Khí động học của Ôtô

Chắc rằng trong chúng ta, ai cũng đã có dịp ngắm nhìn những chiếc xe đủ kiểu dáng, đủ màu sắc. Nhưng có lẽ ít ai hiểu rõ, khi chuyển động, nhất là ở tốc độ cao, ôtô đã chịu tác động của những lực nào.
Hiệu suất khí động học của xe được xác định bởi hệ số cản Cd (một số sách ở Việt Nam ký hiệu là K). Hệ số cản là một thông số phụ thuộc vào diện tích cản chính diện, nó cho thấy sự ảnh hưởng của hình dạng vật thể tới lực cản khí động. Trên lý thuyết, một đĩa tròn phẳng có hệ số cản không khí Cd bằng 1, nhưng sau khi thay đổi hình dạng mép viền của đĩa, hệ số cản sẽ tăng lên vào khoản 1,2. Hình dạng có hiệu suất khí động tốt nhất là hình dạng của một giọt nước đang rơi, hệ số cản Cd của nó là 0,05. Tuy nhiên, người ta không thể thiết kế một chiếc xe có hình dạng như thế. Một kiểu xe thông thường có hệ số cản vào khoản 0,3.
Lực cản gió của xe tỷ lệ với hệ số cản không khí, diện tích cản chính diện và bình phương vận tốc của xe. Bạn có thể nhận thấy rằng, một chiếc xe chạy với vận tốc 200 km/h phải chịu lực cản gấp 4 lần một chiếc xe như thế chạy với vận tốc 100 km/h. Bạn cũng có thể thấy rõ sự ảnh hưởng của lực cản đến tốc độ tối đa của xe. Nếu chúng ta muốn nâng tốc độ tối đa của chiếc Ferrari Testarossa từ 290 km/h lên 320 km/h như chiếc Lamborghini Diablo mà không thay đổi hình dáng của nó, chúng ta cần phải nâng công suất của động cơ từ 390 mã lực lên 535 mã lực! Nhưng tốc độ cực đại cao như vậy hoàn toàn có thể đạt được mà không cần nâng cao công suất động cơ nếu chúng ta chi thêm nhiều tiền bạc và thời gian vào việc nghiên cứu khí động học, giảm hệ số Cd từ 0.36 xuống còn 0,29 cũng mang lại kết quả tương tự như nâng công suất từ 390 mã lực lên 535 mã lực.
Thông thường, trong các phòng thí nghiệm, để nghiên cứu tính khí động học của ô tô, người ta tạo ra một mô hình xe giống với chiếc xe ngoài thực tế, đặt mô hình này vào một hầm có dạng ống (hầm gió), rồi thổi một luồng khí vào trong hầm; luồng khí chuyển động qua mô hình tĩnh, tương tự với một chiếc xe chuyển động trong không khí ở bên ngoài. Trên mô hình có gắn các thiết bị, cảm biến thu nhận tín hiệu, nhờ vào lý thuyết tương tự, người ta tính được các thông số khí động học của chiếc xe trên thực tế.
Kiểu thiết kế đuôi trơn
Vào những năm 60, các kỹ sư của các đội đua bắt đầu nắm được những điểm đáng lưu ý của khí động học. Họ nhận thấy rằng, nếu giảm độ nghiêng của phần đuôi xe xuống còn 20 độ hoặc ít hơn, thì dòng không khí sẽ lượn theo lưng mui một cách rất suôn sẻ và lực cản được giảm đi nhiều. Họ đã gọi kiểu thiết kế này là “Fastback” (đuôi trơn). Và kết quả, rất nhiều xe đua, chẳng hạn Porche 935/78 (hình bên) đã tạo nên một cái đuôi dài, thấp rất thái quá ở phía sau.

