Emocje kontra wydajność: nowy tunel aeroakustyczny Mercedes-Benz Informacja prasowa



Pobieranie 135.94 Kb.
Data09.05.2016
Rozmiar135.94 Kb.


Mercedes-Benz: aerodynamika

Emocje kontra wydajność:
nowy tunel aeroakustyczny Mercedes-Benz


Informacja prasowa



4 października 2013 r.








Spis treści

Nr strony







Wersja skrócona




Emocje kontra wydajność

2







Pełna wersja




Zmniejszyć opór aerodynamiczny

5

Mistrz aerodynamiki w niemal wszystkich klasach aut










Aerodynamika

9

Podstawa wydajności i komfortu










Nowy tunel aeroakustyczny

13

Nowe narzędzie do walki z oporem aerodynamicznym i hałasem opływającego powietrza










Wywiad: dr Teddy Woll

16

"Walczymy o każdą setną część współczynnika oporu powietrza"










Pod mikroskopem: rozwój aerodynamiki

19

Jak walka z oporem powietrza zmieniała samochody?






Mercedes-Benz: aerodynamika
Emocje kontra wydajność:
nowy tunel aeroakustyczny Mercedes-Benz

Stuttgart. Mercedes-Benz dowodzi, że emocjonujący, zmysłowy design i najwyższa wydajność aerodynamiczna nie muszą się wykluczać. W zakresie ograniczenia oporu powietrza, poziomu hałasu i gromadzenia się zanieczyszczeń, a także pod względem komfortu jazdy pod gołym niebem, modele ze Stuttgartu od lat zajmują czołowe pozycje niemal w każdym segmencie. Nowo otwarty w centrum rozwoju w Sindelfingen tunel aeroakustyczny pozwoli ustanawiać w dziedzinie aerodynamiki kolejne wzorce.

Nowy tunel aeroakustyczny to jeden z elementów kompleksowego programu inwestycji realizowanego w zakładach w Sindelfingen. Obiekt dołącza do symulatora jazdy uruchomionego przed trzema laty, a także do działającego tu już tunelu klimatycznego. W budowie znajduje się jeszcze nowe centrum bezpieczeństwa pojazdów.

Od niemal 30 lat specjaliści Mercedes-Benz w zakresie aerodynamiki biją kolejne rekordy. - Dzisiaj modele spod znaku trójramiennej gwiazdy przodują pod tym względem w niemal wszystkich klasach - mówi prof. Thomas Weber, odpowiedzialny za rozwój samochodów Mercedes-Benz. Wystarczy przytoczyć tu przykłady aut kompaktowych (Klasa A, Cd = 0,26), coupé (Klasa E Coupé, Cd = 0,24), limuzyn (Klasa E, Cd = 0,25), modeli sportowych (SL, Cd = 0,27) czy SUV-ów (ML, Cd = 0,32), które osiągają w swoich segmentach najniższe wyniki współczynnika oporu powietrza w historii. Światowy rekord należy z kolei do Mercedesa CLA w wersji BlueEFFICIENCY Edition (Cd = 0,22 i opór aerodynamiczny równy 0,49 m kw.).

Dotyczy to również najnowszej Klasy S, która ze współczynnikiem oporu powietrza Cd = 0,24 nie tylko poprawia wynik poprzedniczki o 0,02, ale i ustanawia nowy standard wśród limuzyn. Jeszcze lepszy wynik notuje model S 300 BlueTEC HYBRID (Cd = 0,23). Nie tylko ze względu na dopracowaną aerodynamikę zużywa on średnio zaledwie 4,4 l/100 km, emitując 115 g CO2/km.

- Tak dobre rezultaty osiąga się zarówno dzięki zaawansowanym modyfikacjom konstrukcji pojazdu jako całości, jak i poprzez staranne dopracowanie szczegółów - wyjaśnia dr Teddy Woll, szef oddziału aerodynamiki. Im lepsza aerodynamika, tym niższe zużycie paliwa. - W europejskim cyklu pomiarowym (NEDC) poprawa współczynnika oporu powietrza Cd o 0,01 pozwala obniżyć średnią emisję dwutlenku węgla o 1-2 gramy na kilometr i o 5 gramów podczas jazdy z prędkością 150 km/h - dodał Woll.

Eliminacja zawirowań wiatru przynosi także korzyści w zakresie bezpieczeństwa i wygody. Ograniczenie unoszenia przekłada się na poprawę przyczepności, a redukcja szumów powietrza wpływa na podniesienie komfortu jazdy.

Zresztą samochody Mercedes-Benz są klasowymi liderami również w dziedzinie aeroakustyki. Nowa Klasa S zapewnia nie tylko najniższy poziom hałasu w klasie, bijąc poprzedniego mistrza w tym względzie - limuzynę Maybach, ale jest najcichszym modelem na rynku.

