Аэродинамика машины

Аэродинамика автомобиля - что такое коэффициент Cx и как определяется

Первые модели с улучшенной аэродинамикой сделаны в форме капли - она обрела свою форму именно ради проникновения сквозь воздух. Поговорим об аэродинамике автомобиля и узнаем что такое коэффициент Сх и на что влияет.

Основные факты аэродинамики

Главная проблема, которую решают при отработке аэродинамики, - снижение лобового аэродинамического сопротивления. C ростом скорости увеличивается сопротивление воздуха. Когда машина разгоняется с 60 до 120 км/ч аэродинамическое сопротивление возрастает вчетверо. Для примера, автомобилю массой 2 тонны при движении на максимальной скорости в 250 км/ч только на преодоление сопротивления воздуха нужно 180 л.с., а на 300 км/ч эта машина тратила бы - 310 л.с.

Коэффициент Cx

Определяется экспериментально и описывает аэродинамическое совершенство кузова. Когда-то его условно приравняли к 1,0 для круглой пластины. Как потом выяснилось на практике, из-за турбулентности за пластиной её Cx равен примерно 1,2. Самый низкий Cx у капли - примерно 0,05.

При нормальной эксплуатации авто важнее сопротивление: именно оно оказывает существенное влияние на расход топлива. Снизить его можно двумя способами: улучшить форму (снизить Cx) или уменьшить поперечное сечение машины. Вертикальные силы могут быть полезными, если действуют вниз, и вредными, если способствуют подъему машины. С боковыми сложнее. Они трудно предсказуемы, а их причины разнообразны: поворот, порыв ветра. Зато влияние оказывают небольшое.

Все автопроизводители обзавелись специальными лабораториями для изучения аэродинамики. Самый сложный и дорогостоящий элемент - аэродинамическая труба. В ней макеты и реальные машины обдуваются сильными потоками воздуха. Это позволяет изучить все особенности формы кузова авто.

У большинства современных машин коэффициент Cx равен 0,30-0,35, самые совершенные достигают значений 0,24-0,27. Он зависит от скорости, направления движения относительно воздуха или состояния поверхности кузова. Приведенные значения - идеал, которого может достичь данная модель.

Прижимная и подъемная силы

Подъемная сила - направлена перпендикулярно к скорости автомобиля. Частицы потока, обтекающие днище, проходят меньший путь, чем частицы, обтекающие капот, крышу и крышку багажника, т.е. более выпуклую поверхность. Согласно уравнению Бернулли давление среды больше там, где скорость частиц меньше. Автомобиль превращается в крыло. Если ситуацию «запустить», с ростом скорости колеса машина будет терять контакт с дорогой, что негативно скажется на управляемости и устойчивости.

Низкое лобовое сопротивление иногда не важно. Болиды "Формулы-1" имеют Cx от 0,75 до 1,0! Большую часть сопротивления создают открытые колёса. Для них важнее другие параметры и прежде всего - прижимная сила. Для реализации огромного крутящего момента двигателя необходимо хорошее сцепление колёс с дорогой и устойчивость в повороте.

Для гоночных автомобилей хорошая аэродинамика означает отсутствие подъемной силы и наличие прижимной. Обеспечить это формой кузова сложно, поэтому в ход идут дополнительные аэродинамические элементы: спойлеры и антикрылья.

Для снижения подъемной силы

Используют спойлеры под передним бампером и на крышке багажника. Отсекая часть потока, идущего под машину, передний спойлер снижает давление, и машина присасывается к дороге. Спойлер на крышке багажника ставят для организации срыва воздушного потока до того, как начнет образовывать вихри за машиной, которые увеличивают сопротивление воздуха. А антикрыло работает на создание прижимной силы. Заметный эффект они создают при скорости 120 км/ч и выше. Работающий на создание прижимной силы воздух создает заметное сопротивление, поэтому максимальная скорость машины с аэродинамическим обвесом будет ниже, а расход топлива - больше.

Для уменьшения прижимной силы

В автоспорте используют диффузоры – они способны присосать автомобиль к трассе. Появились болиды с днищем, имитирующим «трубку Вентури» – создающие резкий рост скорости воздушного потока под машиной. В результате создавалась мощная прижимная сила.

Но для максимально эффективной реализации т.н. «граунд-эффекта» нужны плоское днище и минимальный дорожный просвет. Значит диффузоры в задней части обычных машин не дают эффекта улучшения аэродинамики.

Аэродинамика автомобиля - RacePortal.ru

Современная автомобильная аэродинамика решает множество задач. Специалисты должны не только добиться минимального сопротивления воздуха, но и отследить величину и распределение по осям подъемной силы, ведь нынешние автомобили достигают тех скоростей, на которых самолеты уже отрываются от земли. Необходимо предусмотреть и доступ воздуха для охлаждения двигателя и тормозных дисков, продумать вентиляцию салона, расположив в нужных местах отверстия для забора и вытяжки воздуха. Аэродинамика определяет уровень шумов в салоне, заботится о том, чтобы захватывающие грязь воздушные потоки не попадали на стекла, зеркала, фонари и ручки дверей. С ростом скорости не должно меняться и качество очистки лобового стекла.

В общем, круг задач необычайно широк, а решение одной проблемы тесно связано с другой: например, необходимость делать воздухозабрники для охлаждения тормозов или борьба с подъемной силой ведет к увеличению лобового сопротивления. И разобраться в этой головоломке, найти оптимум под силу лишь настоящим мастерам своего дела. Мы же рассмотрим только два главных аспекта автомобильной аэродинамики: проблему сопротивления воздуха и прижимной силы.

Аэродинамическое сопротивление

Наверное, каждый слышал о том, что сила сопротивления воздуха пропорциональна квадрату скорости – столь быстро нарастает противодействие движению в процессе разгона. Впечатляет, но как это соотнести с параметрами автомобиля? Для этого нужно лишь перейти в термины механической работы, и тогда получится, что отбираемая от двигателя мощность находится аж в кубической зависимости от скорости! Только представьте, с каким трудом даются автомобилю последние десятки километров в час. В таких условиях даже значительная прибавка мощности мотора не в состоянии существенно увеличить максимальную скорость.

Таким образом, задача снижения лобового сопротивления – приоритетная задача не только для аэродинамики, но, в свете борьбы за экологию, и для всего автомобилестроения в целом.

Сила сопротивления  - так рассчитывается сила аэро­динамического сопро­тивления. S – площадь поперечного сечения (м2), V – скорость воздушного потока (м/c), p – плотность воздуха (1,23 кг/м3), Cx - коэффициент аэро­динамического сопротивления. То есть повлиять на величину силы при заданной скорости можно только двумя путями: изменив либо Cx, либо площадь S.

Решение можно искать по двум направлениям. Первое – это уменьшение площади поперечного сечения автомобиля, иными словами, создание более узкого и низкого кузова. Путь весьма эффективный, ибо сопротивление воздуха напрямую зависит от размеров объекта, но, к сожалению, совершенно расходящийся с нынешней тенденцией к увеличению габаритов автомобилей. И увеличению, стоит отметить, немалому, ведь в моду активно входят кроссоверы, вторгающиеся даже в совершенно чуждый им сегмент спортивных, скоростных автомобилей, где требования к аэродинамике предельно высоки.

А значит остается второй и единственный вариант – оптимизация процесса обтекания кузова, критерием совершенства которого как раз и является коэффициент аэродинамического сопротивления Cx (или Cw, как иногда встречается в литературе).

Величина Cx определяется опытным путем. Например, у так называемого обтекаемого тела, похожего на вытянутую каплю воды, Cx равен 0,04, у сферы – 0,47, у куба, грань которого перпендикулярна потоку, - 1,05, а если его повернуть, так чтобы угол между воздушным потоком и гранями составлял 45 градусов, то Сх снизится до 0,8. Примерно в том же диапазоне находится и Сх практически всех автомобилей, разве что нижняя граница поднимается примерно до 0,25.

Факторов, влияющих на Cx автомобиля, несколько: во-первых, это внутреннее сопротивление, возникающее при прохождении воздуха через подкапотное пространство и салон, во-вторых, сопротивление трения между воздушным потоком и поверхностью кузова, и, в-третьих, сопротивление формы, проявляющееся главным образом в избыточном давлении перед автомобилем и разряжением позади него. Внутреннее сопротивление составляет около 12% от общей величины, и пока особых успехов в этой области не наблюдается: напротив, все более и более мощные моторы современных автомобилей требуют все больше воздуха для охлаждения. Например, в пределе 300-сильный бензиновый двигатель выделяет в виде тепла около 450кВт – этого хватило бы для отопления нескольких особняков! Соответственно, растут размеры радиаторов, уплотняются моторные отсеки, увеличивается сопротивление воздуха... Существенные же улучшения здесь возможны лишь при переходе на более эффективные электродвигатели, но пока они так и остаются технологией будущего.

Красные стрелки – вектора, показывающие направление и скорость движения отдельных частиц. В данном случае они параллельны друг другу, а потому поток находится в ламинарном состоянии.

Сопротивление поверхностного трения так же вносит свой 10-процентный вклад в величину Cx. Вообще, наличие столь ощутимого трения между воздухом и кузовом может показаться странным, но оно действительно имеет место: прилегающий к поверхности слой воздуха сталкивается с микронеровностями покрытия и тормозиться - образуется так называемый пограничный слой. Пока это течение находится в ламинарном состоянии, то есть все его частицы движутся в одном направлении, толщина пограничного слоя невелика (около нескольких миллиметров) и сопротивление трения небольшое. Но с переходом в турбулентное состояние, когда поток «спотыкается» о более крупное препятствие, и траектории его частиц становятся хаотичными, пограничный слой расширяется, а вместе с ним увеличивается и трение – воздух словно становится более вязким. Таким образом, от разработчиков в данном случае требуется обеспечение гладкости кузова, дабы пограничный слой дольше оставался ламинарым. А для этого нужно уменьшать зазоры кузовных элементов, закрывать уплотнителями щели между деталями. Помогает и придание поверхностям небольшой кривизны – прилегающий поток ускоряется, давление в нем падает, и траектории частиц упорядочиваются. К сожалению, в целях экономии этими мерами в последнее время частично пренебрегают, например, уплотнители по периметру лобового стекла или вокруг фар сейчас встретишь нечасто.

Рсопротивление давления Распределение давления воздуха на движущийся автомобиль. Красному соответствуют зоны высокого давления, синему – низкого. Обратите внимание на возникающее разряжение позади заднего стекла и, в особенности, за крышкой багажника и бампером – именно эта область главным образом и определяет аэродинамику кузова. И чем меньше она, тем лучше.

И, наконец, сопротивление формы или сопротивление давления – главный фактор, определяющий значение Cx. Причина его возникновения понятна – спереди на автомобиль давит набегающий поток воздуха, а позади его «оттягивает» назад зона разряжения, образующаяся в результате отрыва потока от резко заканчивающегося кузова. Решение проблемы тоже, казалось бы, очевидно – нужно придать автомобилю такую форму, чтобы он плавно рассекал воздух и опять-таки плавно, без отрыва потока от поверхности, позволял ему сойтись позади себя. Но загвоздка в том, что в соответствии с такими требованиями автомобиль должен напоминать дирижабль (точнее, его половину, отрезанную в продольной плоскости), то есть иметь минимум граней и, главное, очень длинную, постепенно сужающуюся заднюю часть. Разумеется, о рациональной компоновке в данном случае говорить трудно. Так что задача перед инженерами стояла непростая…

Ретроспектива

Первый автомобиль, преодолевший отметку в 100 км/ч (1899 г.). Приводился в движение двумя электромоторами суммарной мощностью 67 л.с. Масса – 1000 кг. Максимальная скорость 105 км/ч.

В начале прошлого века, когда автомобили только зарождались, их скорость едва превышала 40км/ч, а форма походила на карету, об аэродинамике, естественно, не задумывались – при величине Cx около единицы те модели едва ли могли поспорить по обтекаемости даже с пресловутым кирпичом. Однако все же находились энтузиасты, уделявшие этому внимание. Главным образом, то были разработчики рекордных автомобилей и тех, что мы бы сейчас назвали «концепт-карами».

Над формой долго не думали – её перенимали из других областей техники, таких как мореплавание или авиация. Соответственно, автомобили напоминали корабли, дирижабли, торпеды и другие тела вращения. Самым же первым представителем этой плеяды была машина Камилла Дженатци, на которой сам создатель впервые в истории преодолел рубеж в 100км/ч – произошло это аж в 1899 году. Cx того автомобиля, конечно, не известен, но, учитывая немалую мощность в 67 л.с., можно предположить, что его аэродинамика все же была далека от совершенства – сопротивление увеличивал водитель, возвышавшийся над кузовом, и совершенно неприкрытые элементы подвески и шасси.

Более удачной попыткой создать обтекаемый автомобиль стала Alfa Romeo 40-60 HP – спортивная машина 1913 года, на шасси которой был установлен кузов в форме дирижабля. Полностью укрывающий пассажиров корпус, интегрированное шасси и компактные узлы подвески позволили при мощности 70 л.с. достигать уже 139 км/ч, что свидетельствует о весьма неплохой, а по тем временам и вовсе выдающейся, аэродинамике.

Уникальность автомобиля Tropfenwagen (1921 г.) состояла не только в потрясающе низком Сх (0,28), но и необычной компоновке с W-образным 6-цилиндровым двигателем в хвостовой части. Всего было выпущено около 100 таких моделей.

Но постепенно подход к проектированию обтекаемых кузовов менялся. Опыт в самолетостроении, накопленный за время Первой мировой войны, помог разработчикам взглянуть на проблему шире - они уже не стремились просто перенять удачные с точки аэродинамики формы, а начали их комбинировать, совмещать, пытаясь получить приемлемое для автомобиля решение. И быстро преуспели в этом деле.

В 1921 году инженером Эдмундом Румплером был создан Tropfenwagen – «машина-капля». Необычный автомобиль имел сильно зауженную в горизонтальной проекции переднюю и заднюю части, плавный изгиб крыши и овальную, вытянутую кабину – набегающий воздух он направлял не вверх и вниз, а в стороны. Проведенные в последствии, в 1979 году, компанией Volkwagen испытания показали, что Cx Tropfenwagen равнялся 0,28! И это при том, что выступающие за габариты колеса увеличивали сопротивление примерно на 50%. К сожалению, спросом экстравагантный автомобиль не пользовался – не помогал ни низкий расход топлива, ни появление удлиненной версии. идеальная форма - Сх =0,16

Одна из идеальных аэродинамических форм автомобиля – Cx равен 0,14-0,16. Возможны и другие, но их Cх будет так же находится в окрестности 0,15.

Сравнение форм задка. 1 – укороченная форма, характерная для серийных автомобилей 20-40-годов; 2 – "оптимальная" форма предложенная в 1934 г; 3 – идеальная форма. В последнем случае имеет место безотрывное обтекание кузова, а в 1-ом и 2-ом – точка отрыва располагается в месте расхождения с оптимальной формой. Таким образом, 2-ой вариант с крутым срезом задка оказывается предпочтительнее наклонной формы 1, ибо поток отрывается от кузова заметно позже.

Тем временем Институтом аэродинамических исследований в Геттингене (Германия) была выведена «идеальная» форма, Сх которой равнялся 0,16. В профиль такой кузов походил на современные Porsche 911, но имел более заостренную и узкую переднюю и заднюю часть. Однако если для спортивных двухместных автомобилей эта форма еще подходила - можно вспомнить великолепный Adler Triumph 1934 года – то для «гражданских» она казалась почти бесполезной – слишком нерационально использовался внутренний объем длинного «хвоста».

И все же попытки приблизиться к такому идеалу в серийном производстве предпринимались долго, а одной из самых успешных стала Tatra-87 1940 года. Угол наклона задка у неё был больше, но сильно зауженная сзади кабина и плавно спадающая подоконная линия позволили снизить Сх до 0,38.

Впрочем, к тому времени смысла в подобных хитростях уже не было – в 1934-ом исследователи пришли к выводу, что выгоды от покатой, вытянутой задней части кузова нет, если она не повторяет идеальную форму – как только наклон задка превышает определенное значение, поток срывается, и продолжающаяся часть хвоста оказывается в зоне разряжения. Следовательно, её можно просто отбросить без ущерба для аэродинамики, а в некоторых случаях даже на этом и выиграть, ведь в зоне разряжения оказывается меньшая площадь поверхности. Что, собственно, чуть позже и продемонстрировал автомобиль конструктора Камма под индексом К5 – его Сх равнялся 0,37. А это означало, что впервые аэродинамика и практичность нашли точку пересечения, но началась война…

 Первым автомобилем с оптимизированной формой укороченного задка был опытный К5 конструктора Камма, построенный на шасси Mercedes-Benz 170V в 1938 году. Его Сх равнялся 0,37 (в отличие от донора 170V, у которого Cx был 0,55)

Надо отметить, что все упомянутые наработки почти не коснулись серийных автомобилей 20-40-ых годов. Конечно, за этот период Сх в среднем снизилися с 0,8 до 0,55, но в основе этого лежали лишь компоновочные и стилистические изменения – сохраняя выступающие крылья и фары, автомобили становились более вытянутыми и округлыми. Те же модели, что внешне казались обтекаемыми, только подражали реально эффективным кузовам.

Не сильно изменилась ситуация и послевоенные годы. Целенаправленные работы по созданию обтекаемых автомобилей почти остановились, а Cx серийных моделей снижался в основном за счет объединения отдельно выступающих фар и крыльев в единую форму кузова. И все же к 60-ому году некоторые автопроизводители обратили внимание на аэродинамику. Так, в 1955-ом вышел Citroen DS, потрясший мир не только множеством неординарных конструктивных решений, но и великолепной обтекаемостью – Cx составлял всего 0,38. Отличился и Porsche со своей моделью 356, второе поколение которой в 1959 году достигло Cx равного 0,39. И это в то время, когда для большинства автомобилей была характерна величина около 0,5.

Постепенно стали подтягиваться и остальные автопроизводители – росла мощность моторов, увеличивались скорости, и к 70-ому году вместе с модой на угловатые кузова окончательно утвердилась и роль аэродинамики, как одной из приоритетных областей совершенствования автомобилей.

Оптимизация

Однако задача перед инженерами стояла уже другая: если раньше они трудились над созданием оптимальной аэродинамической формы, то отныне их работа заключалась в оптимизации предложенного дизайнерами проекта. То есть в последовательном изменении отдельных частей кузова, таких, как переходы, выступы, спойлеры, с целью снижения сопротивления воздуха при минимальном вмешательстве в дизайн. И хотя это означало гораздо меньшую свободу действий, тем не менее, на практике такой подход оказался весьма эффективным. В частности, в 70-ых он помог удержать Cx на уровне 0,45, несмотря на переход к более угловатым формам кузова, а в дальнейшем, особенно с появлением мощных суперкомпьютеров, позволил неизменно совершенствовать аэродинамику автомобилей вплоть до наших дней.

Но как же при столь ограниченном вмешательстве удалось достичь почти такой же обтекаемости, что и у кузовов, изначально спроектированных с учетом аэродинамики? Оказывается, факторов, принципиально влияющих на обтекаемость, не так уж и много. Их мы сейчас и рассмотрим.

Передний спойлер Передний спойлер уменьшает воздушный поток под днищем автомобиля, а вместе с ним и общее аэродинамическое сопротивление. Правда, справедливо это лишь для маленького спойлера – большой уже увеличивает Cx и работает на создание прижимной силы, создавая существенную зону разряжения под передком.

К носовой части автомобиля (оформлению бампера, фар и решетки радиатора) требований предъявляется немного, и различные формы могут обеспечивать почти одинаковое сопротивление – все же «разрезать» воздушный поток не составляет больших проблем. Однако в этом месте важно придать воздуху правильно направление, ведь от этого зависит характер обтекания остальной поверхности кузова. В частности, нужно избегать отрыва потока от передней кромки капота – образующая за ней зона разряжения может протянуться аж до лобового стекла и увеличить Cx примерно на 0,05 единиц. Для этого, особенно при сильном наклоне передка, необходимо сглаживать переход к капоту, избегая резких граней.

Дополнительно можно отыграть несколько сотых, установив небольшой передний спойлер. Сам по себе он, конечно, увеличивает Cx, частично препятствуя затеканию воздуха под автомобиль, но это компенсируется падением сопротивления днища, где уже гораздо меньший поток сталкивается с полосой препятствий в виде рычагов подвески, картеров агрегатов и выхлопной системой. Нередко подобного эффекта добиваются и за счет небольшого наклона автомобиля вперед – достаточно даже 2 градусов, чтобы понизить Cx на пару-тройку процентов.

А вот наклон лобового стекла, как ни странно, однозначного влияния не оказывает – в пределах стандартых 30-40 градусов четкая связь с величиной Cx не прослеживается. Зато положительную роль играет небольшая выпуклость крыши – снижение Cx может составить две-три сотых. Правда, это верно лишь при условии сохранения высоты кузова – кривизна должна достигаться вследствие увеличения наклона лобового и заднего стекла, ибо в противном случае уменьшение Cx нивелируется увеличением площади поперечного сечения.

Главный же элемент, определяющий аэродинамику автомобиля, – задняя часть кузова. Здесь счет идет уже не на сотые, а на десятые доли Cx!

Хэтчбеки и универсалы Характер обтекания универсалов и хэтчбеков с большим наклоном пятой двери (коих подавляющее большинство) одинаков – поток отрывается от задней кромки крыши.

Автомобили с углом наклона задка около 30 градусов Уменьшение угла наклона задней части до 30 градусов приводит к образованию кромочных вихрей, создающих дополнительное разряжение позади автомобиля. При дальнейшем же уменьшении наклона вихри ослабевают, и примерно на 23 градусов достигается плавное и безотрывное течение потока по наклонной поверхности.

Наименее эффективной оказывается форма с крутым срезом, то есть кузов типа универсал – поток срывается прямо с кромки крыши, и за машиной образуется обширная зона разряжения, увеличивающая сопротивление движению. Сопутствующей неприятностью является и быстрое загрязнение заднего стекла, ибо в «пустующее» позади пространство активно устремляется поднятая пыль и грязь. И поправить положение никак нельзя, разве что установить дефлектор на крыше, над пятой дверью, отсекающий часть потока вниз – так и стекло будет медленнее пачкаться и разряжение слегка упадет. Подобное решение часто встречается на современных универсалах.

Кузова со скошенной задней частью (как правило, хэтчбеки) выглядят, на первый взгляд, предпочтительнее – поток стекает по наклонной поверхности и отрывается внизу пятой двери, оставляя гораздо меньшую область разряжения. Однако справедливо это лишь при малом наклоне задка, не более 23-х градусов. Среди современных гражданских автомобилей такой формой обладают, пожалуй, только Audi A5 Sportback да Porsche Panamera. Большинство же остальных хэтчбеков и близко не подбираются к этой цифре, а потому по обтекаемости они эквивалентны универсалам и точно так же оснащаются задним стеклоочистителем. Попытки же приблизиться к оптимальному углу чреваты еще большими проблемами. А дело в том, что при уменьшении наклона до 28-32 градусов воздушный поток оказывается в неком переходном состоянии – точка отрыва уже перемещается на нижнюю кромку задка, но плавного обтекания еще наблюдается. При этом на наклонной поверхности возникают так называемые кромочные вихри – потоки с боков кузова начинают попадать на наклонный задок и, закручиваясь по спирали, создают значительное разряжение позади автомобиля. И хотя заднее стекло уже не пачкается, ибо вихри направлены вниз, Cx получается наихудшим. В свое время именно с такой проблемой столкнулся Москвич 2141, который при всей своей визуальной обтекаемости, имел Cx около 0,47.

А что же делать инженерам, если им на стол лег такой неудачный дизайнерский проект с наклоном близким к 30 градусам? Если поменять угол никак не нельзя, то можно пойти на крайние меры и установить на торце крыши спойлер - он сорвет поток, предотвратив образование кромочных вихрей, и по обтекаемости такой автомобиль хотя бы приблизится к универсалам. Впрочем, при небольшом наклоне (< 28 градусов) есть и менее радикальный способ – разместить в том же месте спойлер чуть поменьше, который не сорвет поток, а лишь переведет в турбулентное состояние, что поможет ему лучше удерживаться на наклонной поверхности.

Современные седаны и купе, как правило, демонстрируют наилучшие показатели обтекаемости среди остальных типов кузовов. А в некоторых случаях даже удается добиться безотрывного течения потока по заднему стеклу.

