerebbe con un estrattore per chiudere la scia ed il flusso dell'aria di raffreddamento motore gestita in modo ottimale magari con una serie di attuatori  in funzione delle richieste termiche del motore

Diversi i problemi.
Per quanto concerne esclusivamente il bozzetto, ve ne sono tecnici e legali.
Quelli tecnici riguardano la sostanziale ricostruzione del retrotreno ed il riposizionamento del cristallo posteriore.
La fanaleria va cambiata.
I coperchi ruota devono essere amovibili per poter accedere al gruppo ruota.
Quelli legislativi: sono diversi e non sto ad elencarli.
Insomma, le idee non mancano, ma magari per il momento è preferibile concentrarsi su qualcosa di più semplice.
Il fondo piatto, come l'estrattore, il controllo del flusso di raffreddamento ed i vari deviatori di flusso per le ruote non sono impossibili ;)

venerdì 11 febbraio 2011

Il soggetto

Questa la base: un' Opel Tigra.


Alta 1340mm, lunga 3922mm e larga 1820mm.
Un Cx di 0,31 (dichiarato dalla casa costruttrice)
per una Sezione Frontale  A=1,78mq offre un Scx di soli 0,545mq.
Un ottima base di partenza per un progetto Aerodinamico.




Si tratta di un piccolo coupé al disotto dei 4 metri di lunghezza, 4 posti a sedere da 1089Kg. La motorizzazione naturalmente, aspirata 4 tempi, 4 cilindri in questo caso dalla cubatura di 1,4 litri, dotata di 16 valvole in testa con recupero idraulico del gioco. Il rapporto di compressione vale 10,5:1

L’auto capace di 90CV riesce sin dalla fabbrica a spingersi un pelo oltre la barriera dei 191Km/h, questo grazie al ridotto (per l’epoca) coefficiente aerodinamico ed alla ridotta sezione maestra. A titolo di paragone, sgnalo la parsimoniosa Audi A2 3L che ha un Scx di soli 0,545m^2 ed un Cx di 0,25.
Rientrante nella classe Euro2 e’ dotata di catalizzatore trivalente e di sonda lambda nonché di iniezione sequenziale fasata, sensore di battito in testa, di sistema di influssaggio d’aria nel collettore di scarico per abbattere gli inquinanti nelle condizioni di marcia a freddo, di sistema EGR di ricircolo dei gas di scarico per abbattere gli NOx e di sistema di iniezione accensione integrati che permette sin dall’inizio delle buone percorrenze chilometriche in particolar modo fuori dai centri abitati.
Inoltre consuma poco: a 130Km/h percorre 14,5Km/l, ed a 90Km/h ne fa 19 al litro.
La Opel ha fatto intensi studi in galleria del vento per affinare quanto approvato dalla direzione marketing in tema di linee, forma, aspetto della vettura, senza stravolgerne la filosofia.
In particolare tecnici ed ingegneri, si sono concentrati sulla definizione della forma degli specchietti retrovisori e della bocca che da aria al pacco radiante del motore, ma anche in particolari meno visibili come lo spoiler in gomma flessibile posto al disotto del paraurti anteriore ed il  bordo posteriore dei passaruota posteriori sagomati in modo da ridurre le turbolenze aerodinamiche.
Anche le grondaie sul tetto sono state mascherate e la forma del cofano posteriore porta ad una rassicurante valore di 15° la pendenza tetto-cofano.
In realtà, quì l’ufficio marketing deve aver posto dei rigidi vincoli alla forma del retrotreno per andare incontro agli acquirenti piuttosto che alla galleria del vento: ne è un'esempio il profilo a cuneo e le fianacate posteriori alte. Nonostante questo, il Cx di 0,31 è ottimo per una vettura da meno di 4 metri di lunghezza disegnata nel ’93, lascia presagire ampi spazi di miglioramento pur a fronte di modifiche sostanziali.


Ulteriori informazioni su questa vettura su: http://it.wikipedia.org/wiki/Opel_Tigra