De kunst van efficiënte wielen


Bij het bouwen van een aerowiel is het de sleutel om een wiel te ontwerpen dat zo weinig lucht beweegt als nodig is. Daarentegen zou het ontwerp van een turbineventilator zijn, gevormd om zoveel mogelijk lucht te verplaatsen.

Luchtwrijving is evenredig met het kwadraat van de snelheid tussen een object en de lucht, dubbele snelheid heeft bijvoorbeeld betrekking op vier keer de wrijving en vier keer het energieverbruik. Denk aan een rollend wiel op een auto, de band die de grond raakt heeft nul snelheid door de lucht. Het midden van het wiel heeft dezelfde snelheid als de carrosserie van de auto. Dit betekent dat de bovenkant van het wiel het dubbele van de snelheid van de auto heeft.

Het kritieke deel van het aerowiel is dus het oppervlak waar het wiel het luchtgordijn van de voorkant van het voertuig verstoort. Dit zo vlak en gesloten mogelijk houden is van vitaal belang.

De tweede kritische factor is de weerstand die wordt gecreëerd door de rotatie van het wiel. Het draaien van een ventilator kost meer energie dan het draaien van een schijf. Met dit in gedachten hebben we de binnenkant van het wiel plat en glad gehouden, en de ventilatiegaten gevormd om geen lucht te verplaatsen. De gesmede techniek geeft ons ook de mogelijkheid om het linker- en rechterwiel gelijkwaardig in richting te maken met de auto. Hierdoor ontstaat er geen zijkracht, maar een slank en symmetrisch spoor achter de auto.

Als laatste, maar daarom niet minder belangrijk, heeft het gewicht van de wielen invloed op de efficiëntie, vooral bij acceleratie en remmen. Een gesmeed wiel weegt meestal 25-30% minder dan hetzelfde gegoten ontwerp. Het is echter niet zo eenvoudig als het wiel op een weegschaal zetten. Massa die ver van het rotatiecentrum verwijderd is, is erger dan massa die zich dicht bij het centrum bevindt. Vergelijk met een kunstschaatser die haar armen in een pirouette heeft uitgestoken. Als ze haar armen naar binnen trekt, begint ze ineens sneller te draaien, ook al heeft ze geen energie toegevoegd.

Bij de ontwikkeling van de Model S wendde Tesla zich tot EXA voor Computational Fluid Dynamics (denk aan “virtuele windtunnel”). We hebben de Model S 3D gescand en uitgerust met het OEM Turbine wiel. We leverden dit aan EXA om als benchmark te gebruiken. EXAs simulatieresultaten geven aan dat ons wiel, de Razor™, de weerstand voor de hele auto met 9,9% vermindert. De zijkracht wordt met maar liefst 94% verminderd en het Turbine-wiel vertoont een inherente asymmetrische up-force van 28% in vergelijking met de TNA Razor™. Dit resultaat wordt bereikt door aerodynamica in gedachten te houden tijdens het hele ontwerpproces van het wiel.

Onze klanten ervaren een rustigere rit en een betere baanstabiliteit, samen met een betere efficiëntie.

Drag Force-vergelijkingTNA Razor vs OEM 21" Turbine Wheel

9.9%

9.9%

minder algemene weerstand

94%

94%

minder zijdelingse kracht

30%

30%

minder lucht verplaatst door wiel

In vergelijking met 21 "OEM-wiel. Simulatie door EXA.