Với kiểu xe thiết kế theo dạng 3 hộp, dòng khí thoát khỏi xe ở phía cuối mui theo một đường thẳng suốt. Trong khi đó, góc cắt gấp đột ngột của kính chắn hậu tạo nên một vùng áp suất thấp, vùng này cuốn những dòng khí quay ngược về để bù đắp lại, vì thế, nó tạo nên dòng chảy rối của khí. Dòng chảy rối của khí luôn tác động tiêu cực đến (tăng) hệ số cản không khí của xe.
Tuy nhiên, kiểu thiết kế này vẫn còn khả dĩ hơn một số kiểu thiết kế khác ở thời kỳ này. Nếu góc nghiêng của kính chắn hậu trong khoản từ 30 đến 35 độ, dòng khí chuyển động sẽ rất hỗn độn, nó dễ dàng phá vỡ tính ổn định của xe khi chạy ở tốc độ cao. Trước đây, các hãng sản xuất không có nhiều hiểu biết về vấn đề này và họ đã tạo ra những chiếc xe như vậy.
Lực nâng
Theo nguyên lý Bernoulli, sự chênh lệch về vận tốc sẽ làm phát sinh một lưới áp lực ngược tác dụng lên bề mặt trên của xe và người ta gọi nó là lực nâng.
Cũng giống như lực cản, lực nâng tỷ lệ với diện tích (nhưng nay không phải là diện tích cản chính diện mà là diện tích bề mặt), dạng hình học của xe, tốc độ và hệ số lực nâng (được xác định tuỳ thuộc vào dạng hình học của ô tô). Ở tốc độ cao, lực nâng có thể đủ lớn làm cho xe của bạn mất ổn định. Lực nâng đặc biệt quan trọng ở đuôi xe, bạn dễ dàng nhận thấy được điều này, do tồn tại một vùng áp suất thấp phía sau kính chắn hậu, nếu lực nâng phía sau không được khử một cách hiệu quả, hai bánh sau sẽ dễ dàng bị trượt, và điều này là cực kì nguy hiểm nếu xe chạy ở tốc độ khoảng 250 km/h.

xeexpress.com
Ở mặt này, kiểu thiết kế đuôi trơn lại có tác dụng xấu vì nó có một diện tích bề mặt lớn tiếp xúc với không khí. Có thể nói một lực cản lý tưởng cùng với một lực nâng lý tưởng thì không thể dung hoà với nhau. Chúng ta không thể có cả hai cùng một lúc. Tuy nhiên, nếu nghiên cứu nhiều hơn về khí động học, chúng ta có thể tìm ra một lời giải để đạt được cả hai.
Cánh gió (cánh hậu)
Vào đầu những năm 60, các kỹ sư của Ferrari khám phá ra rằng, việc gắn thêm một cánh gió ở cuối xe có thể làm cho lực nâng giảm mạnh, thậm chí còn phát sinh thêm lực ép xuống, trong khi đó lực cản lại tăng không đáng kể.

Cánh gió có tác dụng hướng phần lớn dòng khí sau khi rời khỏi mui đi thẳng mà không quay trở lại nhằm giảm lực nâng. Nếu chúng ta tăng thêm góc nghiêng của cánh, chúng ta có thể tạo nên một lực ép xuống có giá trị đến hàng trăm kg (cánh gió cũng tuân theo nguyên lý Bernoulli về lực nâng, trong trường hợp của cánh gió, lực nâng là lực ép xuống, do mặt cong của cánh gió nằm ở phía dưới, lực ép xuống sinh ra tác dụng lên cánh, lực ép xuống này ngược lại với lực nâng mà không khí tác dụng vào mặt trên của thân xe như đã nói ở trên). vẫn có lượng không khí nhỏ theo đuôi xe và thoát ra sau ở bên dưới cánh. Điều này tránh được sự xuất hiện của vùng khí xoáy trong các loại xe thiết kế không ở dạng đuôi trơn, như vậy, hiệu suất cản vẫn được đảm bảo. Vì có rất ít lượng không khí đi theo lộ trình này, nên phần tạo ra lực nâng của nó thì dễ dàng bị cánh gió triệt tiêu.

