Аэродинамика автомобилей: Как у автомобилей появились крылья —и что такое диффузор — история аэродинамики — Лаборатория

Содержание

Аэродинамика автомобиля. Как это работает.

Аэродинамика автомобиля,к числу первых автомобилей с кузовами удобообтекаемых форм следует отнести автомобили, построенные Женетти, Бергманом, Альфа-Ромео, Румплером и Яраем, появившиеся не столько в связи с изучением законов аэродинамики, сколько в результате чисто механического заимствования форм, используемых в снарядо-, корабле-, дирижабле- и самолетостроении. Наибольшего внимания заслуживает автомобиль конструкции инженера Ярая, который считал, что для тела, движущегося в непосредственной близости к поверхности дороги, в качестве теоретически наивыгоднейшей формы может служить разделенный пополам корпус дирижабля со слегка выпуклой нижней стороной и тщательно закругленными краями.

Главные цели автомобильной аэродинамики это:
*Уменьшение сопротивления воздуха и, как следствие, увеличение максимальной скорости и снижение расхода топлива.
*Снижение уровня шума.
*Предотвращение появления поднимающих сил (обеспечение прижимной силы) и других проявлений аэродинамической неустойчивости.
Аэродинамика автомобилей изучается двумя основными методами — испытаниями в аэродинамической трубе и компьютерным моделированием. Аэродинамические трубы для испытания автомобилей иногда оснащаются подвижной дорожкой, имитирующей движущееся дорожное полотно. Кроме того, колеса испытываемого автомобиля приводятся во вращение. Эти меры принимаются для того, чтобы учесть влияние дорожного полотна и вращающихся колес на потоки воздуха.

Аэродинамическое сопротивление-№1

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

Таким образом, задача снижения лобового сопротивления – приоритетная задача не только для аэродинамики, но, в свете борьбы за экологию, и для всего автомобилестроения в целом.
Решение можно искать по двум направлениям. Первое – это уменьшение площади поперечного сечения автомобиля, иными словами, создание более узкого и низкого кузова. Путь весьма эффективный, ибо сопротивление воздуха напрямую зависит от размеров объекта, но, к сожалению, совершенно расходящийся с нынешней тенденцией к увеличению габаритов автомобилей. И увеличению, стоит отметить, немалому, ведь в моду активно входят кроссоверы, вторгающиеся даже в совершенно чуждый им сегмент спортивных, скоростных автомобилей, где требования к аэродинамике предельно высоки.

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

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

Факторов, влияющих на Cx автомобиля, несколько: во-первых, это внутреннее сопротивление, возникающее при прохождении воздуха через подкапотное пространство и салон, во-вторых, сопротивление трения между воздушным потоком и поверхностью кузова, и, в-третьих, сопротивление формы, проявляющееся главным образом в избыточном давлении перед автомобилем и разряжением позади него.

Внутреннее сопротивление составляет около 12% от общей величины, и пока особых успехов в этой области не наблюдается: напротив, все более и более мощные моторы современных автомобилей требуют все больше воздуха для охлаждения. Например, в пределе 300-сильный бензиновый двигатель выделяет в виде тепла около 450кВт – этого хватило бы для отопления нескольких особняков! Соответственно, растут размеры радиаторов, уплотняются моторные отсеки, увеличивается сопротивление воздуха… Существенные же улучшения здесь возможны лишь при переходе на более эффективные электродвигатели, но пока они так и остаются технологией будущего.
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.

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

Подпишись на наш Telegram-канал

Технология появилась в 1800-х годах

Технология, которая помогает сделать ваш автомобиль более аэродинамичным.

Уважаемые ситатели, предлагаем сегодня вам узнать, что такое аэродинамика автомобиля, зачем она нужна и в каком году впервые в мире появилась эта технология.

Без аэродинамики автомобили и самолеты, а также космические аппараты и в том числе бобслеисты являлись бы обычными объектами перемещающимися с помощью ветра. Если бы не было аэродинамики, то этот ветер перемещал бы все эти объекты просто не эффективно. Данная наука, изучающая эффективность отвода потоков воздуха и называется аэродинамикой. Чтобы создать автотранспортное средство, которое эффективно бы отводило от себя потоки встречного воздуха и заодно бы уменьшало сопротивление, необходима аэродинамическая труба, в которой инженеры проверяют эффективность аэродинамического сопротивления воздуха всех деталей автомобиля.

Ошибочно считается, что аэродинамика появилась с момента изобретения аэродинамической трубы. Это друзья не так. На самом деле аэродинамика как явление появилась еще в 1800-х годах. А само зарождение ее как науки началось в 1871 году, с известным сегодня многим братьев Райт, которые являются проектировщиками и создателями первого в мире самолета. Благодаря именно им начала развиваться наука- аэронавтика. Цель была одна — попытаться построить самолет.

Первое время братья проводили испытания своих летающих прототипов в железнодорожном тоннели. Но возможности данного тоннеля для изучения конкретных потоков воздуха были сильно ограничены. Поэтому в первое время им не удалось создать реальный летательный аппарат, чтобы корпус самого самолета отвечал самым строгим требования аэродинамики.

Поэтому в 1901 году братья построили собственную аэродинамическую трубу. В итоге, по некоторым непроверенным данным в этой трубе было испытано около 200 летательных аппаратов и еще отдельные корпуса таких прототипов различной формы. На то, чтобы построить первый в истории реальный самолет братьям потребовалось еще несколько лет. Так к примеру, в 1903 году Братья Райт провели удачное испытание своего первого самолета в мире, который тогда продержался в воздухе целых 12 секунд.

Что же такое аэродинамическая труба?

Это достаточно простое устройство, которое состоит из обычного закрытого тоннеля (т.е. огромной емкости) через который подаются потоки воздуха при помощи мощных вентиляторов. В такую аэродинамическую трубу помещают нужный объект, на который и начинают подавать потоки воздуха. Также, в современных аэродинамических трубах специалисты имеют сегодня возможность подавать на объект (и не только) уже направленные потоки воздуха, как и на определенные элементы кузова самого автомобиля и любого автотранспортного средства.

Такое тестирование в аэродинамических трубах приобрело массовую популярность во время Великой Отечественной войны (т.е. в 40-е годы). Во всем мире военные ведомства вели исследования аэродинамики военной техники и боеприпасов. После окончания войны эти военные аэродинамические исследования свернулись. Но свое внимание на аэродинамику как науку обратили сами авто-инженеры, которые проектировали спортивные гоночные автомобили. Затем эту моду подхватили и проектировщики легковых автомобилей.

Изобретение аэродинамической трубы позволило специалистам тестировать автотранспортные средства которые находятся в неподвижном состоянии, подавая на них потоки воздуха создается тем самым тот же самый эффект, что наблюдается при движении машины. Даже при испытаниях тех-же самолетов объект всегда остается неподвижным. Регулируется только скорость самого ветра, чтобы сымитировать определенную скорость данного транспортного средства.

