Аеродинамика на автомобила

Защо е необходимо

Защо се нуждаете от аеродинамика за кола, всеки знае. Колкото по-опростено е тялото му, толкова по-малко съпротивление при движение и разход на гориво. Такава кола не само ще ви спести пари, но и ще изхвърля по-малко боклук в околната среда. Отговорът е лесен, но далеч не пълен. Специалисти по аеродинамика, довършващи каросерията на новия модел, също:

изчислете разпределението по осите на повдигащата сила, което е много важно предвид значителните скорости на съвременните автомобили,
осигурете достъп на въздух за охлаждане на двигателя и спирачните механизми,
помислете за местата за всмукване и изпускане на въздух за вътрешната вентилационна система,
стремят се да намалят нивото на шума в кабината,
оптимизирайте формата на частите на тялото, за да намалите замърсяването на стъклото, огледалата и осветителното оборудване.

Освен това решението на една задача често противоречи на изпълнението на друга. Например намаляването на коефициента на съпротивление подобрява рационализацията, но в същото време влошава устойчивостта на автомобила на пориви на страничния вятър. Ето защо експертите трябва да търсят разумен компромис.

намаляване на съпротивлението

Какво определя силата на съпротивление? Два параметъра имат решаващо влияние върху него - аеродинамичният коефициент на съпротивление Cx и площта на напречното сечение на автомобила (в средата на кораба). Можете да намалите средната част, като направите тялото по-ниско и по-тясно, но е малко вероятно да има много купувачи за такава кола. Следователно основната посока за подобряване на аеродинамиката на автомобила е да се оптимизира потокът около тялото, с други думи, да се намали Cx. Коефициентът на аеродинамично съпротивление Cx е безразмерна величина, която се определя експериментално. За съвременните автомобили той е в диапазона 0,26-0,38. В чужди източници коефаеродинамичното съпротивление понякога се обозначава като Cd (коефициент на съпротивление - коефициент на съпротивление). Капкообразното тяло има идеална рационализация, Cx на което е равно на 0,04. Когато се движи, той плавно пресича въздушните течения, които след това безпроблемно, без прекъсвания, се затварят в неговата „опашка“.

Въздушните маси се държат различно, когато колата се движи. Тук въздушното съпротивление се състои от три компонента:

вътрешно съпротивление по време на преминаването на въздуха през двигателното отделение и интериора,
съпротивление на триене на въздушните потоци по външните повърхности на тялото и
устойчивост на формата.

Третият компонент има най-голямо влияние върху аеродинамиката на автомобила. Движейки се, автомобилът компресира въздушните маси пред себе си, създавайки зона с високо налягане. Въздушните потоци текат около тялото и там, където свършва, въздушният поток се разделя, създават се турбуленции и зона на ударно налягане. По този начин зоната на високо налягане отпред пречи на автомобила да се движи напред, а зоната на ниско налягане отзад го "засмуква" обратно. Силата на турбуленцията и размерът на зоната на ниско налягане се определят от формата на задната част на тялото.

Предната част и страничните повърхности на автомобила не създават много проблеми на дизайнерите по отношение на аеродинамиката. Основното тук е да се избягват резки преходи и издатини, като по този начин се предотвратява отделянето на въздушния поток от повърхността на тялото.

Но със задната част на тялото всичко е много по-сложно. Както можете да предположите, комбитата са най-малко аеродинамични - тяхната форма най-малко напомня на идеална „капка“. Зад техния огромен "гръб" се образува внушителна зона на разреждане, която не само намалява Cx, но и "всмуква" праха и мръсотията, които се утаяватна задното стъкло. Можете леко да намалите вредното му въздействие, като инсталирате дефлектор отгоре на петата врата. Той насочва част от въздушния поток надолу, намалявайки вакуума и замърсяването.

