Aerodinâmica automotiva
Aerodinâmica automotiva é o estudo aerodinâmico dos veículos rodoviários.
Seus principais objetivos são reduzir o arrasto e ruído do vento, minimizando a emissão de ruídos, impedindo as forças de sustentação indesejadas e outras causas de instabilidade aerodinâmica em altas velocidades. O ar é também considerado um fluido, neste caso. Para algumas classes de veículos de corrida, pode igualmente ser importante para produzir sustentação negativa para melhorar a tração e assim a capacidades de manobra.
História
Desde o início da história do automóvel, os fabricantes concentram-se na aerodinâmica de seus modelos. A velocidade do veículo aumenta significativamente a força de atrito do arrasto aerodinâmico.[2] No início dos anos 1920 os engenheiros começaram a considerar o formato dos automóveis para reduzir o arrasto aerodinâmico em altas velocidades. Na década de 1950, os engenheiros automotivos alemães e britânicos passaram a analisar sistematicamente os efeitos do arrasto nos veículos de desempenho mais elevados.[3] No final da década de 1960 os cientistas também tomaram conhecimento do aumento significativo dos níveis sonoros emitidos por automóveis em alta velocidade. Compreendeu-se que estes efeitos aumentavam a intensidade dos níveis sonoros no terreno adjacente.[4] Logo, engenheiros passaram a projetar estradas considerando que os efeitos de velocidade e de arrasto aerodinâmico produziam maiores níveis de ruído, e os fabricantes de automóveis a considerar os mesmos fatores na concepção dos veículos.
Aerodinâmica
Um automóvel aerodinâmico incorpora as baias das rodas/aros e suas luzes na carroceria para reduzir o arrasto. Ele utilizará formas arredondadas (streamlining); por exemplo, não terá bordas afiadas que cruzam o fluxo de ar acima do pára-brisas e contará com uma espécie de cauda (fastback, kammback, hatchback). Nota-se que o Aptera 2e, o Loremo, e o Volkswagen 1-litre concept tentam reduzir suas áreas traseiras. Ele terá um fundo plano e liso para suportar o efeito Venturi e produzir forças aerodinâmicas descendentes desejáveis.
O ar que força o para dentro do compartimento do motor, é utilizado para refrigeração, combustão e para a ventilação natural dos passageiros, em seguida, reacelerado por uma tubeira e depois ejetado sob o assoalho. Para os motores traseiros e centrais, o ar é desacelerado e pressurizado em um difusor, perde alguma pressão à medida que passa do compartimento do motor, e preenche o cone de aspiração. Estes carros precisam de uma vedação entre a região de baixa pressão em torno das rodas e a de alta pressão em torno da caixa de velocidades. Todos eles têm um compartimento do motor fechado.
A suspensão é tanto simplificada (Aptera 2e) ou retraída. Maçanetas, antena, barras do teto, etc. podem ter uma forma simplificada. O espelho lateral só pode ter uma carenagem rodada como um nariz. O fluxo de ar através das baias das rodas é apontado como fator para o aumento do arrasto,[5] embora carros de corrida precisem dele para arrefecimento dos travões e muitos carros emitam o ar do radiador no compartimento da roda.
Comparação com a aerodinâmica aeronáutica
A aerodinâmica automotiva difere da aeronáutica de várias maneiras:
- A forma característica de um veículo rodoviário, é muito menos simplificada em comparação com a de uma aeronave.
- O veículo opera no solo, ao invés de no ar livre.
- As velocidades de funcionamento são mais baixas (e o arrasto varia com o quadrado da velocidade).
- Um veículo terrestre tem menos graus de liberdade do que uma aeronave, e seu movimento é menos afetado por forças aerodinâmicas.
- Veículos terrestres de passageiros e de carga têm restrições de design muito específicos, tais como a sua finalidade, normas de segurança elevadas (que exigem, por exemplo, mais espaço estrutural "morto" para agir como zonas de deformação), e certos regulamentos.