Благодаря аэродинамике, спортивные и простые автомобили стали приобретать вместо своих квадратных форм более плавные линии с закругленными элементами кузова.

Иногда для такого исследования бывает и не нужен целый автомобиль. Очень часто для аэродинамического изучения кузова определенной модели автомобиля используется просто его обычный макет в натуральную величину. В итоге таким самым образом специалисты и определяют уровень данного сопротивления ветра.

По тому как движется ветер внутри трубы определяется и сам коэффициент такого лобового сопротивления ветра.

Современные аэродинамические трубы по своей сути представляют из себя очень гигантский фен, который используется (и использовался) для вашего автомобиля. Например, одна из известных аэродинамических труб расположена в Северной Каролине, штат США, где постоянно проводятся исследования всемирно известной ассоциацией гонок NASCAR. Благодаря этой трубе инженеры создают и моделируют современные автомобили способные передвигаться со скоростью 290 км/ч.

В это сооружение было когда-то вложено около 40 млн. долларов США. Труба начала свою работу в 2008 году. Главные ее инвесторы — ассоциация гонок NASCAR и владелец гонок Формула-1 Джин Хаас.

Вот дорогие друзья видео традиционного испытания в этой самой трубе:

С момента появления первой в истории аэротрубы инженеры поняли для себя, на сколько важно это изобретение для всей автопромышленности. В конечном итоге на нее (на трубу) обратили внимание и автомобильные проектировщики, которые стали развивать сами технологии исследования потоков воздуха. Но как мы знаем, технологии не стоят на месте. В наши дни многие исследования и расчеты проходят и проводятся уже на компьютерах. Самое удивительное и то, что даже сами аэродинамические тесты стали проводиться на компьютерах в специальных его программах.

В качестве испытуемого объекта используется виртуальная 3D модель машины. Далее на самом компьютере воспроизводятся различные условия для тестирования той самой аэродинамики. Тот же подход начал развиваться и применяться для проведения и самих краш-тестов. Так к примеру, недавно было заявлено, что готовится новая технология по проведению виртуальных краш-тестов, которая не только поможет сэкономить деньги, но и позволит учитывать множественное число параметров авто при испытании.

Также как и реальные краш-тесты строительство такой аэродинамической трубы и испытания в ней, очень дорогое удовольствие. На самом же компьютере себестоимость таких испытаний может составить всего несколько долларов.

Правда только бабушки, дедушки и приверженцы старых технологий по-прежнему будут говорить всему миру, что реальный мир все-же лучше, чем теже компьютеры. Но 21 век — это и есть 21 век. Поэтому это неизбежно, в ближайшем будущем многие реальные испытания будут уже полностью проводиться на компьютере.

Хотя здесь надо отметить, мы и многие из нас не против таких компьютерных технологий хотя где-то в душе надеемся, что реальные тесты в самой аэротрубе и обычные краш-тесты все-же по-прежнему останутся в автопромышленности.

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).

Смотрите также: Необычные автомобили, которые приехали на техосмотр

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.

Смотрите также: Вот насколько тратится больше топлива из-за груза на крыше автомобиля

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.

Смотрите также: 11 GIF фото которые демонстрируют как работает аэродинамика в автомобилях

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 и зачем улучшают аэродинамические характеристики автомобиля

Аэродинамика автомобиля имеет отношение практически ко всему спектру вопросов существования современного ТС. Дело не только в наличии внешних атрибутов, таких как спойлеры, колесные диски или зеркала специальной формы.

И собираясь улучшать аэродинамику автомобиля самостоятельно, стоит понимать, что этим занимался производитель еще на этапе производства.

Источник: https://ZnanieAvto.ru/nuzhno-znat/aerodinamika-avtomobilya.html

Для чего нужна аэродинамика автомобилю, знают все. Чем обтекаемее его кузов, тем меньше сопротивление движению и расход топлива. Такой автомобиль не только сбережет ваши деньги, но и в окружающую среду выбросит меньше всякой дряни. Ответ простой, но далеко не полный. Специалисты по аэродинамике, доводя кузов новой модели, еще и:

Причем решение одной задачи зачастую противоречит выполнению другой. Например, снижение коэффициента лобового сопротивления улучшает обтекаемость, но одновременно ухудшает устойчивость автомобиля к порывам бокового ветра. Поэтому специалисты должны искать разумный компромисс.

От чего зависит сила лобового сопротивления? Решающее влияние на нее оказывают два параметра – коэффициент аэродинамического сопротивления Сх и площадь поперечного сечения автомобиля (мидель). Уменьшить мидель можно, сделав кузов ниже и уже, но вряд ли на такой автомобиль найдется много покупателей.

Поэтому основным направлением улучшения аэродинамики автомобиля является оптимизация обтекания кузова, другими словами – уменьшение Сх. Коэффициент аэродинамического сопротивления Сх – это безразмерная величина, которая определяется экспериментальным путем. Для современных автомобилей она лежит в пределах 0,26-0,38.

В зарубежных источниках коэффициент аэродинамического сопротивления иногда обозначают Cd (drag coefficient — коэффициент сопротивления). Идеальной обтекаемостью обладает каплевидное тело, Сх которого равен 0,04.

При движении оно плавно рассекает воздушные потоки, которые затем беспрепятственно, без разрывов, смыкаются в его «хвосте».

Иначе ведут себя воздушные массы при движении автомобиля. Здесь сопротивление воздуха складывается из трех составляющих:

внутреннего сопротивления при прохождении воздуха через подкапотное пространство и салон,
сопротивления трения воздушных потоков о внешние поверхности кузова и
сопротивления формы.

Третья составляющая оказывает наибольшее влияние на аэродинамику автомобиля. Двигаясь, автомобиль сжимает находящиеся перед ним воздушные массы, создавая область повышенного давления.

Потоки воздуха обтекают кузов, а там, где он заканчивается, происходит отрыв воздушного потока, создаются завихрения и область пониженного давления.

Таким образом, область высокого давления спереди мешает автомобилю двигаться вперед, а область пониженного давления сзади «засасывает» его назад. Сила завихрений и величина области пониженного давления определяется формой задней части кузова.

Совет

Передняя часть и боковые поверхности автомобиля особых хлопот конструкторам в плане аэродинамики не доставляют. Здесь главное — избегать резких переходов и выступов, предотвращая тем самым отрыв воздушного потока от поверхности кузова.

А вот с задней частью кузова все гораздо сложнее. Как нетрудно догадаться, наименее аэродинамичными являются универсалы – их форма меньше всего напоминает идеальную «каплю».

За их обширным «задком» образуется внушительная зона разряжения, которая не только снижает Сх, но и «засасывает» пыль и грязь, оседающую на заднем стекле. Немного уменьшить ее вредное воздействие можно с помощью установки дефлектора на верху пятой двери.

