Opory ruchu pojazdu
2022-05-26, 05:05 | aktualizacja 2022-05-26, 05:05
O tym, że silnik napędza samochód, nie trzeba nikogo przekonywać. Podczas jazdy silnik ciągle zużywa paliwo i ciągle przekazuje na koła siłę napędową. Jeśli siła ta równoważy przeciwnie skierowaną siłę oporów, to pojazd będzie się poruszać ze stałą prędkością. Jeśli siła napędowa przewyższa siłę oporów, będzie przyspieszać aż do momentu zrównoważenia siły napędowej sumaryczną siłą oporów.
Co składa się na siłę oporów ruchu? Dlaczego wzrasta ona wraz ze wzrostem prędkości ruchu? W jaki sposób wzrasta? To są pytania, na które postaram się dziś odpowiedzieć.
Konieczne będzie przypomnienie pewnych już przeze mnie omawianych pojęć jak moc silnika. Często wspominam, że moc to prędkość, a moment obrotowy to przyspieszenie. Warto to zapamiętać. Czym jest moc? Moc to praca wykonana w czasie. Jeśli uda się nam unieść 75 kg na wysokość jednego metra w czasie jednej sekundy, to mamy moc równą 1 KM. Dlatego przemieszczenie pojazdu na odległość 100 km w czasie godziny, to też będzie pewna moc. Na wykresie zobaczymy, jaka moc będzie do tego potrzebna. Odległość 100 km w czasie godziny to 100 km/h – czyli prędkość. Dlatego moc to prędkość.
Moc silnika jest łatwo mierzalna i podawana przez producenta, a co z oporami ruchu?
Opory ruchu w przybliżeniu podzielić można na opory mechaniczne stawiane przez mechanizmy silnika i wszystkich przekładni, wliczając w to opory ogumienia oraz opory aerodynamiczne. Opory mechaniczne rosną wraz z prędkością ruchu mniej więcej liniowo i w niezbyt dużym stopniu. Opory aerodynamiczne wzrastają natomiast wykładniczo, czyli wraz z prędkością w drugiej potędze. Nas interesuje suma tych oporów, którą na wykresie obrazuje czerwona krzywa. Opory również wyrażają się mocą. Dla naszych potrzeb przejdziemy teraz na chwilę od wtórnych wartości jak moc do źródłowych, czyli do sił.
Jak uzyskuje się taki wykres oporów ruchu? Dziś to kwestia pomiarów na podwoziowej hamowni, wykonanych w tunelu aerodynamicznym czy skomplikowanych laboratoriów zainstalowanych na pokładzie badanych pojazdów. My przedstawimy tu obrazowy sposób, który pozwoli przedstawić ogólną ideę badania sumarycznych oporów ruchu pojazdu.
Obrazowe przedstawienie sumarycznych oporów ruchu/ J. Gembara Wyobraźmy sobie, że zaczepiamy badany pojazd za innym pojazdem na linie dość długiej, by ciągnący pojazd nie zaburzał strumienia powietrza opływającego badany pojazd. Badany pojazd poruszać się będzie przy włączonym biegu, z wykręconymi świecami i rzecz jasna przy niepracującym silniku. Gdzieś w środek naszej umownej liny wpinamy dynamometr wyskalowany w Niutonach. Teraz, ciągnąc nasz pojazd na linie od startu do jakiejś założonej prędkości (w naszym przykładzie do 135 km/h), nasz dynamometr pokaże nam bezpośrednio sumaryczną siłę oporów ruchu dla każdej szybkości podczas rozpędzania. Jeśli odczytamy ją, powiedzmy co 10 km/h, uzyskamy wykres przedstawiający zależność sumarycznej siły oporów ruchu (wyrażonej w Newtonach) naszego badanego pojazdu w funkcji jego prędkości. Jak należy rozumieć taki wykres? Na osi poziomej mamy prędkość, czyli przemieszczenie w czasie, a na pionowej siłę. Punkty zgrupowane na uzyskanej krzywej obrazują przemieszczenie w czasie pod działaniem siły – a więc moc. Będzie to poszukiwana przez nas moc oporów ruchu. Dlatego obok skali wyrażającej siłę dla danej krzywej możemy też przedstawić bezpośrednio wielkość mocy.
Przykładowy wykres oporów ruchu dla pojazdu jednośladowego/ J. Gembara Z naszego wykresu możemy teraz wprost odczytać jaka moc silnika jest potrzebna do poruszania się z daną (stałą) prędkością.
Z powyższego wykresu płynie jeszcze jeden wniosek. Skoro opory ruchu rosną nieproporcjonalnie (wykładniczo) ze wzrostem prędkości, jak wiemy, wymaga to odpowiednio większej mocy silnika, a więc powoduje równie wykładniczo większe zużycie paliwa czy ogólnie energii.
mgr inż. Jacek Gembara
CZYTAJ TAKŻE: