Η αεροδυναμική των ηλεκτρικών οχημάτων

Οι μικρότερες ανάγκες ψύξης, η απουσία τούνελ μετάδοσης και εξάτμισης, οι μικρότεροι όγκοι λύνουν τα χέρια των σχεδιαστών.

Ένα συμβατικό αυτοκίνητο έχει πολλές απώλειες λόγω αεροδυναμικών αντιστάσεων που προκαλεί το σχήμα του λόγω των αναγκών ψύξης των μηχανικών του μερών. Πρώτα απ’ όλα η εμπρός μετωπική επιφάνεια είναι απαραίτητη για να διασφαλίζεται η ροή αέρα προς τα ψυγεία. Μετά είναι απαραίτητη η ψύξη των φρένων. Είναι απαραίτητη η εξάτμιση για τα καυσαέρια και πιθανόν το τούνελ μετάδοσης για τον πίσω άξονα. Επίσης το εμπρός μέρος είναι ογκώδες για να χωρούν τα περιφερειακά συστήματα υποστήριξης λειτουργίας του θερμικού κινητήρα. Όλα αυτά δε χρειάζονται σ’ ένα ηλεκτρικό όχημα, οπότε οι σχεδιαστές έχουν την ευχέρεια να βελτιστοποιήσουν την αεροδυναμική του. Για παράδειγμα το νέο VW ID.7 η λιμουζίνα της Volkswagen έχει εξελιγμένη αεροδυναμική οπότε χαμηλότερες αντιστάσεις αυτό συμβάλλει στη μεγάλη αυτονομία. Το αεροδυναμικό βασικό σχήμα, ο χαμηλός αεροδυναμικός συντελεστής οπισθέλκουσας (Cd) 0,23 και η μειωμένη μετωπική επιφάνεια 2,46 τετραγωνικά μέτρα είναι αποτέλεσμα προσεκτικού σχεδιασμού.

Σε μεγάλα οχήματα όπως το ID.7, το σχήμα του αμαξώματος προκαλεί περίπου το 50% των αντιστάσεων. Οι τροχοί και τα ελαστικά επηρεάζουν περίπου το 30%, το δάπεδο 10% και τα λειτουργικά ανοίγματα στο μπροστινό άκρο του οχήματος μέσω των οποίων ο αέρας ρέει προς το ψυγείο, επίσης 10%. Το γεγονός ότι το νέο ID.7 είναι το πιο αεροδυναμικό ID. μοντέλο μέχρι στιγμής μπορεί να φανεί με την πρώτη ματιά κοιτάζοντας τη σιλουέτα του οχήματος, το οποίο έχει μήκος σχεδόν πέντε μέτρα. Ο σχεδιαστής της Volkswagen, Daniel Scharfschwerdt, ανέφερε: «Κατά τον σχεδιασμό του ID.7, δόθηκε μεγαλύτερη έμφαση στην αεροδυναμική από ό,τι για οποιοδήποτε άλλο μοντέλο. Αυτό φαίνεται στο χαμηλό μπροστινό άκρο, τη ρέουσα μετάβαση στο καπό και το λείο παρμπρίζ. Η οροφή που θυμίζει κουπέ και το κωνικό πίσω άκρο είναι επίσης σχεδιασμένα για μειωμένες αεροδυναμικές αντιστάσεις».

Επίσης αφιερώθηκε πολύς χρόνος και δουλειά στον εξωτερικό σχεδιασμό, καθώς και στο κάτω μέρος του αμαξώματος, τους τροχούς και άλλες λεπτομέρειες. Πολυάριθμες προσομοιώσεις στον υπολογιστή για τον υπολογισμό της ροής συμπληρώνονται από δοκιμές σε αεροδυναμική σήραγγα ως μέρος αυτής της διαδικασίας. Το κάτω μέρος του αμαξώματος του ID.7 είναι σχεδόν επίπεδο. Αυτό συμπληρώνεται από διευθυντές ροής εμπρός από τους μπροστινούς τροχούς ώστε να μην πέφτει μεγάλη ποσότητα αέρα στην μετωπική τους επιφάνεια. Οι διευθυντές αυτοί οδηγούν τον αέρα κάτω από το όχημα με ελάχιστους στροβιλισμούς. Τα ανοίγματα στα πλάγια του μπροστινού προφυλακτήρα κατευθύνουν τον αέρα γύρω από το μπροστινό άκρο του οχήματος επίσης με ελάχιστη απώλεια. Τα διογκωμένα πλαϊνά μαρσπιέ εμποδίζουν τη ροή του αέρα στο κάτω μέρος του αμαξώματος και προστατεύουν τα πίσω ελαστικά από τον αέρα που ρέει προς αυτά. Επιπλέον, μικρά σπόιλερ και πάνελ καθοδηγούν τη ροή του αέρα στο κάτω μέρος του αμαξώματος.

Στα ηλεκτρικά οχήματα, οι τροχοί συμβάλλουν περισσότερο στην καλή αεροδυναμική. Ο σχεδιασμός των ζαντών με εστίαση στην αεροδυναμική πρέπει να λάβει υπόψη τις ανάγκες ψύξης των φρένων. Οι ζάντες των τροχών είναι πιο κλειστές και επομένως έχουν ιδιαίτερα καλές αεροδυναμικές ιδιότητες. Στο ID.7, η ροή του αέρα κατευθύνεται ώστε να μειωθεί η οπισθέλκουσα. Στο εμπρός μέρος υπάρχει ένα κινητό άνοιγμα που ενεργοποιείται μόνο όταν απαιτείται ψύξη του ηλεκτρικού κινητήριου συστήματος και της μπαταρίας. Στο πίσω μέρος, η χαμηλή αεροδυναμική αντίσταση διασφαλίζεται από την ιδανικά διαμορφωμένη πίσω πόρτα και τη σχεδίαση του διαχύτη και των πλευρικών διαχωριστικών άκρων.

Για τις δοκιμές στην αεροδυναμική σήραγγα χρησιμοποιήθηκαν πήλινα μοντέλα σε κλίμακα 1:1.  Τα ευρήματα υλοποιούνται στο μοντέλο χρησιμοποιώντας φρέζα με ακρίβεια χιλιοστού – για παράδειγμα, σε περίπτωση αλλαγών στο πίσω μέρος και στις άκρες διαχωρισμού. Με τη βοήθεια των πρωτότυπων εξαρτημάτων από τον 3D εκτυπωτή, η ομάδα δοκίμασε πολλές παραλλαγές – στους εξωτερικούς καθρέπτες, για παράδειγμα. Στο ID.7, αυτή η διαδικασία τους επέτρεψε να βελτιστοποιήσουν τα άνω και κάτω τμήματα του περιβλήματος των καθρεφτών και τη βάση τους για να επιτύχουν χαμηλότερο συντελεστή οπισθέλκουσας με εξαιρετικές αεροδυναμικές ιδιότητες. Το αποτέλεσμα αυτής της λεπτομερούς εργασίας είναι μια τιμή Cd 0,23, ο καλύτερος συντελεστής οπισθέλκουσας σε ολόκληρη την οικογένεια της Volkswagen.

Διαβάστε επίσης

F1: Αθλητικό πρότυπο!