2 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Практическая аэродинамика

Практическая аэродинамика

Снижение расхода топлива, пожалуй, наиболее актуальная проблема в современном автомобилестроении. Расход этот зависит прежде всего от объективного фактора — различных сил сопротивления движению, на преодоление которых затрачивается энергия сгорания топлива. Уменьшение их — один из путей его экономии. Наша статья посвящена резервам, заключенным в улучшении аэродинамических свойств автомобиля.

В общем сопротивлении движению автомобиля аэродинамические силы могут составлять существенную часть. Если при езде по городскому циклу (средняя скорость 40—50 км/ч) они достигают 8%, при движении в пригородной зоне (средняя скорость 80—90 км/ч) — 29%, то на автострадах — 53%. Отметим, что чем выше скорость, тем быстрее растут потери «на ветер»: уже при 60 км/ч они отнимают больше энергии, чем любая другая составляющая. Дело в том, что мощность, расходуемая на преодоление аэродинамического сопротивления, пропорциональна кубу скорости; значит, если скорость удваивается, то мощность должна увеличиться в восемь раз.

Чтобы уяснить, как возникает и воздействует на автомобиль сопротивление воздуха, рассмотрим, из чего оно складывается. Взаимодействие воздуха и автомобиля можно представить как сумму сопротивлений: профильного, индуктивного, внутреннего, а также сопротивлений трения и выступов. Наибольший «вклад» (около 58%) приходится на профильное. Оно обусловлено самой формой кузова. Воздух, обтекающий автомобиль, как бы сжимается впереди него, создавая значительное положительное давление. Поток, идущий по верхней части кузова, неоднократно отрывается от его поверхности, что создает в этих местах области пониженного давления. В задней же части поток окончательно отрывается от кузова. Там образуется мощный вихревой след и область больших отрицательных давлений. Положительное давление впереди автомобиля и отрицательное сзади препятствуют движению, создавая сопротивление давлений, или профильное сопротивление воздуха.

Индуктивное сопротивление (8% в общем балансе) вызывается разностью давлений на верхнюю и нижнюю части кузова. В результате их взаимодействия возникает сила, отжимающая автомобиль от земли, — подъемная. Хотя она и сокращает сопротивление качению, ее влияние на ходовые качества машины в целом отрицательно — это уменьшение силы сцепления колес с дорогой, которое влечет за собой ухудшение управляемости.

Сопротивление выступов (13% всех потерь). Очевидно, что свой вклад в полное аэродинамическое сопротивление вносит любая выступающая деталь автомобиля (зеркало, антенна, ручки дверей и т. д.). Так, багажник на крыше при скорости 60 км/ч увеличивает его на 10—12%, из-за чего на 2—3% растет расход топлива. Специалисты ряда фирм считают, что только изменение подобных деталей может улучшить топливную экономичность на 3—4%.

Зависимость расхода топлива (л/100 км) от скорости (км/ч) при разных коэффициентах лобового сопротивления для легкового автомобиля снаряженной массой 1000 кг и мощностью 75 л.с./55 кВт.

Сопротивление трения (11% всех потерь) обусловлено «прилипанием» к поверхности кузова слоев воздуха, вследствие чего поток вблизи нее теряет скорость. Потери энергии на поверхностное трение зависят главным образом от качества отделки кузова. Во всяком случае, эксперименты показали, что если у нового полированного автомобиля оно составляет около 8% общего сопротивления воздуха, то у плохо покрашенного, с грубой поверхностью возрастает в 2—2,5 раза. В частности, поверхностное трение заметно увеличивается в случае, когда крыша обтянута модным гранулированным виниловым кожзаменителем.

Внутреннее сопротивление (10% всех потерь) возникает при прохождении воздуха через системы охлаждения и вентиляции. Природа этих потерь такова, что возможность снизить их в настоящее время весьма проблематична.

Количественной характеристикой суммарного аэродинамического сопротивления служит так называемый коэффициент лобового сопротивления — Сх, который, как правило, определяют экспериментальным путем. Для этого автомобиль или его уменьшенный макет устанавливают в аэродинамическую трубу и моделируют его обтекание воздушным потоком. Меньшую точность дают некоторые методы дорожных испытаний.

Коэффициент лобового сопротивления у легковых автомобилей, выпущенных разными фирмами в 70-х и 80-х годах, колеблется (см. таблицу) от 0,30 до 0,60. В среднем он составляет в настоящее время 0,43. Для сравнения: среднее значение Сх у машин выпуска 1938 года — 0,58. Наименьшим коэффициентом отличаются автомобили, предназначенные для установления рекордов скорости — 0,2 («Звезда—6», СССР) и 0,15 («Фольксваген-АРФВ», ФРГ).

Формирование вихрей при обтекании воздухом передней части кузова.

Вернемся к вопросу о затратах мощности и топлива на преодоление сопротивления воздуха. Приведенный на вкладке график показывает, как влияет на них изменение коэффициента лобового сопротивления при разных скоростях. В современных моделях явно заметна тенденция к его снижению, достигаемому конструктивными мерами (см. вкладку). Согласно проведенным за рубежом расчетам, при уменьшении Сх лишь на 0,01 экономия топлива в пересчете на весь парк легковых автомобилей Англии (около 10 миллионов) составит почти 70 миллионов литров в год (рабочий объем двигателя принят равным 1200 см3, а средний годовой пробег каждой машины — 16 тысяч километров). Теперь, когда мы представляем, что значит Сх для экономии топлива, небезынтересными окажутся и такие данные: дополнительные фары перед облицовкой радиатора увеличивают его на 0,04, грязезащитные фартуки у всех колес — на 0,03, выдвинутая антенна — на 0,02, наружное зеркало заднего вида — на 0,01, неубранные стеклоочистители — на 0,007. Все это дополнительное оборудование плюс багажник на крыше могут поднять суммарную величину Сх, скажем, для ВАЗ—2105 с 0,43 до 0,58, и это означает расход лишних 1—1,5 л бензина на 100 километров. Цифра достаточно убедительная для того, чтобы учитывать аэродинамические характеристики автомобиля как в эксплуатации, так и, прежде всего, на стадии проектирования. Не случайно внимание к исследованиям в этой области за последнее время значительно возросло.

Аэродинамические исследования ведут не только с целью снизить расход топлива. Они помогают добиваться прогресса в области активной безопасности автомобиля, положительно влиять и на такие составляющие комфортабельности, как эффективность вентиляции, шум в салоне, загрязнение стекол и фонарей.

Схема образования вихрей в задней части кузова.

Результаты перспективных разработок говорят о больших резервах, скрытых в улучшении аэродинамики автомобиля. Так, известные итальянские кузовные фирмы «Пининфарина» и «Итал Дизайн» создали несколько экспериментальных моделей, имеющих Сх 0,23—0,26. Правда, из-за технологических сложностей и, соответственно, высокой стоимости производства такие машины пока не выпускаются серийно.

Важную роль в улучшении аэродинамических качеств играют различные обтекатели, дефлекторы («За рулем», 1982, № 8), спойлеры, антикрылья, юбки («За рулем», 1981, № 4). Наиболее широко на легковых автомобилях в последнее время применяется передний спойлер (см. вкладку).

Это профилированный щиток — чаще всего продолжение передней панели кузова вниз, под бампер, или элемент самого бампера. Он служит для уменьшения нежелательной разгрузки колес, вызываемой повышенным давлением, которое образуется в зоне между днищем автомобиля и полотном дороги при движении. На скорости около 100 км/ч отрицательная (направленная вверх) нагрузка на передние колеса может превысить 100 кгс. В результате ухудшаются характеристики прямолинейного движения («держание» дороги), а также снижается боковая устойчивость при поворотах с большими скоростями.

Кроме того, протекание воздуха под автомобилем сопровождается значительным ростом сопротивления выступающих деталей подвески, системы выпуска и других — до 20% общего профильного сопротивления. Очевидно, идеальным было бы ровное или закрытое щитом днище, но практически достичь этого невозможно, хотя частично подобные нежелательные эффекты можно устранить установкой переднего спойлера. Изменяя направление потоков, обтекающих нижнюю часть машины, он создает под кузовом разрежение. Минимум же полного сопротивления достигается тогда, когда допустимая максимальная высота спойлера обеспечивает уменьшение аэродинамического сопротивления расположенных снизу деталей настолько, насколько увеличится сопротивление кузова. Испытания показали, однако, что установка спойлера может ухудшить охлаждение двигателя, системы выпуска, агрегатов трансмиссии. Вот почему его подбор — сложная задача, решаемая на основе многочисленных экспериментов для каждой конкретной модели автомобиля. Хорошо подобранный спойлер может снизить Сх на 6—7%.

Задний спойлер и обтекатель перед задним колесом. Помогают упорядочить потоки воздуха на автомобиле «Форд-эскорт-XR3».

Конструкторы ищут возможности использовать аэродинамические устройства на серийных машинах. Так, на особо скоростных моделях («Порше», «Альфа-ромео» и др.) ставят антикрылья. На чем основан их эффект? Если крыло самолета создает подъемную силу, то, перевернув его (отсюда и приставка «анти»), получим силу прижимающую, которой обычно так недостает автомобилю. Вплоть до 80-х годов антикрыло было принадлежностью лишь гоночных машин, где создает вертикальное усилие до 3000 кгс. Теперь его устанавливают и на серийных моделях. Помимо увеличения прижимающей силы антикрыло на крышке багажника так организует поток воздуха за автомобилем, что снижает лобовое сопротивление примерно на 6%.

Наряду с поисками наивыгоднеишего (в отношении снижения аэродинамических потерь) сочетания элементов кузова конструкторы уделяют серьезное внимание снижению потерь вокруг отдельных выступающих деталей.

