(News.oto-hui.com) – Vào thập niên 1800, George Cayley là người đầu tiên nghiên cứu về khí động học hay nói cách khác là dòng chảy của chất khí. Về mặt lý thuyết thì khí động học là nghiên cứu về sự tiếp xúc của không khí với các vật thể chuyển động. Không khí cũng có khối lượng riêng của nó, do vậy bất cứ vật gì đi qua nó cũng bị hao hụt năng lượng, giảm tốc độ. Và trong bài viết dưới đây chúng ta sẽ tìm hiểu sự tác động của khí động học đến hiệu quả nhiên liệu.
Đối với ô tô, khí động học là sự nghiên cứu về luồng không khí xung quanh xe khi xe di chuyển. Luồng không khí di chuyển càng mượt mà, lực cản càng thấp thì hiệu quả nhiên liệu càng cao và động cơ sẽ đốt cháy ít nhiên liệu hơn ở một mức tốc độ cụ thể.
Lực cản của không khí được tạo ra ở nhiều điều kiện khác nhau. Khi luồng không khí đi qua một bề mặt, nó sẽ tạo ra ”ma sát bề mặt”. Mặc dù sự ma sát này là không đáng kể bằng các yếu tố khác như sự hỗn loạn và chênh lệch của áp suất, nhưng tất cả đều cộng lại thành lực cản khí động học. Chính vì thế mà các hãng xe rất quan tâm vấn đề này. Đây được xem là một phương pháp giúp xe tiết kiệm nhiên liệu mà lại mang lại lợi ích kinh tế cho hãng xe.
1. Vì sao khí động học của xe lại rất quan trọng và các hãng không bao giờ ngừng cải tiến?
Ở dải tốc độ cao của xe, lực cản và lực nâng do dòng chảy không khí này có thể làm cho ô tô hoạt động theo những cách thất thường – không hoàn toàn lý tưởng. Mặt khác, việc tối ưu hóa khí động học sẽ giúp cho xe:
- Giảm thiểu việc sử dụng nhiên liệu không cần thiết.
- Tối đa hóa sự ổn định của xe.
- Giảm âm thanh ồn bên trong xe.
Mặt khác, khí động học cũng liên quan đến việc quản lí nhiệt của xe hay nói cách khác là một chiếc xe có khí động học tốt của thể giúp động cơ được làm mát thêm một phần nữa ngoài làm mát bằng dung dịch.
2. Ý nghĩa của hệ số cản?
Hệ số cản trong tiếng anh là Coefficient of drag (hay Car Drag Coefficient) viết tắt là Cd. Đó là con số thể hiện mức độ “trơn trượt” của xe khi di chuyển trong không khí.
Lực cản khí động học = Diện tích cản của xe (diện tích phía trước) x hệ số cản (Cd) x Mật độ không khí x Bình phương tốc độ
- Diện tích cản của xe (diện tích phía trước): Chủ yếu phụ thuộc vào hạng và loại xe, kích thước, kiểu thiết kế… của xe.
- Hai chiếc xe có thể có cùng giá trị Cd, nhưng chiếc sedan sang trọng sẽ tạo ra lực cản khí động học lớn hơn một chiếc xe mini.
- Mật độ không khí: Tùy thuộc vào nơi mà chiếc xe đi qua.
- Bình phương tốc độ: nó có ảnh hưởng lớn đến lực cản khí động học của ô tô
3. Ảnh hưởng của lực cản đến tốc độ đốt cháy nhiên liệu của xe?
Trong xe hơi, lực ma sát và lực cản lăn của lốp xe đốt cháy rất nhiều năng lượng. Khi xe di chuyển trong đô thị, phần lớn lượng nhiên liệu của xe được đốt cháy để có thể sinh ra công thắng lực ma sát và lực cản lăn, lực cản khí động học không phải là một yếu tố lớn. Nhưng các lực cản này sẽ tăng tuyến tính theo tốc độ của xe.