Nowy tunel aeroakustyczny: pomiary do 265 km/h

Mercedes-Benz to pierwszy w historii producent samochodów używający własnego tunelu aerodynamicznego. Pierwszy pomiar na terenie obiektu w Stuttgart-Untertürkheim przeprowadzono dokładnie 70 lat temu, 5 lutego 1943 roku.

Nowy tunel aeroakustyczny w centrum rozwoju w Sindelfingen zapewnia firmie ze Stuttgartu czołową pozycję w badaniach nad aerodynamiką. Otwarty we wrześniu br. obiekt powstał w oparciu o model zastosowany po raz pierwszy w laboratorium badawczym w Getyndze. Po minięciu sekcji pomiarowej powietrze ponownie trafia do wentylatora i znów jest rozpędzane do prędkości 265 km/h.

Zanim strumień powietrza znów dotrze do części pomiarowej, przechodząc przez system dysz o powierzchni 28 m kw., jest prostowany i wygładzany w celu eliminacji niepożądanych turbulencji lub zawirowań. Rozległa izolacja akustyczna pozwala na przeprowadzanie pomiarów poziomu hałasu opływającego powietrza na zewnątrz i wewnątrz pojazdu - nawet przy 140 km/h dźwięk powietrza przepływającego przez sekcję pomiarową jest cichy niczym szept.

Centralnym punktem 19-metrowej sekcji pomiarowej jest 90-tonowy taśmociąg/układ wagowy z talerzem obrotowym. Tunel wyposażono w 5-pasmowy układ symulujący drogę. Taśmociąg/układ wagowy został zintegrowany z talerzem obrotowym o średnicy 12 metrów, dzięki czemu testowane pojazdy mogą być także poddawane badaniom strumienia powietrza skierowanego pod kątem, pozwalającego na odwzorowanie bocznego wiatru. Układ pomiarowy pozwala inżynierom precyzyjnie rozmieścić wokół auta szereg czujników aerodynamicznych i mikrofonów.

Walka z oporem aerodynamicznym

Mercedes-Benz mistrzem aerodynamiki w niemal wszystkich segmentach


    Od niemal trzech dekad specjaliści ze Stuttgartu biją kolejne rekordy w dziedzinie aerodynamiki. Obecnie modele spod znaku trójramiennej gwiazdy przodują pod tym względem w niemal wszystkich segmentach. Mercedes-Benz wyznacza standardy również w kwestii aeroakustyki.

Aby uzyskać takie wyniki, dla każdego modelu projektanci wprowadzają cały szereg udoskonaleń. Przykładowo, w nowej Klasie S objęły one m.in.

  • zoptymalizowane fartuchy przedniego i tylnego zderzaka z dopasowanymi spojlerami

  • nowe lusterka zewnętrzne

  • całkowite uszczelnienie przedniego pasa i lamp, optymalizacja uszczelnienia okolic chłodnicy oraz przepływu powietrza zapewniającego efektywne chłodzenie

  • regulowana żaluzja chłodnicy

  • kanały odpływowe o zoptymalizowanym kształcie

  • obniżenie prześwitu o 20 mm przy prędkości przekraczającej 120 km/h

  • spojlery przy krawędziach tylnych lamp

  • aerodynamicznie zoptymalizowane osłony podwozia sięgające aż do zbiornika paliwa (przy okazji minimalizują one hałas w kabinie)

  • aerodynamicznie ukształtowane wgłębienia klamek drzwi

  • specjalne spojlery przed przednimi kołami

  • zoptymalizowane aerodynamicznie felgi i opony

  • szerokie osłony tylnej osi

Modele takie jak Klasa A (Cd = 0,26), Klasa E Coupé (Cd = 0,24), Klasa E (Cd = 0,25), SL (Cd = 0,27) czy ML (Cd = 0,32) osiągają w swoich segmentach najniższe wyniki współczynnika oporu powietrza w historii.

Przegląd kluczowych parametrów aerodynamicznych dla całej gamy osobowych modeli Mercedes-Benz:



Model

Współczynnik Cd

Powierzchnia czołowa (m kw.)

Opór powietrza
Cd x A (m kw.)


Klasa A

0,27

BEE: 0,26



2,20

BEE: 2,20



0,59

BEE: 0,57



Klasa B

0,26

BEE: 0,24



2,42

BEE: 2,42



0,63

0,58


Klasa CLA

0,23

BEE: 0,22



2,21

BEE: 2,21



0,51

BEE: 0,49



Klasa C1

0,26/0,26/0,29

2,16/2,11/2,18

0,56/0,56/0,64

Klasa GLK

0,34

2,55

0,87

Klasa E2

0,25/0,24/0,29/0,28

2,31/2,12/2,30/2,14

0,59/0,51/0,66/0,60

Klasa CLS3

0,26/0,29

2,28/2,30

0,59/0,66

Klasa S

0,24

S 300 BTH: 0,23



2,46

0,59/0,56

Klasa SLK

0,30

1,98

0,59

Klasa SL

0,27

2,12

0,58

Klasa M

0,32

2,87

0,93

Klasa GL

0,35

2,96

1,04

Klasa R

0,31

2,80

0,87

Klasa G

0,54

2,97

1,60

SLS AMG4

0,36/0,36

2,14/2,11

0,77/0,76

BEE = model BlueEFFICIENCY Edition, 1 limuzyna/Coupé/kombi,
2 limuzyna/Coupé/kombi/Cabriolet, 3 Coupé/Shooting Brake, 4 Coupé/Roadster