Vào năm 1962, Ferrari 246SP là loại xe đua đầu tiên được gắn cánh gió. Chỉ một năm sau đó, mẫu xe thương mại 250GTO cũng được gắn thêm một cánh dạng đuôi vịt phía sau. Tuy nhiên, cánh gió vẫn không được phổ biến cho đến khi Porche tung ra chiếc 911 RS 2.7 của họ vào năm 1972, cái đuôi vịt to tướng của nó khắc phục được 75% lực nâng ở tốc độ cao. Và cũng chỉ một năm sau đó, 911 RS 3.0 đã triệt tiêu hoàn toàn lực nâng khi sử dụng cánh gió kiểu “đuôi cá mập”. Từ đó, nó trở thành hình tượng cho các đời 911 sau này.
Thiết bị cản (spoiler)
Spoiler là một thiết bị động lực học làm thay đổi dòng khí chuyển động bên dưới xe. Người ta gắn quanh viền gầm xe những tấm cản, ở viền trước gọi là “chắn cằm” (chin spoiler), ở phía sau là “vạt áo” hoặc “váy” (skirt). Để hiểu được nguyên lý, trước hết chúng ta phải bàn thêm về dòng khí chuyển động phía dưới xe.

Dòng khí chuyển động bên dưới xe là điều mà các nhà thiết kế không hề mong muốn. Có nhiều bộ phận, ví như động cơ, hộp số, trục lái, vi sai v.v...để lộ ra bên dưới gầm xe, đó không chỉ là nguyên nhân làm tăng lực cản do tạo nên những vùng xoáy của dòng khí mà còn làm chậm dòng khí bên dưới, khiến lực nâng tăng lên (nguyên lý Bernoulli).
Thiết bị cản được sử dụng để làm giảm lượng khí chuyển động xuống dưới xe bằng cách hướng chúng rẽ sang hai bên hông xe. Kết quả là lực cản và lực nâng do chúng tao ra được giảm bớt. Nói chung, những tấm cản được lắp càng thấp thì hiệu quả càng cao.
Tấm bọc gầm
Chúng ta cũng có thể giảm bớt sự ảnh hưởng của luồng khí bên dưới gầm xe bằng cách bao gầm xe bằng một tấm phẳng, giống như  Ferari F355 ở hình dưới.
Hiệu ứng mặt đất
Một chiếc F1 tiêu biểu khi vào cua, lực trượt ngang của nó có thể tương đương 2400 kg. Điều này đòi hỏi phải có một lực ép xuống đủ mạnh để giữ bánh xe bám được trên mặt đường. Việc lắp cho xe một cánh gió thật lớn, có thể thoả mãn được sự đòi hỏi này, nhưng cũng có thể làm tăng hệ số cản.
Để giải quyết vấn đề, vào những năm 70, Colin Chapman lại nảy ra một ý tưởng hoàn toàn mới để làm tăng lực ép xuống mà không làm tăng thêm lực cản. Ông gắn thêm một cái máng dẫn vào gầm của chiếc xe đua Lotus 72. Máng dẫn thu hẹp ở phía trước và mở rộng ở phía cuối gầm. Sự kết hợp của máng dẫn và mặt đất tạo thành một cái ống ảo. Khi xe chạy, dòng khí đi vào ống ở phía trước. Rõ ràng, áp suất không khí ở cuối gầm giảm đã làm xuất hiện thêm lực ép xuống.
Tác dụng của hiệu ứng mặt đất hiệu quả hơn rất nhiều so với cánh gió, vì vậy, ngay sau đó nó bị cấm sử dụng ở F1. Năm 1978 Brabham’s Gordon Muray đã làm lại lần nữa theo cách khác, thay vì mở rộng máng dẫn ở cuối gầm, ông sử dụng một chiếc quạt công suất lớn để tạo áp suất thấp ở phía sau. Và đương nhiên nó lại bị FIA cấm một lần nữa.
xeexpress.com
Tận dụng hiệu ứng mặt đất là điều không thích hợp đối với các loại xe thông thường. Nó yêu cầu gầm trước của xe phải sát với mặt đất, để tạo nên một cái miệng ống hẹp, điều này lại không thành vấn đề đối với xe đua. Nhưng độ cao gầm xe (sách kỹ thuật Việt Nam dịch là “khoảng sáng gầm xe”. BTV) của các loại xe thông thường phải thích hợp để có thể leo đồi, xuống dốc, do vậy nó đã hạn chế ưu điểm của hiệu ứng mặt đất. McLaren F1 đã từng sử dụng cách của Brabham khi lắp 2 quạt điện để tạo hiệu ứng mặt đất. Nhưng công bằng mà nói, chẳng ai công nhận ưu điểm về lực ép xuống của thiết kế này. Dauer 962 được xem là một chiếc xe thông dụng nhưng sử dụng máng dẫn khí như một chiếc xe đua đích thực. Dauer 962 có thể điều chỉnh độ cao gầm xe để chạy trên đường gồ ghề và cũng có thể tận dụng được hiệu ứng mặt đất khi chạy trên đường cao tốc.
Những xe có hệ số cản gió thấp nhất thế giới
0.137 1986 Ford Probe V Concept
0.19 1996 GM EV1 Electric car
0.25 1999 Honda Insight  Hybrid
0.25 2000 Lexus LS 430
0.25 2000 Audi A2 "3-litre"
0.26 1989 Opel Calibra 2.0i
0.26 2000 Mercedes C180
0.27 1996 Mercedes E230
0.27 1997 VW Passat
0.27 1997
Lexus LS  400
0.27 1998 BMW 318i
0.27 2000 Mercedes C-class C200cho đến C320