Он направляет часть воздушного потока вниз, снижая разряжение и уменьшая загрязнение.

Не все просто и с хэтчбеками, хотя, на первый взгляд, их форма кажется наиболее обтекаемой. Впечатление обманчиво – яркий пример непредсказуемости аэродинамики.

Сх хэтчбеков зависит от угла наклона задней части.

При большом угле наклона (а таких моделей большинство) процесс обтекания практически не отличается от универсалов – воздушный поток отрывается от верхней кромки крыши и создает значительную зону разряжения.

С уменьшением угла наклона до 30-35 градусов точка отрыва потока перемещается на нижнюю кромку задней части. Казалось бы, зона разряжения и, соответственно, Сх должны уменьшиться. Но, как это на первый взгляд ни парадоксально, происходит все наоборот.

Дело в том, что в этом случае воздушные потоки с боков кузова, попадая на наклонную поверхность, образуют кромочные вихри, которые, закручиваясь по спирали, создают за автомобилем еще большую зону разряжения. Борются с этим явлением с помощью спойлера, устанавливаемого на кромке крыши.

Обратите внимание

При этом точка отрыва потока перемещается с нижней кромки задней части на верхнюю, что предотвращает образование кромочных вихрей и несколько улучшает общую аэродинамику.

А вот если уменьшить наклон «задка» до 20-23 градусов, воздушный поток с крыши почти идеально обтекает автомобиль, отрываясь от нижней кромки. При этом кромочные вихри уже не образуются, и зона разряжения получается минимальной. Но такие автомобили теряют в практичности и поэтому среди серийных моделей их совсем немного.

Наилучшие показатели обтекаемости демонстрируют автомобили со ступенчатой формой задней части – седаны и купе. Объяснение простое – сорвавшийся с крыши поток воздуха тут же попадает на крышку багажника, где нормализуется и затем окончательно срывается с его кромки. Боковые потоки тоже попадают на багажник, который не дает возникать вредным вихрям за автомобилем.

Поэтому чем выше и длиннее крышка багажника, тем лучше аэродинамические показатели. На больших седанах и купе иногда даже удается достичь безотрывного обтекания кузова. Небольшое сужение задней части также помогает снизить Сх. Кромку багажника делают острой или в виде небольшого выступа – это обеспечивает отрыв воздушного потока без завихрений.

В результате область разряжения за автомобилем получается небольшой.

Днище автомобиля также оказывает влияние на его аэродинамику. Выступающие детали подвески и выхлопной системы увеличивают сопротивление. Для его уменьшения стараются максимально сгладить днище или прикрыть щитками все, что «торчит» ниже бампера.

Иногда устанавливают небольшой передний спойлер. Спойлер снижает поток воздуха под автомобилем. Но тут важно знать меру. Большой спойлер существенно увеличит сопротивление, но зато автомобиль будет лучше «прижиматься» к дороге.

Но об этом – в следующем разделе.

Прижимная сила

При движении автомобиля поток воздуха под его днищем идет по прямой, а верхняя часть потока огибает кузов, то есть, проходит больший путь. Поэтому скорость верхнего потока выше, чем нижнего. А согласно законам физики, чем выше скорость воздуха, тем ниже давление. Следовательно, под днищем создается область повышенного давления, а сверху – пониженного.

Таким образом создается подъемная сила. И хотя ее величина невелика, неприятность состоит в том, что она неравномерно распределяется по осям. Если переднюю ось подгружает поток, давящий на капот и лобовое стекло, то заднюю дополнительно разгружает зона разряжения, образующаяся за автомобилем.

Поэтому с ростом скорости снижается устойчивость и автомобиль становится склонен к заносу.

Важно

Каких-либо специальных мер для борьбы с этим явлением конструкторам обычных серийных автомобилей выдумывать не приходится, так как то, что делается для улучшения обтекаемости, одновременно увеличивает прижимную силу.

Например, оптимизация задней части уменьшает зону разряжения за автомобилем, а значит и снижает подъемную силу. Выравнивание днища не только уменьшает сопротивление движению воздуха, но и повышает скорость потока и, следовательно, снижает давление под автомобилем.

А это, в свою очередь, приводит к уменьшению подъемной силы. Точно так же две задачи выполняет и задний спойлер. Он не только уменьшает вихреобразование, улучшая Сх, но и одновременно прижимает автомобиль к дороге за счет отталкивающегося от него потока воздуха.

Иногда задний спойлер предназначают исключительно для увеличения прижимной силы. В этом случае он имеет большие размеры и наклон или делается выдвижным, вступая в работу только на высоких скоростях.

Для спортивных и гоночных моделей описанные меры будут, естественно, малоэффективны. Чтобы удержать их на дороге, нужно создать большую прижимную силу. Для этого применяются большой передний спойлер, обвесы порогов и антикрылья.

А вот установленные на серийных автомобилях, эти элементы будут играть только лишь декоративную роль, теша самолюбие владельца. Никакой практической выгоды они не дадут, а наоборот, увеличат сопротивление движению. Многие автолюбители, кстати, путают спойлер с антикрылом, хотя различить их довольно просто.

Спойлер всегда прижат к кузову, составляя с ним единое целое. Антикрыло же устанавливается на некотором расстоянии от кузова.

Практическая аэродинамика

Выполнение нескольких несложных правил позволит вам получить экономию из воздуха, снизив расход топлива. Однако эти советы будут полезны только тем, кто часто и много ездит по трассе.

При движении значительная часть мощности двигателя тратится на преодоление сопротивления воздуха. Чем выше скорость, тем выше и сопротивление (а значит и расход топлива).

Поэтому если вы снизите скорость даже на 10 км/ч, сэкономите до 1 л на 100 км. При этом потеря времени будет несущественной. Впрочем, эта истина известна большинству водителей.

А вот другие «аэродинамические» тонкости известны далеко не всем.

Совет

Расход топлива зависит от коэффициента лобового сопротивления и площади поперечного сечения автомобиля. Если вы думаете, что эти параметры заложены на заводе, и автовладельцу изменить их не под силу, то вы ошибаетесь! Изменить их совсем несложно, причем можно добиться как положительного, так и отрицательного эффекта.

Что увеличивает расход? Непомерно «съедает» топливо груз на крыше. И даже бокс обтекаемой формы будет отнимать не менее литра на сотню. Нерационально сжигают топливо открытые во время движения окна и люк. Если перевозите длинномерный груз с приоткрытым багажником — тоже получите перерасход.

Различные декоративные элементы типа обтекателя на капоте («мухобойки»), «кенгурятника», антикрыла и других элементов доморощенного тюнинга хоть и принесут эстетическое наслаждение, но заставят вас дополнительно раскошелиться. Загляните под днище — за все, что провисает и выглядывает ниже линии порога, придется доплачивать.