Aeroakustyka: mniejszy hałas to wyższy komfort

Samochody Mercedes-Benz w niemal wszystkich segmentach zajmują czołowe pozycje również w dziedzinie aeroakustyki. Dla przykładu, nowa Klasa S jest najcichszym oferowanym autem na rynku.

Aby ograniczyć hałas o wysokiej częstotliwości, zmodyfikowano uszczelki wokół okien oraz klamek drzwi. Nowo opracowane lusterka zewnętrzne i dostosowany do nich kształt słupka A zapewniają efektywne odprowadzanie wody, a jednocześnie chronią przed załamaniem strumienia powietrza i generowaniem niepożądanych dźwięków, które mogłyby przedostać się do kabiny. Optymalizacji aeroakustycznej poddano także architekturę dachu oraz konstrukcję szyberdachu. Modele z panoramicznym oknem dachowym zapewniają ten sam wysoki poziom komfortu akustycznego co w poprzedniku, i to pomimo większej powierzchni otworu dachowego.

Aeroakustycy pracujący nad nową Klasą S postawili sobie za cel osiągnięcie subtelnego, ledwie wyczuwalnego poziomu hałasu w kabinie. Najwięcej uwagi poświęcono odpowiedniemu wytłumieniu dźwięków z komory silnikowej i szumu spod kół. Projektanci skupili się zarówno na obniżeniu poziomu ciśnienia akustycznego, jak i na osiągnięciu wyważonej, komfortowej percepcji dźwięku - wizytówki kolejnych generacji Klasy S.

Poszerzenie wytłumienia ściany grodziowej, sięgającego teraz do przednich słupków, dodatkowe uszczelnienia formowane metodą wtryskową, izolacja tunelu środkowego oraz osłony silnika z tworzywa sztucznego pozwoliły na uzyskanie dyskretnego dźwięku pracy układu napędowego. Podczas projektowania wygłuszenia wzięto pod uwagę różną masę oraz charakterystykę brzmienia poszczególnych wersji.

Hałas tylnych opon o wysokiej częstotliwości został skutecznie zredukowany dzięki izolacji rozciągającej się od podstawy fotela do ściany grodziowej i tylnej półki. Przepływ powietrza w jej obrębie umożliwia niezbędną wentylację; jednocześnie ograniczono przedostawanie się dźwięków do kabiny. Tekstylne osłony podwozia i nadkoli w dalszym stopniu absorbują szum opon.



Wkład w aktywne bezpieczeństwo: eliminacja zabrudzeń

Kolejną dyscypliną aerodynamiki jest zapobieganie osadzaniu się brudu. I tutaj specjaliści Mercedes-Benz od lat pełnią wiodącą rolę w przemyśle motoryzacyjnym. Szyby, lampy i szkła zewnętrznych lusterek są nieustannie narażone na zabrudzenia, czy to z powodu pogody, czy mijanych pojazdów. Utrzymywanie ich w czystości w każdych warunkach sprzyja aktywnemu bezpieczeństwu.

W tunelu aerodynamicznym specjaliści optymalizują elementy karoserii z pomocą fluoroscencyjnej cieczy. Sprawia ona, że wszelkie zabrudzenia są natychmiast widoczne. Celem projektantów jest poprowadzenie wody w taki sposób, by boczne szyby i lusterka pozostały czyste. Osiąga się to przez odpowiednie wyprofilowanie słupka A oraz kształt lusterek bocznych, wyprofilowanie uszczelek i ram okiennych, a w przypadku szyb bezramkowych - listew ozdobnych. W rezultacie na karoserii brud gromadzi się z znacznie mniejszym stopniu. Na szybach i lusterkach nie pojawia się mgiełka czy strugi wody, lecz jedynie pojedyncze krople.

Aerodynamika

Podstawa dla wydajności i komfortu

Im bardziej aerodynamiczny samochód, tym niższe zużycie paliwa. Dobrodziejstwa aerodynamiki wpływają również na bezpieczeństwo i komfort. Eliminacja zawirowań pozwala ograniczyć unoszenie, a co za tym idzie - poprawić trzymanie się drogi. Niższy poziom hałasu opływającego nadwozie sprzyja z kolei wygodzie podróżujących. Prawdziwą specjalnością zakładu Mercedes-Benz jest jednak komfort jazdy pod gołym niebem.