Выдвижные фары («Порше-928», «Мазда-РИкс-7», «Матра-багира»), убирающиеся в «пазуху» между задней кромкой капота и лобовым стеклом «дворники» (ГАЗ—14, «Мерседес-Бенц-С», «Ровер-3500», «Додж-магнум-78»), отказ от выступающих дверных ручек («Рено-5», «ФИАТ-панда», «Рено-фуэго») помогают сгладить обводы кузова. Немалое значение для снижения общего аэродинамического сопротивления имеет замена выступающих водосточных желобов над дверными проемами водосгонными ребрами на крыше, как сделано у «Рено-18», «Мицубиси-кольт», «Хонде-аккорд».

В заключение можно сказать, что внешний облик автомобиля претерпел в последнее время серьезные изменения, обусловленные прежде всего стремлением полнее учесть особенности обтекания его воздухом. Улучшение аэродинамики автомобиля способствует повышению динамических качеств и при минимуме конструктивных изменений дает заметную экономию топлива. А потому можно с уверенностью предсказать прогресс в области аэродинамики. По прогнозам, к 1990 году аэродинамическое сопротивление автомобиля снизится в среднем на 10%, что даст уменьшение расхода бензина на 3,5%, а дизельного топлива — на 4,5%. В перспективе считают возможным сократить таким путем расход топлива на 15%.

Литература
Михайловский Е. Аэродинамика автомобиля. М., Машиностроение, 1973.
Павловский Я. Автомобильные кузова. М., Машиностроение, 1977.
«За рулем», 1978, № 1, № 7; 1981, № 4, № 8.
«Автомобильная промышленность», 1979, № 11.

Коэффициент лобового сопротивления Сх

Коэффициент сопротивления воздуха автомобилей таблица

Коэффициент аэродинамического сопротивления

Коэффициент аэродинамического сопротивления (Cw) — безразмерная величина, отражающая отношение силы сопротивления воздуха движению автомобиля к силе сопротивления движению цилиндра:
Cw = Fauto / Fcylinder,
при условии, что наибольшее поперечное сечение автомобиля равно поперечному сечению цилиндра[источник не указан 1186 дней].
Другими словами, сила сопротивления воздуха, действующая на корпус автомобиля, равна силе, действующей на цилиндр с понижающим коэффициентом Cw:
Fauto = Cx * Fcylinder,
где Cw — безразмерный коэффициент, обычно меньший единицы (от С — coefficient, w — продольная ось цилиндра и автомобиля).
Cw не имеет единицы измерения и действует для всех геометрически подобных тел, вне зависимости от их конкретных размеров.
Чем меньше Cw, тем лучше проработана аэродинамика автомобиля. Для современных автомобилей Cw 6 лет Метки: просто так

Снижение расхода топлива, пожалуй, наиболее актуальная проблема в современном автомобилестроении. Расход этот зависит прежде всего от объективного фактора — различных сил сопротивления движению, на преодоление которых затрачивается энергия сгорания топлива. Уменьшение их — один из путей его экономии. Наша статья посвящена резервам, заключенным в улучшении аэродинамических свойств автомобиля.

В общем сопротивлении движению автомобиля аэродинамические силы могут составлять существенную часть. Если при езде по городскому циклу (средняя скорость 40—50 км/ч) они достигают 8%, при движении в пригородной зоне (средняя скорость 80—90 км/ч) — 29%, то на автострадах — 53%. Отметим, что чем выше скорость, тем быстрее растут потери «на ветер»: уже при 60 км/ч они отнимают больше энергии, чем любая другая составляющая. Дело в том, что мощность, расходуемая на преодоление аэродинамического сопротивления, пропорциональна кубу скорости; значит, если скорость удваивается, то мощность должна увеличиться в восемь раз.

Чтобы уяснить, как возникает и воздействует на автомобиль сопротивление воздуха, рассмотрим, из чего оно складывается. Взаимодействие воздуха и автомобиля можно представить как сумму сопротивлений: профильного, индуктивного, внутреннего, а также сопротивлений трения и выступов. Наибольший «вклад» (около 58%) приходится на профильное. Оно обусловлено самой формой кузова. Воздух, обтекающий автомобиль, как бы сжимается впереди него, создавая значительное положительное давление. Поток, идущий по верхней части кузова, неоднократно отрывается от его поверхности, что создает в этих местах области пониженного давления. В задней же части поток окончательно отрывается от кузова. Там образуется мощный вихревой след и область больших отрицательных давлений. Положительное давление впереди автомобиля и отрицательное сзади препятствуют движению, создавая сопротивление давлений, или профильное сопротивление воздуха.

Индуктивное сопротивление (8% в общем балансе) вызывается разностью давлений на верхнюю и нижнюю части кузова. В результате их взаимодействия возникает сила, отжимающая автомобиль от земли, — подъемная. Хотя она и сокращает сопротивление качению, ее влияние на ходовые качества машины в целом отрицательно — это уменьшение силы сцепления колес с дорогой, которое влечет за собой ухудшение управляемости.

Сопротивление выступов (13% всех потерь). Очевидно, что свой вклад в полное аэродинамическое сопротивление вносит любая выступающая деталь автомобиля (зеркало, антенна, ручки дверей и т. д.). Так, багажник на крыше при скорости 60 км/ч увеличивает его на 10—12%, из-за чего на 2—3% растет расход топлива. Специалисты ряда фирм считают, что только изменение подобных деталей может улучшить топливную экономичность на 3—4%.

Зависимость расхода топлива (л/100 км) от скорости (км/ч) при разных коэффициентах лобового сопротивления для легкового автомобиля снаряженной массой 1000 кг и мощностью 75 л.с./55 кВт.

Сопротивление трения (11% всех потерь) обусловлено «прилипанием» к поверхности кузова слоев воздуха, вследствие чего поток вблизи нее теряет скорость. Потери энергии на поверхностное трение зависят главным образом от качества отделки кузова. Во всяком случае, эксперименты показали, что если у нового полированного автомобиля оно составляет около 8% общего сопротивления воздуха, то у плохо покрашенного, с грубой поверхностью возрастает в 2—2,5 раза. В частности, поверхностное трение заметно увеличивается в случае, когда крыша обтянута модным гранулированным виниловым кожзаменителем.

Внутреннее сопротивление (10% всех потерь) возникает при прохождении воздуха через системы охлаждения и вентиляции. Природа этих потерь такова, что возможность снизить их в настоящее время весьма проблематична.

Количественной характеристикой суммарного аэродинамического сопротивления служит так называемый коэффициент лобового сопротивления — Сх, который, как правило, определяют экспериментальным путем. Для этого автомобиль или его уменьшенный макет устанавливают в аэродинамическую трубу и моделируют его обтекание воздушным потоком. Меньшую точность дают некоторые методы дорожных испытаний.

Коэффициент лобового сопротивления у легковых автомобилей, выпущенных разными фирмами в 70-х и 80-х годах, колеблется (см. таблицу) от 0,30 до 0,60. В среднем он составляет в настоящее время 0,43. Для сравнения: среднее значение Сх у машин выпуска 1938 года — 0,58. Наименьшим коэффициентом отличаются автомобили, предназначенные для установления рекордов скорости — 0,2 («Звезда—6», СССР) и 0,15 («Фольксваген-АРФВ», ФРГ).

Формирование вихрей при обтекании воздухом передней части кузова.

Вернемся к вопросу о затратах мощности и топлива на преодоление сопротивления воздуха. Приведенный на вкладке график показывает, как влияет на них изменение коэффициента лобового сопротивления при разных скоростях. В современных моделях явно заметна тенденция к его снижению, достигаемому конструктивными мерами (см. вкладку). Согласно проведенным за рубежом расчетам, при уменьшении Сх лишь на 0,01 экономия топлива в пересчете на весь парк легковых автомобилей Англии (около 10 миллионов) составит почти 70 миллионов литров в год (рабочий объем двигателя принят равным 1200 см3, а средний годовой пробег каждой машины — 16 тысяч километров). Теперь, когда мы представляем, что значит Сх для экономии топлива, небезынтересными окажутся и такие данные: дополнительные фары перед облицовкой радиатора увеличивают его на 0,04, грязезащитные фартуки у всех колес — на 0,03, выдвинутая антенна — на 0,02, наружное зеркало заднего вида — на 0,01, неубранные стеклоочистители — на 0,007. Все это дополнительное оборудование плюс багажник на крыше могут поднять суммарную величину Сх, скажем, для ВАЗ—2105 с 0,43 до 0,58, и это означает расход лишних 1—1,5 л бензина на 100 километров. Цифра достаточно убедительная для того, чтобы учитывать аэродинамические характеристики автомобиля как в эксплуатации, так и, прежде всего, на стадии проектирования. Не случайно внимание к исследованиям в этой области за последнее время значительно возросло.

Аэродинамические исследования ведут не только с целью снизить расход топлива. Они помогают добиваться прогресса в области активной безопасности автомобиля, положительно влиять и на такие составляющие комфортабельности, как эффективность вентиляции, шум в салоне, загрязнение стекол и фонарей.

Схема образования вихрей в задней части кузова.

Результаты перспективных разработок говорят о больших резервах, скрытых в улучшении аэродинамики автомобиля. Так, известные итальянские кузовные фирмы «Пининфарина» и «Итал Дизайн» создали несколько экспериментальных моделей, имеющих Сх 0,23—0,26. Правда, из-за технологических сложностей и, соответственно, высокой стоимости производства такие машины пока не выпускаются серийно.

Важную роль в улучшении аэродинамических качеств играют различные обтекатели, дефлекторы («За рулем», 1982, № 8), спойлеры, антикрылья, юбки («За рулем», 1981, № 4). Наиболее широко на легковых автомобилях в последнее время применяется передний спойлер (см. вкладку).