Описанные проблемы встречаются и на автомобилях со ступенчатым задком, например, седанах и купе, но последствия уже не столь страшны – отовравшийся с крыши поток или закрутившийся на стекле кромочных вихрь «приземляется» на крышку багажника, успокаивается, а затем вновь и уже окончательно отрывается от задней кромки. В результате разряжение за задним стеклом получается небольшим, а вихревой след за автомобилем - почти как у хэтчбека с малым наклоном задка. Кроме того, увеличивая высоту и длину багажника, можно дополнительно понизить Cx на несколько сотых – чем раньше поток коснется поверхности, и чем дольше он будет пребывать в стационарном состоянии, тем лучше. Почти так же эффективно и небольшое сужение задней части. В общем, возможностей для оптимизации в данном случае предостаточно, а потому на практике именно седаны или купе, особенно больших размеров, и демонстрируют наилучшую обтекаемость.

А дальше?

Возможность достижения значений Сх ниже 0,2 для рядовых автомобилей была доказана еще в 1977 году дизайн-студией Pininfarina. Представленный ими макет седана имел Cx 0,18!

Читая пресс-релизы и отслеживая презентации новых моделей, трудно усомниться в прогрессе автомобильной аэродинамики – столь восторженно автопроизводители докладывают о своих достижениях. Однако если посмотреть на такие дорогие машины как BMW и Mercedes, то с удивлением можно обнаружить, что за последние 15-20 лет улучшений практически нет. Например, Cx «семерки» BMW образца 1986 года равнялся 0,34, а последней модели – только 0,31. Более того, новый Mercedes E-класса с его Сх равным 0,27, кстати, весьма неплохой величиной по нынешним меркам, оказывается на одном уровне с E-классом 1995-го модельного года! Аналогичная картина и c «пятеркой» BMW.

Таким образом, нижняя граница Сх нащупана уже давно, а наблюдаемый прогресс объясняется лишь снижением стоимости исследований, что позволило менее именитым брендам подтянуться к компаниям, изначально не жалевшим денег на проработку аэродинамики.

А как же двигаться дальше? Об этом уже давно говорят многие специалисты – необходимо вновь пересматривать роль аэродинамики в процессе создания автомобиля. Нужны новые формы, новые пропорции, главенство инженерной мысли над фантазией дизайнера. И потенциал здесь скрыт немалый – речь не только о выведенной еще в 20-ых годах идеальной форме с Сх 0,16, но и о более поздних исследованиях, подтвердивших, что обтекаемость и рациональная компоновка – понятия не взаимоисключающие.

Прижимная сила

Благодаря несимметричному профилю поток над плоскостью крыла течет быстрее, что, согласно закону Бернулли, создает над крылом зону разрежения а, в конечном итоге, и подъемную силу.

Почему крыло самолета создает подъемную силу? Отнюдь не из-за угла между ним и набегающим потоком, как кажется на первый взгляд – угол этот может быть и нулевым (хотя при его увеличении подъемная сила и возрастает). Секрет крыла кроется в его особом профиле. Оказывается, будучи несимметричным, оно разрезает набегающий воздух таким образом, что верхний поток проходит больший путь, чем нижний. С учетом несжимаемости воздуха (на малых скоростях) это означает, что над крылом скорость потока выше, а статическое давление, соответственно, ниже. Эта разность давлений и создает подъемную силу.

При чем же здесь автомобиль? А притом, что характер его обтекания воздухом практически тот же: нижний поток, ныряя под днище, обходит кузов по прямой, а верхний вынужден ускоряться, дабы успеть обогнуть автомобиль сверху. Отсюда все та же разница в давлении и подъемная сила. Правда, во многом она компенсируется динамическим давлением воздуха на капот и лобовое стекло - отталкивая поток вверх, автомобиль, согласно закону сохранения импульса, сам дополнительно прижимается к земле.

В итоге подъемная сила получается невелика – как правило, даже на предельной скорости автомобиль разгружается не более чем на 100 кг.

Характер обтекания автомобиля во многом повторяет ситуацию с крылом - все так же воздух сверху ускоряется, а его давление падает.

В общем-то, этой величиной можно и пренебречь, но беда в том, что по осям она распределяется неравномерно – если передок автомобиля, как уже было сказано, догружается встречным воздухом, то задняя часть кузова нередко оказывается еще и в области сильного разряжения из-за отрыва потока. В результате с набором скорости постепенно меняется баланс автомобиля: задняя ось разгружается, увеличивая риск заноса. С этой неприятностью в основном и борются производители массовых автомобилей, тем более что до некоторого момента снижение подъемной силы не противоречит уменьшению лобового сопротивления.

Например, стремление к безотрывному обтеканию кузова воздухом понижает не только Сx, но и подъемную силу, ведь над автомобилем в таком случае не возникает локальных зон резко пониженного давления. Аналогично две цели преследует и выравнивание поверхности днища – поток воздуха под автомобилем меньше «цепляется» за неровности, его скорость возрастает, а давление, наоборот, падает. То, что нужно!

Задний спойлер

В отличие заднего спойлера, «работающего» на улучшение Cx, спойлер, увеличивающий прижимную силу, имеет большие размеры и заметный наклон по отношению к воздушному потоку.

С целью снижения подъемной силы, действующей на заднюю ось, часто применяется небольшой спойлер. Размещенный на задней кромке кузова, в месте отрыва потока, он не только уменьшит Cx, ослабив вихри позади автомобиля, но и прижмет автомобиль к дороге, отталкивая вверх набегающий поток воздуха. Правда, здесь уже важно знать меру – слишком большой спойлер негативно скажется на обтекаемости, увеличив и без того обширную зону разряжения за автомобилем. Из-за этого на некоторых машинах он даже делается выдвижным, чтобы вступать в работу лишь при необходимости.

Таков инструментарий инженеров при разработке «гражданского» автомобиля. А как же быть со спортивными или тем более гоночными моделями? Чтобы удержать болид в повороте нужен уже гораздо более серьезный арсенал, превращающий подъемную силу в прижимную. Причем подчас такую, что автомобиль смог бы ездить и по потолку!

Передний спойлер

 Чтобы добиться заметного эффекта, передний спойлер должен быть очень большим,что неизбежно увеличивает лобовое сопротивление.

Одним из подобных радикальных средств является передний спойлер. Идея проста – не пустить воздух по днище, создав тем самым область пониженного давления, присасывающую автомобиль к дороге. Для большего эффекта и равномерного распределения прижимной силы одновременно может применяться и специальный обвес вдоль порогов, «герметизирующий» днище по бокам. Простое и эффективное это решение почти повсеместно применяется на гоночных автомобилях, однако на суперкарах, предназначенных все же для дорог общего пользования, массивный спойлер встретишь нечасто. Причин тому две: первая – снижение геометрической проходимости, ведь спойлер должен едва ли не касаться земли, вторая – увеличение лобового сопротивления. А, разумеется, для большинства покупателей суперкаров важнее круглая цифра максимальной скорости, нежели цепкость в повороте на 200км/ч.

К тому же есть и другие решения, почти не портящие обтекаемость. Правда, без серьезного вмешательства в конструкцию автомобиля тут уже не обойтись...

Форма кузова

Помимо низкого центра тяжести такая форма кузова дает и выигрыш в прижимной силе при минимальном лобовом сопротивлении.

Речь, прежде всего, об особой форме кузова, примером которой могут послужить суперкары Lamborghini. Минимальная высота, смещенная вперед кабина, сильно наклоненное лобовое стекло и почти горизонтальная задняя часть – автомобиль словно приплюснут сверху. А, как мы помним, чем меньше кривизна верхней части кузова, тем ниже скорость воздушного потока над ней, и тем больше прижимная сила. И все это при низком лобовом сопротивлении, ведь с такими линиями отрыв потока почти исключен, а площадь поперечного сечения минимальна.

К сожалению, воспользоваться всеми перечисленными преимуществами дано лишь избранным – среднемоторным суперкарам с очень низкой крышей. В остальных случаях придание задней части автомобиля столь малого наклона приведет к увеличению лобового сопротивления, ибо кромка задка, с которой отрывается поток, окажется слишком высоко. Предельный случай – кузова типа универсал: в сравнении с седанами или хэтчбеками их Cx максимален, хотя, с точки зрения прижимной силы, они по-прежнему впереди всех!

Граунд-эффект

Даже столь быстрые суперкары, как Ferrari Enzo, не ограничивают доступ воздуха под днище спойлером. Наоборот, они «подминают» поток под себя…

…чтобы ускорить и понизить давление, а затем выпустить его через диффузор позади.

Более хитрым способом прижать автомобиль к земле является так называемый граунд-эффект. В его основе лежит все та же обратная зависимость между скоростью потока и давлением: если под днищем автомобиля разогнать воздух, то его статическое давление упадет, а прижимающая сила, соответственно, вырастет. Но как ускорить воздух? Для этого необходимо так спрофилировать днище, чтобы оно вместе с поверхностью дороги представляло собой сужающийся канал – в простейшем случае дно можно сделать не плоским, а немного выгнутым. Кроме того, нужно обеспечить более-менее свободный доступ воздуха под автомобиль, то есть, как минимум, не преграждать ему путь спойлером, а так же правильно организовать его выход позади автомобиля, применив диффузор. Задача последнего – помочь «вытягиванию» воздуха из-под днища, используя область низкого давления, образующуюся за автомобилем, а параллельно и уменьшить саму область разряжения, направив в неё воздух. Собранные же воедино все эти элементы могут дать совершенно поразительный результат, выражающийся в большой прижимной силе при низком лобовом сопротивлении. Например, в болидах Формулы-1, даже несмотря на строгий регламент, ограничивающий форму днища, на долю граунд-эффекта приходится около 40% от общей величины создаваемой прижимающей силы.

А откуда берутся оставшиеся 60? Их обеспечивают антикрылья.

Антикрылья

Составное антикрыло помогает сильнее прижать автомобиль к дороге, избежав сильного вихреобразования позади себя – поток проникает в щели между планками, уменьшая образующуюся зону разряжения.

Впервые появившиеся в 60-ых годах в Формуле-1 антикрылья стали неотъемлемым атрибутом гоночных автомобилей всех мастей. Конструктивно это те же крылья, о которых шла речь в начале статьи, только перевернутые. Соответственно, область пониженного статического давления образуется не сверху, а снизу, и крыло уже не стремиться взлететь, а тянет вниз. Правда, при установке параллельно воздушному потоку, как того требуют соображения о минимизации лобового сопротивления, заметный эффект достигается лишь на очень большой скорости, в то время как прижимная сила нужна в поворотах, где темп, наоборот, невысок. В связи с этим антикрылья обычно устанавливаются под некоторым углом к потоку (углом атаки), дабы прижимать автомобиль и за счет динамического давления встречного воздуха. Но опять незадача – при этом возрастает лобовое сопротивление! И чем выше нужна прижимная сила, тем больше угол атаки, и тем хуже обтекаемость.

С этого момента и начинается инженерное искусство. Например, вместо антикрыла с одним профилем применяются двойные или даже тройные конструкции – так при заданных габаритах удается увеличить общую поверхность антикрыла и получить бОльшую прижимную силу, не прибегая к повышению угла атаки. Если же без наклона пластин все-таки не обойтись, то дополнительно изгибают и сам профиль – теперь, разместив пластины многоярусного антикрыла с небольшим смещением, можно развернуть поток так, чтобы уменьшить разряжение позади них. Отдельное внимание уделяется торцам антикрыльев – в этом месте происходит смешивание попавшего и не попавшего на крыло потоков, а потому велик риск образования вихрей. Во избежание этого устанавливаются специальные торцевые пластины, разделяющие эти потоки. Казалось бы, простой элемент, но взгляните, сколь сложна форма этих пластин на болидах Формулы-1 – описанию она просто не поддается, но именно в этом – вся красота аэродинамики.

 

Аэродинамика автомобиля

Почему на автомобиль действует подъемная сила, которая стремится оторвать машину от дороги?

На первый взгляд действительно странно, что с ростом скорости автомобиль стремится оторваться от дороги. Но на самом деле все просто – посмотрите на машину в профиль. Не правда ли, она отдаленно напоминает крыло самолета? В этом и кроется разгадка.

