آیا تونل باد برای تست خودرو در ایران وجود دارد؟

به گزارش پدال نیوز به نقل از اخبار خودرو،در صنعت خودرو، بخش آکادمیک نقش مهمی دارد و امروزه بر کسی پوشیده نیست که تولید خودرو، علم و حتی هنر محسوب می‌شود و از فضای کاملا صنعتی فاصله گرفته است. در این خصوص، اساتید دانشگاه و مولفان کتاب‌های علمی در زمینه مکانیک و علوم مختلف صنعتی، نقش بسیار مهمی ایفا می‌کنند. مهندس محمدرضا زرین، از آن‌دسته مولفان دانشگاهی است که کتاب‌هایی در حوزه تخصصی آیرودینامیک تالیف کرده و کتاب‌های وی در دانشگاه‌های معتبر تدریس می‌شود و به‌عنوان منبع و مرجع به‌کار می‌رود. مشخصا آیرودینامیک یکی از علوم‌ مهم در طراحی و تولید خودرو محسوب شده و امروز به‌عنوان یک دانش استراتژیک برای صنایع خودرویی توصیف می‌شود. پیرامون علم آیرودینامیک و تاثیر این مهم در تولید خودرو با مهندس زرین گفت‌وگویی انجام دادیم که در ادامه می‌خوانید.
 
یک تعریف جامع از آیرودینامیک و تاثیر آن در روند تولید خودرو بیان کنید.
معادل فارسی در نظر گرفته‌شده برای این واژه، هواسر یا هواپویا است. اما در اصل، آیرودینامیک از دو واژه یونانی «آئریوس» به معنای هوایی یا مربوط به هوا و «داینامیس» به معنی پویایی تشکیل شده است. در حوزه خودرو آیرودینامیک را می‌توان به این شکل تعریف کرد: «دانش بررسی فرآیندهای فیزیکی که هنگام عبور جریان هوا از اطراف بدنه و سطوح بیرونی خودرو، داخل اتاق و فضای سرنشینان و هم‌چنین درون و بیرون موتور و اجزای آن روی می‌دهد.». این مساله لزوما نه‌تنها روی شتاب و سرعت اثرگذار است، بلکه تاثیرات بسیاری روی میزان مصرف سوخت خودرو نیز دارد.
 
بحث آیرودینامیک خودروها از چه زمانی مطرح شد؟
با بهبود طراحی و مهندسی خودروها که منجر به افزایش سرعت آنها شد، مسابقات اتومبیلرانی هم مرسوم شد. پس نیاز به کاهش مقاومت و بازدارندگی هوا در برابر حرکت اتومبیل، به‌طور جدی احساس می‌شد. اما به‌طور دقیق می‌توان ورود این علم به صنعت خودرو را منتسب به دهه ۱۹۲۰میلادی دانست، یعنی هنگامی‌که تونل باد اولین‌بار برای بررسی ویژگی‌های آیرودینامیکی خودروها به‌کار گرفته شد. در دهه ۲۰ و ۳۰میلادی دوران طلایی را شاهد بودیم و پس از جنگ‎جهانی دوم، رویه فراگیر این ماجرا در تولید خودرو باقی ماند که منجر به طراحی متفاوت خودروها شد. همچنین از دهه ۶۰‌میلادی به بعد، پیشرفته‌ترین تونل‌های باد کمپانی‌های خودروسازی تاسیس شدند. البته بحران نفت و کمبود سوخت در میانه دهه ۷۰میلادی باعث شد اهمیت این موضوع بیش از پیش مورد توجه قرار گیرد و مسائلی چون کاهش مصرف سوخت به میان آید.
 
یک خودرو آیرودینامیک باید چه ویژگی‌هایی داشته باشد؟
ضریب مقاومت یک خودرو در برابر باد رابطه مستقیمی با فرم کلی آن دارد. هر چه نمای کلی خودرو به فرم نیم‌‌قطره آب یا ایده‌آل‌ترین حالت آیرودینامیک نزدیک‌تر باشد، یعنی سطوح بیرونی خودرو، هموار و با خط‌های هم‌سطح، گرد، انحنادار یا تند و شکسته با گوشه‌های زاویه‌دار همراه باشد، جریان‌های گردابی و آشفته کم‌تری در سطح خودرو ایجاد می‌شود که در نتیجه ضریب آیرودینامکی کم‌تری خواهد داشت.
 