Debiutujący w 1984 roku typoszereg W124 (późniejsza Klasa E) stanowił aerodynamiczny przełom, osiągając współczynnik oporu powietrza Cd=0,29. Płaskie powierzchnie i charakterystyczne wyprofilowanie krawędzi tylnego pasa do dzisiaj pozostają wyznacznikami aerodynamicznego designu.

Od tamtej pory celem projektantów stało się ograniczanie współczynnika oporu powietrza (Cd). W europejskim cyklu pomiarowym (NEDC) obniżenie wartości Cd o 0,01 pozwala obniżyć emisję dwutlenku węgla o 1-2 gramy na kilometr w funkcji zużycia paliwa i o 5 gramów podczas jazdy z prędkością 150 km/h. Lub, jak mówi dr Teddy Woll, szef aerodynamiki Mercedes-Benz: - Jeśli uda nam się obniżyć wartość Cd o 0,01, zużycie paliwa spada średnio o 0,1 l/100 km, a w przypadku prędkości autostradowych - nawet o 0,4 l/100 km. Aby uzyskać ten sam efekt poprzez zastosowanie lżejszych materiałów, trzeba by ograniczyć masę samochodu o co najmniej 35 kilogramów.

Działania projektantów koncentrują się zatem na bezwymiarowym współczynniku oporu powietrza (Cd). To miara wydajności aerodynamicznej ciała stałego, a więc i samochodu. Najniższy wśród aut seryjnych wynik należy do nowego CLA, który zależnie od wersji osiąga Cd równy 0,23 lub 0,22 (CLA 180 BlueEFFICIENCY Edition).

Ale nie tylko współczynnik Cd decyduje o oporze aerodynamicznym. Drugim czynnikiem jest tu powierzchnia czołowa pojazdu, na którą trafia strumień powietrza. Dawniej jej wartość obliczano na podstawie obrysu cienia rzucanego przez karoserię po odpowiednim ustawieniu lampy. Dzisiaj powierzchnia czołowa jest skanowana za pomocą światła laserowego.

Opór aerodynamiczny jako miara wydajności, z jaką pojazd przecina powietrze, obliczany jest jako iloczyn współczynnika oporu powietrza Cd i powierzchni czołowej A. Ponieważ współczynnik Cd jest bezwymiarowy, opór powietrza wyraża się w metrach kwadratowych.

I w tej kwestii Mercedes-Benz jest światowym czempionem - iloczyn Cd x A dla modelu CLA wynosi bezkonkurencyjne 0,51 m kw. To wartość znacznie niższa niż w przypadku wielu miejskich aut. Jeszcze lepiej wypada CLA 180 BlueEFFICIENCY Edition (0,49 m kw.).

Stanąć na wysokości zadania: ograniczanie siły nośnej

Fani sportów motorowych doskonale wiedzą, że aerodynamika ma również zasadniczy wpływ na właściwości jezdne, zwłaszcza przy wyższych prędkościach. Powietrze opływające nadwozie może bowiem powodować jego unoszenie - pożądane w samolotach, ale nie w samochodach. Optymalizacja aerodynamiczna dotyczy więc nie tylko zmniejszenia oporu powietrza.

Czynnikiem decydującym o ograniczeniu unoszenia nie są jednak bezwzględne wartości ciśnienia dla przedniej i tylnej osi, ale ich najlepszy możliwy do osiągnięcia rozkład. Charakterystyka prowadzenia przy wyższych prędkościach nie zmienia się poprzez korektę tylko jednego parametru.

Cisza i spokój: optymalizacja akustyczna

Kolejną dyscypliną aerodynamicznąjest poziomu hałasu generowany przez opływające powietrze. Lista działań niezbędnych do jego obniżenia obejmuje m.in. izolację drzwi i uszczelnienie okien. To elementy wymagającej szczególnej uwagi w autach z szybami pozbawionymi ram okiennych.

Ale uszczelki to tylko jeden z etapów wyciszenia. Już w fazie projektowania analizuje się i eliminuje ewentualne źródła hałasu opływającego powietrza, na przykład w okolicach bocznych lusterek czy przedniej szyby.

Narzędzia pomiarowe, takie jak manekiny i mikrofony kierunkowe, pozwalają zlokalizować nawet najdrobniejsze słabości. Później można je wyeliminować przy zastosowaniu najlepszych możliwych rozwiązań. Dla przykładu, w celu optymalizacji kształtu słupków A i bocznych lusterek nowej Klasy E Coupé na bardzo wczesnym etapie projektowania zastosowano trzymetrowe, wklęsłe lustro akustyczne.



Najlepsza widoczność nawet w czasie deszczu

Zapewnienie właściwej widoczności również należy do zadań specjalistów od aerodynamiki. Ich celem jest skierowanie strumienia powietrza w taki sposób, aby boczne szyby i lusterka pozostały czyste nawet podczas jazdy w niesprzyjającą pogodę. Podczas testów fluorescencyjne krople wody, widoczne w świetle UV, pozwalają ustalić drogę, jaką przebywają zabrudzenia przy różnych prędkościach. Aby uniknąć tego rodzaju badań w otoczeniu wrażliwej aparatury pomiarowej i osprzętu w nowym tunelu aeroakustycznym w Sindelfingen, będą one nadal przeprowadzane w dużym tunelu aerodynamicznym w fabryce w Stuttgart-Untertürkheim.