Набегающий на автомобиль поток воздуха разделяется на два основных “течения”. Одно проходит снизу под днищем, другое – по капоту, крыше и багажнику. Понятно, что верхний путь значительно длиннее, поэтому по законам аэродинамики здесь образуется разрежение, которое и тянет машину вверх, стремясь оторвать ее от дороги.

Причем чем выше скорость машины и ближе к вертикали стоят панели кузова (например, решетка радиатора, ветровое стекло), тем большая подъемная сила будет на него действовать. В этом случае воздух, наталкиваясь на края капота, крыши или багажника как бы не находит дальнейшей опоры и начинает завихряться. Поэтому здесь тоже образуется вредное разрежение.

Чем антикрыло отличается от спойлера?

Спойлер на переднем бампере изменяет направление набегающего воздушного потока.

Эти аэродинамические устройства используются для разных целей.

Антикрыло призвано создавать силу, прижимающую автомобиль к земле. В профиль оно похоже на перевернутое крыло самолета. То есть набегающий поток воздуха стремится не оторвать машину от дороги, а наоборот, сильнее “вдавить” ее в полотно. В результате улучшаются устойчивость и управляемость автомобиля. Но только на высоких скоростях. Если ехать медленнее 90-100 км/ч, антикрыло практически бесполезно.

Также для эффективной работы этого элемента необходимо, чтобы воздух обтекал его с обеих сторон – сверху и снизу. Поэтому антикрыло обычно устанавливается на специальных стойках отдельно от кузова.

Спойлер же лишь меняет направление течения воздушного потока. Например, отсекает его часть для охлаждения тормозов или для снижения завихрений за кормой. Подъемная сила при этом обычно не уменьшается, зато коэффициент аэродинамического сопротивления может упасть очень заметно. А это, в свою очередь, улучшает экономичность машины и повышает максимальную скорость.

В отличие от антикрыла спойлер порой имеет весьма замысловатую форму, но всегда крепится непосредственно к кузову. Частенько он даже изготавливается вместе с каким-либо кузовным элементом. Например, бампером.

 

Что такое “граундэффект”?

Еще в 70-х годах прошлого века создатели гоночных “формул” поняли, что для увеличения прижимной силы можно использовать не только антикрылья, но и разрежение, возникающее под автомобилем. Впервые эту идею использовал знаменитый конструктор Колин Чепмен на болидах команды “Lotus”.

Суть заключается в следующем. Днищу машины придается специальная выгнутая в сторону дороги форма. Часть набегающего воздуха с помощью спойлеров направляется под автомобиль. Поскольку ближе к середине кузова дорожный просвет плавно уменьшается, воздушный поток начинает ускоряться. Это приводит к падению давления, которое “присасывает” машину к трассе. Ближе к корме днище снова расширяется, и воздух через диффузор выходит наружу. По такому же принципу работает карбюратор. Но в аэродинамике это явление получило название “граунд-эффект”.

Однако на серийных моделях он практически не используется. Почему? Во-первых, для его реализации днище должно быть гладким. На обычных машинах это почти невозможно. А любая выступающая часть шасси может нарушить воздушный поток, что приведет к росту подъемной силы. Во-вторых, с увеличением клиренса разрежение уменьшается, и “граундэффект” опять же перестает действовать..

Пожалуй, единственный класс, где машины способны “присасываться” к дороге – это эксклюзивные суперкары вроде “Ferrari Enzo”.

Слышал, что если ехать вплотную за впередиидущим автомобилем, то так можно снизить расход топлива, да и на обгон будет проще выходить. Так ли это?

Антикрыло на высокой скорости создает дополнительное усилие, прижимающее автомобиль к дороге.

Действительно, в автоспорте часто используется подобный прием. Он называется “слипстрим”.

Дело в том, что движущийся автомобиль как бы рассекает набегающий поток, образуя за собой “воздушный мешок” – область низкого давления. Аэродинамическое сопротивление в ней очень мало, поэтому пилот идущей сзади машины экономит топливо и ему легче разогнаться при выходе на обгон.

Но в обычной жизни данная тактика малоприменима. Опытным путем установлено, что размер “воздушного мешка”, как правило, не превышает длину автомобиля. То есть обычный легковой автомобиль оставляет за собой максимум 5-6 метров разреженного пространства. Естественно, если приблизиться к впередиидущей машине на это расстояние, то дистанция сократится до минимума. Что небезопасно..

Другое дело, если вы едете по загородной трассе за длинным грузовиком. В его “воздушном мешке” с легкостью спрячется какая-нибудь малолитражка. В этом случае “слипстрим” действительно может оказаться эффективным.  

 

 

Почему заднее стекло у одних автомобилей быстро загрязняется, а у других – остается чистым в любую погоду?

Ничего удивительного в этом нет. Чистота заднего стекла зависит от угла его наклона. Чем вертикальнее оно стоит, тем быстрее загрязняется. “Пограничным” считается угол 30о. При большей величине происходит срыв воздушного потока, образуются завихрения. Именно они, словно мощный пылесос, затягивают на стекло грязь и пыль.

Также на “чистоплотность” машины влияет форма кузова. Универсалы в этом смысле самые грязные. Ведь у них очень длинная крыша. На протяженной плоской поверхности воздух успевает ускориться, а поскольку задняя стенка почти вертикальная, за кормой такого автомобиля образуется маленький тайфун.

Другое дело – седаны, хэтчбеки и купе. Сильно наклонить стекло у них не всегда получается (иначе головам задних пассажиров не останется места), зато плавный переход от крыши к багажнику не дает воздушному потоку возможности закрутиться волчком.

Можно ли улучшить аэродинамику машины установкой специального комплекта?

Да, но к выбору аэродинамического обвеса следует подходить очень тщательно. Изготовить его на глазок нельзя. Должны проводиться кропотливые расчеты и долгие испытания. Финансировать подобные разработки по силам лишь крупным тюнинговым ателье вроде “Brabus” или “Alpina”. Такие комплекты действительно способны улучшить аэродинамику автомобиля.

Большинство же продукции на рынке – это кустарно выполненные поделки неизвестных азиатских компаний. Как правило, они привлекают клиентов агрессивным внешним видом. Но на этом их достоинства заканчиваются и начинаются недостатки.

Прежде всего однозначно вырастет расход топлива, поскольку дополнительные спойлеры и антикрылья сильно увеличивают аэродинамическое сопротивление автомобиля. Но главное – сделанный на коленке комплект может так изменить распределение подъемных сил по осям, что на высокой скорости машина станет просто небезопасной.

Когда менеджер автосалона представлял мне машину, он долго ходил вокруг, показывая на какие-то незначительные детали кузова. По его словам, они улучшают аэродинамику автомобиля и делают его комфортнее. Неужели эти мелочи так важны?

Через диффузор под задним бампером воздух выходит из-под днища машины.

Еще 8-10 лет назад к вопросам аэродинамики автомобиля действительно подходили глобально. Но теперь ситуация изменилась. Современным компаниям удалось добиться приемлемой обтекаемости своих моделей, поэтому на первый план сегодня выходят, казалось бы, незначительные мелочи.

Например, долгое время считалось, что щетки стеклоочистителя находятся в “мертвой зоне” и не влияют на аэродинамику кузова. Исследования показали, что это не так. Обратите внимание – у многих современных моделей “дворники” в нерабочем состоянии прячутся за край капота.

Другая проблема – загрязнение боковых стекол в плохую погоду – тоже связана с обтекаемостью машины. Ведь щетки смахивают грязь ближе к передним стойкам, а затем уже воздух уносит ее на боковины кузова. Оказалось, достаточно сделать по краям стоек небольшие желобки, и грязь начнет уходить на крышу.

Также тщательно прорабатывается форма зеркал заднего вида, поскольку они – один из главных источников шума на высоких скоростях. Иногда в поле зрения аэродинамиков попадают самые неожиданные детали. Например, на новом “Mercedes-Benz” C-класса по краям задних фонарей сделаны отверстия, через которые выводится часть воздушного потока изпод днища автомобиля. Этот “ветерок” призван уменьшать загрязнение светотехники.

 

Хочу установить на свой автомобиль передний бампер с большими воздухозаборниками, как на гоночных машинах. Это улучшит охлаждение двигателя?

Вовсе нет. При проектировании автомобиля инженеры учитывают экстремальные режимы работы двигателя и в соответствии с ними рассчитывают систему охлаждения. Поэтому, если мотор вашей машины перегревается, – ищите неполадку.

А увеличив приток воздуха в моторный отсек, вы рискуете еще больше поднять в нем температуру. Ведь нагретый воздух еще надо отводить из-под капота (как правило, под днище автомобиля). И штатные каналы могут с ним не справиться..

Кроме того, на гоночных машинах большие воздухозаборники на переднем бампере, как правило, направляют воздух вовсе не к двигателю, а для охлаждения тормозов.

Автор

Юрий УРЮКОВ

Издание

Клаксон №13 2007 год

Фото

фото Алексея БАРАШКОВА и “Mercedes-Benz”

Что такое аэродинамика: как усовершенствовать аэродинамику авто

Современные технические возможности позволяют разогнать автомобиль за счёт увеличения мощности двигателя, использовать топливо с повышенным октановым числом. Такого же, если не лучшего моментального эффекта можно добиться удалением с кузова лишних фар, зеркал, установкой аэродинамического обвеса.

Современные серийные автомашины давно превысили планку в 400 км/час. Рядовые автолюбители говорят о личных скоростях в районе 220-300 км/час. Для взлёта лёгкого самолёта достаточно скорости в 150-200 км/час. Какая причина удерживает автомобили от взлёта? Для ответа на этот вопрос нужно разобраться, что такое аэродинамика автомобиля и на что она влияет при движении по трассе?

Движущийся автомобиль подвергается воздействию замедляющих сил. Манёвренность, устойчивость на полотне дороги, экономичность энергоустановки машины определяется тремя аэродинамическими силами:

• Сопротивлением прямого потока воздуха.

• Поднимающим и прижимающим воздействием воздушных масс.

Сила, с которой воздух сопротивляется движению авто, возрастает в два раза превышает растущую скорость. Лобовой поток воздуха обтекает корпус машины сверху и снизу. Более плотный нижний поток приподнимает автомобиль. При обтекании корпуса авто, воздушные массы создают завихрения, усиливающие силу трения и усиливающие силу сопротивления. Хорошее и правильное обтекание воздушных потоков по кузову — это и ест лучшая аэродинамика автомобиля в движении.

Немного истории автоаэродинамики

Разработчики первых автомобилей не обращали особого внимания аэродинамическим показателям своих творений, поскольку на скоростях до 40 км/час, именно такие скорости развивали первые автомобили, это не имело принципиально значения. С увеличением скоростей, возрастает значение минимизации воздействия встречного воздушного потока.

Авторазработчики за идеями оптимизации аэродинамических показателей всё чаще начинают обращаться за опытом в пограничные технические отрасли – авиационную, воздухо- и мореплавание. Ещё до начала Второй Мировой Войны бельгийцем К. Женатци, австрийцем Э. Румплера и аэродинамических исследований Геттингентского Института была разработана концепция оптимального кузова автомобиля.

Концепция актуальна до настоящего времени. Современные изменения в кузове для улучшения аэродинамики и прочих показателей сводятся к оптимизации отдельных элементов (неровности, спойлеры, поверхностные стыки) с минимальными вмешательствами в дизайн.

Основное направление в снижении сопротивления автомобилей воздушному потоку – регулирование поперечного сопротивления. В среднем коэффициент лобового сопротивления составляет 0,37-0,34. Современные серийные модели имеют коэффициент намного ниже: Ауди А8 — 0,27, Лексус LS 460 – 0,26.

Аэродинамика отдельных типов кузовов

Наибольшее влияние на аэродинамические показатели автомобиля оказывает форма задней части.

Поэтому:

• Самыми неэффективными машинами в отношении аэродинамики считаются пикапы и универсалы. Срывающиеся с крыши салона воздушные потоки, образуют разряжённую вихревую зону, из-за чего значительно повышается сопротивление движению. Компенсируют отрицательный эффект производители, путём отсечения части потока воздуха вниз дефлектором, расположенным на крыше.

• Незначительно наклонённая задняя часть, позволяющая плавно стечь воздушным потокам до нижней кромки задней двери, делает значительно лучше аэродинамику хэтчбеков.

• Пологое заднее стекло и наличие крышки багажника, минимизирует вихревой след купе и седанов. Оперируя размерами высоты и длины багажников, конструкторы могут в значительной мере регулировать их аэродинамическое сопротивление.

Возможности самостоятельного совершенствования аэродинамики автомобиля

Заниматься улучшением аэродинамических показателей серийных автомобилей должны профессиональные конструкторские бюро. Владельцы машин могут самостоятельно уменьшить сопротивление своего автомобиля, выполнив простые требования.

1. Соблюдать минимальную необходимость в накладках и декоративных элементах. Оставлять следует только крайне функционально необходимые.

2. Во время движения все окна и люки должны быть закрыты, только в этом случае Вы почувствуете улучшение аэродинамики автомобиля.

3. Все выдающиеся детали и узлы должны фиксироваться за несущие конструкции.

4. Кузов автомобиля подлежит полировке.

5. Приобретаемые дополнительные багажники и прицепы должны быть обтекаемой формы.

Обратившись в тюнинг – мастерскую к квалифицированному специалисту, можно подобрать себе автомобильное приспособление благодаря которому улучшается аэродинамика машины. За счёт дополнительных спойлеров, антикрыла и обвеса днища добивается уменьшение зоны разряжения и увеличивается прижимная сила.

Самостоятельные эксперименты с аэродинамикой автомобиля могут быть опасны. Неправильно подобранное антикрыло, разгрузив переднюю ось, значительно снизит управляемость. Так что выбор за Вами!

Поделитесь информацией с друзьями:

Аэродинамическое сопротивление автомобиля

В процессе проектирования и создания конструкторами очень тщательно прорабатывается аэродинамика автомобиля, поскольку она оказывает значительное влияние на технические показатели модели.

При движении автомобиля большая часть мощности силовой установки уходит на преодоление сопротивления, создаваемого воздухом. И правильно созданная аэродинамика автомобиля позволяет уменьшить это сопротивление, а значит на борьбу с противодействием находящего воздушного потока потребуется затратить меньше мощности, и соответственно – топлива.

Измерение аэродинамики автомобиля проводится для изучения сил, создаваемых воздушным потоком и воздействующих на транспортное средство. И таких сил несколько – подъемные и боковые, а также лобовое сопротивление.

Лобовое сопротивление и коэффициент Сх

По большей части все работы с кузовом авто направлены на преодоление лобового сопротивления, поскольку именно эта сила самая значительная.

Движение потоков воздуха

За основу при расчетах берется сила сопротивления воздуха. Для вычисления результата используются такие данные как плотность воздуха, площадь поперечной проекции авто, коэффициент аэродинамического сопротивления (Сх)  — это важнейший показатель в аэродинамике автомобиля. При этом на силу сопротивления в значительной мере влияет также скорость движения. Так, увеличение скорости вдвое будет сопровождаться повышением сопротивлением в 4 раза. Скорость один из мощных факторов увеличения расхода.

Например, для хорошо обтекаемого авто с площадью проекции 2 м²  и коэффициентом 0,3 при движении на скорости 60 км/ч для преодоления сопротивления воздуха необходимо 2,4 л.с., а при скорости 120 км/ч уже 19,1 л.с. Разница расхода топлива при таких условиях достигает 30% на 100 км.

Если вам, в данный момент, требуется максимальная экономия топлива, необходимо придерживаться постоянной скорости около 60 км/ч. В этом режиме движения расход будет минимальным даже у авто с большим Cx.

Рассмотрим все по-простому. У воздуха есть своя плотность, причем немалая. При движении автомобилю приходится проходить через имеющиеся воздушные массы, при этом создается поток, который обтекает кузов. И чем легче авто будет «резать» воздушную массу, тем меньше он затратит на это энергии.

Но не все так просто. Во время движения перед авто создается область увеличенного давления (машина сжимает воздушную массу), то есть спереди образуется такой себе невидимый барьер, осложняющий «разрезание» воздушной массы.

Также после обтекания кузова происходит отрыв воздушного потока от поверхности, что становиться причиной появления завихрений и разрежения за авто. В сочетании с повышенным давлением возникающее разрежение еще больше увеличивает сопротивление.

Поскольку повлиять на плотность воздуха невозможно, то конструкторам остается только вносить коррективы в две другие расчетные составляющие – площадь авто и коэффициент аэродинамического сопротивления.

Но уменьшить проекцию авто не представляется особо возможным без ущерба для полезных пространств кузова (просто невозможно сделать авто меньше, чем он есть), поэтому остается только изменение коэффициента Сх.

Этот коэффициент устанавливается экспериментальным путем (в аэродинамической трубе) и характеризует он соотношение лобового сопротивления к скоростному напору и площади поперечного сечения кузова. Величина его безразмерная.

Аэродинамическая труба

Наименьший коэффициент аэродинамического сопротивления имеет каплевидное тело. При движении в воздушной массе такое тело плавно перед собой разводит поток, не создавая области повышенного давления, а имеющийся «хвост» позволяет за собой сомкнуть поток без обрывов и завихрений, то есть разрежение тоже отсутствует. Получается, что воздух просто обтекает тело, создавая минимальное сопротивление. Для такого тела коэффициент Сх составляет всего 0,05.

Конструкторам, работая с аэродинамикой автомобиля добиться, таких показателей пока не удается. И все потому, что при движении сопротивление создается несколькими факторами:

• Формой кузова;
• Трением потока о поверхности при обтекании;
• Попаданием потока в подкапотное пространство и салон.

Поэтому для современных авто коэффициент аэродинамического сопротивления считается отличным, если его значение ниже 0,3. К примеру, у Peugeot 308 коэффициент составляет 0,29, у Audi A2 он равен 0,25, а у Toyota Prius – 0,26. Но стоит отметить, что это расчетные показатели в идеальных условиях. На практике же во время движения на авто воздействуют множество разнообразных факторов, которые негативным образом сказываются на сопротивлении кузова.

Примечательно, что на коэффициент оказывает наибольшее влияние не передок авто, а его задняя часть. И виной этому становится создание разрежения и завихрений в результате отрыва потока от кузова. Поэтому конструкторы по большей части занимаются приданием необходимой формы именно задней части.

Коэффициент сопротивления Volkswagen XL1 составляет всего 0,19

Снизить коэффициент Сх позволяет также уменьшение количества выступающих частей, причем везде на авто (бока, крыша, днище, передок), а тем элементам, которые не удается убрать с поверхности придается максимально возможная обтекаемая форма.

Подъемная и прижимная сила

В результате неравномерного обтекания потоком воздуха автомобиля с разных сторон возникает разница в скорости его движения.

Действующие подъемная и прижимная силы

Автомобиль движется и рассекает поток воздуха, при этом часть этого потока уходит под авто и проходит под днищем, то есть движется практически по прямой. А вот верхней части потока приходится повторять форму кузова, и ей приходится проходить большее расстояние. Из-за этого возникает разница в скорости воздуха – верхняя часть движется быстрее нижней, проходящей под авто. А поскольку увеличение скорости сопровождается снижением давления, то под днищем образуется зона повышенного давления, которая приподнимает машину.

Проблем добавляет и лобовое сопротивление. Область повышенного давления воздушной массы перед машиной прижимает передок к дороге, в то время как разрежение и завихрения позади наоборот – способствуют приподнятию кузова. Подъемная сила, как и лобовое сопротивление, возрастает при увеличении скорости движения.

Негативным фактором от воздействия такой силы является ухудшение устойчивости авто при увеличении скорости и повышение вероятности ухода в занос.

Но эта сила может оказывать и положительное действие. При внесении корректив в конструкцию авто возможно преобразование подъемной силы в прижимную, которая будет обеспечивать лучшее сцепление с дорогой, устойчивость авто, его управляемость на высоких скоростях.

При этом для получения прижимной силы не требуется каких-либо отдельных решений. Все разработки, направленные на снижение коэффициента Сх также сказываются и на прижиме. К примеру, оптимизация формы задней части приводит к уменьшению завихрений и разрежения, из-за чего подъемная сила тоже снижается, а прижимная — повышается. Установка заднего спойлера действует таким же образом.

Уменьшение завихрений при установке спойлера

Боковые же силы при установлении аэродинамики автомобиля, особо в расчет не берутся, в силу того, что они не постоянны, а также значительного влияния на показатели авто не оказывают.

Но это все теория аэродинамики автомобиля. На практике все можно пояснить одним предложением — чем хуже аэродинамика, тем выше расход топлива.

Что ещё влияет на аэродинамику?

Конечно, конструкторы стараются по максимуму снизить сопротивление авто при движении и повысить прижимную силу. Но особенности эксплуатации авто и свой взгляд автовладельцев на внешние особенности машины вносят свои коррективы, причем в некоторых случаях – значительны.

Аэродинамическое сопротивление разных автомобилей в зависимости от скорости

К примеру, установка багажника на крышу, даже с аэродинамической формой увеличивает поперечную проекцию авто и сильно влияет на обтекаемость, это сразу сказывается на потреблении топлива.

Также расход повышается от езды с открытыми окнами и люком, использование защитных и декоративных обвесов, перевозка негабаритных грузов, выступающих за авто, нарушение положения конструктивных элементов, расположенных под днищем, повышение клиренса.

Но автовладелец также может и внести коррективы, которые положительно повлияют на аэродинамику автомобиля. К ним относится использование аэродинамических обвесов, установка спойлера, уменьшение клиренса.

Улучшенная аэродинамика автомобиля – один из способов повысить топливную эффективность

Антикрыло на Mercedes-Benz V63 Black Series

Роман Сцельник, 02 июля 2013, 13:44

Бензина, как и денег, бывает только мало. Невысокий расход топлива порадует любого водителя. Одним из способов повышения топливной эффективности является улучшение аэродинамики автомобиля.

Коренным образом изменить аэродинамику любой серийной модели ни автолюбители, ни тюнинговые ателье не в состоянии, но улучшить значение коэффициента аэродинамического сопротивления все-таки можно.

Сразу остановимся на прописных истинах. Открытые окна, крыша багажника, угловатый прицеп – все это негативно сказывается на аэродинамике и, как следствие, повышает топливный расход.

Тюнинговые мастерские предлагают специальные кузовные обвесы. В их состав обычно входят спойлеры, антикрыло и другие кузовные элементы.

Передний спойлер крепится под передним бампером. Сегодня на рынке можно встретить модели, особенно их спортивные модификации, в которых бампер и передний спойлер составляют единое целое.

Однако и передний, и задний спойлеры, а также антикрыло в основном служат для увеличения прижимающей к дороге силы, что, кстати, также очень важно.

Что же касается улучшения аэродинамических свойств, то здесь большую роль сыграет обтекаемость кузова. Серьезное улучшение аэродинамики можно достичь за счет изготовления специального обвеса для днища автомобиля. Кардан, выпускная трасса, другие выпирающие детали оказывают существенное сопротивление встречному воздушному потоку.

В целом, хорошо продуманная аэродинамика автомобиля не только повысит управляемость, но также позволит экономить на топливе.

Однако к использованию различных аэродинамических кузовных элементов, и это отмечают сами тюнеры, нужно подходить чрезвычайно взвешенно и грамотно с технической точки зрения. В некоторых случаях они не только не улучшат аэродинамику, но и произведут отрицательный эффект. При этом немалые деньги будут попросту выброшены на ветер.

Для того чтобы избежать этого, стоит обращаться только к высококвалифицированным специалистам и к компаниям с проверенной репутацией. И уж, конечно, заниматься аэродинамическим тюнингом самостоятельно эксперты вовсе не рекомендуют.

Аэродинамика автомобиля. Что такое коэффициент Cx

Первые модели с улучшенной аэродинамикой сделаны в форме капли — она и обрела свою форму именно ради проникновения сквозь воздух. Поговорим об аэродинамике автомобиля и узнаем что такое коэффициент Сх и на что он влияет.

 

ОСНОВНЫЕ ФАКТЫ АЭРОДИНАМИКИ АВТО

 

Главная проблема, которую решают при отработке аэродинамики, — снижение лобового аэродинамического сопротивления. C ростом скорости увеличивается и сопротивление воздуха. Когда машина разгоняется с 60 до 120 км/ч аэродинамическое сопротивление возрастает вчетверо.

Для примера, автомобилю массой 2 тонны при движении на максимальной скорости в 250 км/ч только на преодоление сопротивления воздуха нужно 180 л.с., а на 300 км/ч эта машина тратила бы только на это — 310 л.с.