هنگام طراحی خودرو، برای بهبود آیرودینامیک چه کارهایی انجام می‌شود؟
امروزه برای طراحی یک خودرو آیرودینامیک، سه مرحله طی می‌‌شود. در مرحله اول یک مدل ساده اولیه در اندازه یک‌چهارم نهایی، با یک طرح کلی از خودرو مورد نظر ساخته می‌شود. در مرحله دوم یک مدل کامل‌تر در اندازه‌های واقعی تولید می‌شود که به مدل نهایی نزدیک‌ و شبیه‌تر است. در این قسمت جزئیات بیش‌تری گنجانده می‌شود تا برای اصلاح و بهینه‌سازی طرح کلی خودرو، زوایای کاپوت، شیشه جلو و… مورد استفاده قرار گیرد. در مرحله سوم، یک مدل کامل تمام‌قد با تمام جزئیات ساخته می‌شود تا بازنگری نهایی روی جزئیات آن انجام شده و اقدامات لازم جهت سازگار کردن آن‌ها با محدودیت‌های فنی و مهندسی انجام شود. در پایان این مرحله، با انجام تغییرات به منظور برآوردن نیاز‌های بخش تولید، ضریب پسای مدل نهایی به‌دست می‌آید.
 
آیا در کشور ما، تونل باد برای تست خودرو وجود دارد؟
بله. در دانشگاه‌های علم‌وصنعت، دانشگاه آزاد واحد تهران مرکز، دانشگاه امام حسین(ع) و… تونل باد برای مدل آزمایشی ماکت‌های کوچک خودرو وجود دارد. ولی تونل باد تمام استانداردی که مجهز به کفی متحرک و توانایی کنترل شرایط محیطی ازجمله دما و رطوبت هوا برای انجام آزمایش‌ و پژوهش‌های آیرودینامیکی خودرو را داشته باشد، تاکنون در کشور راه‌اندازی نشده است.
 
با توجه به مهم بودن تست خودرو در تونل باد، چه راه جایگزینی برای این تست وجود دارد؟
در سال‌های پایانی دهه ۸۰ میلادی، همه خودروسازان بزرگ و معتبر دنیا دارای دستکم یک تونل باد تمام‌قد و پیشرفته‌، شده بودند اما در سال‌های میانی این دوره، با پیشرفت سریع، فراگیر شدن کامپیوترها و افزایش توانایی انجام محاسبات پیچیده و گسترده، نرم‌افزارهایی برای شبیه‌سازی و کاربردهای طراحی و مهندسی ارائه شد. به همین منظور با گسترش و فراگیر شدن این نرم‌افزارها و افزایش روز‌افزون توانایی‌ و قابلیت‌های محاسباتی کامپیوترها، شبیه‌سازی آزمایش‌های تونل باد نیز رفته‌رفته جایگزین آزمایش‌های اولیه و عملی که بعضا پرهزینه و زمان‌بر بودند، شدند. امروزه مهندسان و طراحان پیش از ساخت و تولید یک خودرو، به کمک نرم‌افزارهای مهندسی و شبیه‌سازی می‌توانند مدل خودرو را در تونل باد مجازی مورد آزمایش و ارزیابی قرار داده و اصلاحات و بهبودهای لازم را روی آن انجام دهند. به این ترتیب این آزمایش‌ها بسیار سریع‌تر و کم‌هزینه‌تر از گذشته انجام می‌شوند.
 