Даже такая мелочь, как отсутствие пластиковых колпаков на стальных дисках, повышает расход. Каждый перечисленный фактор или деталь по отдельности увеличивают расход не на много — от 50 до 500 г на 100 км. Но если все суммировать, «набежит» опять же около литра на сотню. Эти расчеты справедливы для малолитражных автомобилей при скорости 90 км/ч.

Владельцы больших автомобилей и любители блльших скоростей делайте поправку в сторону увеличения расхода.

Если выполнить все вышеперечисленные условия, мы сможем избежать излишних трат. А можно ли еще снизить потери? Можно! Но это потребует проведения небольшого внешнего тюнинга (речь идет, конечно, о профессионально выполненных элементах).

Передний аэродинамический обвес не дает воздушному потоку «врываться» под днище автомобиля, накладки порогов прикрывают выступающую часть колес, спойлер препятствует образованию завихрений за «кормой» автомобиля.

Хотя спойлер, как правило, уже включен в конструкцию кузова современного автомобиля.

Так что получать экономию из воздуха – вполне реально.

Совет
Экономия при 90 кмч
Экономия при 120кмч

Демонтировать верхний бокс	0,98	1,61
Демонтировать крепления для лыж	0,61	1,01
Закрыть окна	0,27	0,44
Установка переднего обтекателя	0,24	0,40
Закрыть люк в крыше	0,05	0,08
Установить колпаки на штампованные колеса	0,05	0,08

Источник: https://avtonov. info/ajerodinamika-avtomobilja

Аэродинамика (зачем нужны обвесы) — DRIVE2

АЭРОДИНАМИКА КУЗОВА — ЛОБОВОЕ СОПРОТИВЛЕНИЕ ?!

Один из важных показателей современных автомобилей — аэродинамика кузова, а точнее, его лобовое сопротивление. Главная проблема, которую решают специалисты по аэродинамике, — как максимально уменьшить эту величину.

Сопротивление воздуха рассчитывается по формуле: F = 0,5CхSpV2, где S — площадь поперечного сечения автомобиля, p — плотность воздуха, V — скорость движения. Последняя величина этой формулы в квадрате, то есть когда машина разгоняется с 60 до 120 км/час, аэродинамическое сопротивление возрастает вчетверо.

Например, BMW 760i при движении на скорости в 250 км/час только на преодоление сопротивления воздуха требуется мощность 191 л.с., а при 300 км/ч эта машина тратила бы 331 л.с. Коэффициент Cx (в английском варианте Cd, а в немецком — Cw) определяется экспериментально. Именно он описывает аэродинамическое совершенство кузова.

Самый низкий Cx у капли жидкости — примерно 0,05, ее форма максимально способствует проникновению сквозь воздух. Однако компоновать машину в форме капли неудобно. Поэтому в некоторых моделях серийных автомобилей только отдельные элементы имеют каплевидную форму: покатый задок и округленную переднюю часть.

Обратите внимание

У большинства современных серийных автомобилей Сx (в английских и американских изданиях — Cd) обычно равен 0,30-0,35, самые совершенные достигают значений 0,26-0,27.

АВТОМОБИЛЬНАЯ АЭРОДИНАМИКА — ПОДЪЁМНАЯ И ПРИЖИМНАЯ СИЛЫ

Все мы неоднократно видели на спортивных машинах такие аэродинамические детали, как дефлекторы, сплиттеры, диффузоры и антикрылья. И это не говоря уже о полных аэрокитах. Все это, как известно, помогает улучшить динамические характеристики машины.

Но как именно помогает?Почему автоспортсмены и их команды тратят кучу времени и сил на улучшение своих машин в области их взаимодействия с воздушными потоками? Чтобы понять все это, нужно сначала коснуться общих принципов аэродинамики.В зависимости от формы, любой объект, движущийся сквозь воздух, будет всегда либо подниматься вверх, либо наоборот, прижиматься к земле.

Силы, действующие на него в этих случаях, известны как подъемная и, соответственно, прижимная. Большинство машин благодаря форме кузова при езде склонны к подъему и отрыву от земли. Причину этого эффекта когда-то открыл швейцарский ученый Даниил Бернулли.

Эффект Бернулли состоит как раз в том, что чем выше скорость молекул воздуха, передвигающихся вокруг объекта, тем ниже давление воздуха на этот объект. И наоборот: чем ниже скорость молекул воздуха, тем выше давление.

Когда машина движется куда-то, она непрерывно “бомбардируется” воздушными молекулами.

Столкнувшись с машиной “лоб в лоб”, воздух стремится переместиться в какое-нибудь другое место. Тут возможны два варианта: либо воздушный поток обтекает машину сверху, либо он перемещается вниз, под ее днище. Возможно, вы подумаете, что так как над машиной, грубо говоря, больше пространства, давление на ее крышу должно быть выше. Но это не так.

При езде давление над машиной ниже, чем под ней, благодаря как раз эффекту Бернулли. Так как молекулы быстрее движутся над машиной, их плотность там понижена. Соответственно, давление воздуха там тоже меньше. А вот снизу воздух более плотен, его потоки под автомобилем более медленные, и давление на машину снизу выше. Поэтому при наборе скорости машина все сильнее стремится “взлететь” — ее просто-напросто выталкивает наверх воздух снизу.

КАКИЕ АЭРОДЕТАЛИ ЛУЧШЕ ВСЕГО ПОДОЙДУТ К МОЕМУ АВТОМОБИЛЮ ?

Аэродинамическая составляющая тюнинга так же важна, как и все остальные его составляющие, и вносит свою немалую роль в повышении мощности машины. Давайте рассмотрим подробнее самые распространенные типы компоновки автомобилей, и наиболее подходящие к ним аэродетали.

Важно

ПЕРЕДНЕМОТОРНАЯ КОМПОНОВКА С ПРИВОДОМ НА ПЕРЕДНЮЮ ОСЬ (FF)
У этого типа машин вся мощность сосредоточена впереди.

Для предотвращения потери сцепления шин с дорожным покрытием здесь можно использовать передний сплиттер (“губу” на бампер) и дефлекторы — тоже на передний бампер.

Это позволит переду машины сильнее прижиматься к земле на высокой скорости. Таким образом, потери мощности уменьшатся.

СРЕДНЕМОТОРНАЯ КОМПОНОВКА С ПРИВОДОМ НА ЗАДНЮЮ ОСЬ (MR)Центр тяжести у таких машин расположен очень близко к их центру, а значит, перед здесь более “легкий”. Это вызывает такой эффект, как избыточная поворачиваемость или очень резкий занос задней оси.

Чтобы как-то сбалансировать это не всегда желаемое поведение машины, аэро-гуру также советуют усилить аэродинамическими деталями перед машины.

Однако и заднюю часть автомобиля можно украсить некоторыми новыми элементами. К их числу относят антикрылья, спойлеры и диффузоры.