Не всичко е просто с хечбековете, въпреки че на пръв поглед тяхната форма изглежда най-опростена. Впечатлението е измамно - ярък пример за непредсказуемостта на аеродинамиката. Cx хечбек зависи от ъгъла на задницата. С голям ъгъл на наклон (и повечето от тези модели), процесът на потока е практически същият като при комбитата - въздушният поток се откъсва от горния ръб на покрива и създава значителна вакуумна зона.

С намаляване на ъгъла на наклон до 30-35 градуса точката на разделяне на потока се премества към долния ръб на задната част. Изглежда, че зоната на разреждане и съответно Cx трябва да намалее. Но колкото и парадоксално да изглежда на пръв поглед, вярно е точно обратното. Факт е, че в този случай въздушните потоци от страните на тялото, падащи върху наклонена повърхност, образуват ръбови вихри, които, усуквайки се в спирала, създават още по-голяма зона на разреждане зад колата. Те се борят с това явление с помощта на спойлер, монтиран на ръба на покрива. В този случай точката на разделяне на потока се премества от долния ръб на задната част към горния, което предотвратява образуването на ръбови вихри и донякъде подобрява цялостната аеродинамика.

Но ако намалите наклона на "задницата" до 20-23 градуса, въздушният поток от покрива се увива около колата почти перфектно, откъсвайки се от долния ръб. В този случай ръбовите вихри вече не се образуват и зоната на разреждане е минимална. Но такива коли губят от практичност и затова има много малко от тях сред серийните модели.

Най-доброто представяне на рационализация се демонстрира от автомобили със стъпаловидна задна част -седани и купета. Обяснението е просто - въздушният поток, излязъл от покрива, веднага удря капака на багажника, където се нормализира и след това накрая се отчупва от ръба му. Страничните потоци също падат върху багажника, което предотвратява възникването на вредни вихри зад колата. Следователно, колкото по-висок и по-дълъг е капакът на багажника, толкова по-добри са аеродинамичните характеристики. При големите седани и купета понякога дори е възможно да се постигне безпроблемен поток около каросерията. Лекото стесняване на задната част също помага за намаляване на Cx. Ръбът на багажника е направен остър или под формата на малка издатина - това гарантира разделянето на въздушния поток без турбуленция. В резултат на това зоната за изпразване зад превозното средство е малка.

Дъното на автомобила също оказва влияние върху неговата аеродинамика. Изпъкналите части на окачването и изпускателната система увеличават съпротивлението. За да го намалят, те се опитват да изгладят дъното колкото е възможно повече или да покрият всичко, което „стърчи“ под бронята с щитове. Понякога се монтира малък преден спойлер. Спойлерът намалява въздушния поток под автомобила. Но тук е важно да знаете мярката. Голям спойлер значително ще увеличи съпротивлението, но колата ще бъде по-добре "прилепнала" към пътя. Но повече за това в следващия раздел.

Притискаща сила

Когато автомобилът се движи, въздушният поток под дъното му върви праволинейно, а горната част на потока обикаля каросерията, тоест изминава по-голямо разстояние. Следователно скоростта на горния поток е по-висока от долния. И според законите на физиката, колкото по-висока е скоростта на въздуха, толкова по-ниско е налягането. Следователно под дъното се създава зона с повишено налягане, а отгоре се създава по-ниска. Това създава подемна сила. И въпреки че стойността му е малка, проблемът е, че е неравномерно разпределен по осите. Ако предната ос е натоварена от поток, който притиска капака и предното стъкло,след това задната част се разтоварва допълнително от зоната за разтоварване, образувана зад колата. Следователно, когато скоростта се увеличава, стабилността намалява и колата става склонна към поднасяне.