Это профилированный щиток — чаще всего продолжение передней панели кузова вниз, под бампер, или элемент самого бампера. Он служит для уменьшения нежелательной разгрузки колес, вызываемой повышенным давлением, которое образуется в зоне между днищем автомобиля и полотном дороги при движении. На скорости около 100 км/ч отрицательная (направленная вверх) нагрузка на передние колеса может превысить 100 кгс. В результате ухудшаются характеристики прямолинейного движения («держание» дороги), а также снижается боковая устойчивость при поворотах с большими скоростями.

Кроме того, протекание воздуха под автомобилем сопровождается значительным ростом сопротивления выступающих деталей подвески, системы выпуска и других — до 20% общего профильного сопротивления. Очевидно, идеальным было бы ровное или закрытое щитом днище, но практически достичь этого невозможно, хотя частично подобные нежелательные эффекты можно устранить установкой переднего спойлера. Изменяя направление потоков, обтекающих нижнюю часть машины, он создает под кузовом разрежение. Минимум же полного сопротивления достигается тогда, когда допустимая максимальная высота спойлера обеспечивает уменьшение аэродинамического сопротивления расположенных снизу деталей настолько, насколько увеличится сопротивление кузова. Испытания показали, однако, что установка спойлера может ухудшить охлаждение двигателя, системы выпуска, агрегатов трансмиссии. Вот почему его подбор — сложная задача, решаемая на основе многочисленных экспериментов для каждой конкретной модели автомобиля. Хорошо подобранный спойлер может снизить Сх на 6—7%.

Задний спойлер и обтекатель перед задним колесом. Помогают упорядочить потоки воздуха на автомобиле «Форд-эскорт-XR3».

Конструкторы ищут возможности использовать аэродинамические устройства на серийных машинах. Так, на особо скоростных моделях («Порше», «Альфа-ромео» и др.) ставят антикрылья. На чем основан их эффект? Если крыло самолета создает подъемную силу, то, перевернув его (отсюда и приставка «анти»), получим силу прижимающую, которой обычно так недостает автомобилю. Вплоть до 80-х годов антикрыло было принадлежностью лишь гоночных машин, где создает вертикальное усилие до 3000 кгс. Теперь его устанавливают и на серийных моделях. Помимо увеличения прижимающей силы антикрыло на крышке багажника так организует поток воздуха за автомобилем, что снижает лобовое сопротивление примерно на 6%.

Наряду с поисками наивыгоднеишего (в отношении снижения аэродинамических потерь) сочетания элементов кузова конструкторы уделяют серьезное внимание снижению потерь вокруг отдельных выступающих деталей.

Выдвижные фары («Порше-928», «Мазда-РИкс-7», «Матра-багира»), убирающиеся в «пазуху» между задней кромкой капота и лобовым стеклом «дворники» (ГАЗ—14, «Мерседес-Бенц-С», «Ровер-3500», «Додж-магнум-78»), отказ от выступающих дверных ручек («Рено-5», «ФИАТ-панда», «Рено-фуэго») помогают сгладить обводы кузова. Немалое значение для снижения общего аэродинамического сопротивления имеет замена выступающих водосточных желобов над дверными проемами водосгонными ребрами на крыше, как сделано у «Рено-18», «Мицубиси-кольт», «Хонде-аккорд».

В заключение можно сказать, что внешний облик автомобиля претерпел в последнее время серьезные изменения, обусловленные прежде всего стремлением полнее учесть особенности обтекания его воздухом. Улучшение аэродинамики автомобиля способствует повышению динамических качеств и при минимуме конструктивных изменений дает заметную экономию топлива. А потому можно с уверенностью предсказать прогресс в области аэродинамики. По прогнозам, к 1990 году аэродинамическое сопротивление автомобиля снизится в среднем на 10%, что даст уменьшение расхода бензина на 3,5%, а дизельного топлива — на 4,5%. В перспективе считают возможным сократить таким путем расход топлива на 15%.

Литература
Михайловский Е. Аэродинамика автомобиля. М., Машиностроение, 1973.
Павловский Я. Автомобильные кузова. М., Машиностроение, 1977.
«За рулем», 1978, № 1, № 7; 1981, № 4, № 8.
«Автомобильная промышленность», 1979, № 11.

Коэффициент лобового сопротивления Сх

Коэффициент обтекаемости (аэродинамического сопротивления) — коэффициент, характеризующий способность автомобиля преодолевать аэродинамическое сопротивление воздуха. Для современных автомобилей коэффициент аэродинамического сопротивления Сх=0,3 и ниже. Суперкары имеют несколько большие цифры Сх ввиду наличия дополнительных аэродинамических элементов (антикрыльев, спойлеров и т.д.), которые, придавая автомобилю дополнительную прижимную силу, увеличивают и аэродинамическое сопротивление.

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 м 2 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.

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.

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.

Об обтекаемости советских авто

Когда после десятки (21103 1.5 16 кл) пересел на 2114 со 124 мотором (1.6 16кл), то обратил внимание на то что расход в районе 8 литров и динамика и максималка хуже. Десятка 2001 года ложила стрелу легко и по gps скорость была около 185, точно не помню. Расход был по бортовику 6.3 литра и выше не поднимался.По факту было около 6.5 литра на сотку. На четырке и вес вроде меньше и мотор бОльшего объёма и мощнее по идее, а едет не так и кушает заметно больше. Погнал машину на диагностику, думал может прошить, хотя уже была прошита. Объяснил ситуацию электрику-диагносту. Тот сказал, что для 14-ки это нормальный расход и с десяткой ее не стоит сравнивать, т.к. кузова разные… Вот статейка, которая все это объясняет довольно популярно))))

Коэффициент аэродинамического сопротивления

Коэффициент аэродинамического сопротивления (Cw) — безразмерная величина, отражающая отношение силы сопротивления воздуха движению автомобиля к силе сопротивления движению цилиндра:
Cw = Fauto / Fcylinder,
при условии, что наибольшее поперечное сечение автомобиля равно поперечному сечению цилиндра[источник не указан 1186 дней].
Другими словами, сила сопротивления воздуха, действующая на корпус автомобиля, равна силе, действующей на цилиндр с понижающим коэффициентом Cw:
Fauto = Cx * Fcylinder,
где Cw — безразмерный коэффициент, обычно меньший единицы (от С — coefficient, w — продольная ось цилиндра и автомобиля).
Cw не имеет единицы измерения и действует для всех геометрически подобных тел, вне зависимости от их конкретных размеров.
Чем меньше Cw, тем лучше проработана аэродинамика автомобиля. Для современных автомобилей Cw 26 октября 2014 в 00:25

Комментарии 12

Я хотел донести что твои расчеты неверные и не совпадают с практикой, привел пример, про 2110 и 2105, посчитай почему у них при одинаковой тяговооруженнонности так сильно различаются максимальные скорости и тогда я тебе поверю, Окей? Бери в расчет 21053 с инжекторным мотором 1.5 и 21102 с инжекторным мотором 1.5, максималку в них 150 и 170 соответственно, жду от тебя что нибудь вразумительное

И опять же, посмотрите в таблицу для 2108 2109 — приводят числа 0,46 !
А мы знаем, что и геометрически и энергетически эти машины одинаковые с Жигулями! Такие же размеры, масса, мощность — и скорость! Если бы у зубил была лучшая аэродинамика, то была бы во столько же раз большая и скорость!
Но мы знаем, что максимальные скорости у этих всех машин одинаковые, но почему-то в таблице малюют разные коэффициенты!
.
Причём эти коэффициенты для Волги и для зубил — совпадают! 🙂 ) )

Ребята, про аэродинамику очень много вранья написано!
Якобы Жигули — поганый кирпич, а вот всякие модные дорогие иномарки — супер обтекаемые!
Вот и Приоре нарисовали коэффициент лобового сопротивления — 0,32, а нашим жигулям малюют чуть не 0,56!
.
А теперь момент истины!
.
Итак, Жигули с мотором аж 80 лс может разогнаться всего до 155км/ч.
(я знаю, что вы знаете, что даже копейка с 64лс разгоняется до 160! Но мы берём худший случай для Жигулей!).
.
А Приора с 98лс разгоняется по рассказам пацанофф — до 200км/ч! В лучшем случае для Приоры!
.
Намеренно берём похуже для наших Жигулей, и получше для йихних Приор smile3.gif
.
Площадь поперечного сечения у обоих машин практически одинаковая в силу одинаковых габаритных размеров.
Это сильно упрощает наш анализ!
.
Итак, если бы поставить мотор Приоры 98лс на Жигули, мы получили бы максимальную скорость во сколько раз больше?
Корень кубический из отношения 98лс/80лс. Это 1,07 раза!
То есть 155км/ч х 1,07 = 166км/ч
.
Приора же едет в 200/166=1,205 раза быстрее, значит её лобовое сопротивление в 1,205 раза меньше.
.
Если взять самое лучшее значение коэффициента лобового сопротивления Жигулей Сх=0,46, то у Приоры будет
Сх=0,46/1,205=0,38!

Вы поняли?
Я заведомо взял все числа так, чтобы было похуже для Жигулей и получше для Приоры! И смог натянуть всего лишь 0,38!
Нет никаких 0,32 для Приоры даже близко!
Все табличные сведения во всех интернетах — сплошное враньё!
————————
Теперь посчитаем реальные значения Сх
Для Жигулей:
Мы знаем, что Жигули 2103 разгоняется до 165 (46м/с), есть даже кадры до 170 разгоняли.
Мощность мотора 2103 — 75лс = 55кВт
Эта мощность затрачивается на ветер, и на качение колёс.
Как узнать мощность на качение со скоростью 165км/ч?
Я не измерял, но мне кажется, когда я толкаю свой Жигулёнок, я упираюсь с силой 20кг (200ньютон)
На скорости 46м/с мощность будет 46м/с умножить на 200ньютон = 9200вт.
Вычитаем 9 000вт из 55 000вт и остаётся 46 000вт на преодоление ветра!
Площадь миделя — мне запомнилось число 1,885кв.м. Не помню откуда запомнилось. Для Волги ГАЗ24 приводят 2,277кв.м., а она в 1,15 раза шире.