Они создают прижимную силу на задней оси, что особенно полезно для следующих типов машин:

ПЕРЕДНЕМОТОРНАЯ КОМПОНОВКА С ПРИВОДОМ НА ПЕРЕДНЮЮ ОСЬ (FF)
Как уже писалось выше, мощность и вес у такого рода машин сконцентрированы впереди. Следовательно, зад получается довольно легким, и для достижения баланса его нужно “нагрузить”. Для этого и ставят задние спойлеры и антикрылья на багажник.

ПЕРЕДНЕМОТОРНАЯ КОМПОНОВКА С ПРИВОДОМ НА ЗАДНЮЮ ОСЬ (FR)
У машин с такой компоновкой мощность приходится на задние колеса. Чтобы эта мощность не пропадала зря, то есть колеса были всегда сцеплены с дорогой, здесь тоже нужна прижимная сила. Как и в предыдущем пункте, для этого понадобятся антикрыло либо спойлер.

НАСКОЛЬКО ВАЖНА ВЫСОТА АНТИКРЫЛА ?

Совет

Мы все любим смеяться над стрит-рейсерами, громоздящими на свои машины безумно высокие “скамейки”. На машинах, эксплуатирующихся только в городе, они и правда смотрятся смешно. А вот на треке — зачастую вовсе нет, потому что высокое антикрыло расположено в зоне “чистого воздуха”.

“Чистый воздух” — это, в общих чертах, область воздушного потока, который ровно обтекает движущуюся машину. Двигаясь вперед, автомобиль как бы “замещает” собой некий объем воздуха. Впереди кузова образуется область повышенного давления, так как он при движении “сжимает” молекулы воздуха перед собой.

А вот сзади давление как раз понижено, так как, “заместив” собой некоторый объем молекул воздуха и сжав их впереди, машины оставляет разреженное пространство сзади. Позади кузова получается в итоге некоторый вакуум (не совсем полный, конечно).

А вот уже над “вакуумом” пролегает зона “чистого воздуха”, который его обтекает.

Антикрыло может создать прижимную силу только в том случае, если на него воздействует поток воздуха. Само собой, в “вакууме” это маловероятно. Поэтому антикрыло и выносят повыше, иначе от него не будет никакой пользы.

Теперь возникает другой вопрос: как выбрать оптимальную высоту антикрыла? А вот это уже зависит от типа кузова вашей машины.

КУПЭ И ЛИФТБЭКИ / ФАСТБЭКИ

Заднее стекло на этом типе кузовов обычно “сбегает” вниз под довольно небольшим углом. Такая конструкция разрабатывалась для уменьшения лобового сопротивления и описанного выше явления “вакуума” сзади. Здесь хорошо будут работать антикрылья высотой от средних до больших величин.

СЕДАНЫ

Поскольку у седанов угол расположения заднего стекла к земле довольно крутой, эффект вакуума сзади проявляется здесь намного сильнее, чем у купе. Это означает, что низкие антикрылья точно не достанут до зоны “чистого воздуха”. Лучший выход из ситуации — разместить антикрыло на багажнике как можно выше.

ХЭТЧБЭКИ И УНИВЕРСАЛЫ

У хэтчбэков и универсалов есть одна общая проблема — отсутствие багажника, по крайней мере, в том же виде, что у седанов и купе. Куда же прикручивать спойлер? К счастью, благодаря форме кузова этих двух классов машин поток “чистого воздуха” проходит прямо над их крышей. Так что, поставив спойлер на крышу сзади, можно добиться нужного эффекта.

ЧТО ТАКОЕ ДИФФУЗОР ?

Задавались ли вы когда-нибудь вопросом о том, что это за выступы под задним бампером и зачем они нужны? Это диффузор, и он нужен для того, чтобы совместно с другими аэродеталями создавать дополнительную прижимную силу.

Параллельные “каналы”, которые образовывает диффузор, помогают потоку воздуха из-под днища быстрее перемещаться в нужном направлении — а именно назад, в зону “вакуума”.

В сочетании с антикрылом диффузор формирует более благоприятные воздушные потоки и повышает скорость машины и ее аэродинамические показатели.

СПОЙЛЕРА ИЛИ ДЕФЛЕКТОРЫ ?

Многие автолюбители часто путают антикрыло со спойлером, ошибочно думая, что это одно и то же. Спойлер от англ. to spoil — портить. Аэродинамический элемент, который изменяет направление воздушного потока, чтобы получить некоторое преимущество в движении, возможно, за счет некоторого ухудшения общей обтекаемости.

Обратите внимание

Антикрыло — это некая модификация спойлера, абсолютно противоположная ему по форме, назначению и характеристикам.Если спойлер обычно делают облегающим форму кузова и невысоким, то антикрыло, в отличие от него, делается массивным и высоко “парящим” над кузовом автомобиля.

Спойлер делается монолитным и неподвижно крепится на кузове, а антикрыло зачастую гордо “восседает” на хитроумных и подвижно сочленённых кронштейнах, позволяющих регулировать “угол атаки” и за счет этого регулировать прижимную силу, действующую на заднюю ось автомобиля, улучшая управляемость и устойчивость машины в движении .

Назначение антикрыла — сделать так, чтобы поток воздуха, обтекающий кузов на скорости, прижимал автомобиль к земле. (В отличие от спойлера, задача которого — правильно организовать воздушный поток для того, чтобы он оказывал как можно меньшее сопротивление движению машины.

)Некоторые автолюбители ошибочно считают антикрылом дефлектор, устанавливаемый над задним стеклом универсалов и хэтчбеков. От нем. deflektor — отводить, изменять. Аэродинамический элемент, который направляет поток воздуха в области, где необходимо большее давление. Пример — заднее стекло некоторых хэтчбеков и универсалов.

Там создается область пониженного давления, куда засасывается грязь. Проблема кардинально решается с помощью дефлектора, направляющего поток воздуха вдоль стекла или задней части автомобиля.Верхнее заднее антикрыло — монтируется в верхней части задней двери автомобилей с кузовами “хэтчбэк”, или крышки багажника автомобилей с кузовами “седан” или “купэ”.

Его основное назначение — улучшить аэродинамические характеристики автомобиля за счет более плавного обтекания воздушных потоков при переходе от крыши автомобиля к снижению в его задней части. Существует три типа — стационарное, регулируемое и сьемное.