Няма нужда да се измислят някакви специални мерки за борба с това явление, тъй като това, което се прави за подобряване на рационализацията, в същото време увеличава притискащата сила. Например, оптимизирането на задната част намалява вакуумната зона зад автомобила и следователно намалява повдигането. Изравняването на дъното не само намалява съпротивлението на въздуха, но също така увеличава дебита и следователно намалява налягането под автомобила. А това от своя страна води до намаляване на повдигането. По същия начин задният спойлер изпълнява две задачи. Той не само намалява образуването на вихри, подобрявайки Cx, но и едновременно с това притиска автомобила към пътя поради въздушния поток, отблъснат от него. Понякога задният спойлер е предназначен единствено за увеличаване на притискащата сила. В този случай той е голям и наклонен или направен прибиращ се, влизайки в действие само при високи скорости.

За спортни и състезателни модели описаните мерки, разбира се, ще бъдат неефективни. За да ги задържите на пътя, трябва да създадете много притискаща сила. За това се използват голям преден спойлер, странични прагове и задни калници. Но инсталирани на производствени автомобили, тези елементи ще играят само декоративна роля, забавлявайки гордостта на собственика. Те няма да дадат никаква практическа полза, а напротив, ще увеличат устойчивостта на движение. Много автомобилисти, между другото, бъркат спойлер с крило, въпреки че е доста лесно да се направи разлика между тях. Спойлерът винаги е притиснат към тялото, съставлявайки едно цяло с него. Крилото е монтирано на известно разстояние от тялото.

Практическа аеродинамика

Спазването на няколко прости правила ще ви позволи да спестите от въздуха, като намалите разхода на гориво. Въпреки това, тези съвети ще бъдат полезни само за тези, които често и много шофират на пистата.

При движение значителна част от мощността на двигателя се изразходва за преодоляване на въздушното съпротивление. Колкото по-висока е скоростта, толкова по-голямо е съпротивлението (оттам и разходът на гориво). Така ако намалите дори с 10 км/ч, спестявате до 1 литър на 100 км. В този случай загубата на време ще бъде незначителна. Тази истина обаче е известна на повечето шофьори. Но други "аеродинамични" тънкости не са известни на всички.

Разходът на гориво зависи от коефициента на съпротивление и площта на напречното сечение на автомобила. Ако мислите, че тези параметри са зададени фабрично и собственикът на автомобила не може да ги промени, тогава грешите! Смяната им не е никак трудна и можете да постигнете както положителни, така и отрицателни ефекти.

Какво увеличава консумацията? Неразумно "изяжда" натоварването с гориво на покрива. И дори една рационализирана кутия ще отнеме поне литър на сто. Нерационално е да се гори гориво при отворени прозорци и люкове по време на шофиране. Ако превозвате дълъг товар с открехнат багажник, също ще получите превишаване. Различни декоративни елементи като обтекател на капака („мухобойки“), „кенгурятник“, крило и други елементи на домашно отглеждани тунинг, въпреки че ще донесат естетическо удоволствие, ще ви накарат да отделите повече. Погледнете под дъното - за всичко, което провисва и изглежда под линията на прага, ще трябва да платите допълнително. Дори такава дреболия като липсата на пластмасови капачки на стоманени колела увеличава потреблението. Всеки от изброените фактори или детайли поотделно увеличава консумацията не много - от 50 до 500 g на 100км. Но ако обобщите всичко, то отново ще „влезе“, около литър на сто. Тези изчисления са валидни за малки коли със скорост 90 км/ч. Собствениците на големи автомобили и любителите на високите скорости, правят корекция към увеличаване на потреблението.

Ако всички горепосочени условия са изпълнени, можем да избегнем ненужни разходи. Възможно ли е допълнително намаляване на загубите? Мога! Но това ще изисква малка външна настройка (говорим, разбира се, за професионално направени елементи). Предният аеродинамичен комплект не позволява на въздушния поток да се "проби" под дъното на автомобила, прагът покрива изпъкналата част на колелата, спойлерът предотвратява образуването на турбуленции зад "кормата" на автомобила. Въпреки че спойлерът, като правило, вече е включен в структурата на каросерията на модерен автомобил.

Така че получаването на спестявания от нищото е съвсем реалистично.