Аэродинамическое сопротивление автомобиля

О плюсах и минусах аэродинамической схемы «летающее крыло»

Несмотря на свою известность даже в мире людей, далеких от авиации, аэродинамическая схема «летающее крыло» не получила пока широкого распространения в мировом самолетостроении. Принцип «летающего крыла» впервые получил воплощение в реактивном самолете, разработанном и испытанном в гитлеровской Германии в период Второй мировой войны. Конечно, самолет Horten Ho 229 мог остаться среди бесчисленных проектов, которыми изобилует история мировой авиации. Однако изобретение братьев Хортен оказалось настолько опережающим свое время, что сейчас, спустя почти 80 лет, и в США, и в России авиаконструкторы вернулись к схеме «летающего крыла». При этом у нее есть как многочисленные плюсы, так и свои минусы, а в экспертных сообществах до сих пор дискутируют на тему, что все же преобладает – позитивные или отрицательные характеристики схемы.

На самом деле, ограниченное распространение схемы «летающее крыло» имеет под собой определенные основания. Если бы идею братьев Хортен было бы так легко претворить в жизнь, уже все самолеты давно на сегодня имели бы именно такую аэродинамическую схему.

Но проблема в том, что реализация данного концепта на практике весьма сложна. Если нет вертикального киля, который мог бы поддерживать устойчивость летательного аппарата в воздухе, самолетом со схемой «летающее крыло» сложно управлять.

Недостатки схемы «летающее крыло»

Очевидная проблема с обеспечением устойчивости самолета – первый и самый главный минус схемы «летающее крыло», о котором говорят эксперты. Из нее следуют такие «подпроблемы» как рывки по курсу, препятствующие нормальному выполнению ряда операций во время полета, скольжение на крыло при полете с креном (если отсутствует вертикальное оперение самолета). Второй существенный недостаток заключается в невысокой маневренности, прямо проистекающей из проблем с управлением самолетом. И.Конюхов подчеркивает, что проблемы с управляемостью самолетом обусловлены малыми плечами действия управляющих поверхностей – рулей высоты, направления, элевонов. Летательным аппаратам, созданным по схеме «летающее крыло», необходимы большие по площади управляющие поверхности, чем другим самолетам.

Еще один недостаток связан с существенными потерями подъемной силы из-за малого плеча рулей. Кроме того, как отмечает И.Конюхов, большая относительная толщина профиля крыла у самолетов, построенных по схеме «летающее крыло», влечет за собой повышенное волновое сопротивление на сверхзвуковых скоростях.

Наконец, нельзя не отметить и техническую сложность установки всех компонентов самолета, размещения кабины летчика.

Эксперты о преимуществах «летающего крыла» перед обычной схемой

Преимущества схемы «летающее крыло» также очевидны. В первую очередь, схема «летающее крыло» обеспечивает возможность увеличения скорости полета, меньшее лобовое сопротивление, большую незаметность для радаров противника. Можно отметить, что главным преимуществом самолетов и летательных аппаратов, созданных по данной аэродинамической схеме, является малая величина безындуктивного сопротивления. Дж.Нортроп, в свою очередь, подчеркивал, что у самолета типа «летающее крыло» коэффициент минимального аэродинамического сопротивления в 2 раза меньше, чем у обычного самолета. Следовательно, самолету схемы «летающее крыло» потребуется для поддержания одинаковой скорости менее мощный (на 33%) двигатель, а это – экономия топлива и средств.

Кроме того, эксперты выделяют и такие преимущества самолетов типа ЛК как повышенная весовая отдача в силу более равномерного распределения массы по объему самолета, меньшего количества стыковых узлов, способность к увеличению взлетной массы.

Если говорить о малой заметности самолетов ЛК для радиолокационной аппаратуры противника, то здесь стоит отметить факт более серьезных возможностей для экранирования «блестящих точек» самолета от средств радиолокации противника. Незаметность самолетов, построенных по данной схеме, выше, чем у обычных самолетов.

Многочисленные плюсы схемы «летающее крыло» в условиях дальнейшего развития авиационных технологий и материалов способны перекрыть имеющиеся минусы. Именно поэтому последние разработки в сфере военного авиастроения ориентированы, в том числе, и на использование данной схемы.

Стоит отметить, что сегодня появилась информация об утверждении окончательного облика российского перспективного дальнего ракетоносца. Речь о проекте ПАК ДА. Так вот, самолёт этот будет реализован именно по схеме летающего крыла. Причём отмечено, что он будет дозвуковым, что вызвало немало вопросов у экспертов, обсуждающих данную тему.

Зачем это нужно

Обтекаемость позволяет воздуху быстрее проходить вдоль кузова без ненужных вихрей. Когда движение машины затрудняется увеличенным сопротивлением воздуха, мотор будет расходовать топливо в большем количестве, как будто машина перевозит дополнительный груз. Это повлияет не только на экономичность авто, но и на то, сколько вредных веществ будет выбрасываться через выхлопную трубу в окружающую среду.

Создавая автомобили с улучшенной аэродинамикой, инженеры ведущих автопроизводителей рассчитывают такие показатели:

• Какое количество воздуха должно попасть в подкапотное пространство, чтобы мотор получал должное естественное охлаждение;
• В каких частях кузова будет производиться забор свежего воздуха для салона машины, а также куда он будет отводиться;
• Что можно сделать, чтобы воздух создавал меньше шума в салоне авто;
• Подъемная сила должна распределяться на каждую ось в соответствии с особенностями формы кузова транспорта.

Все эти факторы учитываются при разработке новых моделей машин. Причем если раньше кузовные элементы могли меняться кардинально, то на сегодняшний день учеными уже разработаны самые идеальные формы, которые обеспечивают пониженный коэффициент лобовой подъемной силы. По этой причине многие модели последнего поколения внешне могут отличаться лишь незначительными изменениями в форме диффузоров или антикрыла по сравнению с предыдущей генерацией.

Помимо устойчивости на дороге аэродинамика может содействовать меньшей загрязняемости некоторых деталей кузова. Так, при столкновении с лобовым порывом ветра вертикально расположенные фары, бампер и ветровое стекло быстрее загрязнятся от разбившихся мелких насекомых.

Чтобы снизить отрицательный эффект, который создает подъемная сила, автопроизводители стремятся снижать клиренс до максимально допустимого значения. Однако лобовой эффект это не единственная отрицательная сила, которая влияет на устойчивость машины. Инженеры всегда «балансируют» между фронтальной и боковой обтекаемостью. Достичь идеального параметра в каждой зоне невозможно, поэтому при изготовлении нового типа кузова специалисты всегда идут на определенный компромисс.

Тупые и обтекаемые формы тела

Концепция

Сила между жидкостью и телом при относительном движении может передаваться только за счет нормального давления и касательных напряжений трения. Таким образом, для всего тела сила сопротивления, соответствующая приближающемуся движению жидкости, состоит из сопротивления трения (вязкое сопротивление) и сопротивления давления (сопротивление формы). Полное сопротивление и силы сопротивления компонента могут быть связаны следующим образом:

cdзнак равно2Fdρv2Азнак равноcп+cжзнак равно1ρv2А∫SdА(п-по)(п^⋅я^)⏟cп+1ρv2А∫SdА(т^⋅я^)Тш⏟cж{\ displaystyle {\ begin {align} c _ {\ mathrm {d}} & = {\ dfrac {2F _ {\ mathrm {d}}} {\ rho v ^ {2} A}} \\ & = c _ {\ mathrm {p}} + c _ {\ mathrm {f}} \\ & = \ underbrace {{\ dfrac {1} {\ rho v ^ {2} A}} \ displaystyle \ int \ limits _ {S} \ mathrm {d} A (p-p_ {o}) \ left ({\ hat {\ mathbf {n}}} \ cdot {\ hat {\ mathbf {i}}} \ right)} _ {c _ {\ mathrm { p}}} + \ underbrace {{\ dfrac {1} {\ rho v ^ {2} A}} \ displaystyle \ int \ limits _ {S} \ mathrm {d} A \ left ({\ hat {\ mathbf {t}}} \ cdot {\ hat {\ mathbf {i}}} \ right) T _ {\ rm {w}}} _ {c _ {\ mathrm {f}}} \ end {align}}}

куда:

cп{\ displaystyle c _ {\ mathrm {p}}}- коэффициент сопротивления давлению ,

cж{\ displaystyle c _ {\ mathrm {f}}}- коэффициент сопротивления трения ,

т^{\ displaystyle {\ hat {\ mathbf {t}}}} = Тангенциальное направление к поверхности площадью dA,

п^{\ Displaystyle {\ шляпа {\ mathbf {п}}}} = Нормальное направление к поверхности с площадью dA,

Тш{\ Displaystyle Т _ {\ mathrm {w}}}- напряжение сдвига, действующее на поверхность dA,

по{\ displaystyle p _ {\ mathrm {o}}} — давление вдали от поверхности dA,

п{\ displaystyle p} — давление на поверхности dA,

я^{\ displaystyle {\ hat {\ mathbf {i}}}} — единичный вектор в направлении набегающего потока

Следовательно, когда в сопротивлении преобладает фрикционная составляющая, тело называется обтекаемым телом ; тогда как в случае преобладающего сопротивления давлением тело называется тупым или обтекаемым телом . Таким образом, форма корпуса и угол атаки определяют тип сопротивления. Например, аэродинамический профиль рассматривается как тело с небольшим углом атаки текучей среды, протекающей через него. Это означает, что к нему прикреплены пограничные слои , которые создают гораздо меньшее сопротивление давлению.

Компромиссное соотношение между сопротивлением при нулевой подъемной силе и сопротивлением, вызванным подъемной силой

Бодрствование производится очень мало и сопротивление преобладают компоненты трения. Поэтому такое тело (здесь аэродинамический профиль) описывается как обтекаемое, тогда как для тел с потоком жидкости под большими углами атаки имеет место отрыв пограничного слоя. В основном это происходит из-за неблагоприятных градиентов давления в верхней и задней частях аэродинамического профиля .

Из-за этого происходит образование следа, что, следовательно, приводит к образованию завихрений и потере давления из-за сопротивления давления. В таких ситуациях аэродинамический профиль останавливается и имеет более высокое сопротивление давлению, чем сопротивление трения. В этом случае тело описывается как тупое тело.

Обтекаемое тело похоже на рыбу ( тунец ), оропесу и т. Д. Или на аэродинамический профиль с малым углом атаки, тогда как тупое тело похоже на кирпич, цилиндр или аэродинамический профиль с большим углом атаки. При заданной площади фронта и скорости обтекаемое тело будет иметь меньшее сопротивление, чем тупое тело. Цилиндры и сферы считаются затупленными телами, потому что в сопротивлении преобладает составляющая давления в области следа при высоком числе Рейнольдса .

Чтобы уменьшить это сопротивление, можно уменьшить отрыв потока или уменьшить площадь поверхности, контактирующей с жидкостью (для уменьшения сопротивления трения). Это снижение необходимо в таких устройствах, как автомобили, велосипеды и т. Д., Чтобы избежать вибрации и шума.

Практический пример

Аэродинамический дизайн автомобилей развивался с 1920 — х до конца 20 — го века. Это изменение конструкции от тупого корпуса к более обтекаемому уменьшило коэффициент лобового сопротивления с 0,95 до 0,30.

Основные понятия аэродинамики

Чтобы легче разобраться в аэродинамике, определимся с терминами, принятыми в этой науке.

Сила аэродинамического сопротивления (Рх) — сила, с которой поток воздуха «давит» на движущийся автомобиль. Всегда действует в сторону, противоположную движению. Чем больше, тем ниже максимальная скорость и динамика автомобиля при прочих равных условиях.