И теперь формула:
Сх = Р/(…
в общем надо мощность (это 46000вт) поделить на половину удельного веса воздуха (это 0,625); поделить на площадь миделя (это 1,885), поделить на скорость в кубе (это 46 в кубе) и получаем — ВНИМАНИЕ — 0,40 !

Это реальные энергетические расчёты без балды про некие продувки в аэрожинамической мифической трубе — вы видели те продувки? ! !
Как такое может быть? Почему так мало?! Ведь кругом в интернетах лепят для Жигулей 0,52-0,56!

Допустим мощность качения не 9квт, а допустим 4кВт! Ну пусть наши жигули лёгенько катятся!
Допустим, что и площадь миделя не такая (а какая тогда? Если я возьму бОльше — то Сх станет ещё меньше! А мне кажется, что 1,885 — это сильно заниженное число, но мне оно запомнилось как достоверное число из достоверного источника. Но если я площадь Волги 2,277кв.м поделю на 1,15 то получу 1,98кв.м. А если ширну Жигулей (1,60м) умножу на высоту (1,45м) то получу 2,32кв.м, что неправильно, потому что профиль машины заужен, скошен… В общем, площадь у нас точно не меньше 1,885!

Ну и если я уменьшу мощность качения до 4кВт, то мощность на сопротивление ветра увеличится до 51 000вт! И тогда Сх увеличивается ну аж до 0,44.

Как ещё можно увеличить лобовое сопротивление Жигулей — я не знаю!

Таким же методом вычисляем Сх для Приоры и получаем 0,38 при скорости 190, мощности 98лс, мощности качения 5кВт (скорость больше — больше и мощность)

Вы понимаете, какой вопиющий уровень лжи и клеветы в частности на Жигули во всех интернетах всего мира?! Потому что по факту это был реально очень хороший автомобиль во всех смыслах! по совокупности всех потребительских свойств.

А теперь ещё раз посмотрите в таблицу — Волга и Жигули. Для Волги приводят 0,46, а для Жигулей — 0,52-0,54.
А теперь смотрите: Мощность Волги — 95лс, а максимальная скорость — ну, фактически такая же как у Жигули. Площадь Волги в 1,15 раза больше, и мощность тоже в 95/80= примерно 1,15 раза! А коль скорость у них одинаковая, значит и коэффициент лобового сопротивления у них одинаковый! (у них и форма кузова одинаково выглядит!) Но в таблицах вам намалевали разные цифры! То есть очевидна клевета на Жигули! (Число для Волги нарисовали как раз правдоподобное — у Волги и других недостатков очень много.)

Самые аэродинамичные автомобили

Короли аэродинамики в автомире.

Аэродинамика – это загадка мироздания, которую, конечно, уже давно разгадали ученые, конструкторы и инженеры автопромышленности. С самого начала появления автомобилей в нашем мире аэродинамика идет с ними бок о бок. Да, было время, когда автопроизводители забыли про важность аэродинамики. Особенно когда топливо стоило дешевле, чем алкоголь. Но сегодня, когда бензин и дизельное топливо не радуют своими ценниками на АЗС многих стран, физика твердого тела, движущегося в воздухе, имеет фундаментальное значение для ускорения и повышения эффективности автомобилей.

Напомним, что коэффициент аэродинамического сопротивления воздуха влияет на то, как автомобиль потребляет топливо на скорости. Это же касается и электрических автомобилей, для которых аэродинамика играет первостепенную роль, поскольку чем меньше сопротивление воздуха, тем меньше расходуется электричество для питания электромотора.

Благодаря развитию аэродинамики в автопромышленности многие автомобили стали обтекаемы по сравнению со своими предшественниками. Но в истории автомира было немало примеров, когда автомобильные компании пытались экспериментировать с необычными аэродинамическими формами. К сожалению, в большинстве случаев потребители не оценили то, что получалось, по причине того, что форма не соответствовала духу времени.

Мы собрали для вас самые интересные и необычные автомобили, имеющие странные аэродинамические кузова. Некоторые проекты неудачны, некоторые вполне удивляют даже сегодня.

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.

Rumpler Drop Car

На немецком автосалоне 1921 года в Берлине австрийский дизайнер Эдмунд Румплер представил свой необычный автомобиль, получивший имя «Drop Car». Коэффициент лобового сопротивления этого автомобиля составлял 0.28 cd. Для того времени это не просто сенсация. Вы не поверите, но всего несколько лет назад у многих современных автомобилей этот коэффициент был хуже!

К сожалению, значение аэродинамического сопротивления воздуха не гарантировало успех автомобиля. Спрос на машину был маленьким. Всего было произведено сто автомобилей. По всей видимости, людей напугала футуристическая внешность автомобиля.

Сегодня в мире сохранилось всего два таких автомобиля, один из которых находится в немецком музее в Мюнхене.

Tatra 87

Представленная в 1936 году, Tatra 87 сегодня является иконой дизайна. Благодаря хорошо спроектированной задней части машины значение аэродинамического сопротивления составляет 0,36. По традиции тех лет чешский автопроизводитель установил двигатель в заднюю часть машины.

Высокая скорость и низкое потребление топлива были сильной стороной Татры. Для того времени это был идеальный автомобиль для шоссе. К 1950 году было произведено 3000 автомобилей.

Saab 92

Когда Saab проектировал первый автомобиль, им пригодился опыт авиастроения, где аэродинамика с самого начала играет важную роль. В 1949 году компания выпустила модель Saab 92, с превосходным коэффициентом аэродинамического сопротивления воздуха, составляющим 0,30.

Этот автомобиль легко преодолевал скорость в 100 км/ч, несмотря на небольшую мощность двухтактного 25-сильного двигателя.

Citroën DS

Впервые представленный на Парижском автосалоне в 1955 году, Citroën DS выглядел для многих посетителей как космический корабль пришельцев, приземлившийся на Землю.

Чтобы подтвердить уникальность автомобиля, в дополнение к инновационной технологии (машина имела гидропневматическую подвеску!) дизайнеры создали модели футуристический аэродинамический дизайн, коэффициент сопротивления воздуха которого составлял 0,37. Это выдающийся результат по сравнению с конкурентами того времени.

Alfa Romeo Giulia

Кто-то может не поверить, что этот автомобиль имеет отличные аэродинамические характеристики, так как внешность классической Alfa Romeo Giulia представлена в виде квадрата. Но легендарная Alfa Romeo Giulia 1962 года показала в аэродинамической трубе уникальные результаты. Коэффициент сопротивления составлял всего 0,34, что ниже даже у более бегло выглядящего NSU Ro 80 (0,355), который вышел на рынок только пять лет спустя.

Citroën GS

Вот еще один автомобиль, который при первом взгляде также не внушает доверия в аэродинамическое чудо, – это Citroën GS. На его премьере в 1970 году производитель объявил, что машина имеет коэффициент сопротивления воздуха всего 0,31 cd.

Семейный седан имел много места в комфортном салоне и оснащался гидропневматической подвеской. Было выпущено более 2,5 миллиона автомобилей. Выпуск продолжался до 1986 года.

Audi 80

Компания Audi, начиная с 1980-х, начала устанавливать свои высокие стандарты аэродинамических характеристик, навязав другим автопроизводителям новую планку. Так, сначала была представлена Audi 100 C3, которая в аэродинамической трубе показала коэффициент сопротивления воздуха 0,30 cd, а затем в 1986 году была представлена Audi 80 B3 («бочка»), показавшая коэффициент сопротивления 0,29. Для справки: уже в 1987 году новая модель Opel Omega A имела коэффициент аэродинамического сопротивления воздуха 0,28. 1980-е годы можно смело назвать десятилетием аэродинамики в автопромышленности.

EV1 General Motors

Хотя компания General Motors официально и не продавала свою модель EV1, а только сдавала в аренду, этот автомобиль написал в автопромышленности свою историю. Этот автомобиль вместил в себя как и разочарования (проект был сырой, и машина была ненадежна), так и позитив. Этот автомобиль, начиная с 1996 года, стал первым электромобилем в автопромышленности. Всего было произведено 1000 автомобилей.

Машина оснащалась простыми свинцовыми или никель-металлогидридными батареями. Но, несмотря на это, запас хода у электрического транспортного средства был потрясающим – 230 км. И все это благодаря конструкции кузова, который имел невероятный коэффициент сопротивления воздуха, составляющий всего 0,19 cd.

Tesla Model S

Tesla Model S представляет собой электрический автомобиль, который изменил историю автопромышленности, направив весь автомир развиваться по новому пути. И все это благодаря дальновидности главы компании Илона Маска и дизайнера Франца фон Хольцхаузена, который разработал пятиместный седан с коэффициентом аэродинамического сопротивления воздуха 0,24.

Для сравнения: в 2012 году это значение представляло собой общий мировой рекорд для массовых серийных автомобилей. Такой коэффициент имели автомобили Mercedes S-класса. Благодаря потрясающей форме кузова автомобили Тесла в идеальных условиях могут проехать 400-500 километров.

Mercedes-Benz А-Класс седан

К концу нынешнего десятилетия (на данный момент) самым аэродинамическим автомобилем на рынке является седан Mercedes A-класса (модельный ряд 2018 года) с исключительной аэродинамикой (коэффициент 0,22 cd).

Это стало возможным благодаря комплексной герметизации кузова автомобиля (включая герметизацию фар), включая полную герметизацию днища автомобиля. В том числе полностью изолирован моторный отсек, детали задней подвески и многое другое. Спойлеры колес сзади и спереди были специально оптимизированы, чтобы колеса могли вращаться с минимальными потерями.

Как работает автомобильная аэродинамика?

С какими законами аэродинамики ежедневно приходиться сталкиваться автомобилю

Ни одна машина не пройдет сквозь кирпичную стену, но ежедневно проходит через стены из воздуха у которого тоже есть плотность.

Никто не воспринимает воздух или ветер как стену. На низких скоростях, в безветренную погоду, сложно заметить, как поток воздуха взаимодействует с транспортным средством. Но на высокой скорости, при сильном ветре, сопротивление воздуха (сила, воздействующая на движущийся по воздуху объект – также определяемая как сопротивление) сильно влияет на то, как машина ускоряется, насколько управляема, как расходует топливо.

Здесь в игру вступает наука аэродинамика, изучающая силы, образующиеся в результате движения объектов в воздухе. Современные автомобили разрабатываются с учетом аэродинамики. Автомобиль с хорошей аэродинамикой проходит сквозь стену воздуха как нож по маслу.

За счет низкого сопротивления воздушному потоку, такой автомобиль лучше ускоряется и лучше расходует топливо, так как двигателю не приходится тратить лишние силы на то, чтобы «протолкнуть» машину сквозь воздушную стену.

Чтобы улучшить аэродинамику автомобиля, форму кузова закругляют, чтобы воздушный канал обтекал авто с наименьшим сопротивлением. У спорткаров форма кузова спроектирована так, чтобы направлять поток воздуха преимущественно по нижней части, далее поймете почему. Еще на багажник машины ставят антикрыло или спойлер. Антикрыло прижимает заднюю часть автомобиля предотвращая подъем задних колес, из-за сильного потока воздуха, когда тот движется на большой скорости, что делает машину устойчивей. Не все антикрылья одинаковы и не все применяют по назначению, некоторые служат только элементом автомобильного декора не выполняющей прямую функцию аэродинамики.

Наука аэродинамика

Прежде чем говорить об автомобильной аэродинамике, пройдемся по основам физики.

При движении объекта через атмосферу, он вытесняет окружающий воздух. Объект также подвержен силе притяжения и сопротивлению. Сопротивление генерируется, когда твердый объект движется в жидкой среде — воде или воздуху. Сопротивление увеличивается вместе со скоростью объекта – чем быстрее он перемещается в пространстве, тем большее сопротивление испытывает.

Мы измеряем движение объекта факторами, описанными в законах Ньютона — масса, скорость, вес, внешняя сила, и ускорение.

Сопротивление прямо влияет на ускорение. Ускорение (а) объекта = его вес (W) минус сопротивление (D), деленное на массу (m). Напомним, что вес – это произведение массы тела на ускорение свободного падения. Например, на Луне вес человека изменится из-за отсутствия силы притяжения, но масса останется прежней. Проще говоря:

Когда объект ускоряется, скорость и сопротивление растут до конечной точки, в которой сопротивление становится равным весу – больше объект не ускориться. Давайте представим, что наш объект в уравнении — автомобиль. Когда автомобиль движется все быстрее и быстрее, все больше и больше воздуха сопротивляется его движению, ограничивая машину предельным ускорением при определенной скорости.

Подходим к самому важному числу – коэффициенту аэродинамического сопротивления. Это один из основных факторов, который определяет, как легко объект движется сквозь воздух. Коэффициент лобового сопротивления (Cd) рассчитывается по следующей формуле:

Cd = D / (A * r * V/2)

Где D – это сопротивление, A – площадь, r – плотность, V – скорость.

Коэффициент аэродинамического сопротивления в автомобиле

Разобрались в том, что коэффициент лобового сопротивления (Cd) это величина, которая измеряет силу сопротивления воздуха, примененную к объекту, например, к автомобилю. Теперь представьте, что сила воздуха давит на автомобиль по мере его передвижения по дороге. На скорости в 110 км/ч на него воздействует сила в четыре раза большая, чем на скорости в 55 км/ч.

Аэродинамические способности автомобиля измеряются коэффициентом аэродинамического сопротивления. Чем меньше показатель Cd, тем лучше аэродинамика автомобиля, и тем легче он пройдет сквозь стену воздуха, которая давит на него с разных сторон.

Рассмотрим показатели Cd. Помните угловатые квадратные Volvo из 1970-х, 80-х годов? У старого седана Volvo 960 коэффициент лобового сопротивления 0.36. У новых Volvo кузова плавные и гладкие, благодаря этому коэффициент седана S80 достигает 0.28. Более плавные и обтекаемые формы показывают лучшую аэродинамику, чем угловатые и квадратные.

Причины, по которым аэродинамика любит гладкие формы

Вспомним самую аэродинамическую вещь в природе – слезу. Слеза круглая и гладкая со всех сторон, а в верхней части сужается. Когда слеза капает вниз, воздух легко и плавно ее обтекает. Также с автомобилями – по гладкой, округлой поверхности воздух течет свободно, сокращая сопротивление воздуха движению объекта.

Сегодня у большинства моделей средний коэффициент сопротивления 0.30. У внедорожников коэффициент лобового сопротивления от 0.30 до 0.40 и более. Причина высокого коэффициента в габаритах. Ленд Крузеры и Гелендвагены вмещают больше пассажиров, у них больше грузового места, большие радиаторные решетки, чтобы охладить двигатель, отсюда и квадратно-подобный дизайн. У пикапов, дизайн которых целенаправленно квадратный Cd больше, чем 0.40.

Дизайн кузова Toyota Prius спорный, но у машины показательно аэродинамическая форма. Коэффициент лобового сопротивления Toyota Prius 0.24, поэтому показатель расхода топлива у машины низкий не только из-за гибридной силовой установки. Запомните, каждые минус 0,01 в коэффициенте сокращают расход топлива на 0,1 л на 100 км пути.

Модели с плохим показателем аэродинамического сопротивления:

Lada 4×4 / ВАЗ-21213 «Нива»

Jeep Wrangler (поколение TJ)

УАЗ «Хантер» / УАЗ-469

Модели с хорошим показателем аэродинамического сопротивления:

BMW 3-й серии (E90), BMW i8, Jaguar XE, Lexus LS, Mazda 3, Mercedes B-класса, Mercedes C-класса Coupe, Mercedes E-класса, Infiniti Q50, Nissan GT-R

Alfa Romeo Giulia, Honda Insight, Audi A2, Peugeot 508

Tesla Model S, Tesla Model X, Hyundai Sonata Hybrid, Mercedes C-класса, Toyota Prius

Audi A4, Mercedes CLA, Mercedes S 300 h

General Motors EV1

Методы улучшения аэродинамики известны давно, но потребовалось много времени, чтобы автопроизводители начали пользоваться ими при создании новых транспортных средств.

У моделей первых появившихся автомобилей нет ничего общего с понятием аэродинамики. Взгляните на Модель T компании Ford – машина больше похожа на лошадиную повозку без лошади – победитель в конкурсе квадратного дизайна. Правду сказать, большинство моделей — первопроходцев и не нуждались в аэродинамическом дизайне, так как ездили медленно, с такой скоростью нечему было сопротивляться. Однако гоночные машины начала 1900-х годов начали понемногу сужаться, чтобы за счет аэродинамики побеждать в соревнованиях.

В 1921 году немецкий изобретатель Эдмунд Румплер создал Rumpler-Tropfen Auto, что в переводе с немецкого означает «автомобиль — слеза». Созданный по образу самой аэродинамической формы в природе, формы слезы, у этой модели коэффициент лобового сопротивления был 0.27. Дизайн Rumpler-Tropfenauto так и не нашел признания. Румплер успел создать только 100 единиц Rumpler-Tropfenauto.

В Америке скачок в аэродинамическом дизайне совершили в 1930 году, когда вышла модель Chrysler Airflow. Вдохновленные полетом птиц, инженеры сделали Airflow с учетом аэродинамики. Для улучшения управляемости вес машины равномерно распределили между передней и задней осями — 50/50. Уставшее от Великой депрессии общество так и не приняло нетрадиционную внешность Chrysler Airflow. Модель посчитали провальной, хотя обтекаемый дизайн Chrysler Airflow был далеко впереди своего времени.

В 1950-х и 60-х годах произошли самые большие достижения в области автомобильной аэродинамики, которые пришли из гоночного мира. Инженеры начали экспериментировать с разными формами кузова, зная, что обтекаемая форма ускорит автомобили. Так родилась форма гоночного болида, сохранившаяся по сей день. Передние и задние спойлеры, носы в форме лопаты, и аэрокомплекты служили одной цели, направить поток воздуха через крышу и создать необходимую прижимную силу на передние и задние колеса.

Успеху экспериментов поспособствовала аэродинамическая труба. В следующей части нашей статьи расскажем зачем она нужна и почему важна в проектировании дизайна автомобиля.

Измерение сопротивления в аэродинамической трубе

Для измерения аэродинамической эффективности автомобиля, инженеры позаимствовали инструмент из авиационной промышленности – аэродинамическую трубу.

Аэродинамическая труба — это туннель с мощными вентиляторами, которые создают воздушный поток над объектом, находящимся внутри. Автомобиль, самолет, или что-то еще, чье сопротивление воздуху измеряют инженеры. Из помещения за туннелем, научные сотрудники наблюдают за тем, как воздух взаимодействует с объектом и как ведут себя воздушные потоки на разных поверхностях.

Автомобиль или самолет внутри аэродинамической трубы не двигается, но для имитации реальных условий вентиляторы подают поток воздуха с разной скоростью. Иногда реальные авто даже не загоняют в трубу – дизайнеры часто полагаются на точные модели, создаваемые из глины или другого сырья. Ветер обдувает автомобиль в аэродинамической трубе, а компьютеры рассчитывают коэффициент аэродинамического сопротивления.