Задний спойлер (спойлер багажника) — монтируется в нижней части задней двери или крышки багажника, его основное назначение заключается в общей стабилизации распределения нагрузки по осям автомобиля; при увеличении скорости удачно подобранный спойлер обеспечивает дополнительный прижим задней оси к дороге за счет его аэродинамических свойств;Дефлектор заднего стекла — монтируется в верхней части заднего стекла — его основное назначение — в меньшей степени чем “антикрыло” но все же улучшить аэродинамические характеристики автомобиля за счет более плавного обтекания воздушных потоков при переходе от крыши автомобиля к снижению в его задней части и за счет изменения направления потока уменьшить попадание грязи на заднее стекло автомобиля. Пороги (обтекатели боковых порогов) автомобиля — монтируются в нижней боковой части автомобиля под его боковыми дверями; призваны улучшить обтекание воздухом на переходе от днища к боковым дверям.Видоизмененный передний бампер (или спойлер-накладка ( “юбка”) переднего бампера позволяет улучшить обтекание воздухом в передней части автомобиля. Это позволит переду машины сильнее прижиматься к земле на высокой скорости. Таким образом, потери мощности существенно уменьшаются. Передний бампер (или спойлер-накладка “юбка”) помогает решить и еще несколько задач, таких как установка дополнительных фар, которые можно красиво и оригинально вписать в общий интерьер фронтальной части автомобиля, а также добиться дополнительного охлаждения передних тормозных дисков, для чего в бампере (спойлере) делаются специальные направляющие каналы (шахты).Видоизмененный задний бампер (или накладка — “юбка” заднего бампера ) — позволяет улучшить обтекание воздухом в задней части автомобиля, в месте перехода обтекания воздухом от днища к его задней части; уменьшить загрязняемость заднего свеса автомобиля.

Спойлер заднего стекла — монтируется в верхней части заднего стекла, иногда с переходом на крышу автомобиля с кузовом “седан” или “купэ”, — его основное назначение — улучшить аэродинамические характеристики автомобиля за счет более плавного обтекания воздушных потоков при переходе от крыши автомобиля к снижению в его задней части.

Щитки перед колёсами

air flap — щитки перед колёсами, это — аэродинамические щитки (что даже следует из англоязычного названия детали: air flap), призванные на высокой скорости рассекать воздух перед колесами, чтобы не давать ему “заползать” толстой и плотной струёй в колесные арки и т.о поддтормаживать авто (подобно тормозному парашюту). Про открытое окно на скорости и связанный с этим драг и +1л/100 км все помним? Всякие “грязи на стекло” — самообразовавшийся вторичный бонус.

Источник: https://www.drive2.ru/b/23571/

Зачем автомобилю аэродинамика

Одной из важнейших характеристик, которую производители автомобилей указывают при выпуске новой модели или нового поколения уже известной модели, является ее аэродинамика.

Вернее, указывается коэффициент аэродинамического сопротивления, показатель которого влияет на динамические характеристики и экономичность машины.

Что же такое аэродинамика, как она влияет на скорость и экономичность автомобиля, и можно ли улучшить аэродинамику стандартной машины, мы разберемся в этом материале.

От самолетов до автомобилей

Важно

Первоначально знания об аэродинамике применялись исключительно в военной промышленности – особенно в авиации. Но уже в начале ХХ века автомобилестроители решили перенять опыт самолетостроителей в конструировании машин, которые бы обладали выдающимися динамическими характеристиками.

Rumpler Tropfenwagen — спортивный автомобиль 1921 года с коэффиционетом аэродинамического сопротивления Сх (0,28)

Именно это, а отнюдь не экономия топлива, лежало в основе создания первых автомобилей, где за счет придания машине определенной формы и, тем самым, снижения сопротивления встречному потоку воздуха, удавалось добиваться увеличения скорости движения.

Первые испытания автомобилей, чьи кузова были построены с учетом аэродинамических характеристик, проводились в 1920 годах в Германии. Инженерам удавалось построить машины, напоминавшие по форме кузова фюзеляжи самолетов. Эти прототипы обладали лучшими, чем стандартные модели того времени, динамическими характеристиками.

Но гиганты автомобилестроения не спешили воплощать находки энтузиастов в серийные образцы, полагаясь на принцип «тише едешь, дальше будешь».

Впрочем, развивающийся параллельно «гражданскому» автомобилестроению автомобильный спорт требовал от известных производителей строительства более скоростных автомобилей, поэтому прототипы созданных по аэродинамическим законам модели рассматривались ими внимательно.

Дебютной «аэродинамической» моделью, которая пошла в серийное производство, стала Tatra 77, которая производилась с 1937 по 1950 годы.

Tatra T77 1934 года

Она обладала выдающимися по тем временам динамическими характеристиками — максимальная скорость — 160 км/час (самые скоростные модели на тот момент развивали не более 130 км/час), расход топлива при этом составлял 14 л/100 км (у остальных авто – от 17л/100 км и выше).

Такие результаты вдохновили и других автопроизводителей, и постепенно все большее количество машин строились с учетом аэродинамических характеристик.

Совет

Сегодня ни один производитель не игнорирует этого важнейшего аспекта при проектировке кузова новой модели, а усилия инженеров направлены на то, чтобы уменьшить коэффициент аэродинамического сопротивления автомобиля.

Какой коэффициент лучше для авто

Коэффициент аэродинамического сопротивления является составной часть формулы, по которой рассчитывается сила сопротивления воздуха, воздействующего на какой-либо объект. Обозначается он символом Сw.

Помимо потока встречного воздуха, существует еще одно препятствие для развития высокой скорости автомобиля – сила поверхностного трения, которая возникает из-за неровностей кузова.

Придание ему обтекаемой формы, а также использование различных дополнительных конструкций (спойлеров, диффузоров, специальных вентиляционных отверстий) позволяет значительно снизить эти естественные препятствия, что в итоге положительно сказалось как на динамике, уменьшения шума в салоне, увеличении прижимной силы машины, так и на показателях расхода топлива. Испытания аэродинамических свойств автомобиля проводились в специально обустроенных трубах. В настоящее время применяется метод компьютерного моделирования условий, близкий к тем, что создаются в аэродинамической трубе. Оба метода признаны эффективными и применяются сегодня в автомобилестроении.

Аэродинамика автомобиля

Первые автомобили, построенные с учетом аэродинамического коэффициента, имели значение лобового сопротивления воздух 0.5. Постепенно конструкторам, применявшим все более прогрессивные материалы при создании автомобиля, удалось снизить до 0.28. Первым автомобилем, достигшим такого эффекта, стал Audi 100.

Audi 100

Этот показатель стал эталоном аэродинамики пассажирских автомобилей на долги годы, пока в 1990 году еще немецкая компания, Opel, не выпустила модель с более прогрессивным коэффициентом аэродинамического сопротивления – 0.26. Этой моделью стала Calibra.

Opel Calibra

Конечно, конструкторы могли снизить коэффициент еще больше, но в таком случае это отражалось на комфорте водителя и пассажиров. Ведь конструкция кузова автомобиля с коэффициентом аэродинамического сопротивления ниже 0.

2 предполагает низкий клиренс, неудобную посадку в авто для водителя и пассажиров. Также автомобили с такими показателями нерентабельны для серийного выпуска: технология их производства дорогостояща, что сказывается и на последующем обслуживании.

Обратите внимание

Поэтому автомобили с низким коэффициентом аэродинамического сопротивления в основном используются в автоспорте.

Впрочем, добиться приблизительно похожего эффекта можно и для стандартного автомобиля.

Конечно, заводские показатели аэродинамики в значительной мере скорректировать не удастся, но при использовании аэродинамического обвеса повлиять на динамические и расходные характеристики – можно.

Множество компаний, занимающихся тюнингом автомобилей, изготавливают различные приспособления, при грамотной установке которых можно добиться улучшения аэродинамических характеристик практически любой машины.

Porsche Cayman (981C) ’2013 от тюнинг-ателье TechArt. Вот такие вот бамперы, вентиляционные отверстия в крыльях могут улучшить аэродинамику авто.

Источник: https://avtoexperts.ru/article/zachem-avtomobilyu-ae-rodinamika/

Аэродинамика автомобиля: советы по выбору аэродеталей

Если вы найдете ошибку в тексте, выделите её мышью и нажмите Ctrl+Enter. Спасибо.

Улучшая аэродинамику автомобиля мы одновременно и улучшаем его эксплуатационные качества, которые выражаются в улучшении его динамических характеристиках и уменьшении расхода топлива.

Уменьшение сопротивляемости встречному воздушному потоку положительно влияет на скоростные показатели машины, не зря практически на всех спорт-карах установлена какая-либо аэродеталь.

Чаще всего авто оборудуются диффузорами, спойлерами, сплиттерами или антикрыльями.

И если профессиональные спортсмены прекрасно знают назначение, функции и последствия установки каждого из дополнительных элементов, то для новичков данный факт зачастую является загадкой. Но это не беда.

В данной статье мы разберемся, какие бывают детали, которые улучшаю аэродинамику автомобиля, и в каких случаях их необходимо ставить.

Основные действующие силы

Если вспомнить законы физики, то можно констатировать – во время движения на машину действует две основные силы – прижимная и подъемная.

При этом многое зависит от формы объекта, сталкиваясь с которым воздух поднимается или опускается к земле.

Сегодня есть множество моделей машин, у которых из-за неправильной формы кузова проявляется дополнительная подъемная сила. Последняя всеми силами пытается оторвать переднюю часть от земли. И чем выше скорость движение, тем мощнее данная сила.

Важно

Когда автомобиль сталкивается с потоком воздуха, у последнего есть всего два пути – уйти вверх или отправиться под днище транспортного средства.

Самое интересное, что во время езды давление воздуха под авто зачастую гораздо выше, чем над ним. Здесь проявляется так называемый «эффект Бернулли».

Молекулы воздуха быстрее перемещаются над верхним кузовом авто, поэтому там давление ниже. Под машиной плотность воздуха много больше, поэтому выше и давление.

Какой можно сделать вывод? На большой скорости потоки воздуха стараются оторвать переднюю часть от земли, но этому явлению сопротивляется сила тяжести.

Применение аэродинамики в спорте

Под капотом автомобиля огромный вес, но это не мешает встречному потоку воздуха приподнимать кузов и ухудшать сцепление колес с дорогой.

В автоспорте данное явление недопустимо. Неточное вхождение в поворот, небольшая неровность на дороге, и авто может вылететь с трассы.

Вполне логично, что мастера вынуждены всяческими методами бороться с неприятными явлениями.

Делается это путем генерации дополнительной прижимной силы, путем грамотного подбора и установки аэродинамических деталей.

Как подобрать аэродеталь для своего авто

У большинства автолюбителей есть одна общая ошибка – при выборе они исходят из внешнего вида детали, не обращая внимания на ее функциональные особенности.

С таким подходом можно не только не добиться большей устойчивости на дороге, но и усугубить ситуацию.

Следовательно, необходимо знать некоторые тонкости выбора аэродинамических деталей для каждого конкретного вида авто.

Двигатель спереди, передний привод

В таких машинах вся мощность концентрируется в передней части. Чтобы исключить негативное действие воздушных масс, необходимо обзавестись передним сплиттером, который часто называют «губой на бампер».

Еще одна полезная деталь для создания прижимной силы – дефлектор на бампер (также устанавливается на передней части авто).

Этих двух делателей достаточно, чтобы дать автомобилю дополнительную прижимную силу и снизить потери мощности.

Компоновка – среднемоторная, привод – задний

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

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

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

Совет

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

Снова-таки, рассмотрим два основных типа авто.

Мотор – спереди, привод – передний

Мы уже упоминали, что нагрузка у такого авто находится в передней части, поэтому зад оказывается уж слишком легким.

Чтобы добиться оптимального результата, его также необходимо «нагрузить» с помощью специальных деталей.

В частности, для этих целей можно установить антикрылья и задние спойлеры.

Компоновка – среднемоторная, привод – задний

В таких авто мощность сосредоточена в большей степени у задних колес. Чтобы сохранить ее в полном объеме и добиться лучшей сцепки колес с дорогой, задней части также необходима дополнительная прижимная сила, которую обеспечивает спойлер или антикрыло.

На какой высоте устанавливать антикрыло

Малоопытные водители часто удивляются высокому расположению элементов, считая это решение глупым и бессмысленным. На самом деле при движении на треке подобный тип установки является оправданным.

Крыло в этом случае располагается в зоне «чистого воздуха», то есть на пути следования потока над крышей авто.

Во время движения в задней части машины давление воздуха разрежено и прижимной силы практически нет.

Антикрыло ставится таким образом, чтобы через него проходил «чистый воздух» и выполнял свою функцию. Если поставить девайс ниже, то от него попросту не будет толка.

Но, исходя из вышесказанного, возникает вопрос по поводу оптимальной высоты для установки антикрыла.

Здесь есть несколько вариантов (в зависимости от типа кузова).

Седан.

Практически на всех авто такого типа угол «скоса» заднего стекла очень большой. Следовательно, разреженность воздуха над багажником проявляется намного больше.

Ставить спойлер на низких «ножках» в таком авто бессмысленно. Лучший выход – монтаж аэродетали на максимально допустимую высоту.

Лифт-, фастбэк или купе.

Обратите внимание

У таких авто заднее стекло довольно «покатое», угол небольшой. Следовательно, разрежение воздуха над задней частью машины не так заметно. В этом случае антикрылья должны ставиться на среднюю высоту.

Универсал, хэтчбек.

Все авто такого класса имеют одну общую особенность – у них нет багажников в том виде, в каком мы привыкли их видеть.

В этом случае спойлер должен устанавливаться как раз на краю крыши, чтобы через аэродеталь проходили потоки «чистого воздуха».

Для чего нужен диффузор?

Многие автолюбители так и не знают, для чего нужен диффузор. Его задача – создание дополнительной прижимной силы. Установка данного элемента часто производится вместе со спойлером. В этом случае и эффект будет максимальным.