Lực cản của không khí sẽ tăng tỷ lệ với bình phương tốc độ. Khi xe chạy trên đường cao tốc, với tốc độ cao khoảng 120km/h, lúc này lực cản không khí sẽ là nguyên nhân chính trong việc tiêu hao năng lượng chứ không phải là lực ma sát hoặc lực cản lăn. Tóm lại, khi xe di chuyển với tốc độ trung bình thì công của động cơ sinh ra phải thắng được lực ma sát, lực cản lăn. Còn khi xe di chuyển ngày càng nhanh thì sẽ phát sinh thêm một lực bất lợi là lực cản không khí.
4. Cách thử nghiệm khí động học của các nhà sản xuất
Hiện tại trong thời buổi công nghệ cao, sẽ có rất nhiều phương pháp thử/kiểm tra khí động lực học ô tô, có thể sử dụng phần mềm mô phỏng mô hình thử nghiệm trên máy tính. Nhưng tất cả, các nhà sản xuất ô tô đều thử nghiệm theo một cách rất là xưa cũ. Họ đưa những chiếc ô tô trong một đường hầm gió khổng lồ, thổi chúng bằng không khí mang màu sắc và quan sát điều gì xảy ra.
Elfstrom nói: “Khói cho bạn cái nhìn nhanh về bất kỳ vấn đề nào trên bề mặt xe đang tạo ra dòng chảy riêng biệt. Bất cứ nơi nào có dòng chảy riêng biệt, điều gì đó có thể làm tăng lực cản”.
Không khí hoạt động khác nhau tùy thuộc vào điều kiện thời tiết, vì vậy ACE Wind Tunnel (Đường hầm gió ACE là một trong những đường hầm lớn nhất thế giới) cũng cung cấp các bài kiểm tra độ bền tạo ra các điều kiện khí hậu như mưa băng giá.
5. Điều gì tạo nên hệ thống khí động học tốt cho xe?
Dưới đây là các phương pháp tối ưu hóa khí động lực học ô tô:
- Các cạnh ở phía trước xe được làm tròn: Bởi vì các lực cản không khí sẽ càng bị nhiễu loạng khi các cạnh sắt nhọn.
- Các lưới tản nhiệt phía trước xe ngoài khả năng giúp làm mát động cơ còn góp một ý nghĩa không nhỏ trong thiết kế khí động học: Một số hãng xe hiện nay đang thử nghiệm lưới tản nhiệt phía trước có thể thay đổi hình dáng và kích thước nhầm mục đích tối ưu hóa khí động học cho xe
- Hình dạng của mâm xe cũng có ảnh hưởng đến khí động học của xe: Cụ thể các luồng không khí có thể đi qua các nan hoa của mâm xe, gây ra lực cản cho bánh xe khi xe di chuyển ở tốc độ cao. Mẫu xe Ford Atlas có mâm xe với các ” cánh cửa ”, có thể đóng kín lại các khe hở giữa những chiếc nan hoa
- Tạo các tấm hướng gió, làm lệch hướng dòng khí động phía trước chúng di chuyển đến lốp xe.
- Tạo hình của gương và các tay cầm nắm cửa bên ngoài cũng cần được chỉnh chu sao cho ít cản gió nhất có thể. Gương chiếu hậu camera đang là xu hướng thiết kế mới
- Tấm ngăn khí – Air dam để giảm lực cản dưới gầm xe.
- Các đường viền cắt xe bên ngoài sẽ kiểm soát luồng không khí trước khi hướng nó xuống gầm xe
- Cánh hướng gió phía sau để giảm lực nâng.
- Bộ khuếch tán phía sau để kiểm soát không khí thoát ra bên dưới xe.
- Tạo các máng bụng dưới gầm xe để luồng không khí đi qua một cách êm dịu dưới gầm xe
Bài viết liên quan:
- Thiết kế khí động học trên ô tô, xuất phát từ đâu?
- Có thể bạn chưa biết: Xe điện Lightyear 0 có hệ số cản gió thấp nhất thế giới?
- Lực Downforce là gì và tầm quan trọng của nó trong xe đua F1?
- Phân tích hiện tượng lật xe ở ô tô
- Roll Center – Tâm lật thân xe là gì?