کدام خودرو ساخت داخل بهترین حالت آیرودینامیک را دارد؟
تا جایی‌که اطلاع دارم، هیچ‌یک از خودروهای ایرانی در یک تونل باد تمام قد آزمایش نشده‌اند اما خودرو سمند با توجه به شباهت آن به فولکس‌واگن پاسات بی۵ و دارا بودن سطوح ملایم قوس‌دار، ضریب پسای به نسبت
قابل قبولی دارد.
بر اساس گفته‌های شما، اگر قرار باشد کمپانی‌های داخلی، خودرو جدیدی را طراحی کنند، برای بهبود آیرودینامیک چه مواردی را باید
رعایت کنند؟
مهم‌ترین عامل تاثیرگذار، طرح و شکل کلی خودرو است که باید تا حد امکان به فرم کنونی خودروهای آیرودینامیک رایج نزدیک باشد. سپس توجه به قوانین پایه‌ای و اساسی موثر در طراحی مهندسی و بعد از آن دقت به نکات ریز و جزئیات کوچک دیگری است که در تمام این خودروها کاملا رعایت می‌شوند. از این طریق می‌توان ضریب مقاومت آیرودینامیکی را تا حد ممکن پایین آورد.
 
آیا صحت دارد خودروهای داخلی دارای ضعف آیرودینامیکی هستند، دلیل آن چیست؟
اگر بنا بر مقایسه تولیدات داخل با محصولات روز جهان باشد، قطعا خودروهای داخلی دارای نواقص آیرودینامیکی بسیاری هستند اما برای قضاوت عادلانه باید موارد مهمی را در نظر گرفت. بخشی از این کاستی‌ها باید در زمان طراحی و شکل‌دهی (استایل) در نظر گرفته و رعایت می‌شدند. بنابر این اگر بخواهیم طراحی محصولات قدیمی‌تر را تغییر دهیم و امروزی کنیم، بسیار هزینه‌بر و کاملا غیراقتصادی می‌شود. اما یک نکته دیگر وجود دارد و آن‌هم این است که در خودروهای تولیدی جدید نیز شاهد فقدان آیرودینامیک اساسی هستیم. این امر نشان می‌دهد طراحان و مهندسان شرکت‌های داخلی نگرش آیرودینامیکی نداشته باشند یا چندان به اهمیت نکات و قوانین آیرودینامیک خودرو آگاه نباشند.
 
آیا حالت آیرودینامیکی خودروها، تاثیری در کاهش یا افزایش ایمنی دارد؟
بله. برای مثال هر چه شیب شیشه جلو کم‌تر شود، یعنی هرچه شیشه خوابیده‌تر باشد از نظر آیرودینامیکی بهتر است اما چنین طرحی، هم فضای سر سرنشینان جلو را کاهش می‌دهد و هم سبب بازتاب نور در شیشه جلو و کاهش دید راننده می‌شود.
 
درباره نصب باله روی خودرو هم نظرات متفاوتی وجود دارد. از نظر علمی، تاثیر نصب باله بر آیرودینامیک خودرو چیست؟
در نصب باله با دو مقوله کاملا جدا از هم مواجهیم. نخست کسانی هستند که از باله روی خودروهای سواری معمولی استفاده می‌کنند که بیشتر جنبه نمایشی دارد و باعث افزایش جذابیت ظاهری خودرو می‌شود. در اینگونه خودروها، باله تاثیری در سرعت‌های کم یا پیمایش‌های درون شهری ندارد و حتی باعث افزایش ضریب پسای خودرو نیز می‌شود. گروه دوم خودروهای ریس و مسابقه هستند که باله نقش بسیار موثری روی سرعت و عملکرد این دسته از خودروها دارد. به‌طور کلی برای افزایش چسبندگی و پایداری در سرعت‌های بالا و مقابله با سبک شدن فرمان که به‌دلیل کاهش وزن یا اثر نیروی برا، رخ می‌دهد، روی خودروهای مسابقه‌ای یا اسپرت، باله‌ها نصب می‌کنند که اصطلاحا به آنها «براگیر» می‌گویند. این باله‌‌ها با تولید نیروی فشارنده عمودی در سرعت‌های زیاد (معمولا بالاتر از ۱۶۰ کیلومتربرساعت) نقش موثری در کاهش نیروی برا (نیرویی که در سرعت‌های بالا منجر به سنگین یا سبک شدن می‌شود و پایداری خودرو را حفظ می‌کند) ایفا می‌کنند. بد نیست بدانید گاهی اوقات میزان این نیرو در سرعت‌های بالاتر از ۲۵۰کیلومتربرساعت، به بیش از ۷۰۰ کیلوگرم نیز می‌رسد. به همین دلیل نصب باله در سرعت‌های پایین تاثیری ندارد.
 
