Разгадки загадок коварного Маска
На презентации грузовика Тесла было несколько загадок: неожиданно низкая стоимость ($150,000-$180,000 не предсказывал почти никто), неожиданно большой пробег на одной зарядке (до 800 км), коэффициент сопротивления воздушному потоку, Cd - 0.36. У современного дизельного трака это значение от 0.61 до 0.7, в зависимости от того с прицепом замерено или без. Ссылка.
Тут сразу два вопроса:
(1) Насколько это низкое сопротивление важно?
(2) Если оно важно, то почему у Тесла грузовика коэффициент настолько меньше? Настолько, что он похож на легковые машины?
Начнем с того, что в ДВС лишь 25% энергии сгорания дизельного топлива переходят в полезную механическую энергию (при неидеальных условиях меньше), а электрическая имеет КПД около 90%. То есть, если полезная энергия 9 единиц, то выделение тепла в электромобиле 1 единица, а в ДВС машине 27. Разница по выделению бесполезного тепла - 27 раз.
Ну ладно, это фундаментальная разница с ДВС. Но на что при движении машины тратится полезная механическая энергия? Три категории затрат:
1. Набор кинетической энергии грузовиком (разгон) и потенциальной (подъёмы на холмы). Большая часть этого затем пойдет на преодоление потерь, описанных в 2 и 3 (катимся с горы), только часть пропадает. Только та часть, которая уйдет на износ тормозных колодок.
2. Трение качения. Это, в основном, непрерывная деформация шин при движении грузовика. Будь шины бесконечно твердыми, а дорога бесконечно ровной, эта часть была бы равна трению в подшипниках осей колес, то есть была бы ничтожна. Но шины сминаются под тяжестью машины - только поэтому, кстати, надо больше топлива на больший вес груза.
3. Сопротивление воздуха. Это главная часть, которая растет как квадрат со скоростью движения. При нормальной скорости в 100 км/час - это более 70% всего расхода механической энергии!! 70%.
У Теслы потери 1 близки к нулю (расход тормозов нулевой). Потери 2 неизбежны, но это к производителям шин. А вот 3, сопротивление воздуха, - главный, решающий расход. Почему же остальные создатели грузовиков с дизельными двигателями отстают от Теслы по этому параметру?
Конечно, Тесла полностью пересмотрела свой грузовик ради уменьшения этого сопротивления. Радикально пересмотрена компоновка кабины - она очень узкая, длинная и высокая. Такую кабину невозможно сделать в дизельном грузовике - двигатель там не спрячешь под ноги водителю. Но это не все. Великолепный rem235 подсказал мне правильный ответ.
Машины с ДВС не могут позволить воздушному потоку соскальзывать без трения - им НЕОБХОДИМО ГЛОТАТЬ ВОЗДУШНЫЙ СТОЛБ. У них радиаторы, и те самые 75% тепловой энергии должны быть унесены от двигателя, чтобы он не расплавился. Этот жар, который в ДВС машинах в 3 раза больше, чем вся расходуемая полезная механическая энергия, уносится прочь как раз этим самым воздушным потоком, напирающим в радиатор. Машины с ДВС никогда не смогут иметь такого же низкого коэффициента сопротивления, сколько бы их дизайнеры не мучились. Коварный Маск зарезал их на физике процесса.
В современных машинах сейчас делаются заслонки в радиаторах, которые частично закрываются, когда машина набирает высокую скорость. И это дает экономию топлива. Но понятно, насколько это слабее по сравнению с тем, когда радиатор не нужен вообще, и морда машины сделана в форме пули.
* * * *
Теперь понятно, что эта загадка связана с остальными. Если резко меньше сопротивление, то меньше энергии надо для перемещения груза (помните, 70% всего расхода - торможение воздуха). Если надо меньше энергии, то больше радиус на одной зарядке и/или меньше необходимый объем батарей (а батареи - это 2/3 стоимости электрического грузовика).
Думаете, кто-нибудь его догонит? Нет. Будут сильно бежать, запыхаются, основательно согреются, но догнать, думаю, не догонят.
P.S. Определения для физиков)
Poll
меня в ленту Оглавление и помощь - здесь