Современные способы борьбы с аэродинамическими эффектами (стр. 5 )

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

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

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

  Наклон лобового стекла  однозначного влияния на величину  Cx не оказывает. Положительную роль играет небольшая выпуклость крыши – снижение Cx  составляет  две-три сотых. Правда, это верно лишь при условии сохранения высоты кузова – кривизна должна достигаться вследствие увеличения наклона лобового и заднего стекла, ибо в противном случае уменьшение Cx нивелируется увеличением площади поперечного сечения. В автоспорте принципы аэродинамики играют большую роль в создании прижимной силы и уменьшении сопротивления воздуха для достижения максимальной скорости. Новатором в этой области является Formula 1 как один из самых быстрых видов автогонок, и аэродинамика здесь играет большую роль. Одним из самых важных аэродинамических элементов является антикрыло, которое устанавливается в задней части спорткара. Антикрыло впервые было применено в 1967г. в гонках Формула 1. В автогонках каждый аэродинамический элемент играет важную роль. Каждая команда в автоспорте «продувает» свой спорткар в аэродинамической трубе, и ставит спойлера, аэродинамические обвесы по своим индивидуальным настройкам.

  Спойлер – это аэродинамический элемент кузова авто, задача которого направлять потоки воздуха в нужные направления, тем самым уменьшая завихрения и создавая прижимную силу. Спойлер может устанавливаться в любой части спорткара.

  Для серийных, обычных автомобилей, принципы аэродинамики применяются для уменьшения коэффициента лобового сопротивления (КЛС).

  Коэффициент лобового сопротивления – это мера измерения, показывающая сопротивление кузова автомобиля воздуху. Авто, выпускающиеся после 2000г., имеют КЛС порядка 0,27-0,28; авто 90-х годов порядка 0,29-0,31. Поэтому новые авто достаточно сглажены и не имеют прямых углов.

Существенные же улучшения здесь возможны лишь при переходе на более эффективные электродвигатели, но пока они так и остаются технологией будущего.

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

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

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

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

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

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

  В автоспорте принципы аэродинамики играют большую роль в создании прижимной силы и уменьшении сопротивления воздуха для достижения максимальной скорости. Новатором в этой области является Formula 1 как один из самых быстрых видов автогонок, и аэродинамика здесь играет большую роль. Одним из самых важных аэродинамических элементов является антикрыло, которое устанавливается в задней части спорткара. Антикрыло впервые было применено в 1967г. в гонках Формула 1. В автогонках каждый аэродинамический элемент играет важную роль. Каждая команда в автоспорте «продувает» свой спорткар в аэродинамической трубе, и ставит спойлера, аэродинамические обвесы по своим индивидуальным настройкам.

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

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

  А как же двигаться дальше? Сейчас идет большая дискуссия по зеркалам наружного вида. На их долю приходится немалая доля сопротивления. Если бы их убрать, мы бы существенно выиграли с точки зрения аэродинамики.
Например, на "десятке" зеркала составляют 5-7 процентов от общего коэффициента сопротивления.
В мире приходят к идее встроенных зеркал. Такие зеркала уже появляются на мировом рынке.
Последний "писк" - видеокамеры, мониторы внешнего наблюдения. Но это дорогое удовольствие, не для автомобилей нашего класса.

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.

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

Заключение

В практике проектирования автомобилей все чаще возникают проблемы улучшения их формы с целью уменьшения затрат мощности двигателей на преодоление сопротивления воздуха, снижения расхода топлива и повышения аэродинамической устойчивости. Серьезного внимания требует вопрос улучшения состояния воздушной среды внутри автомобиля. Успешное решение этих проблем возможно при использовании результатов многочисленных исследований в области аэродинамики автомобиля и в смежных областях техники.

Литература и интернет-сайты

http://amastercar. ru/articles/body_of_car_10.shtml http://pcentr. ru/08/distantbd/oubd11.html http://carlines. ru/modules/Articles/article. php? storyid=108 http:///community/409/content/1491346 http://www. autoshcool. ru/5365-chto-takoe-i-vidy-aerodinamiki-avtomobiley. html http://reno-symbol. narod. ru/texty/histor-aerodinamic. html http://www. vaz. ru/press/info/1998/press7_4.html эродинамика автомобиля. М., Машиностроение, 1973. втомобильные кузова. М., Машиностроение, 1977.
«За рулем», 1978, № 1, № 7; 1981, № 4, № 8.
«Автомобильная промышленность», 1979, № 11. http://own. /view/item/1127 https://ru. wikipedia. org/wik http://smartnews. ru/articles/16346.html