Przypadek szczególny: komfort jazdy pod gołym niebem

Żaden producent nie ma tak długiej i znamienitej tradycji w produkcji pojazdów pozbawionych stałego dachu jak Mercedes-Benz. Kabriolety i roadstery są od dekad istotnym elementem rodziny modelowej. Dzisiaj klienci chcą jednak czuć wiatr na swych twarzach, a jednocześnie cieszyć się świeżym powietrzem przy jak najmniejszych jego zawirowaniach.

Osłona przeciwwiatrowa, wprowadzona w SL-u z 1989 roku, była pierwszym aerodynamicznym remedium na podmuchy wiatru w kabinie. Kolejny krok to AIRSCARF w SLK z 2004 roku - opatentowany system ogrzewania okolic karku za pomocą ciepłego powietrza wylatującego z dysz w zagłówkach.

Najbardziej rozbudowany pakiet środków zwiększających komfort jazdy pojawił się w 2010 roku, wraz z debiutem Klasy E Cabriolet. Model dostępny jest z układem AIRCAP, obejmującym wysuwany deflektor nad przednią szybą oraz przedłużaną osłonę przeciwwiatrową między tylnymi fotelami. Aktywowany za naciśnięciem przycisku, AIRCAP redukuje znacznie zawirowania w czteroosobowej kabinie.



Nowy tunel aeroakustyczny

Nowe narzędzie do walki z oporem aerodynamicznym i hałasem

    Mercedes-Benz to pierwszy w historii producent samochodów używającego własnego tunelu aerodynamicznego - pierwszy pomiar na terenie obiektu w Stuttgart-Untertürkheim przeprowadzono ponad 70 lat temu. Nowo otwarty w centrum rozwoju w Sindelfingen tunel aeroakustyczny pozwoli na ustanawianie dalszych wzorców w dziedzinie aerodynamiki.

Ufając w przyszłość firmy, Mercedes-Benz podjął decyzję o budowie nowego tunelu aeroakustycznego w 2008 roku - w środku najpoważniejszego kryzysu gospodarczego od dziesięcioleci. Projektanci mogą z niego korzystać od września br. w centrum rozwoju aut osobowych Sindelfingen. Obiekt dołącza tym samym do uruchomionego przed dwoma laty tunelu klimatycznego i nowego symulatora jazdy, wzmacniając potencjał rozwojowy Mercedes-Benz w Niemczech. Tuż obok powstaje jeszcze nowy ośrodek badań nad bezpieczeństwem pojazdów.

Wentylator: prędkość wiatru 265 km/h, moc 5 MW

Nowy tunel zbudowano w oparciu o model z Getyngi, w którym strumień powietrza mija sekcję pomiarową, wraca z powrotem do wentylatora i znów nabiera prędkości. Pozwala to na znaczną oszczędność energii. Wentylator ma średnicę 9 metrów i 18 łopatek wprawiających powietrze w ruch. Maksymalny moment obrotowy elektrycznego silnika - 202 150 Nm - jest o około 1000 razy większy niż ten generowany przez jednostkę napędową średniej klasy samochodu. Przy wietrze o prędkości 250 km/h zużycie energii wynosi 5 MW. Wentylator obraca się wtedy z prędkością 238 obr./min, przepuszczając 2000 metrów sześciennych powietrza na sekundę. Maksymalna prędkość wiatru sięga 265 km/h.

Temperatura powietrza w tunelu utrzymywana jest na stałym poziomie 23-24 st. Celsjusza. Aby zapewnić odpowiednią precyzję pomiarów nawet w mroźne dni, betonowa budowla pokryta jest izolacją termiczną. Podczas pracy silnik wentylatora ogrzewa powietrze krążące w tunelu; w ciepłe dni jest on chłodzony przez dodatkowy wymiennik ciepła.

Zanim strumień powietrza znów dotrze do części pomiarowej, przechodząc przez system dysz o powierzchni 28 m kw., jest prostowany i wygładzany w celu eliminacji niepożądanych turbulencji lub zawirowań. Służą do tego siatki i prostownice.

Zintegrowana izolacja akustyczna pozwala na przeprowadzanie pomiarów poziomu hałasu opływającego powietrza na zewnątrz i wewnątrz pojazdu - nawet przy prędkości 140 km/h dźwięk powietrza przepływającego przez sekcję pomiarową jest cichy niczym szept.