Аэродинамические трубы используют еще с конца 1800-х годов, когда пытались создать самолет и измеряли в трубах воздействие воздушного потока. Даже у братьев Райт была такая труба. После Второй мировой войны, инженеры гоночных автомобилей, в поисках преимущества над конкурентами, стали применять аэродинамические трубы для оценки эффективности аэродинамических элементов разрабатываемых моделей. Позже эта технология проложила себе путь в мир пассажирских авто и грузовиков.

За последние 10 лет, большие аэродинамические трубы стоимостью в несколько миллионов долларов США применяют все реже и реже. Компьютерное моделирование понемногу вытесняет этот способ тестирования аэродинамики автомобиля (подробнее здесь). Аэродинамические трубы запускают только, чтобы убедиться, что в компьютерном моделировании нет никаких просчетов.

В аэродинамике больше понятий, чем одно только сопротивление воздуха – есть еще факторы подъемной и прижимной силы. Подъемная сила (или лифт) – это сила, работающая против веса объекта, поднимающая и удерживающая объект в воздухе. Прижимная сила противоположность лифта – это сила, которая прижимает объект к земле.

Тот, кто думает, что коэффициент аэродинамического сопротивления гоночных автомобилей Формулы 1, развивающих 320 км/ч, низкий, заблуждается. У типичного гоночного болида Формулы 1 коэффициент аэродинамического сопротивления около 0.70.

Причина завышенного коэффициента сопротивления воздуху гоночных болидов Формулы 1 в том, что эти машины спроектированы так, чтобы создавать как можно больше прижимной силы. С той скоростью, с которой болиды передвигаются, с их чрезвычайно легким весом, они начинают испытывать лифт на больших скоростях – физика заставляет их подниматься в воздух как самолет. Автомобили не созданы, чтобы летать (хотя статья Transition Terrafugia – летающий автомобиль-трансформер утверждает обратное), и если транспортное средство начинает подниматься в воздух, то ожидать можно только одного – разрушительной аварии. Поэтому, прижимная сила должна быть максимальной, чтобы удержать автомобиль на земле при высоких скоростях, а значит коэффициент аэродинамического сопротивления должен быть большим.

Высокой прижимной силы болиды Формулы 1 добиваются при помощи крыльев или спойлеров на передней и задней частях транспортного средства. Эти крылья направляют потоки воздуха так, что прижимают автомобиль к земле – та самая прижимная сила. Теперь можно спокойно увеличивать скорость и не терять ее на поворотах. При этом, прижимная сила должна быть тщательно сбалансирована с лифтом, чтобы автомобиль набирал нужную прямолинейную скорость.

Многие серийные автомобили имеют аэродинамические дополнения для создания прижимной силы. Суперкар Nissan GT-R пресса раскритиковала за внешность. Спорный дизайн. А все потому, что весь кузов GT-R спроектирован так, чтобы направить поток воздуха над автомобилем и обратно через овальный задний спойлер, создавая большую прижимную силу. О красоте машины никто не подумал.

Вне трассы Формулы 1, антикрылья часто встречаются на серийных автомобилях, например, на седанах компаний Toyota и Honda. Иногда эти элементы дизайна добавляют немного устойчивости на высоких скоростях. Например, на первом Audi TT изначально не было спойлера, но компании Audi пришлось его добавить, когда выяснилось, что округлые формы TT и легкий вес, создавали слишком много подъемной силы, что делало машину неустойчивой на скорости выше 150 км/ч.

Но если машина не Audi TT, не спортивный болид, не спорткар, а обычный семейный седан или хетчбек, установка спойлера не к чему. Управляемости на таком автомобиле спойлер не улучшит, так как у «семейника» итак высокая прижимная сила из-за высокого Cx, а скорости выше 180 на нем не выжмешь. Спойлер на обычном авто может стать причиной избыточной поворачиваемости или наоборот, нежелания входить в повороты. Однако если вам тоже кажется, что гигантский спойлер Honda Civic стоит на своем месте, не позволяйте никому переубедить вас в этом.

Коэффициенты лобового сопротивления автомобилей таблица

Коэффициент аэродинамического сопротивления

Коэффициент аэродинамического сопротивления (Cw) — безразмерная величина, отражающая отношение силы сопротивления воздуха движению автомобиля к силе сопротивления движению цилиндра:
Cw = Fauto / Fcylinder,
при условии, что наибольшее поперечное сечение автомобиля равно поперечному сечению цилиндра[источник не указан 1186 дней].
Другими словами, сила сопротивления воздуха, действующая на корпус автомобиля, равна силе, действующей на цилиндр с понижающим коэффициентом Cw:
Fauto = Cx * Fcylinder,
где Cw — безразмерный коэффициент, обычно меньший единицы (от С — coefficient, w — продольная ось цилиндра и автомобиля).
Cw не имеет единицы измерения и действует для всех геометрически подобных тел, вне зависимости от их конкретных размеров.
Чем меньше Cw, тем лучше проработана аэродинамика автомобиля. Для современных автомобилей Cw 6 лет Метки: просто так

Снижение расхода топлива, пожалуй, наиболее актуальная проблема в современном автомобилестроении. Расход этот зависит прежде всего от объективного фактора — различных сил сопротивления движению, на преодоление которых затрачивается энергия сгорания топлива. Уменьшение их — один из путей его экономии. Наша статья посвящена резервам, заключенным в улучшении аэродинамических свойств автомобиля.
В общем сопротивлении движению автомобиля аэродинамические силы могут составлять существенную часть. Если при езде по городскому циклу (средняя скорость 40—50 км/ч) они достигают 8%, при движении в пригородной зоне (средняя скорость 80—90 км/ч) — 29%, то на автострадах — 53%. Отметим, что чем выше скорость, тем быстрее растут потери «на ветер»: уже при 60 км/ч они отнимают больше энергии, чем любая другая составляющая. Дело в том, что мощность, расходуемая на преодоление аэродинамического сопротивления, пропорциональна кубу скорости; значит, если скорость удваивается, то мощность должна увеличиться в восемь раз.
Чтобы уяснить, как возникает и воздействует на автомобиль сопротивление воздуха, рассмотрим, из чего оно складывается. Взаимодействие воздуха и автомобиля можно представить как сумму сопротивлений: профильного, индуктивного, внутреннего, а также сопротивлений трения и выступов. Наибольший «вклад» (около 58%) приходится на профильное. Оно обусловлено самой формой кузова. Воздух, обтекающий автомобиль, как бы сжимается впереди него, создавая значительное положительное давление. Поток, идущий по верхней части кузова, неоднократно отрывается от его поверхности, что создает в этих местах области пониженного давления. В задней же части поток окончательно отрывается от кузова. Там образуется мощный вихревой след и область больших отрицательных давлений. Положительное давление впереди автомобиля и отрицательное сзади препятствуют движению, создавая сопротивление давлений, или профильное сопротивление воздуха.
Индуктивное сопротивление (8% в общем балансе) вызывается разностью давлений на верхнюю и нижнюю части кузова. В результате их взаимодействия возникает сила, отжимающая автомобиль от земли, — подъемная. Хотя она и сокращает сопротивление качению, ее влияние на ходовые качества машины в целом отрицательно — это уменьшение силы сцепления колес с дорогой, которое влечет за собой ухудшение управляемости.
Сопротивление выступов (13% всех потерь). Очевидно, что свой вклад в полное аэродинамическое сопротивление вносит любая выступающая деталь автомобиля (зеркало, антенна, ручки дверей и т. д.). Так, багажник на крыше при скорости 60 км/ч увеличивает его на 10—12%, из-за чего на 2—3% растет расход топлива. Специалисты ряда фирм считают, что только изменение подобных деталей может улучшить топливную экономичность на 3—4%.
Сопротивление трения (11% всех потерь) обусловлено «прилипанием» к поверхности кузова слоев воздуха, вследствие чего поток вблизи нее теряет скорость. Потери энергии на поверхностное трение зависят главным образом от качества отделки кузова. Во всяком случае, эксперименты показали, что если у нового полированного автомобиля оно составляет около 8% общего сопротивления воздуха, то у плохо покрашенного, с грубой поверхностью возрастает в 2—2,5 раза. В частности, поверхностное трение заметно увеличивается в случае, когда крыша обтянута модным гранулированным виниловым кожзаменителем.
Внутреннее сопротивление (10% всех потерь) возникает при прохождении воздуха через системы охлаждения и вентиляции. Природа этих потерь такова, что возможность снизить их в настоящее время весьма проблематична.
Количественной характеристикой суммарного аэродинамического сопротивления служит так называемый коэффициент лобового сопротивления — Сх, который, как правило, определяют экспериментальным путем. Для этого автомобиль или его уменьшенный макет устанавливают в аэродинамическую трубу и моделируют его обтекание воздушным потоком. Меньшую точность дают некоторые методы дорожных испытаний.
Коэффициент лобового сопротивления у легковых автомобилей, выпущенных разными фирмами в 70-х и 80-х годах, колеблется (см. таблицу) от 0,30 до 0,60.

Вернемся к вопросу о затратах мощности и топлива на преодоление сопротивления воздуха. Приведенный на вкладке график показывает, как влияет на них изменение коэффициента лобового сопротивления при разных скоростях… Теперь, когда мы представляем, что значит Сх для экономии топлива, небезынтересными окажутся и такие данные: дополнительные фары перед облицовкой радиатора увеличивают его на 0,04, грязезащитные фартуки у всех колес — на 0,03, выдвинутая антенна — на 0,02, наружное зеркало заднего вида — на 0,01, неубранные стеклоочистители — на 0,007. Все это дополнительное оборудование плюс багажник на крыше могут поднять суммарную величину Сх, скажем, для ВАЗ—2105 с 0,43 до 0,58, и это означает расход лишних 1—1,5 л бензина на 100 километров. Цифра достаточно убедительная для того, чтобы учитывать аэродинамические характеристики автомобиля как в эксплуатации, так и, прежде всего, на стадии проектирования…

Коэффициент лобового сопротивления Сх:
«Ауди-100» (0,30), ВАЗ-2101 (0,46), ВАЗ-2103 (0,45), ВАЗ-2105 (0,43), ГАЗ-20 (0,46), ГАЗ-24 (0,45), ГАЗ-24 (0,41), ЗАЗ-968 (0,48), «Москвич-2140» (0,41), СИМКА-1307 (0,38), «Ситроен-ЖСА-Икс-3» (0,32), «Ситроеи-ЦИкс» (0,35), «Фольксваген-жук» (0,60), «Фольксваген-гольф» (0,42), «Фольксваген-пассат» (0,38), «Форд-фиеста» (0,42).