Выводы

Хорошая аэродинамика автомобиля безусловно это здорово, но как правило, начальные аэродинамические характеристики машины уже заложены в нее на этапе конструирования.

Поэтому если вы придерживаетесь любительского стиля езды, то установка аэродинамических деталей не обязательна.

Но для спортсменов такие дополнения – настоящие спасители, ведь с их помощью можно не только гарантировать необходимую мощность, но и удержать автомобиль на дороге в случае резкого маневра.

Но если есть желание установить спойлер или диффузор ради тюнинга автомобиля – право ваше.

Не все так просто, как проверяют аэродинамику в компании Мерседес.

В этом нет ничего плохого.

Если в статье есть видео и оно не проигрывается, выделите любое слово мышью, нажмите Ctrl+Enter, в появившееся окно введите любое слово и нажмите “ОТПРАВИТЬ”. Спасибо.

ПОДЕЛИТЬСЯ НОВОСТЬЮ С ДРУЗЬЯМИ:

Источник: https://AutoTopik.ru/sovet/682-aerodinamika-avtomobilya.html

Устройство автомобиля – “Аэродинамика автомобиля”

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

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

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

Чем антикрыло отличается от спойлера?

Спойлер на переднем бампере изменяет направление набегающего воздушного потока.

Эти аэродинамические устройства используются для разных целей.

Антикрыло призвано создавать силу, прижимающую автомобиль к земле. В профиль оно похоже на перевернутое крыло самолета.

То есть набегающий поток воздуха стремится не оторвать машину от дороги, а наоборот, сильнее “вдавить” ее в полотно. В результате улучшаются устойчивость и управляемость автомобиля.

Но только на высоких скоростях. Если ехать медленнее 90-100 км/ч, антикрыло практически бесполезно.

Важно

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

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

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

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

Суть заключается в следующем. Днищу машины придается специальная выгнутая в сторону дороги форма. Часть набегающего воздуха с помощью спойлеров направляется под автомобиль.

Поскольку ближе к середине кузова дорожный просвет плавно уменьшается, воздушный поток начинает ускоряться. Это приводит к падению давления, которое “присасывает” машину к трассе. Ближе к корме днище снова расширяется, и воздух через диффузор выходит наружу.

По такому же принципу работает карбюратор. Но в аэродинамике это явление получило название “граунд-эффект”.

Совет

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Обратите внимание

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

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

Можно ли улучшить аэродинамику машины установкой специального комплекта?

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

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

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

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

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

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

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

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

Также тщательно прорабатывается форма зеркал заднего вида, поскольку они – один из главных источников шума на высоких скоростях. Иногда в поле зрения аэродинамиков попадают самые неожиданные детали.

Например, на новом “Mercedes-Benz” C-класса по краям задних фонарей сделаны отверстия, через которые выводится часть воздушного потока изпод днища автомобиля.

Этот “ветерок” призван уменьшать загрязнение светотехники.

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

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

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

Источник: http://www.MotorPage.ru/infocenter/autoconstruction/Aerodinamika_avtomobilya.html

Аэродинамика автомобиля — Википедия

Материал из Википедии — свободной энциклопедии

Аэродина́мика автомоби́ля — это раздел аэродинамики, изучающий аэродинамику автомобилей и другого дорожного транспорта. К числу первых автомобилей с кузовами удобообтекаемых форм следует отнести автомобили, построенные Женетти, Бергманом, Альфа-Ромео, Румплером и Яраем, появившиеся не столько в связи с изучением законов аэродинамики, сколько в результате чисто механического заимствования форм, используемых в снарядо-, корабле-, дирижабле- и самолетостроении. Наибольшего внимания заслуживает автомобиль конструкции инженера Ярая, который считал, что для тела, движущегося в непосредственной близости к поверхности дороги, в качестве теоретически наивыгоднейшей формы может служить разделенный пополам корпус дирижабля со слегка выпуклой нижней стороной и тщательно закругленными краями.

Главные цели

Главные цели автомобильной аэродинамики это:

Уменьшение сопротивления воздуха и, как следствие, увеличение максимальной скорости и снижение расхода топлива.
Снижение уровня шума.
Предотвращение появления поднимающих сил (обеспечение прижимной силы) и других проявлений аэродинамической неустойчивости.
Оптимизация процесса охлаждения некоторых агрегатов автомобиля.
Уменьшение загрязнения дорожной грязью стёкол, некоторых элементов охлаждения и воздушного фильтра автомобиля.

Особенности

Есть отличия в аэродинамике автомобилей и аэродинамике воздушного транспорта. Во-первых, характерная форма дорожного транспорта намного менее обтекаемая в сравнении с воздушным транспортом. Во-вторых, для автомобилей необходимо учитывать влияние дорожного покрытия на потоки воздуха. В-третьих, скорости наземного транспорта намного меньше. В-четвертых, у наземного транспорта меньше степеней свободы чем у воздушного, и его движение меньше зависит от аэродинамических сил. В-пятых, Наземный транспорт имеет особые ограничения во внешнем виде, связанные с высокими требованиями безопасности. И, наконец, большинство водителей наземного транспорта менее обучены чем пилоты и обычно водят, не стремясь достичь максимальной экономичности.

Сила сопротивления воздуха

Сила сопротивления воздуха вычисляется по формуле:

F=12⋅Cx⋅ρ⋅S⋅V2{\displaystyle F={{1 \over 2}\cdot {C_{x}}\cdot \rho \cdot {S}\cdot {V^{2}}}}

Где ρ{\displaystyle \rho } — плотность воздуха, S —площадь поперечной проекции автомобиля, Cx{\displaystyle C_{x}} — коэффициент аэродинамического сопротивления. Из формулы видно, что сила сопротивления воздуха пропорциональна квадрату скорости. На больших скоростях сила сопротивления воздуха превосходит другие силы сопротивления. Из формулы также видно, что уменьшить силу сопротивления можно путём уменьшения коэффициента C_x и уменьшения площади поперечной проекции. Наличие силы сопротивления воздуха объясняется тем, что при движении автомобиль сжимает воздух, находящийся перед ним, и там образуется область повышенного давления, и разрежает воздух позади себя, где образуется область пониженного давления.

Существует также сила поверхностного трения, возникающая из-за трения между неровностями поверхности автомобиля и воздухом.

Внутренние объемы автомобиля также оказывают влияние на коэффициент сопротивления, и, следовательно, на силу сопротивления воздуха.

Способы изучения аэродинамики автомобиля

Аэродинамика автомобилей изучается двумя основными методами — испытаниями в аэродинамической трубе и компьютерным моделированием. Аэродинамические трубы для испытания автомобилей иногда оснащаются подвижной дорожкой, имитирующей движущееся дорожное полотно. Кроме того, колеса испытываемого автомобиля приводятся во вращение. Эти меры принимаются для того, чтобы учесть влияние дорожного полотна и вращающихся колес на потоки воздуха.