Métodos de estudo
A aerodinâmica automotiva é estudada através de modelagem computacional (fluidodinâmica computacional) e, testes em túnel de vento. Para obter resultados mais precisos a partir de um teste de túnel de vento, o túnel é, por vezes, equipado com um simulador de pista.[6] Este é dotado de uma esteira rolante no piso da secção de trabalho, que move-se na mesma velocidade do fluxo de ar. Isso impede que uma camada limite forme-se no piso da secção de trabalho e afete os resultados. Um exemplo deste tipo de túnel de vento com simulador de pista de esteira rolante é o Wind Shear's Full Scale Rolling Road, Automotive Wind Tunnel em Concord e no Auto Research Center, em Indianápolis, (ambos nos EUA).
CX (coeficiente de resistência aerodinâmica)
O coeficiente do arrasto (CX, CD ou CW) é uma classificação indicativa comum da "suavidade" aerodinâmica de um carro, relacionada com o formato da carroceria. Multiplicando CX pela área frontal do carro chega-se ao índice de arrasto total. O resultado é chamado de área de arrasto, e está listada abaixo para vários carros. A largura e a altura das curvas das carrocerias levam à superestimativa da área frontal. Estes números baeiam-se nas especificações de área frontal do fabricante Mayfield Company a não ser quando indicado.[7]
Alguns exemplos:
Área CX (CX x Pé2) | Ano | Automóvel |
3.00 | 2012 | Volkswagen 1-litre concept [8] |
3.95 | 1996 | GM EV1 |
5.10 | 1999 | Honda Insight |
5.40 | 1989 | Opel Calibra |
5.54 | 1980 | Ferrari 308 GTB |
5.61 | 1993 | Mazda RX-7 |
5.61 | 1993 | McLaren F1 |
5.63 | 1991 | Opel Calibra |
5.64 | 1990 | Bugatti EB110 |
5.71 | 1990 | Honda CR-X |
5.74 | 2002 | Acura NSX |
5.76 | 1968 | Toyota 2000GT |
5.88 | 1990 | Nissan 240SX |
5.86 | 2001 | Audi A2 1.2 TDI 3L |
5.91 | 1986 | Citroën AX |
5.92 | 1994 | Porsche 911 Speedster |
5.95 | 1994 | McLaren F1 |
6.00 | 2011 | Lamborghini Aventador S |
6.00 | 1992 | Subaru SVX |
6.06 | 2003 | Opel Astra Coupe Turbo |
6.08 | 2008 | Nissan GT-R |
6.13 | 1991 | Acura NSX |
6.15 | 1989 | Suzuki Swift |
6.17 | 1995 | Lamborghini Diablo |
6.19 | 1969 | Porsche 914 |
6.2 | 2012 | Tesla Model S |
6.24 | 2004 | Toyota Prius |
6.27 | 1986 | Porsche 911 Carrera |
6.27 | 1992 | Chevrolet Corvette |
6.35 | 1999 | Lotus Elise |
6.77 | 1995 | BMW M3 |
6.79 | 1993 | Toyota Corolla |
6.81 | 1989 | Subaru Legacy |
6.96 | 1988 | Porsche 944 S |
7.02 | 1992 | BMW 3 Series |
7.10 | 1978 | Saab 900 |
7.13 | 2007 | SSC Aero |
7.31 | 2015 | Mazda3 |
7.48 | 1993 | Chevrolet Camaro Z28 |
7.57 | 1992 | Toyota Camry |
8.70 | 1990 | Volvo 740 Turbo |
8.71 | 1991 | Buick LeSabre Limited |
9.54 | 1992 | Chevrolet Caprice Wagon |
10.7 | 1992 | Chevrolet Blazer |
11.63 | 1991 | Jeep Cherokee |
13.10 | 1990 | Range Rover Classic |
13.76 | 1994 | Toyota T100 SR5 4x4 |
14.52 | 1994 | Toyota Land Cruiser |
17.43 | 1992 | Land Rover Discovery |
18.03 | 1992 | Land Rover Defender 90 |
18.06 | 1993 | Hummer H1 |
20.24 | 1993 | Land Rover Defender 110 |
26.32 | 2006 | Hummer H2 |
Deportância (downforce)
A pressão aerodinâmica descreve a pressão descendente (deportância ou downforce, ver: sustentação negativa) criada pelas características aerodinâmicas de um carro que lhe permite viajar mais rápido através de uma curva, mantendo o carro na superfície da pista. Alguns elementos para aumentar o downforce veículo também vão aumentar o arrasto. É muito importante para produzir uma boa força aerodinâmica descendente porque afeta a velocidade e tração do carro.[9]
Imagens
- Rumpler Tropfenwagen ("Carro Gota Rumpler", 1921).