Video nổi bật

Choáng nặng với dàn xe tuần tra siêu khủng của cảnh sát Dubai
00:00 / --:--

TIN Ô tô - Xe Máy NỔI BẬT

Toyota bất ngờ bị VW soán ngôi số 1 thế giới

Nửa đầu năm 2015 vừa qua chứng kiến sự trỗi dậy mạnh mẽ của tập đoàn xe hơi Đức Volkswagen để trở thành nhà sản xuất ô tô lớn nhất thế giới, đẩy Toyota xuống vị trí thứ 2.

Vinaxuki bán gấp nhà máy , ô tô "Made in Việt Nam" mãi là giấc mơ!

Tổng nợ của Vinaxuki đã lên tới 1.618 tỷ đồng. Trong đó nợ vay tại BIDV là 763 tỷ đồng, tại VIB là 53 tỷ đồng. Các khoản nợ tại Vietinbank (159 tỷ đồng) và tại Vietcombank (643 tỷ đồng) đã được các ngân hàng này bán cho VAMC.

'Bão' xe tải Trung Quốc vào Việt Nam, cơ hội nào cho doanh nghiệp nội?

So sánh về chất lượng xe ô tô nhập từ Trung Quốc so với xe Hàn Quốc và xe Thái lan thì không thể bằng được, nhưng xét về lợi thế giá rẻ thì không một dòng xe nào sánh bằng xe Trung Quốc.

Nhận xét tin Khí động học của Ôtô

Ý kiến bạn đọc

Viết phản hồi

Bạn có thể gửi nhận xét, góp ý hay liên hệ về bài viết Khí động học của Ôtô bằng cách gửi thư điện tử tới Lien He Bao Viet Nam. Xin bao gồm tên bài viết Khi dong hoc cua Oto ở dạng tiếng Việt không dấu. Hoặc Khí động học của Ôtô ở dạng có dấu. Bài viết trong chuyên đề Tìm Hiểu Kỹ Thuật của chuyên mục Ô tô - Xe Máy.

Car aerodynamic
aerodynamics, drag coefficient, high speed design, lift, can, car, wind wings, we, drag, tail, cars, down, years, running

Make sure one of us, everyone had a chance to look at the cars lack style, full of color. But perhaps few people understand, when in motion, especially at high speeds, cars were affected by the time ..

CÓ THỂ BẠN QUAN TÂM
Xem tiếp: Ô tô - Xe Máy


  • Thoi su 24h317 Thong tin moi ve vu sat hai 6 nguoi
    Thời sự 24h(31/7): Thông tin mới về vụ sát hại 6 người

     ĐH đồng loạt công bố điểm nhận hồ sơ xét tuyển; Tàu hải quân chở hơn 600 du khách rời Cô Tô; Thông tin mới về vụ sát hại 6 người ở Bình Phước; Phi công hotgirl làm cơ trưởng máy bay hàng không Việt Nam;  

  • Thoi su 24h307 Do xo ra suoi vot vang den sau lu
    Thời sự 24h(30/7): Đổ xô ra suối vớt "vàng đen" sau lũ

     Tàu hải quân chở 350 khách rời Cô Tô; Người dân đổ xô ra suối vớt "vàng đen" sau lũ lịch sử; Trường ĐH Bách khoa Hà Nội có hiệu trưởng mới; Vụ đại gia nợ 1600 tỷ: Thừa nhận cáo trạng có thiếu sót!; 

  • Thoi su 24h297 Lu lich su lam 17 nguoi chet
    Thời sự 24h(29/7): Lũ lịch sử làm 17 người chết

    Thống kê điểm thí sinh theo khối thi A,A1,B,C,D; Mưa lũ Quảng Ninh: Đã có 23 người chết và mất tích; Chủ tịch thuê người thi hộ trong khi đi nghỉ mát; Bắt người phụ nữ từng lên truyền hình vì "làm kinh tế giỏi"; 

  • Thoi su 24h287 HN ban 21 phat dai bac dip Quoc khanh
    Thời sự 24h(28/7): HN bắn 21 phát đại bác dịp Quốc khánh

     Hà Nội bắn 21 phát đại bác dịp Quốc khánh; 15 người chết trong lũ, Quảng Ninh xin ứng cứu; Ngưỡng xét tuyển đại học là 15 điểm; Người phụ nữ Indonesia kêu cứu vì chồng cũ "lừa" bắt con ở VN;

  • Thoi su 24h277 QN ngap nang sau tran mua lich su
    Thời sự 24h(27/7): QN ngập nặng sau trận mưa lịch sử

    Quảng Ninh ngập nặng sau trận mưa lịch sử; Biểu tượng sexy nhất của điện ảnh Việt thập niên 90; Vì sao hàng xóm không mua 'bức tường 1 tỷ'?; Hà Nội: Cảnh nhấc bổng xe tải mắc kẹt trên cầu vượt; Hàng chục cán bộ ngân hàng tại phiên xử đại gia nợ 1.600 tỷ...là những thông tin thời sự nổi bật ngày 27/7.

  • Hiem hoa tu thang may thang cuon
    Hiểm họa từ thang máy - thang cuốn

    Thêm một tai nạn thang máy thảm khốc xảy ra ở Trung Quốc: một cô gái chết bị kẹt đầu vào thang máy ở tầng 17, còn thân thể treo ở tầng 16. ------------ Xem thêm: Hiểm họa từ thang máy - thang cuốn, http://vietbao.vn/tp/Hiem-hoa-tu-thang-may-thang-cuon/12182378/ Tin nhanh Việt Nam ra thế giới vietbao.vn

  • Nhung chuyen tinh cam dong
    Những chuyện tình cảm động

    Vì tình yêu, Đức Phú quyết định hủy hợp đồng lao động ở nước ngoài để trở về Việt Nam chỉ sau 2 tháng xa nhau vì không thể chịu nổi nỗi nhớ nhung. ------------ Xem thêm: Những chuyện tình cảm động, http://vietbao.vn/tp/Nhung-chuyen-tinh-cam-dong/12197738/ Tin nhanh Việt Nam ra thế giới vietbao.vn

  • Mua lu ngap lut bat thuong o Quang Ninh
    Mưa lũ ngập lụt bất thường ở Quảng Ninh

    Người dân Quảng Ninh đang phải đối mặt với những khó khăn chồng chất trong việc khắc phục hậu quả trận mưa lũ lịch sử.

  • Du khach Viet an cap o Thuy Si
    Du khách Việt ăn cắp ở Thụy Sĩ

    Chưa tìm được cách ngăn ngừa người ra nước ngoài buôn lậu, trộm cắp hoặc vi phạm thuần phong mỹ tục nước sở tại nên chúng ta sẽ còn xấu mặt dài dài

  • Bat nguyen Chu tich Tap doan Dau khi VN
    Bắt nguyên Chủ tịch Tập đoàn Dầu khí VN

    Cựu Chủ tịch Tập đoàn Dầu khí quốc gia Việt Nam (PetroVietnam - PVN) Nguyễn Xuân Sơn bị khởi tố để điều tra hành vi "thiếu trách nhiệm gây hậu quả nghiêm trọng" - tội danh được quy định tại điều 285 Bộ luật Hình sự. Báo điểm.. ------------ Xem thêm: Bắt nguyên Chủ tịch Tập đoàn Dầu khí VN, http://vietbao.vn/tp/Bat-nguyen-Chu-tich-Tap-doan-Dau-khi-VN/12123701/ Tin nhanh Việt Nam ra thế giới vietbao.vn