Odcinek pomiarowy: pięć taśmociągów, prędkość do 265 km/h

Centralnym punktem 19-metrowej sekcji pomiarowej jest 90-tonowy taśmociąg/układ wagowy z talerzem obrotowym. Tunel wyposażono w 5-pasmowy układ symulujący drogę. Małe taśmociągi pracują pod każdym z kół, a między kołami biegnie centralny pas o szerokości ponad 1 m i długości 9 m. Każdy z 5 pasów jest zsynchronizowany z strumieniem powietrza, może więc symulować nawierzchnię drogową do prędkości 265 km/h.

24-tonowa waga, na której ustawiane są pojazdy, jest bardzo precyzyjna - podaje masę z dokładnością do kilku gramów. Nawet przewody pomiarowe muszą być poprowadzone w taki sposób, by nie generować niepożądanych sił. Wartości uzyskane z pomocą wagi aerodynamicznej służą za podstawę do obliczenia współczynnika oporu powietrza, sił poprzecznych i nośnych na każdej z osi, a także momentów aerodynamicznych.

Taśmociąg i waga zostały zintegrowane z talerzem obrotowym o średnicy 12 metrów, dzięki czemu pojazdy mogą być także poddawane badaniom strumienia powietrza skierowanego pod kątem, pozwalającego na odwzorowanie bocznego wiatru. Talerz obrotowy umożliwia również szybką wymianę testowanych aut. Przygotowywane są one do pomiarów w pomieszczeniach bezpośrednio przylegających do głównej hali tunelu.



Układ pomiarowy

Układ pomiarowy pozwala inżynierom precyzyjnie rozmieścić wokół auta szereg czujników aerodynamicznych i mikrofonów, aby właściwie przeprowadzić pomiary ciśnienia, dźwięku oraz prędkości. Ten w nowym tunelu w Sindelfingen ma siedem osi (trzy dla ruchu liniowego i cztery dla obrotowego), pokrywające obszar pomiarowy o wymiarach 19 x 14 x 5 metrów, i waży 26 ton. Czujniki pomiarowe nie mogą być narażone na jakiekolwiek wibracje, nawet przy najwyższej prędkości strumienia powietrza.

Poza zaawansowanymi symulatorami komputerowymi, Mercedes-Benz ma teraz do dyspozycji wszystkie obiekty niezbędne do dalszego umocnienia pozycji lidera w dziedzinie wydajności aerodynamicznej i konsekwentnej poprawy komfortu akustycznego swoich aut. - Komputery oraz tunele aerodynamiczne to narzędzia, które znakomicie się uzupełniają: za pomocą obliczeń jesteśmy w stanie zbadać skomplikowane zjawiska przepływu powietrza i zdiagnozować najmniejsze nawet zawirowania. Tunel aerodynamiczny pozwala nam przetestować liczne warianty w krótkich czasie, co oznacza, że w ciągu jednego dnia możemy przeprowadzić znaczne usprawnienia nadwozia samochodu - wyjaśnia dr Teddy Woll, szef oddziału aerodynamiki w koncernie Daimler AG.

Wywiad: dr Teddy Woll, szef aerodynamiki

"Walczymy o każdą setną"


    Dr Teddy Woll (50) szefuje oddziałowi aerodynamiki i tuneli aerodynamicznych w Daimler AG od kwietnia 1999 r. Rozmawiamy z nim o wydajności i symulacji przepływu powietrza.

    Doktorze Woll, Mercedes-Benz od lat ustanawia kolejne rekordy aerodynamiczne - praktycznie z każdym nowym modelem. Czy dalszy postęp w tej dziedzinie będzie coraz trudniejszy, biorąc pod uwagę coraz niższe wartości Cd?

    Masz całkowitą rację. Prawdą jest, że stopniowo osiągamy granicę, której przekroczenie wymagałoby radykalnej zmiany wyglądu naszych aut, np. przez uczynienie ich nadwozi dłuższymi i bardziej wygładzonymi, z węższym tyłem i wąskim ogumieniem. Na szczęście wciąż możemy zlokalizować detale do po prawy - zarówno w tunelu aerodynamiczny, jak i, coraz częściej, za pomocą obliczeń komputerowych. Optymalizacja aerodynamiczna naszych aut jest jednym z kluczowych elementów strategii "Real Life Efficiency", mając istotne znaczenie przy rozwiązaniu konfliktów przy projektowaniu naszych modeli. Dlatego nadal zamierzamy walczyć o każdą setną współczynnika Cd.



    W jaki sposób kierowcy Mercedesów odczuwają na co dzień te ułamki?

To proste wyliczenie: jeśli uda nam się ograniczyć współczynnik Cd o 0,01, zużycie paliwa spada średnio o 0,1 l/100 km, a podczas szybkiej jazdy autostradą - nawet o 0,4 l/100 km. Aby osiągnąć ten sam efekt z wykorzystaniem lekkich materiałów, trzeba by obniżyć wagę samochodu przynajmniej o 35 kg.

W jakich obszarach osiągnęliście w ostatnich latach największe postępy?

