BMW AVZ - Aerodynamická strategie

Metoda EfficientDynamics je již dnes známým pojmem, kterým skupina BMW AG označuje důsledně prosazovaný soubor inovací přispívajících k tomu, aby každý nový typ automobilu měl proti svému předchůdci nejen nižší spotřebu a škodlivé emise, ale aby se zároveň zvýšil jeho výkon a tedy dynamika jízdy.

Moderně pojaté strategii BMW EfficientDynamics jsme věnovali obsáhlý článek v AR 4/’09, kde ovšem poněkud stranou zůstala oblast tvarování vozů, tedy aerodynamicky účinného tvaru s minimalizovaným odporem vzduchu. Po exkluzivní návštěvě nedávno otevřeného aerodynamického centra BMW AVZ (Aerodynamisches Versuchszentrum) v Mnichově tyto informace doplňujeme dalšími, zejména z tohoto důležitého oboru. Účinná aerodynamika totiž zajímala konstruktéry automobilů většinou až poté, kdy pro zvýšení dynamiky nemohli z nějakých důvodů vyměnit stávající motor za výkonnější provedení, ale se souvisejícím nárůstem spotřeby paliva si zpravidla nikdo hlavu nelámal. Pak však přišla sedmdesátá léta minulého století s první ropnou krizí a najednou se situace dramaticky změnila. Automobilky okamžitě povolaly na pomoc specialisty na aerodynamiku, kteří dostali za úkol lepším proudovým řešením vozů zabránit plýtvání drahocenného paliva. Když se objevil ještě další problém ve formě emisí CO2, podílejících se na skleníkovém efektu, které tvoří u spalovacího motoru část výfukových plynů v množství přímo úměrném spotřebě, aerodynamika se opět dostala do středu zájmu. Firma BMW sice už od roku 1979 provozuje pár kilometrů od Mnichova svůj vlastní aerodynamický tunel a v případě potřeby řešila úkoly spojené s prouděním i na pronajatých zařízeních, vedení BMW Group však dobře odhadlo situaci a vybudovalo náročnou investici do budoucnosti ve formě nového aerodynamického centra. To stálo celkem 170 milionů eur a bylo postaveno v těsné blízkosti výzkumného a vývojového střediska BMW FIZ, což umožňuje oblast aerodynamiky lépe integrovat do průběhu vývoje vozidel jako celku. Vybudovány byly celkem dva aerodynamické tunely; větší z nich je horizontální a umožňuje ofukování automobilů v reálných rozměrech, menší pro měření na modelech vozů byl pro úsporu místa situován vertikálně.

V programu EfficientDynamics slouží aerodynamické centrum BMW AVZ proudové optimalizaci automobilu, tedy především snížení jeho aerodynamického odporu, jenž spolu s odporem valení kol brání jízdě automobilu na rovné dráze. Ovšem zatímco odpor valení s rychlostí narůstá jenom v přímé úměře, aerodynamický odpor stoupá s druhou mocninou rychlosti. Čím větší je rychlost, tím víc se projevuje odpor aerodynamický, zatímco odpor valení se stává položkou druhořadou. Aerodynamický odpor automobilu ze 40 % ovlivňují jeho proporce a tvar, přičemž asi čtvrtina připadá na účet detailů jako jsou zpětná zrcátka, světlomety, střešní ližiny apod. Dalších 10 % je dáno průtokem vzduchu pro chlazení vnitřních agregátů (motor, brzdy aj.), asi 20 % tvoří proudění pod podlahou vozu a 30 % vytvářejí kola a podběhy blatníků. Aerodynamický odpor lze zjistit v aerodynamickém tunelu prostřednictvím šestikomponentních vah, měřících síly a momenty působené prouděním vzduchu ve třech směrech. Ten je ale z hlediska konstrukce vozu rovněž závislý na jeho příčném průřezu (tedy známé hodnotě) a na kvalitě obtékání vyjádřené bezrozměrným součinitelem odporu vzduchu cx, jenž je vlastně konečným výsledkem měření a následných výpočtů, protože jeho hodnota udává jak se konkrétní zásah konstruktéra ve spolupráci s designerem na kvalitě proudění projevuje. Kvalitou se rozumí pokud možno v celém rozsahu proudění uspořádané (laminární), a co nejméně turbulentní, které by znamenalo lokální energetické ztráty. Úkolem specialistů na aerodynamiku je např. pomocí kouřových sond zjišťovat, kde dochází ke vzniku turbulencí, a tato místa eliminovat, či omezit. Snížit aerodynamický odpor o 10 % prakticky znamená snížit spotřebu paliva až o 2,5 %.

Menší aerodynamický tunel BMW Aerolab je zajímavý tím, že se v něm dá dobře pracovat i s menšími detaily na modelech zhotovených ze speciálního materiálu, které lze rychle podle potřeby upravovat. Pohyblivý pás pod měřeným objektem, jenž navozuje proudění vzduchu v oblasti podlahy a kol, je široký 3,2 m, což umožňuje měření i dvou modelů vedle sebe, simulujících například předjíždění. Lze zjistit i síly působící na model v různém vychýlení; speciálním zařízením je možno měnit geometrii kol, anebo světlou výšku. Hodnoty naměřené na modelech se přenášejí na vozy v originální velikosti, neboť přepočítávací formule vychází z teorie podobnosti, tedy zachování stejného Reynoldsova čísla, kdy součin délky objektu a rychlosti proudícího média musí být stejný. Modely v měřítku 1:2 je tedy třeba ofukovat dvojnásobnou rychlostí než 1:1; vzhledem k dosahované rychlosti proudění 300 km/h to stačí na podmínky reálného provozu do 150 km/h. V Aerolabu jsou šestikomponentní váhy umístěny přímo v modelu a kola s modelem nejsou propojena. Byli jsme svědky zjišťování součinitele odporu vzduchu cx na třech variantách modelu, a to se stojícími koly (0,29), otáčejícími se koly (0,28) a s úpravou vstupu vzduchu v oblasti kol Air Curtain (0,27), resp. bez kol (0,18). Poněkud překvapivé je kvalitnější proudění s otáčejícími se koly než s koly zastavenými. Vzduchová clona Air Curtain je novinkou aerodynamiků ve strategii EfficientDynamics, přináší další úspory a jde o dva otvory rozměrů 30 x 100 mm v čelním spoileru, jimiž je vzduch veden ve dvou kanálech po vnitřní straně nárazníku až do podběhu kola, kde velkou rychlostí vystupuje malým otvorem a na vnějšku otáčejícího se kola vytváří ochrannou clonu proti vzniku silných turbulencí.Konkrétní úspory nebyly uvedeny, ale z porovnání parametrů BMW 320i Cabrio z let 1987 a 2009 lze vliv na spotřebu odvodit. První model měl cx = 0,39, největší rychlost 195 km/h a spotřebu 11,2 l/100 km; letošní pak tyto tři hodnoty 0,27; 228 km/h a 6,9 l/100 km, takže na snížení flotilové spotřeby BMW v letech 1995 až 2008 o více než pětadvacet procent má aerodynamika rozhodně svůj velký podíl.


Zdroj: Automobil 10/09
Autor: Pavel Biskup

Fotogalerie