Коэффициент Cx определяется экспериментально, и он главная величина, которая описывает аэродинамическое совершенство кузова. Когда-то его условно приравняли к 1,0 для круглой пластины, однако, как выяснилось на практике, из-за турбулентности за пластиной на самом деле ее Cx равен примерно 1,2. Самый низкий Cx у капли — примерно 0,05.

При нормальной эксплуатации авто важнее всего сопротивление: именно оно оказывает существенное влияние на расход топлива. Снизить его можно двумя способами: улучшить форму (снизить Cx) или уменьшить поперечное сечение машины. Вертикальные силы могут быть полезными, если действуют вниз, и вредными, если способствуют подъему машины. С боковыми все еще сложнее. Они трудно предсказуемы, а их причины разнообразны: поворот, порыв ветра. Зато влияние они оказывают небольшое.

Все автопроизводители обзавелись специальными лабораториями для изучения аэродинамики. Самый сложный и дорогостоящий элемент — аэродинамическая труба. В ней макеты и реальные автомобили обдуваются сильными потоками воздуха. Это позволяет изучить все особенности формы кузова автомобиля.

Удалось достигнуть многого: у большинства современных машин коэффициент Cx равен 0,30-0,35, самые совершенные достигают значений 0,26-0,27. Хотя на самом деле он зависит от скорости, направления движения относительно воздуха или состояния поверхности кузова, и приведенные значения — можно сказать, идеал, которого может достичь данная модель.

 

ПРИЖИМНАЯ И ПОДЪЕМНАЯ СИЛЫ

Низкое лобовое сопротивление иногда не важно. Болиды «Формулы-1» имеют Cx от 0,75 до 1,0! Большую часть сопротивления создают открытые колеса. Но дело не в этом. Для них важнее другие параметры и прежде всего — прижимная сила. Для реализации огромного крутящего момента двигателя необходимо хорошее сцепление колес с дорогой и устойчивость в повороте.

Для гоночных автомобилей хорошая аэродинамика означает отсутствие подъемной силы и наличие прижимной. Обеспечить это формой кузова сложно, поэтому в ход идут дополнительные аэродинамические элементы: спойлеры и антикрылья.

Чаще всего для снижения подъемной силы используют спойлеры под передним бампером и на крышке багажника. Отсекая часть потока, идущего под машину, передний спойлер снижает давление в этой зоне, так что машина присасывается к дороге. Спойлер на крышке багажника ставят для организации срыва воздушного потока до того, как он начнет образовывать вихри за машиной, которые увеличивают сопротивление воздуха. А вот антикрыло работает на создание прижимной силы.

Заметный эффект они создают при скорости 120 км/ч и выше. При этом надо иметь в виду, что работающий на создание прижимной силы воздух создает заметное сопротивление, поэтому максимальная скорость машины с аэродинамическим обвесом будет ниже, а расход топлива — больше.

Воздушная мощь. Аэродинамика мотоцикла. - в Мотоцикл Онлайн

На вопрос, зачем спортбайку двигатель мощностью 200 л.с., ответить физически просто: для того, чтобы разгонять машину и преодолевать сопротивление воздуха. Последнее не менее важно, чем первое, поскольку наибольшую часть сопротивления, связанного с движением мотоцикла, составляет сопротивление воздуха. Сопротивление качению шин, потери на трение внутренних деталей двигателя, сопротивление работе приводной цепи и ступичных подшипников в сумме невелики. Эти потери можно измерить на динамометре. После того, как двигатель выжал максимальную мощность, сцепление выключается на последней передаче и таким образом измеряет сопротивление движению. Как правило, они составляют от 7 до 9%. К этому нужно добавить сопротивление движению, создаваемое передним колесом. В любом случае, из этого следует, что требуется около 90% мощности двигателя для преодоления сопротивления воздуха!

Чем ниже сопротивление воздуха, тем легче достичь более высоких скоростей. Преимущество мотоциклов перед автомобилями или другими двухколесными транспортными средствами в том, что они маленькие.Точнее, у них низкое аэродинамическое сопротивление. Сегодняшний мотоцикл с двигателем мощностью 200 л.с. может легко развить скорость около 300 км/ч. Серийная легковушка с такой же мощностью может развивать только около 230 км/ч. Вывод прост: чем больше площадь лобовой части транспортного средства, тем больше лобовое сопротивление, а значит, тем большая мощность двигателя необходима для разгона транспортного средства до заданной скорости.

ВОЗДУШНОЕ СОПРОТИВЛЕНИЕ ВЕЛОСИПЕДА Красные полосы показывают силы сопротивления, возникающие в определенной области.Синяя линия — результат всех сопротивлений. Все производители испытывают мотоциклы в аэродинамической трубе, благодаря чему становится известно, какие части машины оказывают наибольшее сопротивление потоку воздуха. Затем в дело вступают специалисты по аэродинамике и делают все возможное, чтобы максимально уменьшить сопротивление.

Motor Presse Polska

См. также: Мотоцикл с вертолетным двигателем

Расход воздуха

Есть и обратная сторона медали: воздушный поток. Конструкция мотоцикла, его обтекатели, прорезанные воздухозаборниками, выступающие стойки и крылья - все это вызывает завихрения воздуха. В идеале движущееся транспортное средство должно вызывать как можно меньше турбулентности, т. е. ламинарный поток. Возникающая в результате турбулентность, известная как турбулентный поток, заставляет транспортное средство оказывать большее сопротивление и, следовательно, требует большей мощности для ускорения. Сопротивление движущегося автомобиля называется коэффициентом лобового сопротивления и обозначается Сх.

Конструкторы гоночных велосипедов увидели преимущества отточенной аэродинамики еще в середине прошлого века. Они начали с того, что прикрыли переднее колесо и заставили участника принять почти лежачее положение за рулем. Таким образом было достигнуто уменьшение лобовой площади, а также ламинарный поток воздуха вокруг большей части мотоцикла. Рекорды, побитые машинами тех лет, впечатляют и сегодня. Например, Moto Guzzi V8 мощностью всего 78 л.с. в 1950-х годах.мог развивать скорость 286 км/ч по прямой трассе в Спа.

Но вернемся к современным мотоциклам. Площадь лобовой части Yamaha YZF-R1 составляет почти ровно 0,5 м2. Несмотря на использование обтекателей, значение Сх этой машины составляет 0,6. В лучших мотоциклах дизайнеры получают значение 0,3. Для сравнения: тот же коэффициент у Porsche 911 Carrera F равен 0,29, при лобовой площади 2,07 м2.

Если вы понимаете, что мощность, необходимая для преодоления сопротивления воздуха, зависит от скорости, возведенной в третью степень, то вы легко можете себе представить важность аэродинамики для быстрой езды на мотоцикле.Для удвоения скорости движения нам нужно в восемь раз больше мощности, то есть для ее увеличения на 1% нам нужно на 3% больше лошадиных сил. Это означает, что мотоциклу мощностью 200 л.с., едущему со скоростью 300 км/ч, теоретически нужно 6 л.с., чтобы увеличить скорость на 3 км/ч! Веселье становится дорогим! Отсюда следует, что есть смысл подстроить коэффициент Сх и лобовое сопротивление.

На 11 км/ч быстрее

На рисунке выше показано, какая часть мотоцикла испытывает наибольшее сопротивление.Неудивительно, что наибольшее сопротивление приходится на переднюю часть мотоцикла и на высоту головы водителя. Если вы хотите, чтобы машина ехала быстрее, вы можете заменить или убрать зеркала и принять более аэродинамическое положение за обтекателем. Люди в BMW, которые сделали S 1000 RR гоночным супербайком, отказались от зеркал и поворотников, спроектировали более высокое лобовое стекло, интегрированное с обтекателем, и опустили обтекатель почти до высоты заднего колеса. Таким образом, они улучшили произведение Сх и А примерно на 10% (А = лицо).В результате гоночная машина, по сравнению с серийной машиной, развивала на 11 км/ч большую максимальную скорость.

Motor Presse Polska

Лифт может появиться во время движения. Его эффектом может быть, например, снижение давления на заднее колесо, что замедлит машину, потому что часть мощности уйдет «в воздух». Кроме того, машина теряет устойчивость. Чтобы противодействовать этому, точно проверяется, где создается подъемная сила, насколько велика ее величина, а мотоцикл сконструирован таким образом, чтобы минимизировать ее влияние.

Но максимальной скорости недостаточно для победы в гонках. хода одинаково важны, потому что именно в них часто решается победа/поражение. Производители спортивных машин поняли это в 1960-х годах и начали производить мотоциклы с меньшими обтекателями и короткими рулями. Из-за динамических изменений нагрузки на колеса и возникающей в результате подъемной силы переднее колесо может быть недогружено на высоких скоростях. Поэтому при быстрой езде невозможно использовать всю мощность двигателя, возникает нервозность при вождении и слишком малое замедление при торможении. Это стоит вам драгоценных долей секунды. Благодаря испытаниям в аэродинамической трубе итальянцы первыми разработали винглеты по бокам обтекателя Panigale V4 R, которые увеличивают прижимную силу. Из-за этого передняя шина нагревается быстрее.

Интересен в том числе ответ на вопрос, какова доля подъемной силы, поднимающей переднее колесо.в БМВ. Равнодействующая силы, показанная на диаграмме выше, показывает, что сила, поднимающая заднее колесо, мала. Кроме того, спереди мало прижимной силы. К счастью, были изобретены аэродинамические усилители, способные увеличить прижимную силу более чем на 30 кг.

Интересен тот факт, что благодаря спойлерам и аэродинамической конструкции машина Ф1, едущая со скоростью 160 км/ч, имеет прижимную силу, равную примерно весу машины, т.е. 750 кг! Так что, теоретически, он мог бы выйти на колёса, , но только теоретически, потому что двигатели и коробки передач не приспособлены для работы в таких условиях.

Еще больше усугубляет ситуацию то, что воздушный поток не может идеально, идеально обтекать машину. Если бы это было так, мотоциклу было бы трудно входить в поворот на высоких скоростях, а на быстрых чередующихся поворотах он становился бы неуправляемым. В такой ситуации участникам помогают просверленные в обтекателях отверстия, создающие соответствующие завихрения.

Сложная проблема

Как видите, проблема аэродинамики очень сложная. И все же в этих рассуждениях мы не учли вопросы защиты от порывов воздуха, шума, расхода воздуха через радиатор или влияния температуры на аэродинамику.

.

Дизайн и инженерные конструкции - Аэродинамика автомобиля

Страница 1 из 2

Вопросы аэродинамики учитывались при конструировании автомобилей с начала 20 века. Автомобильные конструкции разрабатывались параллельно с авиационными. Их часто строили одни и те же конструкторы, достаточно упомянуть, например, такие бренды, как Farman, Voisin или Bristol. Однако долгое время аэродинамика автомобиля определялась «чувством» конструктора, который тогда редко использовал какое-либо исследовательское оборудование.

Рышард Романовский

Качество конструкции подтверждено победами на гоночных трассах. В случае с самыми быстрыми автомобилями-победителями трудно было судить, в какой степени успех определялся механической конструкцией, в какой — аэродинамикой и в какой — водителем. Даже сегодня многие отделы автомобильного маркетинга хвалят свое транспортное средство, используя только коэффициент аэродинамического сопротивления Cx, который может похвастаться значениями 0,3 или даже 0,25. Между тем автомобиль с коэффициентом 0,25 был построен еще в 1913 году, а 0,2 достигнут в 1936 году.

В то время это не привело ни к технической революции, ни к скоплению покупателей у производителей. Построенный в 1934 году, Chrysler Airflow был спроектирован с аэродинамической трубой. Он был построен с использованием методов, используемых в авиационной промышленности. Он оказался слишком инновационным и, если не считать внешнего вида, по тяговым параметрам мало чем отличается от традиционных конкурентов. Автомобиль потерпел неудачу на рынке. Кстати, можно было сделать вывод, что легко переносить авиаконструкции на землю невозможно.Здесь, среди прочего, возникают осложнения. от сильно изменчивых условий движения автомобиля. В результате аэродинамические эффекты, вредные в случае самолетов, в автомобилях часто очень желательны.