در میان سگمنت‌های مختلف خودرویی، کدام‌یک بهترین عملکرد آیرودینامیکی را دارد؟
عموما خودروهای کراس‌اوور به‌دلیل طراحی خاص‌، می‌توانند ضریب مقاومت کم‌تری در برابر جریان هوا داشته باشند. هم‌چنین با نزدیک کردن هرچه بیشتر شکل خودروهای چهاردر سواری به فرم نیم‌قطره آب که به آن طرح «کام» گفته می‌شود، می‌توان ضریب پسای آیرودینامیکی این خودروها را تا حد زیادی پایین آورد.
 
آیا محدودیتی برای رعایت حالت آیرودینامیکی وجود دارد؟
بله. اگر‌چه متخصصان آیرودینامیک ترجیح می‌دهند جریان هوا با کم‌ترین میزان آشفتگی از اطراف بدنه خودرو عبور کند، ولی به هر حال باید هوای لازم برای خنک شدن ترمزها، سیستم خنک‌کننده موتور و تهویه درون اتاق که هر کدام افزایش‌دهنده مقاومت آیرودینامیکی خودرو هستند، تامین شود. همچنین از دیدگاه آیرودینامیک، آینه‌های بغل، افزایش‌‌دهنده ضریب پسا هستند اما نمی‌توان آن‌ها را حذف کرد.
 
آیرودینامیک خودروهای سنگین مانند اتوبوس‌ها به چه صورت است؟
اتوبوس‌ها و کامیون‌ها معمولا نیاز به حرکت با سرعت‌های بالا ندارند اما در عوض پیمایش خیلی بیش‌تری نسبت به خودروهای سواری دارند. ضمن اینکه به‌دلیل کاربرد حمل بار یا مسافر، شکل‌های مکعبی دارند پس بحث کاملا متفاوت می‌شود. در سال‌های اخیر توجه زیادی به آیرودینامیک خودروهای سنگین شده است، به‌گونه‌ای که طراحی و چهره کامیون‌ها و اتوبوس‌های جدید کاملا دگرگون شده است. امروزه نصب بادگیر سقفی و اضافه‌های آیرودینامیکی (صفحات پوششی و هدایت‌کننده‌های جریان باد) تقریبا برای تمام کامیون‌ها، استاندارد شده است.
 
و اما حرف آخر
فرم و طراحی آیرودینامیکی می‌تواند سبب موفقیت و فروش بیش‌تر یا شکست یک خودرو در بازار شود. بر اساس بررسی‌های انجام‌شده، پس از فاکتور قیمت، طرح ظاهری یکی از مهم‌ترین عوامل تعیین‌کننده در تصمیم‌گیری و انتخاب مشتریان است. این‌جاست که نقش و اهمیت آیرودینامیک یک خودرو به خوبی نمایان می‌شود زیرا یک طرح آیرودینامیکی خوب، القا‌کننده حس لذت‌بخش درونی به خریدار خودرو و نشاندهنده قدرت، سرعت، برتری و ارزش یک خودرو است و می‌تواند سبب موفقیت یک مدل شود. پس می‌توان دریافت که چرا کمپانی‌هایی مانند مرسدس‌بنز، آئودی، ب‌ام‌و و… به فرم طراحی آیرودینامیکی خودروهای خود بسیار اهمیت می‌دهند. در این میان حتی خودروسازان چینی نیز که سابقه چندانی در صنعت خودرو ندارند، به اهمیت این موضوع پی برده‌اند و با کمک گرفتن از مشاوران و متخصصان برجسته آیرودینامیک از سراسر دنیا و راه‌اندازی و استفاده از تونل‌های باد، طراحی خودروهای‌شان را به‌طور چشم‌گیری بهبود داده‌اند. طبعا می‌توان گفت به چه میزان جای این مهم در تولیدات داخلی خالی است و کاری در این زمینه انجام نمی‌گیرد.