Są trzy takie obszary: przepływ powietrza w komorze silnikowej, w okolicach przednich kół i pod podwoziem. Przykładowo, połączenie ząbkowanych spojlerów i szczelin w nadkolach oraz zoptymalizowanych obręczy kół pozwoliły obniżyć współczynnik Cd w nowych modelach kompaktowych o 0,011. W każdym aucie szczegółowo analizujemy wszystkie szczegóły, od kształtu przedniego zderzaka i wszystkich jego krawędzi do załamań tylnych lamp, aby udoskonalić odrywanie się strumienia powietrza od tylnej części karoserii.



    Jak rozwój technologiczny wpływa na doskonalenie aerodynamiki?

    W ostatnich latach wielki postęp poczyniliśmy dzięki cyfryzacji - obliczenia są teraz znacznie szybsze i bardziej dokładne. Cyfrowe modele samochodów składają się obecnie z 50 mln komórek, a wyniki pomiarów można w razie potrzeby uzyskać w ciągu jednej nocy. 10 lat temu ta sama symulacja trwała 6 miesięcy i nie była nawet w połowie tak precyzyjna. Cyfrowa symulacja przepływu powietrza staje się niemal tak dokładna jak pomiar w tunelu. W przypadku oporu aerodynamicznego margines błędu wynosi mniej niż 1 proc., a w przypadku pomiarów siły nośnej jest jeszcze niższy. Dzięki ulepszonemu modelowaniu turbulencji mamy zamiar uzyskać tu jeszcze większą precyzję pomiarów.



Czy w średnioterminowej perspektywie cyfrowe symulacje przepływu powietrza zastąpią tradycyjne badania w tunelu aerodynamicznym?

Nie, komputery i tunele aerodynamiczne to narzędzia, które znakomicie się uzupełniają: za pomocą obliczeń jesteśmy w stanie zbadać skomplikowane zjawiska przepływu powietrza i zdiagnozować najmniejsze nawet zawirowania. Tunel aerodynamiczny pozwala nam przetestować liczne warianty w krótkich czasie, co oznacza, że w ciągu jednego dnia możemy przeprowadzić znaczne usprawnienia nadwozia samochodu.



Inżynier ds. aerodynamiki musi dziś sprawnie posługiwać się nowoczesnym oprogramowaniem komputerowym. Czy potrzebne mu są inne umiejętności?

Doświadczenie oczywiście odgrywa ważną rolę, ale liczą się również "miękkie umiejętności": zdolność do komunikacji i pracy zespołowej. Ze względu na konflikt interesów, o którym wspomniałem, m.in. z zespołami odpowiedzialnymi za design oraz funkcjonalność, ważne, by o tych rzeczach rozmawiać i wspólnie wypracować optymalne rozwiązanie.



Pod mikroskopem: rozwój aerodynamiki

Od tyłu Kamma do Klasy S

    Aerodynamika jest przedmiotem badań niemal od 100 lat, ale dopiero po kryzysie naftowym sprzed ponad trzech dekad zyskała w rozwoju pojazdów status priorytetowy. Dzisiaj w znacznym stopniu przyczynia się ona do zwiększania efektywności energetycznej aut osobowych.

    Początkowo automobile niewiele różniły się od konnych bryczek i rozwijały niewielkie prędkości, toteż ich opór aerodynamiczny praktycznie nie miał znaczenia. Pierwsze "prawdziwe" modele Daimlera sprzedawane pod marką Mercedes z 1901 roku prezentowały pod tym względem odległe współczesnym standardy. Dla przykładu, powierzchnia czołowa Simplexa z 1902 roku wynosi około 3 m kw., a jego współczynnik Cd to 1,05.

    Badania nad aerodynamiką pojazdu rozpoczęły się tuż po I wojnie światowej, na fali postępu w świecie lotnictwa. W 1921 roku projektant samolotów Eduard Rumpler (1872-1940) przedstawił samochód z nadwoziem w kształcie łzy, charakteryzującym się niewielką powierzchnią czołową (2,4 m kw.). Nietypowy kształt karoserii pozwolił również istotnie zminimalizować zawirowania powietrza i zaowocował znacznym ograniczeniem współczynnika oporu powietrza (Cd = 0,28).

    Paul Jaray (1889-1974), kolejny bohater tej historii, również wywodził się ze świata awiacji. W 1921 roku zarejestrował on patent, który wciąż przypomina instrukcję budowania nadwozia nowoczesnego auta: "Dolna część karoserii pojazdu przybiera opływową formę, przykrywającą podwozie z kołami, komorę silnikową i kabinę pasażerską. Spód musi być gładki i biec równolegle do podłoża". Po raz pierwszy koła samochodu nie były wyeksponowane, ale zostały zintegrowane z nadwoziem, zaś tył typu fastback sprzyjał minimalizacji zawirowań powietrza. Ponieważ koncepcja ta nie wykluczała zastosowania tradycyjnego zespołu napędowego, liczni producenci zaczęli wykorzystywać ją do budowania swoich aut - a wśród nich Mercedes-Benz, który w 1935 roku stworzył prototyp bazujący na wytycznych Jaraya. Sukces na polu aerodynamiki w produkcji seryjnej odniosła firma Tatra, począwszy od modelu 87 (1936). Opływowe nadwozie otrzymał również Volkswagen Garbus, choć w tym przypadku efekt jest daleki od oczekiwań (Cd = 0,49).

