Một chiếc ô tô đang chuyển động sẽ bị tác động bởi nhiều lực bên ngoài khác nhau nhằm cản trở chuyển động của chiếc xe đó. Ví dụ như trọng lượng của hành khách và hành lý hay lực ma sát tác dụng lên lốp xe để giữ cho ô tô không bị trượt. Tuy nhiên một lực thường bị người bình thường bỏ qua là lực cản khí động học—lực cản do không khí tạo ra chống lại chuyển động của ô tô.
Khi di chuyển, ô tô tương tác với không khí, tạo ra lực cản và lực nâng. Lực cản càng lớn, xe càng tốn nhiên liệu và hiệu suất càng thấp. Lực nâng quá cao có thể khiến xe mất độ bám đường, đặc biệt là ở tốc độ cao.
Lực tác dụng lên ô tô lớn hơn có nghĩa là động cơ phải thực hiện nhiều công hơn để vượt qua chúng. Điều này làm tăng mức tiêu thụ nhiên liệu và tăng thêm chi phí vận hành. Giống như lực cản, một lực bất lợi khác tác dụng lên ô tô là lực nâng. Giống như luồng không khí dưới cánh máy bay, chúng cũng có thể khiến ô tô bị nhấc lên khỏi mặt đất.
Luồng không khí ảnh hưởng đến ô tô theo nhiều cách khác nhau, nó tạo ra tiếng ồn, ảnh hưởng xấu đến sự thoải mái của con người. Nó cũng dẫn nhiệt ra khỏi các bộ phận quan trọng như động cơ và phanh. Do đó, việc thử nghiệm ô tô trong đường hầm gió sẽ cung cấp dữ liệu thời gian thực về cách thiết kế của chúng hoạt động trong các tình huống khác nhau.
Thử nghiệm đường hầm gió giúp mô phỏng luồng khí di chuyển xung quanh xe ở các tốc độ khác nhau. Từ đó, các kỹ sư có thể đánh giá và cải thiện tính khí động học của xe, giúp giảm lực cản, tăng lực nâng và cải thiện hiệu suất tổng thể.
Loại ô tô nào phải trải qua thử nghiệm trong hầm gió?
Tất cả các ô tô đều phải trải qua một số hình thức thử nghiệm trong hầm gió trong giai đoạn phát triển. Mức độ liên quan của các thông số khác nhau đối với một loại ô tô nhất định sẽ thay đổi tùy theo mục đích sử dụng của nó.
Một chiếc xe thể thao rất coi trọng tác động của luồng không khí đến hiệu suất và các thông số liên quan đến khả năng xử lý. Tuy nhiên, tiếng ồn của gió sẽ không quá quan trọng đối với hiệu suất của một chiếc xe thể thao vì người lái xe được trang bị thêm thiết bị để xử lý vấn đề này.
Các nhà thiết kế có thể thử nghiệm nhiều kiểu dáng và chi tiết xe khác nhau trong đường hầm gió để tìm ra giải pháp tối ưu về mặt khí động học. Ví dụ: họ có thể thử nghiệm các hình dạng cản trước, gương chiếu hậu, cánh lướt gió và bộ khuếch tán khác nhau để xem thiết kế nào tạo ra lực cản thấp nhất và lực nâng cao nhất.
Do đó, luồng không khí cho xe thể thao thường được tối ưu hóa để mang lại hiệu suất và khả năng xử lý cao hơn. Kết quả thử nghiệm trong hầm gió cũng ảnh hưởng đến hình dạng và kích thước của nhiều bộ phận khác nhau, chẳng hạn như bộ phận cản gió và bộ khuếch tán, để tối đa hóa lực ép xuống của chúng. Điều này là cần thiết để giữ cho chúng được trồng ổn định trên mặt đất.
Khi so sánh với một chiếc xe thể thao, các yêu cầu về khí động học của một chiếc xe đi lại hàng ngày khá khác nhau. Thay vào đó, chúng tập trung vào việc lái xe ở tốc độ tương đối thấp hơn và âm thanh yên tĩnh hơn để tạo sự thoải mái cho người dùng. Đồng thời, việc làm mát động cơ và phanh cũng được ưu tiên hơn.