- Artigo da revista Everyday Science and Mechanics, de 1931, sobre automóveis com desenho "streamlined".
-
- Ferrari 312B2 (pilotada por Bruno Senna em 12-07-2008) um dos primeiros carros a adotar spoiler traseiro.
- Lotus 79 um dos primeiros "Wing Car's".
- Nariz de um Renault R28 F1, concebido para melhorar a sustentação frontal do carro.
-
- Linha de corrente formada por gás opaco que permite visualizar o fluxo de ar sobre o veículo.
Literatura
- Contribution expérimentale à l'aérodynamique automobile: étude en soufflerie de l'écoulement stationnaire et instationnaire autour d'un modèle simplifié de véhicule automobile. Autor: Adrien Thacker. Editions universitaires europeennes EUE, 2011, (em francês) ISBN 9783841785398 Adicionado em 13/06/2016.
- Automotive Aerodynamics. Autor: Joseph Katz. John Wiley & Sons, 2016, (em inglês) ISBN 9781119185727 Adicionado em 13/06/2016.
- Mecânica dos Fluidos - 6.ed. Autor: Frank M. White. AMGH Editora, 2010, pág. 496. ISBN 9788580550092 Adicionado em 13/06/2016.
Referências
- ↑ E-Mobile Arquivado em 18 de dezembro de 2010, no Wayback Machine. - La Jamais Contente. (em francês) Acessado em 13/06/2016.
- ↑ Tuncer Cebeci, Jian P. Shao, Fassi Kafyeke, Eric Laurendeau, Computational Fluid Dynamics for Engineers: From Panel to Navier-Stokes, Springer, 2005, (em inglês) ISBN 3-540-24451-4 Adicionado em 13/06/2016.
- ↑ Proceedings: Institution of Mechanical Engineers (Great Britain). Automobile Division: Institution of Mechanical Engineers, Great Britain (1957), (em inglês) Adicionado em 13/06/2016.
- ↑ Worldcat - Environmental impact : proceedings of the ASCE Urban Transportation Division specialty conference, May 21-23, 1973, Chicago, Illinois. American Society of Civil Engineers. Urban Transportation Division. New York: American Society of Civil Engineers, 1973. (em inglês) Acessado em 13/06/2016.
- ↑ Die Welt - Neue Aero-Räder senken Spritverbrauch. 2016, (em alemão) Acessado em 13/06/2016.
- ↑ INMETRO - Inmetro se reúne com empresas fabricantes de equipamento simulador de pista. Arquivado em 12 de agosto de 2016, no Wayback Machine. Acessado em 13/06/2016.
- ↑ The Mayfield Company - Index to Coefficient of Drag for Many Vehicles. (em inglês) Acessado em 13/06/2016.
- ↑ World News - Vídeo: Volkswagen XL1 - Vision wird Realität. (em alemão) Acessado em 13/06/2016.
- ↑ Web Aerodynamics Arquivado em 2 de setembro de 2011, no Wayback Machine. - Automobile Aerodynamics. 18 de Maio de 2008. (em inglês) Acessado em 13/06/2016.
Ligações externas
- Total Simulation - The First Downforce Car. (em inglês) Acessado em 13/06/2016.
- World News - Automotive Aerodynamics Episode 1: Flow Visualizations of MR2, RX7, Supra, FRS. (em inglês) Acesado em 13/06/2016.
- Portal da engenharia
- Portal da física
- Portal do automobilismo
- Portal dos carros