Ф. УЗБЕКОВ, инженер («За Рулем» №4, 1983)

Литература:
Михайловский Е. Аэродинамика автомобиля. М., Машиностроение, 1973.
Павловский Я. Автомобильные кузова. М., Машиностроение, 1977.
«За рулем», 1978, № 1, № 7; 1981, № 4, № 8.
«Автомобильная промышленность», 1979, № 11.

Для решения поставленной задачи были проведены параметрические испытания крупномасштабной модели автомобиля в аэродинамической фубе. Модель имела полное геометрическое подобие с натурным автомобилем. Для соблюдения кинематического подобия, параметрические испытания проводились в зоне «автомодельное™», где аэродинамические характеристики модели практически не зависят от числа Рсйнольдса (Re). Методика модельных аэродинамических исследований включала получение опытных данных, устанавливающих влияние каждого из рассмотренных выше параметров кузова на величину коэффициента Сд. модели автомобиля.

Результаты проведенных аэродинамических испытаний представлены ниже в виде графических зависимостей.

На рисунках 6.7 – 6.11 представлены зависимости снижения коэффициента сопротивления Сх модели автомобиля от угла наклона облицовки радиатора, крышки капота, ветрового стекла, радиуса закругления фронтальных кромок капота и удлинения кузова.

Рис. 6.7. Зависимость приращения коэффициента Сх автомобиля от угла наклона облицовки радиатора

Рис. 6.Н. Зависимость приращения коэффициента (автомобиля от угла наклона крышки капота

Рис. 6.11. Зависимость приращения коэффициента Сх автомобиля от его относительного удлинения

Па рисунке 6.12 приведена зависимость коэффициента Сх автомобиля от угла наклона задней панели кузова.

Рис. 6.12. Зависимость коэффициента С, автомобиля от угла наклона задней панели кузова: линия – расчет. точки – эксперимент

Имеющие место на рис. 6.12 характерные точки перегиба кривой, зависимости коэффициента аэродинамического сопротивления от угла наклона задней панели кузова, соответствуют строго зафиксированным значениям угла у лишь тогда, когда переход от крыши к поверхности задней панели выполнен в виде острой кромки (без закругления). Если же этот переход выполнен со округлением радиусом R’k, то переходная область, характеризующаяся пульсирующим изменением положения линии отрыва. перемещающейся с задней кромки крыши на нижнюю кромку задней наклонной панели, ограничивается диапазоном 25° 0) углом тангенса – установке

кузова таким образом, что минимальный дорожный просвет приходится на заднюю ось, наблюдается интенсивное торможение потока в кормовой части подднищевой зоны, вызывающее повышение аэродинамического сопротивления автомобиля и действующей на задок подъемной силы. Размещение кузова горизонтально относительно поверхности дороги с увеличенным дорожным просветом делает эпюру торможения скорости равномерной и несколько улучшает характер протекания потока в подднищевой зоне автомобиля. Однако наиболее правильным для обеспечения оптимального течения потока под автомобилем является расположение кузова с отрицательным (а Читайте также: Неисправен датчик холла признаки

Худшие автомобили по аэродинамике: ТОП-7

Автомобили с худшими показателями по аэродинамике: топ-7 моделей, их особенности и некоторые важные технические характеристики. В конце — видео про аэродинамику автомобилей в Формуле 1. Автомобили с худшими показателями по аэродинамике: топ-7 моделей, их особенности и некоторые важные технические характеристики. В конце — видео про аэродинамику автомобилей в Формуле 1.

Автопроизводители неустанно совершенствуют свои модели, делая их быстрее, мощнее, технологичнее. Одним из параметров, по которому оценивают автомобиль, является аэродинамика. Обтекаемость корпуса напрямую влияет не только на скорость, но и на расход топлива, маневренность и устойчивость.

Рассмотрим в нашем обзоре модели, имеющие худшую аэродинамику.

Рейтинг автомобилей с худшей аэродинамикой

Автомобили с действительно слабой аэродинамикой можно найти у каждого производителя, хотя официально открывается эта информация весьма неохотно. В погоне за идеальными, стремительными и красивыми моделями, способными не только принести прибыль, но и стать легендарными, неловко признаваться в низком уровне лобового сопротивления.

Поэтому в рейтинг попали те наиболее показательные модели, чьи параметры известны и достоверны.

7. Lada 4×4 или ВАЗ-21213 «Нива»

В этом автомобиле можно найти едва ли не равное количество достоинств и недостатков: проходимость хорошая для одних и недостаточная для других, подвеска достаточно жесткая для преодоления канав и бордюров, но слишком ощутимая во время поездок, особенно для пассажиров заднего ряда, клиренс, размер салона, ремонтопригодность и прочие, и прочие характеристики.

Объективно же автомобиль имеет откровенно слабый 81-сильный двигатель, развивающий не более 137 км/ч.

В немалой степени быстро передвигаться мешают квадратные формы модели, сильно снижающие аэродинамические свойства и столь необходимый для внедорожника большой клиренс, напрямую мешающий борьбе со встречным воздухом.

Поэтому владельцы «Нивы» могут утешиться лишь тем, что ставший культовым «Гелендваген» по аэродинамике проигрывает нашем соотечественнику.

Коэффициент Сх у «Нивы» составляет 0,536.

6. Mercedes-Benz G-класса

Владельцы этого автомобиля грустно шутят, что бронетехника и аэродинамика – понятия не совместимые.

Действительно, модель по-настоящему «страдает» от своей кубической формы, чрезвычайно прожорливого силового агрегата и установленного под острым углом широкого лобового стекла – как бы инженеры ни улучшали силовой агрегат, максимально развиваемая скорость все равно не дотягивает до желаемого и создателями, и автомобилистами уровня.

Даже самая заряженная версия G 65 AMG, получившая под свой капот 630 «лошадей», не в состоянии разогнаться больше чем на 230 км/ч.

При этом разработчики машины в каждом новом поколении меняют, исправляют, модернизируют лишь технические характеристики, оставляя далеко не обтекаемый кузов традиционным, проверенным годами и неизменным.

Коэффициент Сх у Гелендваген составляет 0,54.

5. ВАЗ

Весь ассортимент советской классики не может похвастаться впечатляющей аэродинамикой: лучше всего она у «семерки», а наиболее плачевная – у «шестерки». Эксперты иронично отмечают, что имеющиеся у этих автомобилей показатели полностью соответствуют пособию «Автомобили и тракторы. Основы эргономики и дизайна», составленному МАМИ.

Действительно основательно инженеры подошли уже к ВАЗ 2110, который не только отлично разгонялся и развивал неплохую скорость, но и демонстрировал экономичный расход топлива.

Чтобы повысить аэродинамические показатели, необходимо было полностью изменить конструкцию. Все первые модели имели очень большую лобовую площадь, почти квадратную форму кузова, высокий клиренс и неудачный угол наклона ветрового стекла. Даже вроде бы достаточно обтекаемая на вид «девятка» имеет коэффициент сопротивления немногим меньший, чем его «собратья».

«Шестерка», по сведениям того же учебника, имеет коэффициент 0,54. А лучшего результата из всего семейства удалось достичь универсалу 2104 с его показателем в 0,53.

Коэффициент Сх самый лучший оказался у ВАЗ 2104 на уровне 0,53 и самый худший у ВАЗ 2106 на уровне 0,56.

4. Hummer H2

Эффектный и мощный внедорожник на трассе не сможет догнать не только импортную малолитражку, но даже российскую Lada Granta.

Этот качественный армейский транспорт создан для преодоления препятствий и покорения любых территорий, а для этого не нужна высокая скорость и обтекаемость кузова.

Трехтонный автомобиль с мощнейшим двигателем V8 6-литрового объема едва разгоняется до 160 км/ч, тогда как даже тольяттинский автопром способен развить 183 км/ч.

Проходимость и ремонтопригодность этого титана заставляют забыть о том, как трудно ему прорываться сквозь толщу воздуха, преодолевая те самые преграды.

Коэффициент Сх у Hammer составляет 0,57.

3. Jeep Wrangler

Городская версия армейского «Виллиса», прошедшая долгий путь от 1941 года до миллениума, категорически не приемлет высокие скорости. Причем по сравнению с военной машиной современные модели стали еще крупнее, еще длиннее, особенно если рассматривать двухдверное поколение TJ. Эта модель с открытым верхом имеет сопротивление в 0,58.

Дополнительно инженеры и конструкторы изменили некоторые элементы передней части, в том числе бампер, форму капота и радиаторную решетку, что одновременно с повышением коэффициента сопротивления обеспечило пассивной системой безопасности.

Коэффициент Сх у Wrangler составляет от 0,58 (двухверная модификация) до 0,495 у Wrangler Unlimited.

2. УАЗ «Хантер»

Современный внедорожник «Хантер» является практически близнецом УАЗ-469, выпущенного в 1972 году.

Характеристики этого автомобиля можно также увидеть в учебнике МАМИ авторства эксперта по аэродинамике профессора Игоря Степанова. Он сообщает потенциальным владельцам о том, что при 4-метровой длине, 2-метровой ширине, цельнометаллическом кузове и 2-тонном весе маломощные силовые агрегаты с трудом справляются со своей задачей.