Коэффициент аэродинамического сопротивления (Сх). Безразмерная величина, обычно меньше единицы. Определяется экспериментальным путем в аэродинамической трубе или с помочью расчетов. Физический смысл — отношение аэродинамической силы к скоростному напору и характерной площади. У современных автомобилей значение Сх в районе 0,30. Внедорожники имеют чуть больший коэффициент Сх из-за большей площади кузова.

Подробнее про коэффициент Сх в данной статье.

Подъемная сила (Рz) — направлена перпендикулярно к скорости автомобиля. При обтекании автомобиля частицы потока, обтекающие днище, проходят меньший путь, чем частицы, обтекающие капот, крышу и крышку багажника, то есть более выпуклую поверхность. А 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.

Преимущества кованых дисков перед литыми. Что выбрать?

Коэффициент подъемной силы (Су). Тоже безразмерный, определяется аналогично Сх. Зависит от форм автомобиля, его ориентации в пространстве, чисел Рейнольдса и Маха.

Мидель (от middel — средняя) – наибольшая площадь сечения автомобиля, перпендикулярная направлению движения.

Опрокидывающий момент (Му) — определяет перераспределение нагрузок между передними и задними осями автомобиля. Возникает из-за того, что Рх всегда действует под углом к продольной оси автомобиля. По Му можно судить о возможном изменении управляемости на высоких скоростях, а нулевое значение говорит о том, что независимо от скорости автомобиля тот будет управляться одинаково, а заложенный производителем баланс нагрузок на колеса не нарушится.

Момент крена (Мх) и разворачивающий момент (Мz) – характеризуют способность автомобиля противостоять порывам бокового ветра. Чем меньше абсолютные значения, тем меньше водитель чувствует влияние капризов природы.

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.

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.

Компоновка – среднемоторная, привод – задний

Особенность таких автомобилей – центр тяжести, который находится где-то в центральной части автомобиля.

Передок машины намного легче, что может привести к неконтролируемому заносу задней части авто или перевороту последнего.

Но столь негативные явления можно сбалансировать, если установить подходящие аэродинамические детали на передке машины (о них мы уже упоминали выше).

ПОПУЛЯРНОЕ У ЧИТАТЕЛЕЙ: Подробно про фильтры нулевого сопротивления

Не стоит забывать о задней части автомобиля, где диффузоры, спойлеры и антикрылья также могут пригодиться. С их помощью создается прижимная сила на заднюю ось.

Снова-таки, рассмотрим два основных типа авто.

Аэродинамика автомобиля

Аэродинамика описывает поведение кузовов в сжимаемых средах (воздух). В производстве автомобилей аэродинамика учитывает все воз­душные потоки, проходящие над, вокруг и сквозь автомобиль — их можно подразделить на влияю­щие и не влияющие на динамику и расход топлива, комфорт (в т.ч. аэроакустику), охлаждение, ди­намику / курсовую устойчивость и безопасность (см. также раздел «Конструкция кузова», рис. «Влияние аэродинамики на рабочие характеристики автомобиля»).

Силы и моменты, создаваемые воздушным потоком

В плане динамики, выхлопа и расхода топлива определяющими факторами являются коэф­фициент аэродинамического сопротивления c_d и площадь поперечного сечения автомобиля А. Уравнение для коэффициента аэродинамиче­ского сопротивления F_L:

F_L = c_d (p/2) v2A,

где:

c_d — коэффициент аэродинамического со­противления,

р — плотность воздуха,

v — ско­рость движения,

А — площадь поперечного сечения автомобиля.

То же самое уравнение аналогично применя­ется и к другим кузовам с подъемной F_a (часто подразделяемой нa F_aV для передних колес и F_aH для задних),при силе бокового ветра F_s.

Что касается динамики v курсовой устой­чивости автомобиля интересующими воздей­ствиями являются момент вращения вокруг поперечной оси (момент продольной качки, М_N), вертикальной оси M_G и продольной оси (момент полезной качки М_R). Опорной точкой для этих моментов служит центр авто­мобиля, в средней точке колесной базы и на уровне земли. Момент вращния вокруг вер­тикальной оси M_G и другие элементы определя­ются аналогично) можно описать следующим выражением:

M_G = c_N (p/2) v2A l

где:

c_N — коэффициент момента вращения вокруг вертикальной оси,

р — плотность воз­духа, v — скорость движения,

А — площадь поперечного сечения автомобиля,

l — колесная база.

В идеале проработкаа аэродинамики автомо­биля проводится одновременно с созданием дизайн-моделей для аэродинамического вли­яния на форму автомобиля и обвес. Общие выводы по поводу эффективности обвеса вряд ли возможны, поскольку они зависят от исходной точки, представляемой базовым автомобилем; тем не менее, можно привести некоторые типичные примеры. В таблице «Факторы, влияющие на коэффициент аэродинамического сопротивления» описаны различные конструктивные фак­торы, влияющие на аэродинамику.

Важность аэродинамики в настоящее время возрастает из-за ее влияния на вы­бросы СО2. Современные разработки обе­щают значительное снижение коэффици­ента аэродинамического сопротивления cd

В таблице «Коэффициент аэродинамического сопротивления и фронтальные площади современных автомобилей» приведено несколько примеров коэффициента аэродинамического сопро­тивления (cd) у современных автомобилей нескольких категорий.

Эффект изменения коэффициента аэро­динамического сопротивления и массы ав­томобиля продемонстрирован на примере автомобиля среднего класса (Mercedes-Benz С220 CDI) в табл. «Влияние изменения коэффициента аэродинамического сопротивления и массы автомобиля на динамику и расход топлива на примере автомобиля среднего класса». Хорошо виден экспонен­циальный рост влияния аэродинамического сопротивления с повышением скорости. Также очевидно, что изменения аэродина­мического сопротивления имеют лишь мини­мальный эффект на результаты NEDC (New European Driving Cycle, Новый Европейский ездовой цикл) из-за низкой средней скоро­сти в 33,4 км/ч во время испытаний. Тем не менее, изменение c_d на -0,001 дает примерно такое же уменьшение расхода топлива, как и снижение массы на 2-3 кг (даже в условиях NEDC), а при постоянной скорости 210 км/ч, это изменение эквивалентно примерно 40 кг.

Уменьшаем аэродинамическое сопротивление

Мы показали, что такое аэродинамическое сопротивление, от чего он зависит, но не указали, как можно самому влиять на эту характеристику в лучшую или худшую сторону.

Помимо дверных ручек, противотуманных фар, радиоантенны и боковых зеркал есть следующие элементы автомобиля, влияющие на аэродинамику:

• открытые окна ухудшают характеристики на 5%
• доп. установленные грязезащитные фартуки колес на 3%
• багажник на крыше на 10-12%
• шины с широким профилем на 3%
• открытый люк на крыше на 5%
• выпирающие колпаки колес также ухудшают аэродинамику.

От грамотно сбалансированной аэродинамики зависят не только скорость и разгон, но и устойчивость автомобиля, плавность движения.

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.

ALFA 40-60 HP Aerodinamica Castagna

Первым в истории шоу-каром и первой попыткой применить принципы аэродинамики к автомобилям был аэродинамический автомобиль ALFA, выпущенный в 1914 году (в те годы марка еще не называлась Alfa Romeo).

Автомобиль был создан итальянской компанией Carrozzeria Castagna для графа Марио Рикотти. Кузов машины был выполнен в виде капли и опирался на классическую раму.

Благодаря алюминиевому кузову и отсутствию капота максимальная скорость этого концепта составляла 120 км/ч. Когда машина пошла в серийный выпуск, скорость уже составляла 139 км/ч. К сожалению, точное значение аэродинамического сопротивления воздуха этого автомобиля неизвестно.

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.

Как меняют аэродинамику автомобиля?

Задача специалистов по аэродинамике состоит в уменьшении паразитных сил и моментов (Рх, Рz, Му, Мх и Мz). Добиться можно с помощью дополнительных аэродинамических элементов, что ведет к увеличению площади миделя и как следствие – к увеличению силы лобового сопротивления. Тупик? Нет, оказывается, грамотно сконструированные и тщательно продутые в аэродинамической трубе элементы позволяют уменьшить Сх! Что это за устройства? Обычно при слове обвес речь идет о бамперах, порогах, спойлерах и антикрыльях.

Антикрыло. Создано для борьбы с подъемной силой. Первостепенная задача – создать прижимную силу, чтобы колеса не теряли контакт с дорогой ни при каких условиях. Взгляните на болиды Ф1. Вот где антикрылья – усилия работы специалистов по аэродинамике! Но перебарщивать с размерами нельзя – резко растет аэродинамическое сопротивление, а значит – падает скорость, увеличивается расход топлива. Практически на всех спортивных автомобилях рабочая часть крыла выполнена регулируемой для возможности изменения угла атаки и возможности настройки.

Основы аэродинамики автомобиля. Что влияет на аэродинамику авто?

Спойлер (от spoil — портить). Аэродинамический элемент с одной рабочей поверхностью для изменения направления движения воздушного потока. Основная задача «правильного» спойлера – организация безотрывного и «плавного» обтекания воздушным потоком всей поверхности автомобиля, что повышает устойчивости при движении с высокими скоростями. Спойлер может бороться с подъемной силой, отсюда его сложные формы. Но эта деталь всегда примыкает к кузову автомобиля. По большому счету, бамперы и пороги это тоже большие спойлеры.

Спойлер и антикрыло – основные, но не единственные элементы, улучшающие аэродинамику. Если заглянуть под днище современного авто, то увидим большое количество специальных щитков. Их задача – уменьшить сопротивление, исключить завихрения и направление потока в нужном направлении. Иногда проработка днища дает потрясающие результаты.

Диффузор. Дальше всех пошли спортсмены – они решили 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. Плодами этого открытия норовит воспользоваться каждый автопроизводитель: диффузоры, обеспечивающие ускорение потока, появляются в задней части гражданских машин.

Проблема, что для максимально эффективной реализации т.н. «граунд-эффекта» нужны по возможности плоское днище и минимальный дорожный просвет. Если строители спортивных машин могут это позволить, то, к примеру, на Evolution диффузор служит скорее украшением, чем полноценным аэродинамическим элементом.

Парктроник – главный помощник автовладельца. Устройство и монтаж

Что такое сопротивление качению шины?

Давайте разберемся, что такое сопротивление качению шин. Когда вы нажимаете на педаль газа в вашем автомобиле, вы начинаете ускоряться. Но если посмотреть более детально на сам процесс ускорения автомобиля, то можно увидеть, что нажимая на педаль газа вы передаете энергию от сгорания топлива в моторе, или электрическую энергию (все зависит от того, какой тип двигателя вы используете) через другие системы прямиком на шины вашего автомобиля. Это приводит к тому, что ваши покрышки начинают оборачиваться и набирать достаточный импульс, чтобы ваш автомобиль начал двигаться. Но для того, чтобы колесо начало двигаться, ваши покрышки должны преодолеть очень много факторов, которые препятствуют началу движения. И одним из этих факторов является сопротивление качению шины.

Если говорить техническим языком, то сопротивление качению шины – это минимальная энергия, которую ваше транспортное средство должно передать на колеса, чтобы поддерживать постоянную скорость на ровном дорожном полотне. Другими словами, это усилие, которое нужно для того, чтобы колесо постоянно двигалось.

Главным источником сопротивлению качения является процесс, который называется гистерезис. С технической точки зрения, гистерезис – это, по сути, потеря энергии, которая возникает при прохождении шины по поверхности дорожного полотна. Из-за того, что двигатель автомобиля должен постоянно компенсировать гистерезис, он должен вырабатывать дополнительную энергию, что приводит к увеличению расхода топлива.

Похожие записи:

Технические характеристики и преимущества нивы шевроле Lada finance Значение дорожного знака «кирпич» Куда отправлять фото с нарушением пдд Самостоятельно устраняем шум вентилятора отопителя лада веста и икс рей После замены гидрокомпенсаторов все равно стук