Việc thử nghiệm đường hầm gió của ô tô đi lại hàng ngày có thể khá rộng rãi và phức tạp vì luồng không khí phải được tối ưu hóa về mọi mặt mà không ảnh hưởng đến đặc điểm thiết kế của thương hiệu.
Tiếng ồn do gió là một yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến sự thoải mái của hành khách. Thử nghiệm đường hầm gió giúp xác định các nguồn tiếng ồn do gió và phát triển các giải pháp để giảm tiếng ồn, chẳng hạn như thay đổi hình dạng gương chiếu hậu hoặc sử dụng vật liệu cách âm.
Thử nghiệm trong hầm gió là một phần quan trọng trong việc thiết kế các phương tiện hạng nặng, chẳng hạn như xe tải. Họ phải di chuyển quãng đường dài với tải nặng nên mức tiêu hao nhiên liệu bị ảnh hưởng. Việc giảm lực cản của xe tải đối với luồng không khí hoặc lực cản khí động học có thể giúp cải thiện hiệu quả sử dụng nhiên liệu và do đó cải thiện phạm vi hoạt động của xe, đồng thời giảm đáng kể chi phí vận hành.
Thử nghiệm đường hầm gió có thể giúp đảm bảo rằng xe có độ ổn định tốt trong các điều kiện gió khác nhau. Ví dụ, các kỹ sư có thể kiểm tra xem xe có bị lật khi gió thổi ngang hay không.
Các thử nghiệm trong đường hầm gió được thực hiện như thế nào?
Thử nghiệm đơn giản nhất là đặt một chiếc xe mô hình vào luồng không trong hầm gió. Các nhà sản xuất đặt một mô hình có kích thước thật hoặc thu nhỏ của thiết kế của họ vào giường thử nghiệm, cho nó tiếp xúc với luồng không khí từng tầng.
Giường thử nghiệm và đối tượng được ánh xạ bằng nhiều cảm biến khác nhau để đo các lực khác nhau tác động lên nó. Vì mắt thường không thể nhìn thấy luồng không khí nên người vận hành hầm gió và kỹ sư thiết kế dựa vào nhiều dấu hiệu trực quan khác nhau để phân tích tác động của luồng không khí lên xe.
Các nhà sản xuất ô tô sử dụng đường hầm gió để phát triển các công nghệ khí động học mới, chẳng hạn như hệ thống quản lý luồng khí chủ động có thể điều chỉnh luồng khí xung quanh xe để cải thiện hiệu suất.
Những tín hiệu thị giác này có thể là cả định tính và định lượng. Khói là một trong những chỉ báo trực quan được sử dụng phổ biến nhất trong các đường hầm gió, tạo thành các vệt có thể nhìn thấy dọc theo thân xe.
Phân tích định lượng phụ thuộc nhiều vào các cảm biến được đặt ở nhiều điểm khác nhau trên bệ thử nghiệm và đối tượng thử nghiệm. Ngoài các chỉ dẫn trực quan, các nhà thiết kế còn sử dụng dữ liệu được thu thập từ các cảm biến nhúng, sau đó được so sánh với kết quả được tạo ra từ phần mềm.
Tuy nhiên, các nhà sản xuất không chỉ dựa hoàn toàn vào dữ liệu mô phỏng. Thử nghiệm trong hầm gió mang lại cảm giác thực tế về cách không khí sẽ di chuyển xung quanh một thiết kế nhất định. Đồng thời, nó có thể chứng thực hoặc mâu thuẫn với những phát hiện từ mô phỏng, giúp cải tiến hơn nữa thiết kế.
Nhìn chung, thử nghiệm đường hầm gió là một phần quan trọng trong quá trình phát triển ô tô, giúp tạo ra những chiếc xe hiệu quả, an toàn và thoải mái hơn.
Tham khảo: Scienceabc
Lấy link