  • Nghin le chuyen tuan qua 2607 0108
    Nghìn lẻ chuyện tuần qua (26/07 - 01/08)

    Toàn cảnh mưa lũ lịch sử tàn phá Quảng Ninh; Hiểm họa từ thang cuốn trong siêu thị; Các cơ quan HN chào cờ hát Quốc ca sáng thứ 2 từ 1/8; Vạch trần thủ đoạn “mẹ bệnh sắp chết” để lừa người đi đường ....là những tin tức nổi bật được dư luận quan tâm trong tuần qua. ------------ Xem thêm: Nghìn lẻ chuyện tuần qua (26/07 - 01/08), http://vietbao.vn/Xa-hoi/Nghin-le-chuyen-tuan-qua-2607-0108/2147582510/157/ Tin nhanh Việt Nam ra thế giới vietbao.vn

  • Su kien quoc te noi bat 26718
    Sự kiện quốc tế nổi bật (26/7-1/8)

    Trung Quốc ngăn chặn máy bay Lào trên vùng Biển Hoa Đông; Thủ lĩnh Taliban đã chết, phó thủ lĩnh lên thay; Hy vọng tìm thấy tung tich chiếc máy MH 370 cùng những người có mặt trên chuyến bay định mệnh này lại được nhen nhóm; Thủ lĩnh Taliban đã chết cách đây 2 năm... là những tin quốc tế đáng chú ý trong tuần qua.

  • Toan canh Showbiz tuan 277 317
    Toàn cảnh Showbiz tuần (27/7 - 31/7)

    Sau scandal "văng tục", Tuấn Hưng gây xúc động mạnh trên facebook, Facebook của Lệ Quyên bị hack để vay mượn tiền, Nữ ca sĩ phá thai 4 lần tuyên bố là gái còn trinh gây bức xúc, Đỗ Mạnh Cường lại bị chơi xấu bằng... bùa ngải?, Hồ Ngọc Hà bị phản đối dự show hot nhất hành tinh.... là những tin hot nhất trong tuần này

  • Tin An ninh Phap luat tuan qua 2607 0108
    Tin An ninh - Pháp luật tuần qua (26/07 - 01/08)

    500 bánh heroin giấu trong bình gas; Kinh hoàng "nhồi" bé gái sơ sinh vào vali đem đi bán; Trang Trần sẽ hầu toà vì chống người thi hành công vụ vào tháng 8; Liên tiếp những vụ cướp tiệm vàng trắng trợn; Cảnh báo những chiêu lừa trên Facebook mà ai cũng có thể... dính; Con đường tội lỗi dẫn đến trại giam của Hào Anh;.....là những tin đáng chú ý trong tuần. ------------ Xem thêm: Tin An ninh - Pháp luật tuần qua (26/07 - 01/08), http://vietbao.vn/An-ninh-Phap-luat/Tin-An-ninh-Phap-luat-tuan-qua-2607-0108/2147582306/218/ Tin nhanh Việt Nam ra thế giới vietbao.vn

  • Toan canh kinh te tuan 2607 01082015
    Toàn cảnh kinh tế tuần 26/07 - 01/08/2015

    Trong báo cáo quản trị của công ty Quốc Cường Gia Lai vừa công bố Hồ Ngọc Hà không còn tên trong danh sách người liên quan tới Cường đôla, Bộ Công Thương cho biết giá xăng giảm nhỏ giọt nguyên nhân do thuế quá cao, một số thông tin phản ánh về việc Bộ Tài chính chỉ đạo vụ chuyên trách xúc tiến đề nghị với NHNN cho ngân sách vay tới 30.000 tỷ đồng, đùi gà Mỹ sẽ bị kiện bán phá giá tại VN...Cùng với đó, những thông tin về tài chính ngân hàng, bất đông sản và thị trường tiêu dùng... tiếp tục là những tin tức, sự kiện kinh tế nóng hổi trong tuần vừa qua. ------------ Xem thêm: Toàn cảnh kinh tế tuần 26/07 - 01/08/2015, http://vietbao.vn/Kinh-te/Toan-canh-kinh-te-tuan-2607-01082015/2147582459/47/ Tin nhanh Việt Nam ra thế giới vietbao.vn