Спойлеры выросли в размерах... На фото: Chaparral 2F

Автомобильная аэродинамика вообще разрабатывалась в секрете конструкторских бюро. Эффекты работы можно было увидеть в основном на гоночных трассах, откуда они потихоньку проникали в серийную продукцию.Изменения можно было заметить на рубеже 1950-х и 1960-х годов. Достижения конструкторов были видны в кузовах гоночных автомобилей, которые ехали все быстрее и быстрее. Также становилось все больше и больше аварий, потому что основное внимание уделялось снижению аэродинамического сопротивления, часто игнорируя значение подъемной силы, что ухудшало сцепление шин с асфальтом. Проблема была решена в конце 1960-х с использованием спойлеров, которые становились все больше. Введена регулировка их угла атаки водителями.В автомобилях стали появляться все более крупные и высоко расположенные регулируемые крылья. Достаточно было небольшого провала, чтобы крыло вместо того, чтобы прижимать его, создавало подъемную силу, поднимавшую машину вверх. После нескольких аварий спортивные власти запретили использование таких растворов. Тем не менее 1969 год можно считать началом интенсивной работы над аэродинамикой автомобилей, причем не только гоночных. На серийных автомобилях стали скромно появляться спойлеры и дефлекторы. Иногда их использовали только как украшения, но часто они улучшали аэродинамику кузова, например, сохраняя чистоту заднего стекла за счет отклонения воздушных потоков.

Аэродинамика была тогда огромным испытанием для студентов и выпускников автомобильных вузов и даже конструкторов, не связанных с крупными компаниями. Одна из первых публикаций на эту тему в мире была опубликована в Польше в 1974 году. Публикация д-ра инж. Книга Януша Павловского "Car Bodywork" в 1970 году фрагментарно была издана в Англии, стране, которая тогда была одним из автомобильных магнатов. Ее глава по аэродинамике позволила познакомиться с существовавшими в то время знаниями, систематизировать их и использовать при проектировании и совершенствовании существующих кузовов.В те годы в царской дисциплине F-1 уже доминировал один двигатель. Кроме Ford Cosworth свои агрегаты разрабатывали только Ferrari и Matra, и совсем редко - Honda. Техническая гонка во многом переместилась в сферу аэродинамики. Конструкторы стали уделять пристальное внимание не только известному ранее сопротивлению и воздушным струям, воздействующим на кузов, но и его обтеканию двигателя, системы охлаждения и под полом. Умелое использование последней казалось наиболее перспективным.Американский Chaparral 2J оказался величайшим открытием 1970-х годов. Главной целью конструктора этого автомобиля было улучшение сцепления автомобиля с поверхностью. Традиционно построенный алюминиевый автомобиль, оснащенный огромным, но несколько архаичным толкающим двигателем V8 мощностью 7620 куб. см и 650 л.с., у него было мало шансов на победу.

Чапараль 2J; выше - фотографии его моторного отсека

Джим Холл использовал закрытое пространство между шасси и землей, накрытое пластиковыми занавесками.На задней переборке машины он разместил два 16-лопастных несущих винта, приводимых в движение небольшим, для американских условий, двухцилиндровым двухтактным двигателем Роквелла мощностью 800 куб.см и 70 л.с. Устройство напоминало судно на воздушной подушке с роторами, вращающимися в противоположном направлении. Конструктор получил силу всасывания 400 кГс. Это позволило увеличить предельную скорость при прохождении поворотов примерно на 15% и значительно сократить тормозной путь. Автомобиль был быстро дисквалифицирован спортивными властями. Основной причиной было использование двух моторов.Блуждая среди спортивных регламентов, конструкторы постарались максимально эффективно использовать воздушные потоки под полом автомобилей. Конструкции серийных автомобилей также преследовали цель получить максимально ровный и ровный пол, лишенный выступающих элементов. Также позаботились об адекватных потоках воздуха в моторном отсеке.
Польша в семидесятые годы разработала по лицензии польские Fiats 125 и 126. О производстве собственных легковых автомобилей не могло быть и речи, хотя официально власти об этом не говорили.Изобретательность конструкторов и инженеров была направлена ​​на имеющиеся конструкции, кузова которых проектировались в конце 1960-х годов. О польских Fiats позаботились ученые из Военно-технического университета - Януш Янула, Ежи Щецинский и проф. Стефан Щецинский. Их книга «Улучшение экономичности и динамики легковых автомобилей» стала техническим бестселлером того времени и заставила вас понять, как небольшие корректировки формы могут улучшить эксплуатационные качества автомобиля.Среди прочего, было объяснено известное конкурентам явление, начиная с PF 125p. Правила гонок разрешали снимать бамперы, чтобы облегчить машину. Однако без переднего бампера автомобиль стал опасно избыточно поворачивать на высоких скоростях. Бампер, разработанный Данте Джакосом, выполнял роль спойлера, но эффект был еще лучше благодаря небольшим крыльям, разработанным авторами польского исследования. Ученые Военно-технического университета показали, в том числе как за счет оптимизации протекания воздушных потоков в салоне кузова улучшить тепловые условия работы двигателя и состав топливно-воздушной смеси при различных температурах.

Лотус 78; чертеж машины со снятыми кожухами и щитками кузова;

Между тем, в конце семидесятых бунтующий конструктор Lotus Колин Чепмен представил модель 79. За более ранней моделью 78 уже пристально следили конкуренты, но Tyrell P34 эффективно отвлекал внимание от действий Чепмена. Его конструктор Дерек Гарднер для улучшения аэродинамических свойств использовал вместо двух передних колес четыре очень маленького диаметра в 10 дюймов.Благодаря этому удалось плотно прикрыть переднюю часть автомобиля. Несмотря на улучшение аэродинамики, управляемости и сокращение тормозного пути, система оказалась настолько технически сложной, что через год от традиционного решения отказались. Вскоре после этого появился Lotus 79. Широкий пол этого автомобиля был сформирован таким образом, что он ограничивался поверхностью дороги и был покрыт по бокам гибким пластиком, образуя своего рода трубу Вентури. Эффект, аналогичный эффекту Chaparral 2J, был получен гораздо более простым способом.

Tyrrel P34 с четырьмя передними колесами

Величина отрицательного давления, а значит, и силы, присасывающей автомобиль к дороге, возрастала с увеличением скорости, учитывая так называемый Экономьте драгоценные секунды при торможении и прохождении поворотов. Lotus 79 был очень тщательно спроектирован с точки зрения аэродинамики. Воздушный поток вокруг боковых радиаторов был оптимизирован, идеально сочетаясь с ограничителем воздуха, работающим рядом с ним. Дизайнеры смогли насладиться чемпионским титулом два года подряд, а конкуренты приложили все усилия, чтобы изменить правила и устранить британскую команду.Следующая конструкция оказалась удачной — Lotus 80, которую многие считают самым совершенным гоночным автомобилем всех времен. Гоночные команды стали в большей или меньшей степени использовать эффект лотоса. На рубеже веков выяснилось, что самое главное в компании, занимающейся производством гоночных автомобилей, — это хорошая аэродинамическая труба.

Лотос 79

Именно поэтому было отпраздновано открытие знаменитой галереи Galeria del Vento Ferrari и тоннеля Sauber. Вероятно, ни Колин Чепмен, ни Януш Павловский не ожидали, что начало нашего века в автомобильной технике будет отмечено аэродинамикой и что штат инженеров начнет анализировать каждую кривизну и крыло, появляющееся на конструкциях конкурентов.

Лотус Вентури 79

Гусеничные решения в различных формах идут на автомобили, выпускаемые крупными сериями. Никого уже не удивишь встроенными в заднюю часть кузова спойлерами и дефлекторами. Во многих серийных конструкциях пол выполнен таким образом, чтобы в некоторой степени добиться эффекта конусности. Почти всеобщее мнение, что эти решения эффективны только на высоких скоростях, уже почти не слышно.

Лотос 80

Уже в публикации 1974 года, основанной на исследованиях Porsche, д-р Павловский обратил внимание на большое значение улучшения аэродинамических характеристик кузова хотя бы потому, что аэродинамическое сопротивление уравновешивает сопротивление качению на скорости около 60 км/ч, а затем начинает играть решающую роль.
О возможностях, все еще присущих, казалось бы, простым принципам аэродинамики, свидетельствует разработка F-1. Международная автомобильная федерация FIA усложняет жизнь конструкторам, ставя новые задачи. Снижается мощность двигателей и ухудшаются тепловые условия их работы. Это чем-то напоминает тенденции в строительстве серийных автомобилей. Все более жесткие требования означают, что необходимо развивать аэродинамику кузова, чтобы поддерживать максимально возможную тягу, и в то же время обеспечивать теплообменникам наилучшие условия работы.

Взрывы грязи подтверждают результаты испытаний в аэродинамической трубе Mercedes

Правила остались такими же, как и много лет назад, но исполнение совершенно другое. Диффузоры, установленные в задних частях, предназначены для ускорения воздушного потока и создания зоны пониженного давления под автомобилем, увеличивая давление на поверхность. Типичный для нынешнего F-1 диффузор предназначен для увеличения объема воздуха по всей его длине. Поэтому он должен находиться в таком месте, чтобы он был полностью заполнен воздухом, ускоряемым отверстием.

.

Лаборатория экологической аэродинамики | ОТДЕЛ ТЕПЛОВЫХ МАШИН

Руководитель лаборатории: д.т.н. Renata Gnatowska

Описание лаборатории

Лаборатория аэродинамики окружающей среды с аэродинамическими трубами с пограничным слоем, позволяющая моделировать ветер в приземном слое, была создана в связи с учебной и научной деятельностью Института тепловых машин ПКЗ. Лаборатория выполняет экспериментальные работы следующих ветротехнических отделов:

1. Ветровой климат в населенных пунктах;
2. Аэродинамика конструкций и других наземных сооружений;
3. Аэродинамика мобильных инженерных сооружений;
4. Измерения ветрового давления в потоке и на стенках моделей;
5. Энергия ветра;
6. Исследования распространения загрязнения.

Испытательные стенды

Лаборатория экологической аэродинамики оборудована двумя аэродинамическими трубами. Первый используется для исследований, посвященных проблеме диффузии загрязняющих веществ в приземном слое и воздействия воздушного потока на облетаемые модели. Он состоит из пяти соединенных между собой деревянных сегментов длиной по 2 м каждый. На боковых стенках выполнены отверстия для измерения статических давлений по оси тоннеля, кроме того, на дне одного из сегментов закреплена вращающаяся пластина, позволяющая изменять направление потока на испытуемой модели. в диапазоне 0 - 360°.Площадь поперечного сечения тоннеля постоянна и равна 0,8 м2 (высота х ширина: 0,8 м х 1 м). Источником нагнетателя является осевой вентилятор, всасывающий воздух через измерительное пространство, с приводом от двигателя постоянного тока мощностью 30 кВт. Максимально достижимая средняя скорость среды в измерительном пространстве 8 м/с (Фото 1).

Исследования, связанные с формированием пограничного слоя, а также визуализация обтекания погруженных в него объектов и анализ обтекания волнистой подложки проводятся в измерительной камере второго тоннеля (Фото 2) .Эта камера представляет собой прямой канал длиной 4 м и прямоугольным сечением 0,6 м х 0,5 м (высота х ширина). «Рабочим» фактором в туннеле является воздух, движение которого обеспечивается двумя осевыми вентиляторами, расположенными в выходной части туннеля, что позволяет развивать максимальную среднюю скорость около 11 м/с, при естественном уровне турбулентности. не более 0,15%.

Темы занятий, проводимых в лаборатории аэродинамики окружающей среды

Лаборатория аэродинамики окружающей среды проводит дидактические занятия (лаборатории, аспирантура, курсы повышения квалификации), среди которых можно выделить следующие дидактические занятия:

1. Применение техники визуализации нефти анализировать поток объектов.
2. Визуализация дыма с видеофиксацией потоковых явлений (распределение воздушных потоков и загрязняющих веществ в населенных пунктах).
3. Экспериментальное моделирование поля скорости ветра в приземной зоне.
4. Определение воздействия воздушной струи на модели тела утопающих.
5. Измерение характеристик модели ветровой электростанции.
6. Измерить поле скоростей термоанемометром.

Лаборатория аэродинамики окружающей среды проводит занятия по следующим предметам:

• Энергетика и экология - обязательный предмет для студентов факультета механики и машиностроения 1 курса очной формы обучения,
• Аэродинамика окружающей среды - обязательный предмет для студентов факультета механики и машиностроение, III курс, очная форма обучения,
• Проект - индивидуальные проекты для студентов факультета механики и машиностроения, очная форма обучения,
• Обработка и анализ сигналов - обязательный предмет для студентов факультета механики и машиностроения, II курс , во время учебы стационарно,

.

Аэродинамические шоссейные велосипеды: какой выбрать?

В течение многих лет, до эры аэродинамики, все производители велосипедов стремились разработать велосипед, который был бы легче, но при этом сохранял бы достаточную жесткость и устойчивость к повреждениям.В 1980-х шоссейные велосипеды начали быстро терять вес из-за увеличения использования углерода - сначала в рамах, затем в компонентах и ​​колесах. Можно сказать, что легче = быстрее, особенно в первые секунды после посадки на мотоцикл. Когда чувствуем, как здорово он разгоняется за счет массы пера, аналогично в горах на подъемах. Поэтому разработка шоссейных велосипедов в основном основывалась на похудении. Однако это направление исчерпало себя, так как теперь можно производить шоссейный велосипед для профессионала, полностью удовлетворяющий его потребности в плане жесткости, комфорта и т.д.предметы весом от 5 до 6 кг. Однако это не помогает, потому что ограничение по весу, установленное UCI, составляет 6,8 кг. Так как байки не могли быть все легче и легче, началась гонка вооружений в новой области — аэродинамике. И очень хорошо! Эксперты начали отмечать, что - да - малый вес, конечно, может улучшить динамику разгона байка и очень важен в горах, но важнее то, как байк поддерживает скорость, подставляя нос ветру. Поэтому большую часть времени мы едем по дороге...

Таким образом, возможно, что прибавка в весе в конце концов не составляет столько сломанных секунд, сколько у «более быстрого» велосипеда и более обтекаемого силуэта.Также для любителей, которые парадоксальным образом много выигрывают от аэроконструкций.Он в полной мере использует преимущества мир велосипедов времени и триатлона, и пытается предложить совершенно новый путь в развитии шоссейных велосипедов, поэтому цель производителей состоит в том, чтобы достичь компромисса - или, скорее, правильного баланса - между комфортом, весом велосипеда и аэродинамические свойства, позволяющие ехать быстрее.

См. также

показать полный список

Кому подойдет аэродинамический велосипед?

Ответ в принципе прост - для всех, кому важна высокая средняя и крейсерская скорость. Исследования показывают, что только на пандусах с уклоном более 7% такой велосипед будет менее эффективен, чем более легкий классический шоссейный велосипед. В этот момент стоит задуматься, где вы катаетесь больше всего, и если таких подъемов немного, а преобладают равнинные, холмистые или пологие горные трассы, мы бы сразу порекомендовали аэровелосипеды.Они наименее эффективны в очень крутых горах и на поверхностях самого плохого качества. Многие аэровелосипеды на ранней стадии их развития были очень жесткими, нынешние намного удобнее. Вплоть до того, что на них сможет ездить даже асфальтированная классика. В конце концов, однако, они все же более комфортны - в плане гашения вибраций - велосипеды.

Необходимо выполнить еще одно условие. Поскольку в условиях скоростной езды важно иметь как можно меньшую лобовую площадь велосипеда и гонщика, у стримбайков обычно достаточно длинная позиция.Этот гоночный силуэт понравится более спортивным велосипедистам. Тем не менее, стоит помнить, что на аэродорожке мы не будем сидеть прямо, как туристы, хотя, конечно, отдельные велосипеды немного отличаются в этом отношении. Это в основном все. Если вы хотите быть быстрым, такая экипировка подходит для ваших маршрутов и вам нравится растянутая фигура – ​​выбор прост. Вы получаете отличное рулевое управление бесплатно - аэробайки очень стабильны, они предлагают много спокойствия и безопасности в управлении, хотя они и являются гонщиками, они сенсационны и чрезвычайно дружелюбны.

Хороший выбор не только для шоссейного велосипедиста, но и для триатлета

Аэродинамический велосипед

также может быть очень хорошим выбором для людей, которые думают о своем первом старте в триатлоне, но не хотят сразу покупать специальный велосипед, предназначенный только для старта на соревнованиях по триатлону. Аэродинамическая дорога будет хорошо работать как во время обычных дорожных тренировок, так и после небольшой настройки с одинаково эффективным велосипедом для тайм/триатлона.После установки лимонода и переворота подседельного штыря (в некоторых моделях есть такая возможность) он станет очень эффективной альтернативой типичному таймбайку.

Это конец классических тормозов?

Хотя оба варианта тормозов все еще доступны на рынке, очевидно, что дисковые тормоза постепенно вытесняют ободные. Не вдаваясь в аэродинамические детали, которые в минимальной степени (промилле разницы) отстают от классических замедлителей, надо сказать, что с точки зрения райдеров это хорошее направление.Дисковые тормоза лучше, и тенденция вытеснения с рынка ободных вариантов поддерживается самой отраслью — такие гиганты, как Trek, Cannondale и Specialized — все отказались от предложения аэродинамических машин с ободными тормозами. Да, диски дороже и немного тяжелее, но все, кто использует гидравлические диски, не хотят возвращаться к классическим челюстям. У нового стандарта есть еще одно преимущество "кстати": если потратить целое состояние на карбоновые конусы нашей мечты, то их комплект прослужит долгие годы - обод не подвержен износу.Для нас этот аргумент кажется более чем ценным!

Что предлагает рынок?

Велосипеды

Aero, как правило, дороже, чем классические гоночные велосипеды или велосипеды на выносливость. Мы представляем самые дешевые аэровелосипеды в статье: Самые дешевые аэровелосипеды на рынке. В нем вы найдете автоматы стоимостью от 10 000 злотых до 20 000 злотых. Natomaist в этой статье, на следующих страницах, мы представляем аэродинамические модели от 20 000 злотых и выше, по одной модели на 2021 год от каждого производителя.В нашей линейке аэродинамических велосипедов мы выбрали множество вариантов как ободных, так и дисковых тормозов. Мы провели обзор с помощью Каталога велосипедов.

(читать дальше) .

Новый учебный пост на W9 - для будущих пилотов

В лаборатории механики жидкости на механико-энергетическом факультете создана новая преподавательская должность. Благодаря ему студенты со специализацией в области аэрокосмической техники и в области авиации и космонавтики смогут выполнять расширенные измерения. Студенты, изучающие теплотехнику, также получат пользу.

С этого учебного года у студентов факультетов механики и машиностроения по специальности аэрокосмическая техника увеличено количество часов лабораторных занятий.Они тратят в два раза больше времени на измерения и эксперименты, проводимые в рамках курса «Аэродинамика» (пока дистанционная форма). Поэтому факультет механики и энергетики решил оборудовать свою лабораторию механики жидкости новой должностью. - Студенты будут выполнять упражнения для измерения основных величин, используемых в аэродинамике, а также в широко понимаемой области авиации, - объясняет д-р инж. Томаш Титце из Департамента инженерии по преобразованию энергии.

В отделении аэродинамики будущие инженеры с помощью стенда будут измерять силу сопротивления, распределение скорости в пограничном слое и распределение давления на аэродинамическом профиле, а также измерять уравнение Бернулли и уравнение неразрывности потока. Последнее упражнение также будут выполнять студенты факультета механики и машиностроения со специализацией теплотехника по предмету «Механика жидкости». Лабораторные занятия по «Аэродинамике» будут также проводиться для студентов факультетов авиации и космонавтики.

- Эти уравнения являются одними из основных уравнений, используемых в гидромеханике. Пост позволяет объяснить их простым способом. Он показывает корреляцию между величинами, фигурирующими в уравнениях, — говорит доктор Титце.

Станция состоит из основного блока, являющегося общей частью для всех лабораторных занятий, и четырех подключаемых к нему взаимозаменяемых модулей. Основная часть состоит из аэродинамической трубы, приточного вентилятора, многорычажного манометра и термометра.Подключение выбранного модуля к основному блоку изменяет функцию станции и позволяет провести одно из четырех лабораторных занятий. - Стенд настолько универсален, что в будущем к нему можно будет докупить дополнительные модули и таким образом увеличить количество лабораторных занятий, - добавляет ученый.

В Лаборатории гидромеханики студенты выполняют около дюжины лабораторных упражнений, каждое на отдельной рабочей станции. До сих пор все они выполнялись только на позициях, спроектированных и построенных сотрудниками Департамента (а ранее и завода) машиностроения.На этих стендах используются многие измерительные приборы, такие как жидкостные манометры, пьезометры, ротаметры, трубки Пито и другие.

Люси

.

аэродинамическая труба - Большой словарь польского языка PAN

• техн. лабораторный прибор в виде длинной и широкой трубы, создающий постоянный поток воздуха, используемый для изучения явлений, происходящих при взаимодействии этого воздуха с помещенными в него твердыми телами

• ЧЕЛОВЕК И ТЕХНИКА
  
  Оборудование и машины
  
  типы устройств и машин

• • исследования, упражнения, эксперименты, тесты, тренировки в аэродинамической трубе
  • для практики; проверить, испытать что-то в аэродинамической трубе

• 	- Когда мы проводили эксперименты с парусом из клешней краба в аэродинамической трубе, то от неожиданности прекратили исследования [...]. - Результаты были настолько идеальными, что мы подумали, что компьютер сломался. источник: NKJP: Против ветра, Dziennik Polski, 18 июня 1999 г.
  	Заключительный этап нашей работы заключается в тестировании автомобиля в аэродинамической трубе. Мы проверяем его коэффициент Cx и другие аспекты аэродинамики. источник: NKJP: поляк в Volvo, Dziennik Polski, 2000-07-17
  	Силуэт Царя Христа из Тарнова будет изготовлен из тонкого никель-кадмиевого листа.Разумеется, сначала он пройдет испытания в аэродинамической трубе Краковского политехнического университета. Внутри силуэта Христа будут установлены лифты, которые доставят туристов на высоту, где будет находиться изображение сердца Христа. источник: NKJP: Они собираются у памятника в 16 странах, Dziennik Polski, 11 июля 2002 г.
  	Мне кажется, улучшение было достигнуто благодаря упражнениям в аэродинамической трубе в Авиационном институте в Варшаве, где мы недавно тренировались три дня.Не только Адам, но и другие наши прыгуны стараются использовать опыт тоннеля на тренировках. источник: NKJP: AS: Малыш уже лучший, Dziennik Polski, 21 июня 2002 г.
  	[...] исключительно для нужд команды Формулы-1 построена современная аэродинамическая труба, что позволяет протестировать модель в масштабе 1:2. источник: NKJP: Анджей Пайонк: На пути к подиуму, пресса, 2002

• тип фразы: именная фраза

  м3, разные: туннель , аэродинамический

Дата последнего изменения: 07.03.2014

.

Полировальные машины - быстрые и надежные

Настройки файлов cookie

Здесь вы можете определить свои предпочтения в отношении использования нами файлов cookie.

Требуется для работы страницы

Эти файлы cookie необходимы для работы нашего веб-сайта, поэтому вы не можете их отключить.

Функциональный

Эти файлы позволяют использовать другие функции сайта (кроме необходимых для его работы).Включив их, вы получите доступ ко всем функциям веб-сайта.

Аналитический

Эти файлы позволяют нам анализировать наш интернет-магазин, что может способствовать его лучшему функционированию и адаптации к потребностям Пользователей.

Поставщики аналитического программного обеспечения

Эти файлы используются поставщиком программного обеспечения, под которым работает наш магазин.Они не объединяются с другими данными, введенными вами в магазине. Целью сбора этих файлов является выполнение анализа, который будет способствовать разработке программного обеспечения. Вы можете прочитать больше об этом в политике использования файлов cookie Shoper.

Маркетинг

Благодаря этим файлам мы можем проводить маркетинговые мероприятия.

.

---

Смотрите также

• 
  Как узнать номер полиса осаго по гос номеру
• 
  Робот или автомат в чем разница
• 
  Удаление царапин на автомобиле
• 
  Самый маленький объем двигателя
• 
  Где сделать медицинскую справку для водительского удостоверения
• 
  Фиат история марки
• 
  По какой траектории вам разрешено выполнить разворот ответ
• 
  Из чего состоит кузов автомобиля по частям
• 
  Проверка штрафов по свидетельству о регистрации тс
• 
  Охранная система автомобиля
• 
  Пластиковый бампер