    Największą wadą projektu Jaraya był długi, zwężający się tył - im dłuższy, tym lepsza aerodynamika pojazdu. Ta "martwa" przestrzeń była trudna do zagospodarowania. Rozwiązanie problemu znalazł w latach 30. Wunibald Kamm (1893-1966), pierwszy profesor inżynierii samochodowej na Uniwersytecie Technicznym w Stuttgarcie i założyciel prywatnego instytutu badania pojazdów (FKFS). Kamm porzucił koncepcję opływowego tyłu nadwozia i stworzył prototyp "K-car", opracowany pomiędzy 1938 a 1941 rokiem. Termin "tył Kamma" nadal służy do określania krawędzi odrywania strumienia powietrza z tyłu samochodu. Koncepcyjne auto K3 bazowało na Mercedesie 170 V i wyróżniało się znakomitymi parametrami aerodynamicznymi: powierzchnią czołową równą 2,1 m kw. oraz współczynnikiem Cd = 0,23.

    Wzrost zamożności klientów i niższe ceny paliwa zepchnęły w latach 50. badania nad ograniczeniem oporu aerodynamicznego na drugi plan. Chociaż ówczesne limuzyny zdobiły skrzydła rodem z samolotów, były one tylko ozdobą - ze współczynnikiem oporu powietrza na poziomie 0,60 i olbrzymią powierzchnią czołową aerodynamika tych aut niewiele różniła się od aerodynamiki autobusów.

    Dopiero drugi kryzys naftowy w 1980 roku ponownie zwrócił uwagę branży motoryzacyjnej na obniżenie zużycia paliwa i skuteczne sposoby realizacji tego celu: zmniejszanie oporu powietrza. W 1982 roku pojawiło się wyjątkowo opływowe Audi 100 (Cd = 0,30), a dwa lata później liderem w segmencie limuzyn został Mercedes-Benz. Zaprezentowany wówczas typoszereg W124 mógł się pochwalić współczynnikiem oporu powietrza równym 0,29. Możliwości nadwozia coupé w tym zakresie udowodnił Opel - model Calibra z 1991 roku wyróżniał się Cd = 0,26.

    Pomimo pewnych sprzecznych czynników (zwiększanie szerokości ogumienia i wyższe wymagania silników w zakresie chłodzenia), od tamtej pory samochody notują coraz mniejszy opór powietrza. W szczególności dotyczy to modeli Mercedes-Benz - większość z nich przoduje w swoich segmentach w zakresie parametrów aerodynamicznych.



    Kamień milowy: "duży tunel aerodynamiczny" w Stuttgart-Untertürkheim

    5 lutego 1943 roku, dokładnie 70 lat temu, koncern Daimler AG otworzył "duży tunel aerodynamiczny" w macierzystym zakładzie w Stuttgart-Untertürkheim - pierwszy na świecie obiekt zaprojektowany specjalnie z myślą o badaniach aerodynamiki pojazdów silnikowych. Jego budowa ruszyła w 1940 roku, a za projektem stał pionier w swojej dziedzinie, wspomniany już Wunibald Kamm.

    Z powodu wybuchu wojny regularne badania aut osobowych w tunelu rozpoczęto dopiero w 1954 roku. Od tamtej pory niezmiennie odgrywa on kluczową rolę w pracach nad wydajnością aerodynamiczną samochodów - nie tylko tych z gwiazdą. Do lat 70. prowadzono tam testy z ramienia niezależnego instytutu FKFS, wykorzystywali go też inni producenci. Modele koncernu Daimler AG - obecnego właściciela, należały do najczęstszych gości obiektu.

    Tunel w Untertürkheim był poddawany regularnym modernizacjom i nadal jest niezbędny w pracach projektantów Mercedes-Benz, m.in. podczas badań zabrudzeń karoserii czy testów wycieraczek. Tutaj udoskonala się również aerodynamikę użytkowych pojazdów Mercedes-Benz. Poza tym obiekt często wykorzystywany jest do zupełnie innych celów, np. nagrań programów telewizyjnych czy optymalizacji kształtu bobslejów. Co ciekawe, posłużył on również do badań nad kształtem rewolucyjnego dachu Stadionu Olimpijskiego w Monachium.



Kontakt:
Marek Sworowski
Telefon: 022-312-7222
E-mail: marek.sworowski@daimler.com



Mercedes-Benz Polska, Dział PR, ul. Gottlieba Daimlera 1, 02-460 Warszawa
Mercedes-Benz – Marka Daimler AG


Pobieranie 135.94 Kb.





©absta.pl 2020
wyślij wiadomość

    Strona główna