Еще большему снижению аэродинамики способствуют сами владельцы, которые страстно любят разного рода тюнинг своих «Охотников», делающий машину эффектнее и брутальнее, но медленнее и неповротливее.

Коэффициент Сх популярного российского внедорожника составляет 0,6

1. Caterham Seven

Парадоксально, что в рейтинг попал спортивный автомобиль, так как эта категория славится как раз обтекаемыми, стремительными формами.

Действительно, эта модель имеет аэродинамику еще более плачевную, чем габаритные и угловатые внедорожники. Этот автомобиль можно назвать обновленной версией легенды автогонок 60-х годов Lotus Seven.

Инженеры и дизайнеры постаралась максимально сохранить исконный облик вплоть до ретроприборов, навесных элементов и сетки вместо радиаторной решетки, а в «сердце» автомобиля — слабый 96-сильный двигатель, разгоняющийся до 161 км/ч, или 260-сильный топовый вариант, доходящий до 250 км/ч.

В совокупности такой дизайн и конструкция позволяют одновременно и быть на вершине антирейтинга по уровне аэродинамики, и показывать неплохие результаты на треке.

Благодарить за такие показатели модель должна предельно сниженный вес, который составляет всего лишь 575 кг. Кроме того, создатели предполагают даже одноместную версию, в которой допустимо убрать пассажирское кресло и тем самым сделать машину еще легче.

Коэффициент Сх у Caterham Seven составляет 0,7

Заключение

Показатели аэродинамических качеств, которые демонстрируют современные модели, показались бы фантастическими буквально десятилетие назад. Коэффициент лобового сопротивления (Cx) объясняет, сколь просто удается автомобилю разрезать воздух, исходя из условного цилиндра, чья площадь поперечного сечения равна максимальной площади сечения конкретной модели.

Для снижения того показателя конструкторы «ужимают» кузов и делают автомобили низкими, придают кузову все более обтекаемую, каплевидную форму, уделяя особой внимание задней части.

Нередко внешне динамичный облик на практике оказывается обманчивым, так как большое значение имеет угол наклона задней части, который должен быть как можно больше. Таким образом, объяснимо, почему рейтинг самых худших по аэродинамике автомобилей преимущественно составляют внедорожники и универсалы.

Видео про аэродинамику автомобилей в Формуле 1:

КАИ АВТОВАЗа. Повелители ветра

Вазовскому КАИ (комплексу аэродинамических испытаний) всего 4 года. Здесь пока не получил завершения ни один из новых проектов, принятых к реализации. Но отдача уже есть

Вазовскому КАИ (комплексу аэродинамических испытаний) всего 4 года. Здесь пока не получил завершения ни один из новых проектов, принятых к реализации. Но отдача уже есть.

Борьба за снижение аэродинамических потерь (а в конечном счете, «обучение» автомобиля более быстрой езде при меньших затратах мощности и расходе топлива) не могла не привести разработчиков волжских малолитражек к постройке собственного комплекса аэродинамических испытаний. И его появление не замедлило сказаться. Вот лишь один пример реальной отдачи.

Известно, что 106-ю модель ВАЗа тщательно доводят в многочисленных спортивных «конюшнях», улучшая ее динамику и управляемость. Для этого изменяются характеристики силового агрегата, трансмиссии и ходовой части. В то же время вопросам аэродинамики уделяется внимания гораздо меньше.

Между тем понижение клиренса спортивной машины (как один из способов оптимизации воздушного потока под днищем автомобиля), без соответствующей доводки остальных элементов кузова, может привести к ухудшению коэффициента аэродинамического сопротивления (Сх). Именно это и произошло с представленной на фотографиях 106-й. После продувки в аэродинамической трубе в навеску автомобиля пришлось вносить изменения. В частности, были трансформированы передний бампер с нижним спойлером и антикрыло, тем самым создана отрицательная подъемная сила, равномерно распределяемая на колеса автомобиля.

Ну а теперь — о собственно комплексе аэродинамических испытаний. Все его составляющие — иностранного производства, приобретенные у ведущих в этой области фирм.

Лазерный стенд по определению площади поперечного сечения, обошедшийся ВАЗу почти в 1 млн DEM, спроектирован компанией ISRA Sistemtechnik GmbH, а изготовлен при содействии компании Carl Schenck AG. На стенде можно замерять поперечное сечение (до 4 м2) легковых автомобилей и микроавтобусов в натуральную величину, макетов автобусов и грузовиков в масштабе от 1:2 до 1:5, а также архитектурных сооружений.

Использование HeNe-лазера на специальной подвеске, чувствительного экрана и видеокамер с двумя режимами разрешения обеспечивает высокую точность измерений. Они могут проводиться автоматически, процесс занимает от 15 до 30 минут. При этом информация отображается на экране монитора, а затем распечатывается на принтере.

Самое грандиозное сооружение комплекса — аэродинамическая труба (АДТ) для образцов в натуральную величину. (Есть и модельная АДТ — для работы с макетами. Обе — производства канадской компании DSMA International Inc.)

АДТ (усовершенствованный вариант той, что используется в исследовательском центре Porsche) позволяет оценивать аэродинамические характеристики натуральных объектов или их макетов. Здесь помимо значения Сх с помощью специальных весов можно получать и все шесть аэродинамических составляющих, действующих на автомобиль (трех сил — лобовой Рх, боковой Ру, подъемной Рz и трех моментов — крена Мх, опрокидывающего Му, поворачивающего Мz). Можно определять параметры воздушного потока на поверхности объекта и вокруг него, визуализировать обтекание объекта воздухом и определять уровень шумов. Специалисты выдают не только результаты измерений, но и рекомендации по доводке образцов.

Главный вентилятор полноразмерной АДТ обладает колоссальной мощностью — 2,3 МВт. С его помощью воздушный поток разгоняется до 60 м/с, что соответствует скорости движения автомобиля в 216 км/ч. Изменив угол атаки лопаток, можно добиться прироста скорости еще на 10-15%. Впрочем, опытные специалисты уже при скорости потока в 10 м/с достаточно достоверно прогнозируют поведение объекта в более мощном воздушном потоке.

Интересно, что АДТ, по сути, — огромный аэрогриль. Прирост температуры каждые полчаса работы трубы — 10 °С. Расплавить пластилиновый макет в таких условиях ничего не стоит. Чтобы этого не произошло, в системе охлаждения постоянно циркулирует 15 тонн этиленгликоля, и рабочая температура в чреве АДТ поддерживается на уровне 20-25 °С.

Особую гордость инженеров ВАЗа составляют упомянутые шестикомпонентные тензометрические весы. Других таких в России нет. Они также изготовлены фирмой Carl Schenck AG, а смонтированы рабочими тольяттинского завода.

Хотя главный объект комплекса — полномасштабная АДТ, гораздо больший объем работ приходится на модельную, позволяющую экономить средства на проведение испытаний и вносить изменения в проект на ранней стадии.

Например, подготавливаемый к производству пикап ВАЗ-2323 необходимо было оснастить съемным тентом. Его оптимальную конфигурацию удалось подобрать, используя макет, обойдясь без изготовления нескольких образцов тента и каркаса в натуральную величину.

В другом случае уменьшенную модель перспективного минивэна исследовали на предмет забрызгивания грязью при движении, чтобы выяснить, будет машина «грязнушкой» или «чистюлей». Визуализировав потоки воздуха, обтекающие автомобиль, узнали, что с «опрятностью» не все в порядке, и теперь специалисты решают эту проблему.

Оценка аэродинамических качеств полномасштабных объектов может принести весьма неожиданные результаты, как было с «Консулом». Оказалось, на скорости свыше 120 км/ч виниловое покрытие на крыше лимузина (не приклеенное к плоскости крыши) вздувается, ухудшая Сх и увеличивая шумы.

Полный цикл аэродинамических испытаний — с выдачей отчета и соответствующих рекомендаций — автомобиль проходит в течение одного рабочего дня. Современное оборудование — лишь инструмент. Главное достояние КАИ, конечно, — специалисты. Их подготовка началась задолго до появления собственного центра. Знания и опыт приобретались на Дмитровском полигоне (в единственном тогда месте, располагающем АДТ для испытаний автомобилей) и при доводке семейства «восьмерок» в исследовательском центре Porsche.

Результат очевиден: у «копейки» Сх равнялся 0,55, у «девяносто девятой» — 0,438, а у «десятки» — уже 0,33 (мы привели показатели седанов, чтобы сравнение было корректным). Конечно, это еще далеко от лучших характеристик зарубежных машин, но надо учитывать, что в рекламных целях данные иномарок частенько завышаются.

Специалисты Управления специальных испытаний ВАЗа планируют со временем перейти к исследованиям математических моделей и глубже заняться изучением аэродинамики подкапотного пространства, днища автомобиля, системы приточной и вытяжной вентиляции.

Сейчас комплекс аэродинамических испытаний занят лишь на треть, то есть работы ведутся в одну смену, тогда как можно было бы организовать три. Заказов со стороны не счесть — и от других автозаводов, и от строителей, которых интересует ветровая нагрузка архитектурных сооружений. Проблема в одном — в кадрах. Судя по всему, тольяттинским «повелителям ветра» необходимо создавать собственную школу.

Значения коэффициентов аэродинамического сопротивления некоторых моделей (данные производителя)

Модель — Сх
ВАЗ-2101 — 0,55
ВАЗ-2106 — 0,524
ВАЗ-2104 — 0,531
ВАЗ-2109 — 0,459
ВАЗ-21099 — 0,438
ВАЗ-2110 — 0,33
ВАЗ-2111 — 0,362
ВАЗ-21109 — 0,35
ВАЗ-2118 — 0,366
ВАЗ-2121 — 0,536
ВАЗ-2120 — 0,417

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector