Самая обтекаемая форма: Оценка обтекаемости овалоидов и овалоидоподобных тел вращения

Содержание

Оценка обтекаемости овалоидов и овалоидоподобных тел вращения

Виктор Чебыкин

В статье приводится метод приблизительной оценки обтекаемости овалоидов и овалоидоподобных тел вращения. Обтекаемость различных форм определяется по лобовому сопротивлению давления.

Введение

Продолжая изучение циклоидального овала (циклопа), описанного в статьях [1] и [2], было интересно оценить аэродинамические (гидродинамические) качества его формы. Учитывая то, что состоит он из четырех брахистохрон — кривых скорейшего спуска, возникло предположение: не является ли его форма оптимальной с точки зрения аэродинамики? Оказалось, что не является. Когда это выяснилось, можно было закрыть тему и поставить точку — не все коту (циклопу) масленица, но помешал этому возникший вопрос: а какие же геометрические формы аэродинамически оптимальны? Другими словами — какие из них являются самыми обтекаемыми? На память приходили эллипсоиды и каплеобразные формы, якобы самые обтекаемые.

Создание банка кривых

Для сравнения свойств кривых необходимо провести их селекцию, то есть выбрать наиболее подходящие, затем привести их к одному масштабу и соотношению размеров осей.

За эталон масштаба и соотношения осей принят циклоидальный овал с радиусом производящей окружности, равным, например, 20 мм. Соотношение его осей, как известно, равно . Всего было построено и внесено в банк более двух десятков кривых — это известные, малоизвестные и совсем неизвестные кривые. Какова геометрия последних — тема отдельного описания, на котором останавливаться пока не будем.

Создание 3D­моделей

Для придания более стремительной формы отмасштабируем все отобранные кривые до соотношения осей, равного 2p, и операцией вращения создадим 3D­модели овалоидов и овалоидоподобных тел вращения. Часть их показана на рис. 1.

Рис. 1. Овалоиды и овалоидоподобные тела вращения

Для проверки аэродинамических характеристик исследуемой кривых неплохо было бы иметь соответствующую трубу и изготовить модели тел вращения. Второй вариант — воспользоваться расчетным модулем, имитирующим аэродинамическую трубу.

Поскольку ни того, ни другого у нас нет, ограничимся расчетом лобового сопротивления давления.

Расчет лобового сопротивления давления и коэффициентов лобового сопротивления давления (Клсд)

Это сопротивление будем определять по участкам, на которые разобьем исследуемые тела. При этом не учитываем сопротивление трения и завихрений. Скорость движения и вязкость среды также не учитываем, поскольку они одни и те же для исследуемых тел. Значение сопротивления определяем по формуле:

, (1)

где: S — проекция боковой поверхности участка тела вращения на плоскость, перпендикулярную направлению движения;

q — давление среды на единицу площади в плоскости, перпендикулярной направлению движения, для упрощения расчетов принимаем равным 1;

α — средний угол падения потока по участку.

Полное лобовое сопротивление давления тела получаем, суммируя сопротивление отдельных его участков. На рис. 2 показаны графики распределения сопротивления давления по участкам некоторых овалоидов и тел вращения. Следует обратить внимание на большое различие графиков, несмотря на кажущуюся схожесть соответствующих тел (см.

 рис. 1).

Коэффициенты лобового сопротивления давления определяем как отношение лобового сопротивления давления тела к лобовому сопротивлению давления прямого кругового цилиндра диаметром, равным диаметру миделя тела. В приведенной таблице показаны значения коэффициентов Клсд некоторых овалоидов и тел вращения с соотношением осей, равным 2p (имена кривых: Смерч, Торнадо, Циклоп, Буря, Цикада, Цик­лон — предложены автором и к метеорологии и зоологии отношения не имеют. — Прим. авт. ).

Рис. 2. Лобовое сопротивление давления тел вращения

Коэффициенты Клсд

Наименьшим коэффициентом в своих группах обладают Смерч и Буря, однако из­за большой кривизны в районе миделя применение их на больших скоростях будет приводить к срыву потока и завихрениям, что повысит общее лобовое сопротивление. Для малых скоростей они оптимальны. Для высоких скоростей подойдут кривые, находящиеся в линейках Смерч — Торнадо и Буря — Цикада, которые имеют в районе миделя меньшую кривизну. В таблицу эти промежуточные по коэффициенту Клсд кривые не включены, так как их немало. На рис. 1 овалоиды Смерч, Торнадо и тела вращения Буря, Цикада — желтого цвета.

В таблицу также включен Клсд кривой U­XXI. Это не что иное, как контур лобовой части легкого корпуса немецкой подводной лодки U­Boot­Klasse XXI (1943). О высоких гидродинамических качествах лодки говорится в [3]: «Большое внимание было уделено гидродинамическим качествам. Форма корпуса, обеспечивающая малое сопротивление в подводном положении, но, в то же время, позволяющая сохранять и надводные мореходные качества…» Для того чтобы проверить, так ли это, были проведены необходимые измерения, масштабирование и расчеты. Отношение длины лобовой части корпуса к радиусу миделя у нее составляло 3p, а отношение длины хвостовой части к радиусу миделя — 4p, что вполне логично с точки зрения гидродинамики. Тем не менее форма лобовой части выбрана (IMHO) не лучшая. Это выяснилось при масштабировании ее до 2p и расчете лобового сопротивления давления и Клсд (см.

 таблицу). И это — лучшая лодка 1940­х годов?!

Выводы:

  1. Приблизительную оценку обтекаемости тел (не обязательно тел вращения) можно выполнить расчетом их лобового сопротивления давления.
  2. Определены наиболее обтекаемые формы овалоидов и овалоидоподобных тел вращения.
  3. Определена зависимость обтекаемости овалоидов от при­тупления лобовой части и области миделевого сечения, найдены экстремальные значения параметров притупления (данные в статье не приводятся).
  4. Примененная методика позволила проверить гидродинамические качества ранее спроектированного и изготовленного технического объекта. 

Библиографический список:

  1. Чебыкин В. Классификация и идентификация эллипсовидных овальных кривых // САПР и графика. 2014. № 3. С. 92­94.
  2. Чебыкин В. Циклоидальный и псевдоциклоидальные овалы // САПР и графика. 2014. № 11. С. 105­106.
  3. Антонов А.М. Германские электролодки XXI и XXIII серий. Санкт­Петербург. Гангут, 1997. 48 с.

САПР и графика 7`2015

10 автомобилей с идеальным аэродинамическим «телом» — АвтоМания

BMW i8: 2014 (Cd 0.26)
С нуля до 100 км/ч i8 разгоняется менее чем за 4,5 секунды. Он легкий, с низкой посадкой — несомненно, автомобиль для водителя. Но кроме того, он гибрид, и расход топлива для него — критически важное значение. Отличная аэродинамика — необходимая составляющая для достижения вышеуказанных целей. Для воздуха на кузове и днище организованы специальные протоки, щели и бороздки. Круть!


Nissan GT-R, 2011 (Cd 0.26)
Очень удивительный результат, учитывая, сколько прижимной силы нужно GT-R, чтобы оставаться в контакте с асфальтом. «Аэролезвия» по краям крыльев обеспечивают оптимальный воздушный поток вокруг шин и вдоль кузова, в то время как дизайн переднего бампера и заднего диффузора делает его еще более обтекаемым. Безусловно, самый быстрый автомобиль в этом списке.


Audi A6: 2011 (Cd 0.26)
Вы можете утверждать, что A6 ничуть не отличается от других Audi. Ан нет! Именно у седана A6 лучший коэффициент лобового сопротивления 0,26. Даже у A7 Sportback хуже. В R8 потоки воздуха организуют дополнительную прижимную силу, и Cd далек от значения 0,26.


Peugeot 508, 2011 (Cd 0.25)
Peugeot демонстрирует вполне обтекаемый силуэт и, как следствие, низкий Cd. Здесь нет никакой сверхъестественной магии – просто правильные формы (и гений инженеров).


Toyota Prius, 2010 (Cd 0.

25)
А вы думаете, почему все поколения Toyota Prius, начиная с 90-х годов, такие странные? Можно любить или ненавидеть этот дизайн, но нет никаких сомнений в его аэродинамической эффективности. В современном Prius кузов венчает тоненький спойлер, который вместе с другими элементами задка уменьшает турбулентные завихрения до минимума. Самый известный в мире гибрид также имеет особенно крошечные зазоры между панелями кузова и особенно точную подгонку остекления. Мелочей нет.


Tesla Model S: 2012 (Cd 0.24)
Полностью электрическая Tesla напичкана новыми технологиями. Это относится и к аэродинамике. У нее «активные» дверные ручки, которые прячутся в кузов при движении и тем самым не создают лишнего сопротивления набегающему потоку воздуха. Даже когда в крыше открыт панорамный люк, перед ним выставляется маленький экран, чтобы не только минимизировать звуковое давление в салоне, но и оптимизировать поток воздуха.



Mercedes-Benz S-Class, 2014 (Cd 0.24)
S-Class всегда в авангарде инноваций, так что не удивительно, что флагман Mercedes-Benz один из самых аэродинамически совершенных автомобилей в мире. Совершенствуя аэродинамику, инженеры гнались за снижением шума. Великолепный, выверенный кузов плюс автоматическое опускание подвески на скоростях свыше 120 км/ч.


Mercedes-Benz CLA: 2013 (Cd 0.22)
CLA является самым убедительным доказательством того, что автомобиль может быть визуально привлекательным и очень обтекаемым одновременно. На CLA установлены специально спрофилированные по воздушному потоку передние стойки и боковые зеркала, улучшена аэродинамика дисков колес, и выштамповки на кузове специально выправляют воздушные потоки.

Даже глушитель был разработан с учетом воздушных потоков. И так в каждой детали.


Volkswagen XL1: 2013 (Cd 0.19)
А вот эта модель не приемлет компромиссов – она была построена не в угоду консерваторам-покупателям, а согласно последним достижениям аэродинамики. XL1 мало похож на автомобиль, и то, что его пустили в серию (если можно назвать серией план на изготовление 250 штук), можно считать чудом. Здесь кузов сильно сужается к задку, чтобы имитировать обтекаемую форму дельфина. Задние колеса закрыты аэродинамическими щитами, а вместо больших боковых зеркал заднего вида стоят крохотные камеры. Все воздухозаборники могут закрываться, и шины почти такие же тощие, как у горного велосипеда. Все это помогает XL1 показать впечатляюще низкий коэффициент аэродинамического сопротивления 0,19. У нас есть победитель!


Аэродинамика и драматичный путь фастбэков – Обзор – Autoutro.

ru

В 1930-х годах обтекаемость формы была своего рода магическим языком, который вызывал культурные, социальные и экономические противоречия. В эпоху аэродинамического просветления (с конца 1920-х годов до начала Второй мировой войны) существовало несколько школ, мысливших о применении аэродинамических принципов. Большинство из них работали во Франции, Германии и США. Интересно, что даже концепты из Европы уходили своими корнями в американскую историю благодаря провидцам Бакминстеру Фуллеру и Норману Бел Геддесу. Теории Фуллера были элементарны: чтобы достичь высокой скорости, нужно снизить или нивелировать сопротивление ветра. Один из способов – оттеснить воздух высокой мощностью, второй – пронзить его, словно рапирой.

В Детройте осознание аэродинамики как жизненно важной стилистической черты и инструмента улучшения динамических характеристик пришлось на начало 30-х годов. Наиболее драматичный результат был достигнут маркой Pierce-Arrow в 1933 году, когда на Чикагской выставке «Век Прогресса» был представлен аэродинамичный автомобиль Silver Arrow. По иронии судьбы, футуристичный шоу-кар Pierce-Arrow родился в «творческой секции» Харли Эрла из General Motors. Именно там талантливый молодой дизайнер Фил Райт начал работу над своим купе. Если бы не злополучное сокращение бюджета, то стильный Silver Arrow мог бы дебютировать на стенде Cadillac, а не на стенде Pierce-Arrow.

Pierce-Arrow Silver Arrow

Райт стал жертвой затянутых поясов в GM, но завершить свой дизайн все же смог. Его внезапное увольнение на самом деле оказалось благословением. Сохранив чертежи, которые он оформил в General Motors, Райт нанес визит своему другу Рою Фолкнеру – вице-президенту по продажам Pierce-Arrow. Когда Райт развернул на письменном столе свои рендеры, Фолкнер сразу увидел в них будущее автомобилестроения – гладкую, обтекаемую форму, не похожую ни на один серийный автомобиль того времени. Он тут же нанял Райта и отправил его в головную компанию Studebaker. Поработав с главным дизайнером «Студебекера» Джимми Хьюзом в Саут-Бенде (штат Индиана), Райт внес финальные штрихи того, что впоследствии стало моделью Silver Arrow. В канун Нового 1933 года первый 12-цилиндровый Pierce-Arrow Silver Arrow был готов к поездке на Нью-Йоркское автошоу. Затем в течение 48 дней было собрано еще четыре Silver Arrow. Второй, четвертый и пятый автомобили отправились в штаб-квартиру Pierce-Arrow в Буффало (штат Нью-Йорк), а вот третий осел в Чикаго, где боролся за внимание с новым купе от Cadillac. По-видимому, после ухода Райта руководство GM (вероятно по совету Харли Эрла) сменило гнев на милость. Или же они просто почувствовали, что происходит в Pierce-Arrow. Как бы то ни было, продукт люксового подразделения GM не позволил продукту Pierce-Arrow собрать все лавры в одиночку. 

Cadillac V16 Aero-Dynamic Coupe

Cadillac назвал свой новый элегантный кузов Aero-Dynamic Coupe. 16-цилиндровый автомобиль был построен на шасси Series 452-C с колесной базой 3785 мм и обладал крыльями понтонного типа и обтекаемой крышей «фастбэк», которая позже повлияла не только на другие автомобильные проекты GM в 40-х годах, но и на всю автоиндустрию в целом.

Таким образом, и купе Cadillac, и Silver Arrow стали пионерами, установившими многие важные стандарты. Неудивительно, что стенд Pierce-Arrow буквально кишел зрителями, которых привлек яркий слоган, обещавший дать гостям конкретное представление об автомобиле будущего.

В 1934 году Pierce-Arrow выпустил серийную версию Silver Arrow, а Cadillac параллельно начал предлагать Aero-Dynamic Coupe с V8, V12 и V16. Серийные модели Cadillac были практически идентичны шоу-кару 1933 года. Серийный Pierce-Arrow, напротив, был не таким красивым, как прототип, однако наклонная крыша и заднее V-образное стекло никуда не делись. Silver Arrow предлагались как с большим V12, так и с более доступным рядным 8-цилиндровиком.

Packard также подсуетился и в 1934 году презентовал на автосалонах четыре своих фастбэка. Однако в отличие от Cadillac и Pierce-Arrow, фастбэки Packard не пошли в производство.

Дизайнерские веяния в Европе, особенно в Германии, были теоретизированы и внедрены на практике профессором Вунибальдом Каммом, директором Научно-исследовательского института транспортных двигателей. Среди прочего Камм работал с Daimler-Benz (конкретно с моделью Type 80) над достижением рекорда скорости. Его труды сшили концепцию аэродинамики для всей Германии.   

Интересно, что теории дизайна были сформулированы почти одновременно по обеим сторонам Атлантики. Маловероятно, что Mercedes подсмотрел Aero-Dynamic Coupe у Cadillac или Silver Arrow  у Pierce-Arrow при создании своего 500K Autobahn Kurier 1934 года. Тем не менее сходства не вызывают сомнений.

Mercedes-Benz 500K Autobahn Kurier

Стилисты Mercedes были серьезно увлечены возможностями применения аэродинамики не только к гоночным, но и к дорожным автомобилям. Лимузин (в то время в Германии четырехдверные седаны назывались лимузинами) 500K Autobahn Kurier установил стиль, который продолжился в серии 540K и в поразительных стримлайнерах Type 290 1935 года и Type 320 1937 года.

Mecedes-Benz 320

В 30-х годах не было ни Ferrari, ни Lamborghini. Экзотические автомобили носили имена Isotta-Fraschini, Hispano-Suiza, Delahaye и Talbot-Lago. Однако для Америки эти имена были незнакомы. Наиболее известные иностранные марки того времени – Mercedes и Rolls-Royce – были исключительной компетенцией американских завсегдатаев кафе. Однако была еще одна иностранная марка, о которой услышали миллионы американцев в конце 30-х годов: Delage! Поводом к этому стало трио потрясающих автомобилей, отправленное французским правительством для показа на Всемирной выставке в Нью-Йорке в 1939 году. Они вызвали фурор среди любопытных американцев, подавляющее большинство которых никогда раньше не видело французскую машину.

Delage D8 120 Aerodynamic Coupe

Из трех Delage первые два имели кузов от ателье Letourneur et Marchand. Третий Delage, спроектированный и построенный Анри Шапроном, присоединился к первым двум в 1940 году после того, как выставка была продлена на еще один год неутомимым нью-йоркским мэром Фиорелло Ла Гардией. Все три машины были собраны на новом шасси Delage D8 120 и приводились в действие 4,7-литровым рядным 8-цилиндровым мотором от Delahaye. Он выдавал 120 л. с. при 4000 об/мин и позволял машине разгоняться до 145 км/ч (с облегченным кузовом – до 160 км/ч). Самым ярким из трех стало обтекаемое Aerodynamic Coupe с арочным дизайном окон и плавной линией крыши «фастбэк». Начало войны помешало автомобилям вернуться во Францию, и после закрытия выставки они были проданы американским клиентам по ориентировочной цене 7500 долларов.

Многие кузова, созданные в 30-х годах самыми уважаемыми ателье Франции, могли показаться возмутительными и предназначенными для одной-единственной цели – привлечения внимания на Елисейских полях. Однако некоторые французские новаторы пытались сломать шаблон. Автомобили с кузовами от Жана-Анри Лабурдетта, Жака Савчика и Джозефа Фигони были серьезными аэродинамическими исследованиями. Они были в авангарде инновационных принципов дизайна, известных как Goutte d’eau («капля воды»). Сегодня мы бы назвали это органическим дизайном: капля воды – это самая совершенная аэродинамическая форма, созданная самой природой. Goutte d’eau наделил примитивные крылья французских машин новым величием, которое все еще ошеломляет и вдохновляет даже 70 лет спустя.

Джозеф Фигони и его соратник Овидио Фаласки часто шокировали автомобильный мир 30-х годов своими необычными проектами. Капля воды или слеза были источником вдохновения для почти всех нетрадиционных, но при этом безумно красивых кузовов. Наиболее драматичными были Talbot-Lago T150 SS. Было построено не более 10 машин, и в некоторых вариациях либо задние, либо передние и задние колеса были спрятаны под массивными крыльями. 

Talbot-Lago T150SS Lago Special

Судьба компании Talbot-Lago была, пожалуй, самой яркой историей успеха 30-х годов. Энтони Лаго выкупил погрязшего в долгах Automobiles Talbot, полностью реструктурировав бренд с нуля всего за 5 лет. Он сделал это, выставив на передний план спортивные автомобили, которые легко могли трактоваться как гоночные. Хотя работники на заводе Talbot в Сюрене считали это странным способом вернуть жизнеспособность бьющейся в агонии марке, к 1937 году спорткары Talbot-Lago разгромили ведущие европейские бренды, финишировав на первом, втором, третьем и пятом местах в Гран-при Франции («24 часа Ле-Мана»), а также выиграв в знаменитом Tourist Trophy и победив на Гран-при Марселя и Туниса. К концу 30-х годов компания стала одним из трех грандов во французском автоспорте.

T150 SS имел более сложный дизайн, чем многим казалось на момент его дебюта. Как и в большинстве работ Фигони, энергетика кузова была сосредоточена вокруг колес, которые были заключены в тонкие, плавные, каплевидные капсулы, отделенные от кузова, но грамотно вписанные, чтобы казаться неотъемлемой его частью. Еще одним шедевром были двери – большие овалы с задними петлями, облегчавшие доступ в яйцевидный салон. Корпус в форме слезы фактически удлинял габариты, хотя T150 SS имел относительно короткую колесную базу.

А потом был еще Андре Дюбонне – любящий адреналин молодой миллионер, спортсмен и гонщик, чей дед Жан придумал популярное понятие «аперитив». Андре внес весомый вклад в несколько выдающихся спортивных моделей 20-х и 30-х годов, одна из которых стала самым аэродинамичным автомобилем довоенной эпохи.

В конце 20-х годов Дюбонне подружился с французским инженером Густавом Чедру, и они вдвоем разработали революционную независимую конструкцию передней подвески. Дюбонне продал права на производство General Motors в 1934 году, после чего подвеска появилась на машинах GM под названием Knee-Action.

В 1932 году Дюбонне построил несколько шасси, чтобы протестировать новый дизайн. Оригинальным макетом был обтекаемый переднеприводный седан, названный Xenia. Примерно в 1937 году у Дюбонне был новый кузов, построенный по его спецификациям парижским маэстро Жаком Савчиком. В 1938 году великолепное купе Dubonnet Xenia было завершено. Ничего подобного никто раньше не видел!

Dubonnet Xenia Coupe

Закругленный «зачесанный» назад кузов напоминал фонарь кабины пилота. Двери открывались наружу и сдвигались вдоль кузова, как на сегодняшних минивэнах. Линия крыши и каплевидные крылья встречались сзади, образуя уникальный конусообразный хвост. Единственный момент, который не удался Савчику, — это интеграция фар в крылья.

Дизайн интерьера черпал вдохновение у спортивных самолетов 30-х годов и обладал легковесными сиденьями, напольными ковриками и металлической приборной панелью. Xenia была оснащена 160-сильным мотором Hispanio-Suiza H6C, и Дюбонне даже планировал замахнуться на несколько рекордов скорости. К сожалению, война расстроила эти планы. Единственное публичное выступление Dubonnet Xenia состоялось в 1946 году, когда машина открыла тоннель Сен-Клу на старте автомаршрута «Нормандия».    

Аэродинамика имела сильное влияние как в Европе, так и в Америке. Низкое крыло, которое изначально имело брызгозащитную функцию, стало эпицентром нового жанра в дизайне 30-х годов. Конечно крылья были не единственными благодетелями стримлайнинга – линии крыши, задние фонари, капоты и даже решетки радиатора ощутили на себе положительный эффект улучшаемого коэффициента сопротивления. То, что эти процессы проходили параллельно и независимо друг от друга в Европе и США, — это загадочное и удивительное совпадение.         

Автомобили, которые признали самыми красивыми за 100 лет :: Autonews

Истории автопрома уже больше сотни лет. Как выбрать самые яркие творения инженеров за целую эпоху? Авторитетный немецкий журнал Auto Bild составил список 100 самых красивых автомашин начиная с 1920-х годов прошлого века. В международное жюри вошло 55 экспертов: дизайнеры и историки, руководители концернов и журналисты, инженеры и автогонщики.

Опираясь на этот список, можно проследить, какие автомобили вызывали больше всего восхищения в каждом десятилетии.

От конной повозки — к скорости и роскоши

Примерно до середины 1920-х годов автомобили напоминали конные экипажи. Однако строительство асфальтированных дорог привело к появлению элегантных, с низкой посадкой автомобилей, которые стали символом эпохи «ревущих двадцатых». Самыми красивыми представителями того времени стали две модели компании Bugatti.

Bugatti Type 35, также известная как Pur Sang («Чистокровная»), — маленькая, изящная гоночная машина, которая за семь лет своего существования выиграла 1800 гонок и установила 47 рекордов.

Bugatti Type 35 (Фото: bugatti.com)

Вторая модель — образец роскоши Bugatti Type 41 Royale. Компания выпустила Royale всего в шести экземплярах. Это самый большой легковой автомобиль в мире — длина его кузова составляет 6,4 метра. Для сравнения: у джипа Ford Expedition — рекордсмена по длине среди серийных джипов — этот показатель равен «всего» 5,76 метра. Добавим, что габариты никак не сказались на способности «королевского» автомобиля разгоняться до 300 км/ч.

Bugatti Type 41 Royale (Фото: bugatti. com)

Конкуренцию на конкурсе автокрасоты Bugatti в те годы составляют Alfa Romeo 6C, Delage D8 и Horch 8. Все автомобили также отличают длинный кузов и элегантный, роскошный дизайн эпохи Гэтсби.

Вперед, в будущее

В 1930-е годы конструкторы работали над аэродинамикой, что привело в конце десятилетия к созданию стиля stream-line (дословно — «линия обтекания»). Среди первых красавцев того времени — представительский Lincoln Continental и вновь Bugatti, модель Type 57.

Bugatti Type 57 (Фото: bugatti.com)

Тогда же созданы еще две удивительные машины. Первая — Rolls-Royce Phantom I Jonckheere Coupe, выпущенный в 1934-м в единственном экземпляре и сразу получивший первое место на конкурсе элегантности в Каннах. Второй уникальный автомобиль — Phantom Corsair. Это шестиместное купе так и не было запущено в производство, но прославилось благодаря футуристическому дизайну: закрытые обтекаемые крылья, составляющие единое целое с кузовом, электрические кнопки вместо дверных ручек, индикация открытия дверей и включения света и радио. Обе модели выставлены в автомобильных музеях как образец уникального дизайна.

Rolls-Royce Phantom I Jonckheere Coupe (Фото: rolls-roycemotorcars.com)

Phantom Corsair (Фото: autowp. ru)

Вторая мировая война привела к важной инновации в дизайне автомобилей: стилю Ponton. Это была кульминация десятилетней тенденции к объединению передних и задних крыльев в единую непрерывную линию. Первой машиной в стиле «понтон» на массовом рынке в 1946 году стала советская «Победа-20». «Понтон» на ближайшие 20 лет определил образ автомобиля. Образцами стиля того времени эксперты Auto Bild назвали, например, Porsche 356 и Cisitalia 202.

Cisitalia 202 (Фото: pininfarina.it)

Отдельно стоит упомянуть автомобиль, который был создан именно как продукт военного времени и серьезно отличался от своих собратьев. Это американский внедорожник Willys MB.

Willys MB (Фото: autowp.ru)

Время плавников

1950-е годы — расцвет «плавникового» стиля. Его также называют «аэростиль» или «детройтское барокко». Его особенность заключается в наличии у автомобиля парных хвостовых плавников, которые позволяют смягчить «горб» крышки багажника. Машины той эпохи отличались хищным стремительным силуэтом, приземистой посадкой и причудливого дизайна фарами и бамперами. В автомобильном дизайне угадывались черты надвигающейся космической эпохи.

Легендой этого десятилетия называют Cadillac Eldorado. Более массовая, но знаменитая и яркая представительница «плавникового» стиля — Plymouth Fury 1958 года. Она стала прообразом героини романа Стивена Кинга «Кристина» и превратилась в объект поклонения.

Cadillac Eldorado (Фото: cadillac.com)

Стоит вспомнить и европейских дизайнеров. В то время как Америка делала упор на гигантские размеры и чванливую эстетику, в Старом Свете конструкторы переходили на более компактные и экономичные формы. В списке самых красивых европейских машин 50-х годов — Citroen DS, получивший неофициальное имя «Богиня», и спортивный Mercedes 300SL с необычными, открывающимися вверх дверьми. Автопроизводители по обе стороны океана также начали экспериментировать с цветами — от пастельных оттенков до разноцветной окраски.

Citroen DS (Фото: citroen.com)

Прощание с аэродинамикой

Гигантские, подобные космическим кораблям или океанским лайнерам автомобили в 1960-е годы уступают место более простым и экономичным моделям. В США появляется класс недорогих спортивных машин для молодежи — pony cars. Культовыми его представителями стали Ford Mustang и Chevrolet Camaro.

В Европе самыми красивыми автомобилями эпохи названы, например, модели компаний Alfa Romeo (Canguro, Junior, 33 Stradale), Ferrari (250 GTO и 512 Berlinetta Speciale) и легендарная модель Porsche — 911.

Alfa Romeo Canguro (Фото: alfaromeo. it)

Машины 1960-х годов в рейтинге журнала Auto Bild собрали больше всего призовых мест, включая и лидера списка — Jaguar E-Type. Этот автомобиль также занял первое место в народном голосовании британского издания The Telegraph.

Jaguar E-Type (Фото: jaguar.com)

Цвет на любой вкус

Автомобильный дизайн развивается не в вакууме, поэтому нефтяной кризис 1970-х годов отразился и на облике автомобилей. Прощальным приветом ушедшей эпохи стал Pontiac Firebird, после чего в США также перешли к разработке компактных машин, чтобы конкурировать с европейцами. Жесткие линии и острые края стали стилистической нормой дизайна.

В 1970-х автопроизводители продолжают эксперименты с цветом. После того как Porsche выпустили модель 911 в 39 оттенках на выбор, на рынок вышли желтые, оранжевые, синие, зеленые и даже красные — традиционный цвет гоночных машин — автомобили.

Эталоны красоты 1970-х годов — швейцарская марка Monte Verdi, De Tomaso Mangusta или Lancia Stratos HF.

De Tomaso Mangusta (Фото: autowp.ru)

Металлические коробки

1980-е годы стали эпохой универсального, «коробочного» дизайна. На первый план вышли проблемы безопасности и экономии топлива. Это десятилетие можно назвать периодом, когда цвет умер: на смену ярким краскам пришли металлические оттенки. Радуют глаз в эти годы Fiat Panda, Ferrari Testarossa и Lamborghini Countach.

Lamborghini Countach (Фото: lamborghini.com)

Экономика обтекаемости

Еще десять лет спустя плавные изгибы и очертания переживают эпоху ренессанса. Особенно это заметно у дорогих спортивных автомобилей, как, например, Porsche 911 или более скромная Mazda Miata.

Автомобильная мода оказывается столь же цикличной, как и мода на одежду: элегантные линии 1930-х и 1960-х годов снова становятся востребованными. Возврат к аэродинамическим формам был вызван поиском способов сделать автомобили более экономичными. Поиск гладких, обтекаемых форм останется актуальным и в ближайшем будущем.

Среди классических автомобилей 90-х годов — Audi TT, Aston Martin DB7 и BMW 8-й серии, одна из моделей которой, Z8, также вошла в рейтинг Auto Bild.

Aston Martin DB7 (Фото: astonmartin.com)

Смешались в кучу

2000-е ознаменовались взрывом автомобильного дизайна во всех формах и стилях. С одной стороны, в эти годы популярен обтекаемый, каплевидный Lexus RX, в облике которого прослеживаются стилистические черты 1930-х годов. С другой — спросом пользуется наследник жестких и четких линий 1970–1980-х годов Range Rover.

Разнообразие форм тем не менее не повлекло разнообразия оттенков. Самыми популярными цветами стали белый, серебристый, черный и серый.

Кто лидирует на конкурсе красоты? Aston Martin DB9.

Aston Martin DB9 (Фото: astonmartin.com)

В топ-100 красавцев текущего десятилетия попали спортивные Bentley Continental Convertible, Corvette Stingray C7 и BMW i8, представительский Rolls-Royce Wraith и бессменный Jaguar E-Type. Получается, что обтекаемые линии, футуристический дизайн и элементы роскоши по-прежнему в моде, как это было в 1950-х и 1990-х. Ожидает ли нас после этого возврат к минимализму, четким линиям и простоте 1970–1980-х годов? Продолжаем наблюдать.

Rolls-Royce Wraith (Фото: rolls-roycemotorcars.com)

ОБТЕКАЕМАЯ ФОРМА — это… Что такое ОБТЕКАЕМАЯ ФОРМА?

ОБТЕКАЕМАЯ ФОРМА
ОБТЕКАЕМАЯ ФОРМА

— форма, дающая наименьшее лобовое сопротивление при обтекании данного тела струями воздуха или воды.

Самойлов К. И. Морской словарь. — М.-Л.: Государственное Военно-морское Издательство НКВМФ Союза ССР, 1941

Обтекаемая форма

очертания наружных поверхностей объемного тела, обеспечивающие безотрывное его огибание набегающим потоком воды, газа (воздуха). Для тел с обтекаемой формой сопротивление движению тела минимально.

EdwART. Толковый Военно-морской Словарь, 2010

.

  • ОБСУШКА, ОСУШКА
  • ОБТЕКАТЕЛЬ

Смотреть что такое «ОБТЕКАЕМАЯ ФОРМА» в других словарях:

  • обтекаемая форма — — [А. С.Гольдберг. Англо русский энергетический словарь. 2006 г.] Тематики энергетика в целом EN streamline shape …   Справочник технического переводчика

  • обтекаемая форма — aptakioji forma statusas T sritis fizika atitikmenys: angl. streamline form; streamline shape vok. Stromlinienform, f rus. обтекаемая форма, f pranc. forme fuselée, f …   Fizikos terminų žodynas

  • хорошо обтекаемая форма (конструкции) — — [А.С.Гольдберг. Англо русский энергетический словарь. 2006 г.] Тематики энергетика в целом EN well streamlined form …   Справочник технического переводчика

  • Оживальная форма — типа «Спитцер», составленная из дуг двух окружностей с отношением радиуса окружности к калибру 120/100 = 1,2 Оживальная форма (также «оживало», от фр.  …   Википедия

  • Подводные лодки типа XXI — U Boot Klasse XXI …   Википедия

  • Развитие формы кузова легкового автомобиля — Основная статья: Автомобильный дизайн Форма автомобиля зависит от конструкции и компоновки, от применяемых материалов и технологии изготовления кузова. В свою очередь, возникновение новой формы заставляет искать новые технологические приёмы и… …   Википедия

  • Доказательства эволюции — Ископаемый археоптерикс, обнаруженный вскоре после публикации « …   Википедия

  • Основы теории и история развития компоновки танка — Введение         Современный читатель популярных военно технических изданий избалован обилием материалов по истории создания, боевому применению, особенностям конструкции вооружения и военной техники. Мой опыт общения с фанатами военной техники… …   Энциклопедия техники

  • Аналогия — I Аналогия (греч. anālōgía соответствие, сходство)         сходство предметов (явлений, процессов и т. д.) в каких либо свойствах. При умозаключении по А. знание, полученное из рассмотрения какого либо объекта («модели»), переносится на другой,… …   Большая советская энциклопедия

  • КЛАСС СЦИФОИДНЫЕ (SCYPHOZOA) —          Когда в общежитии говорят о медузах, то обычно имеют в виду не маленьких гидромедуз, а крупных медуз, относящихся к классу сцифоидных. Именно эти медузы хорошо видны и с борта корабля и во время купания; некоторые из них больно жгутся.… …   Биологическая энциклопедия


Аэродинамическое сопротивление автомобиля

В процессе проектирования и создания конструкторами очень тщательно прорабатывается аэродинамика автомобиля, поскольку она оказывает значительное влияние на технические показатели модели.

При движении автомобиля большая часть мощности силовой установки уходит на преодоление сопротивления, создаваемого воздухом. И правильно созданная аэродинамика автомобиля позволяет уменьшить это сопротивление, а значит на борьбу с противодействием находящего воздушного потока потребуется затратить меньше мощности, и соответственно – топлива.

Измерение аэродинамики автомобиля проводится для изучения сил, создаваемых воздушным потоком и воздействующих на транспортное средство. И таких сил несколько – подъемные и боковые, а также лобовое сопротивление.

Лобовое сопротивление и коэффициент Сх

По большей части все работы с кузовом авто направлены на преодоление лобового сопротивления, поскольку именно эта сила самая значительная.

Движение потоков воздуха

За основу при расчетах берется сила сопротивления воздуха. Для вычисления результата используются такие данные как плотность воздуха, площадь поперечной проекции авто, коэффициент аэродинамического сопротивления (Сх)  — это важнейший показатель в аэродинамике автомобиля. При этом на силу сопротивления в значительной мере влияет также скорость движения. Так, увеличение скорости вдвое будет сопровождаться повышением сопротивлением в 4 раза. Скорость один из мощных факторов увеличения расхода.

Например, для хорошо обтекаемого авто с площадью проекции 2 м2  и коэффициентом 0,3 при движении на скорости 60 км/ч для преодоления сопротивления воздуха необходимо 2,4 л.с., а при скорости 120 км/ч уже 19,1 л.с. Разница расхода топлива при таких условиях достигает 30% на 100 км.

Если вам, в данный момент, требуется максимальная экономия топлива, необходимо придерживаться постоянной скорости около 60 км/ч. В этом режиме движения расход будет минимальным даже у авто с большим Cx.

Рассмотрим все по-простому. У воздуха есть своя плотность, причем немалая. При движении автомобилю приходится проходить через имеющиеся воздушные массы, при этом создается поток, который обтекает кузов. И чем легче авто будет «резать» воздушную массу, тем меньше он затратит на это энергии.

Но не все так просто. Во время движения перед авто создается область увеличенного давления (машина сжимает воздушную массу), то есть спереди образуется такой себе невидимый барьер, осложняющий «разрезание» воздушной массы.

Также после обтекания кузова происходит отрыв воздушного потока от поверхности, что становиться причиной появления завихрений и разрежения за авто. В сочетании с повышенным давлением возникающее разрежение еще больше увеличивает сопротивление.

Поскольку повлиять на плотность воздуха невозможно, то конструкторам остается только вносить коррективы в две другие расчетные составляющие – площадь авто и коэффициент аэродинамического сопротивления.

Но уменьшить проекцию авто не представляется особо возможным без ущерба для полезных пространств кузова (просто невозможно сделать авто меньше, чем он есть), поэтому остается только изменение коэффициента Сх.

Этот коэффициент устанавливается экспериментальным путем (в аэродинамической трубе) и характеризует он соотношение лобового сопротивления к скоростному напору и площади поперечного сечения кузова. Величина его безразмерная.

Аэродинамическая труба

Наименьший коэффициент аэродинамического сопротивления имеет каплевидное тело. При движении в воздушной массе такое тело плавно перед собой разводит поток, не создавая области повышенного давления, а имеющийся «хвост» позволяет за собой сомкнуть поток без обрывов и завихрений, то есть разрежение тоже отсутствует. Получается, что воздух просто обтекает тело, создавая минимальное сопротивление. Для такого тела коэффициент Сх составляет всего 0,05.

Конструкторам, работая с аэродинамикой автомобиля добиться, таких показателей пока не удается. И все потому, что при движении сопротивление создается несколькими факторами:

  • Формой кузова;
  • Трением потока о поверхности при обтекании;
  • Попаданием потока в подкапотное пространство и салон.

Поэтому для современных авто коэффициент аэродинамического сопротивления считается отличным, если его значение ниже 0,3. К примеру, у Peugeot 308 коэффициент составляет 0,29, у Audi A2 он равен 0,25, а у Toyota Prius – 0,26. Но стоит отметить, что это расчетные показатели в идеальных условиях. На практике же во время движения на авто воздействуют множество разнообразных факторов, которые негативным образом сказываются на сопротивлении кузова.

Примечательно, что на коэффициент оказывает наибольшее влияние не передок авто, а его задняя часть. И виной этому становится создание разрежения и завихрений в результате отрыва потока от кузова. Поэтому конструкторы по большей части занимаются приданием необходимой формы именно задней части.

Коэффициент сопротивления Volkswagen XL1 составляет всего 0,19

Снизить коэффициент Сх позволяет также уменьшение количества выступающих частей, причем везде на авто (бока, крыша, днище, передок), а тем элементам, которые не удается убрать с поверхности придается максимально возможная обтекаемая форма.

Подъемная и прижимная сила

В результате неравномерного обтекания потоком воздуха автомобиля с разных сторон возникает разница в скорости его движения.

Действующие подъемная и прижимная силы

Автомобиль движется и рассекает поток воздуха, при этом часть этого потока уходит под авто и проходит под днищем, то есть движется практически по прямой. А вот верхней части потока приходится повторять форму кузова, и ей приходится проходить большее расстояние. Из-за этого возникает разница в скорости воздуха – верхняя часть движется быстрее нижней, проходящей под авто. А поскольку увеличение скорости сопровождается снижением давления, то под днищем образуется зона повышенного давления, которая приподнимает машину.

Проблем добавляет и лобовое сопротивление. Область повышенного давления воздушной массы перед машиной прижимает передок к дороге, в то время как разрежение и завихрения позади наоборот – способствуют приподнятию кузова. Подъемная сила, как и лобовое сопротивление, возрастает при увеличении скорости движения.

Негативным фактором от воздействия такой силы является ухудшение устойчивости авто при увеличении скорости и повышение вероятности ухода в занос.

Но эта сила может оказывать и положительное действие. При внесении корректив в конструкцию авто возможно преобразование подъемной силы в прижимную, которая будет обеспечивать лучшее сцепление с дорогой, устойчивость авто, его управляемость на высоких скоростях.

При этом для получения прижимной силы не требуется каких-либо отдельных решений. Все разработки, направленные на снижение коэффициента Сх также сказываются и на прижиме. К примеру, оптимизация формы задней части приводит к уменьшению завихрений и разрежения, из-за чего подъемная сила тоже снижается, а прижимная — повышается. Установка заднего спойлера действует таким же образом.

Уменьшение завихрений при установке спойлера

Боковые же силы при установлении аэродинамики автомобиля, особо в расчет не берутся, в силу того, что они не постоянны, а также значительного влияния на показатели авто не оказывают.

Но это все теория аэродинамики автомобиля. На практике все можно пояснить одним предложением — чем хуже аэродинамика, тем выше расход топлива.

Что ещё влияет на аэродинамику?

Конечно, конструкторы стараются по максимуму снизить сопротивление авто при движении и повысить прижимную силу. Но особенности эксплуатации авто и свой взгляд автовладельцев на внешние особенности машины вносят свои коррективы, причем в некоторых случаях – значительны.

Аэродинамическое сопротивление разных автомобилей в зависимости от скорости

К примеру, установка багажника на крышу, даже с аэродинамической формой увеличивает поперечную проекцию авто и сильно влияет на обтекаемость, это сразу сказывается на потреблении топлива.

Также расход повышается от езды с открытыми окнами и люком, использование защитных и декоративных обвесов, перевозка негабаритных грузов, выступающих за авто, нарушение положения конструктивных элементов, расположенных под днищем, повышение клиренса.

Но автовладелец также может и внести коррективы, которые положительно повлияют на аэродинамику автомобиля. К ним относится использование аэродинамических обвесов, установка спойлера, уменьшение клиренса.

Девять удивительных зданий, вдохновленных природой

  • Мишель Дуглас
  • BBC Earth

Автор фото, nagelestock.com Alamy Stock Photo

Подпись к фото,

На создание интерьера храма Святого Семейства в Барселоне архитектора Гауди вдохновил полог леса

Прогресс в области цифровых технологий и недавнее изобретение трехмерной печати позволили архитекторам использовать в своей работе формы и структуры, источником вдохновения для которых выступил мир природы. Когда-то подобное было бы невозможно, отмечает корреспондент BBC Earth.

В конце XIX века Антонио Гауди, впечатленный атмосферой леса, придумал по ее мотивам интерьеры для своего шедевра, храма Святого Семейства в Барселоне (Испания).

Спустя столетие возникла «биомиметическая» архитектура – современное течение, адепты которого стремятся воплотить в постройках красоту природы и даже используют при строительстве живые материи.

Например, стены спорткомплекса Sportplaza Mercator в Амстердаме (Голландия) покрыты пышной растительностью. Его впечатляющий фасад заселен фауной, обитающей на этих растениях.

В Германии же был построен выдающийся «дом из водорослей», на прозрачных поверхностях которого растут микроводоросли – возобновимый источник энергии для жильцов дома.

Биомиметика (бионика), оформившаяся в отдельную отрасль науки несколько десятилетий назад, первоначально заимствовала у природы лишь формы.

Морские создания, панцири крабов, паутина – вот лишь немногие из видов и природных артефактов, к которым обращались архитекторы. На это обращает внимание доктор Маркос Круз, архитектор и преподаватель британской Школы архитектуры Бартлетт, относящейся к Университетскому колледжу Лондона.

Теперь, по его словам, биомиметика тяготеет к «обусловленному природой и окружающей средой пониманию» того, как природа реагирует на окружающую ее среду и каким образом человек может последовать ее примеру.

Для архитекторов, стремящихся научиться у природы технологиям строительства, важнейший фактор – насущная необходимость строить в условиях ограниченных ресурсов, ведь источников энергии и материалов становится все меньше.

«Нам нужно создавать здания, которые способны на большее, задействуя меньше ресурсов… Лучше всего это получается у самой природы, — полагает доктор Руперт Соар, преподаватель британского Университета Ноттингем Трент и инженер компании 3D Blume. — Природа всегда борется за то, чтобы использовать ограниченные ресурсы наиболее эффективно, создавая задел на будущее, и мы сами вскоре будем поступать так же».

Автор фото, Bill Bachman Alamy Stock Photo

Подпись к фото,

Термиты умеют строить продуманные, хорошо вентилируемые здания, для жизнеобеспечения которых требуется минимум энергии

Сам Соар изучает термитники, чтобы дать возможность человеку воспользоваться технологиями, в совершенстве освоенными этими удивительными насекомыми.

Термиты способны копать ходы и мастерски создают системы воздухообмена, с помощью которых вентилируются построенные ими холмы.

«Мы нацелены на то, чтобы понять, каким образом строят термиты, поскольку мы уверены: человек может создавать здания ничем не хуже и не менее продуманные, чем термитники», — рассказал он Би-би-си.

Маркос Круз считает, что есть еще много вещей, которым человек может научиться у природы: «В каком-то смысле современные здания еще очень топорные по сравнению с тем, что делает природа».

Он добавляет: «Природа бесспорно является для нас самым разнообразным источником вдохновения и знаний».

Чтобы проиллюстрировать эту идею, представляем вам девять самых необычных зданий, вдохновленных природным миром.

1. Храм Святого Семейства, Испания

Автор фото, JOHN KELLERMAN Alamy Stock Photo

Потрясающие здания, построенные Гауди в Барселоне, отражают его жизненное кредо: чтобы увидеть величайшие строения, нужно просто обратиться к природе.

Самой амбициозной его работой стал храм Святого Семейства. Гауди взял на себя руководство проектом в 1883 году, а закончить стройку должны в 2026 году, спустя сто лет после его смерти.

Великолепный интерьер храма навеян идеей леса и располагает к молитве.

Колонны, похожие на деревья, разветвляются ближе к крыше, поддерживая ее, а закрепленные на них зеленые и золотые стекла отражают свет из окон.

Огромные цветные витражи, сквозь которые проникает пестрый солнечный свет, усиливают ощущение, будто вы стоите на лесной траве, и создают созерцательную атмосферу – как и задумывал Гауди.

2. Художественный музей Милуоки, США

Автор фото, Raymond BoydMichael Ochs Archives Getty Images

Самая эффектная деталь оригинального здания, в котором расположился Художественный музей Милуоки – его огромная крыша, защищающая музейный зал от ярких солнечных лучей и получившая название «Солнечный бриз» (Burke Brise Soleil).

Она напоминает по форме колоссальные белые крылья, которые открываются и закрываются при помощи механизма, приводящего в движение 90-тонную конструкцию.

Архитектор Сантьяго Калатрава хотел учесть при строительстве природные особенности озера Мичиган и существующую застройку берега. Кроме того, на эстетику музея повлияла прибрежная атмосфера – в том числе лодки и паруса.

Габриэл Танг, архитектор и старший преподаватель в Университете Шеффилд Халлам (Великобритания), объясняет, почему здание Художественного музея Милуоки входит в число его любимых.

«Хотя построить [такой объект] дорого и технически сложно, он является прекрасной иллюстрацией того, как наблюдения за природой могут вдохновить архитектора на возведение интересных, функциональных, практичных и изящных зданий».

Он добавляет: «Мне нравится, насколько это здание простое и эффективное одновременно. Механизм открывания и закрывания грациозен и поэтичен, при этом его функция – защита».

3. Кунстхаус (музей искусств) в Граце, Австрия

Автор фото, LOOK Die Bildagentur der Fotografen GmbH Alamy Stock Photo

Биоморфный Кунстхаус Грац похож на колоссального глубоководного моллюска, выброшенного на берег и лежащего среди красных черепичных крыш центра города.

Доктор Маркус Круз, участвовавший в планировании этого здания наряду с главными архитекторами Питером Куком и Колином Фурнье, рассказывает, что природа действительно вдохновила их на создание Кунстхауса, однако они не стали в точности копировать образцы из мира животных.

Исследовательская работа самого Круза предполагала, в частности, изучение сделанных под микроскопом фотографий морских обитателей.

«Мы всегда представляли себе Кунстхаус как адаптивное здание, — говорит он. — Поэтому на крыше есть характерные «отростки», которые по задумке должны были двигаться и взаимодействовать с солнцем. Оболочку мы тоже задумывали как кожу животного, с непрозрачными, прозрачными и полупрозрачными участками, меняющуюся в зависимости от окружающей среды и поставленных задач».

«Идея этого здания в том, что оно скорее похоже на биотехнологическое существо, а не на традиционную инертную постройку», — добавляет он.

4. Национальный театр Тайчжуна, Тайвань

Автор фото, Chao Yang Chan Alamy Stock Photo

При проектировании национального театра Тайчжуна источником вдохновения для Тойо Ито послужили камни, пещеры и быстротечность воды.

По задумке японского архитектора, театр должен был стать своеобразным оазисом спокойствия в тайваньском городе Тайчжун.

«Раньше подобную геометрию и представить себе было нельзя, — рассуждает Маркус Круз. — До наступления цифровой эпохи создать такое было невозможно».

«В настоящее время вычислительные средства позволяют нам спроектировать и начертить здания таким образом, что в дальнейшем производственные и строительные инструменты способны повторить проект в большем масштабе и с высокой точностью», — поясняет он.

5. «Огурец», Лондон, Великобритания

Автор фото, View Pictures Getty Images

«Это было одно из первых экологически прогрессивных зданий в Лондоне», — говорит Габриэл Танг о «Сент-Мэри Экс 30», легендарном британском небоскребе, более известном как «Огурец».

180-метровая башня была закончена в 2004 году. По словам Танга, ее вентиляционная система основана на аналогии с морскими губками и анемонами – они получают питательные вещества из морской воды, которую пропускают сквозь собственное тело.

Основой здания является экзоскелетная структура, благодаря которой воздух проходит сквозь все здание.

6. Проект «Эдем», Великобритания

Автор фото, Caitlin Mogridge Redferns via Getty Images

Проект «Эдем», сооруженный в каолиновом карьере на юге британского графства Корнуолл, знаменит своей невероятной коллекцией тропических и средиземноморских растений.

Однако само здание ботанического сада, накрытое несколькими геодезическими куполами, не менее интересно, чем представленные в нем экспонаты.

По словам Маркуса Круза, его обтекаемые формы характерны для геометрии «размытых границ», популярной у современных архитекторов.

Огромные прозрачные творения архитектора Николаса Гримшоу были вдохновлены формой мыльных пузырей, а крыша образовательного центра следует спирали Фибоначчи, встречающейся во многих природных объектах – сосновых шишках, ананасах, подсолнухах и раковинах улиток.

7. «Дом из водорослей», Гамбург, Германия

Автор фото, Novarc Images Alamy Stock Photo

Невероятный «дом из водорослей» – здание BIQ в Гамбурге – построен с использованием живой материи, микроводорослей.

На одном фасаде этого зеленого многоквартирного дома установлены прозрачные панели, где живут и размножаются крошечные водоросли. С их помощью можно контролировать свет, попадающий в здание, и обеспечивать тень, когда в ней возникает необходимость.

Это первый в мире пример «биореакторного фасада».

Водоросли внутри прозрачных панелей постоянно обеспечиваются питательными веществами и углекислым газом с помощью водного циркуляционного контура, который проходит по поверхности здания.

По словам Круза, водоросли выступают в роли солнечного фильтра: «Например, зимой, когда света практически нет и в Гамбурге на долгое время становится пасмурно, водоросли не размножаются и панели остаются практически прозрачными, пропуская свет».

В солнечную погоду водорослей становится все больше, пока их не собирают для генерации биогаза (возобновляемого источника энергии, который производится из сырья), обеспечивающего здание энергией.

Инновационный проект был представлен в качестве прототипа на Международной строительной выставке в Гамбурге в 2013 году.

8. Комплекс Истгейт, Зимбабве

Автор фото, Ken Wilson Max Alamy Stock Photo

Архитектор Майкл Пирс придумал концепцию центра Истгейт в столице Зимбабве Хараре, когда смотрел программу Би-би-си из цикла «Жизнь», посвященную тому, как термиты строят свои гнезда.

Вдохновившись тем, как насекомые используют крайне ограниченные ресурсы для создания вентилируемых термитников, покрытых отверстиями по всей поверхности, Пирс решил построить аналогичное здание, рассказывает Руперт Соар.

В результате был создан прецедент технологии «пассивной вентиляции»: вместо обычных систем кондиционирования и отопления в здании используется возобновляемая энергия окружающей среды.

По словам создателей комплекса Истгейт, его эксплуатация требует меньшего количества энергии и соответственно обходится дешевле.

«Оболочка» строения нагревается уличным воздухом в течение дня и засасывается множеством вентиляционных отверстий. Когда воздух достигает середины здания, он успевает остыть.

Ночью же тепло, абсорбированное в течение дня, согревает этот прохладный воздух, создавая комфортные прохладные или теплые условия для обитателей центра.

«[Истгейт -] это, наверное, лучший пример биомимикрии, существующий на нынешний день», — считает Соар.

9. Реставрационная мастерская музея Уил и Даунлэнд, Великобритания

Автор фото, Steve Speller Alamy Stock Photo

Светлое, просторное здание реставрационной мастерской музея Уил и Даунлэнд неподалеку от британского города Чичестер было завершено в 2002 году.

При строительстве облегченной крыши с двойной кривизной использовались дубовые планки, которым придавали соответствующую форму.

«Нельзя сказать, что это здание построено по аналогии с тем или иным природным объектом, однако его деревянная облицовка и расположение в лесу создают взаимосвязь с естественной средой», — отмечает Габриэл Танг. По его словам, критики и архитекторы считают получившуюся постройку похожей на броненосца.

Танг много работал с проектами, предполагающими возведение сетчатой оболочки, и говорит, что подобные облегченные крыши обычно делают из древесины или стали.

«Представьте себе птицу, которая вьет гнездо из соломинок. Обычно внутри таких структур очень светло, но из-за многочисленности соединений их трудно защитить от атмосферных воздействий», — объясняет он.

аэродинамических вагонов

В наши дни всем нужна машина, которая выглядит гладкой и экономичной. Вот почему так много производителей автомобилей сосредоточены на создании аэродинамических автомобилей. Чтобы автопроизводители могли достичь желаемой аэродинамики, к которой стремятся потребители, они должны уменьшить лобовое сопротивление и другие причины нестабильности на высоких скоростях.

Коэффициент лобового сопротивления автомобиля, или Cd, — это то, как автомобили оцениваются по их аэродинамике. Формула для определения площади лобового сопротивления автомобиля заключается в умножении площади лобовой части на Cd.Howstuffworks сообщает нам, что при разработке аэродинамики учитывается вся форма автомобиля. Это означает, что даже фары и колесные арки обтекаемы.

Самые аэродинамичные автомобили, которые вы можете купить

Вы обнаружите, что большинство автомобилей сделаны так, чтобы быть аэродинамичными для современных потребителей. Однако некоторые из них построены более аэродинамически, чем другие. Если вы ищете один из самых аэродинамических автомобилей, которые вы можете купить сегодня, вам стоит обратить внимание на один из них:

  • Mercedes-Benz A-Class
  • Mercedes-Benz CLA
  • Mercedes-Benz Седан S-класса
  • Toyota Prius
  • Hyundai Ioniq
  • BMW 7 series L
  • Tesla Model X
  • Kia Optima Hybrid
  • Audi A6
  • BMW i8
  • Mazda 3 Saloon

    Согласно Soft Tops Все Худс Лтд.эти аэродинамические автомобили действительно выделяются среди конкурентов. Каждый из них предлагает отличный коэффициент лобового сопротивления, а также другие невероятные функции, которые делают их отличным выбором для тех, кто ищет новый автомобиль, который хорошо выглядит и имеет аэродинамический дизайн.

    Аэродинамические трубы используются для проверки аэродинамики автомобиля, потому что, согласно Popular Mechanics, многие изменения можно внести за короткое время. Аэродинамическая труба — это большая труба, в которой используются вентиляторы, которые нагнетают воздух над автомобилем для измерения сопротивления воздуха.Инженеры изучают это, чтобы выяснить, как воздух взаимодействует с различными формами транспортных средств и материалами.

    Mercedes-Benz A-Class

    Неудивительно, что этот автомобиль с его 0,22-дюймовым диском и значительно уменьшенной лобовой площадью занимает первое место в списке аэродинамических автомобилей. Вы найдете его слегка наклонную решетку и чистые линии интригующими. У него есть панели по всему кузову и фара на днище, которые улучшают конструктивные особенности и превосходный коэффициент аэродинамического сопротивления.

    Mercedes-Benz CLA

    Mercedes-Benz CLA также имеет компакт-диск.22 и стал впечатляющим дополнением к семейству Mercedes с момента своего появления в 2013 году. Такие особенности, как задний спойлер и выхлопной спойлер, помогают этому автомобилю хорошо выглядеть, а также придают ему аэродинамику, которую вы ищете от седана. Его плавные, гладкие линии и профиль ветро-срезки придают вам желаемый вид и помогают добиться желаемой эффективности.

    Mercedes-Benz S-Class Saloon

    Этот автомобиль не только надежен и аэродинамичен, но и экономичен.Он имеет компакт-диск. калибра .24, и вы обнаружите, что в его конструкцию встроено больше металла. С активными жалюзи решетки радиатора, улучшающими поток воздуха, он может эффективно использовать воздух для охлаждения двигателя. Это увеличивает эффективность седана S-Класса на дороге.

    Toyota Prius

    В четвертом поколении Toyota Prius очень аэродинамична и обеспечивает КД 0,24. У этого автомобиля есть линии и углы, которые делают его более эффективным, чем у конкурентов. У него есть панели днища и продвинутая линия крыши, которая сдвинута вперед, что делает его еще более аэродинамичным.Его относительно небольшая передняя поверхность помогает отводить воздух вокруг кузова, а небольшое отверстие в верхней решетке предотвращает прохождение воздуха через автомобиль. Эта комбинация означает, что он может разрезать воздух с минимальными усилиями.

    Hyundai Ioniq

    Вы обнаружите, что Hyundai Ioniq вдохновлен каплевидной формой, которая помогает направлять ветер по кузову для максимальной аэродинамической устойчивости. Он имеет активную воздушную заслонку, которая в закрытом состоянии обеспечивает потрясающую аэродинамику на крейсерской скорости. Это самый аэродинамичный гибрид на дороге.Благодаря встроенному заднему спойлеру и воздушным завесам колес он потребляет меньше кВтч, чем его конкуренты.

    BMW 7 серии L

    Этот немецкий автомобиль отличается надежностью и аэродинамикой, обеспечивая КД 0,24. Благодаря расширенным функциям, таким как дополнительные воздушные завесы и ставни, вы действительно заметите, как они увеличивают функциональность дверей. Он имеет активную решетку радиатора и систему охлаждения двигателя с электронным управлением, которая обеспечивает еще лучшую управляемость и помогает легко скользить по улицам.

    Tesla Model X

    Оцените Tesla Model X, если вы хотите испытать самый аэродинамический внедорожник из когда-либо созданных. С его Cd 0,25 этот автомобиль способен разогнаться с нуля до 60 за 2,7 секунды, что очень впечатляет для внедорожника. У него обтекаемый дизайн и спойлер, который помогает легко прорезать воздух.

    Kia Optima Hybrid

    Тем, кто хочет экономичный гибрид, который также обладает аэродинамическими характеристиками, стоит обратить внимание на Kia Optima Hybrid.Он сочетает в себе двигатель внутреннего сгорания с высококачественной аккумуляторной батареей для достижения расширенных возможностей. Уникальный для данной модели задний бампер и передняя воздушная завеса также добавляют аэродинамики этому автомобилю.

    Audi A6

    Audi A6 зарекомендовал себя как аэродинамический автомобиль, сочетающий в себе экономичный мягкий гибрид и тихую езду. Его конструкция позволяет воздуху плавно обтекать кузов, сводя к минимуму дорожный шум. Этот автомобиль обеспечивает водителям КД 0,26, что позволяет легко управлять автомобилем в большинстве дорожных условий.

    BMW i8

    Взгляните на BMW i8, и вы сразу заметите его аэродинамическую форму. Вырезы и воздушные завесы делают этот автомобиль более эффективным и дают ему возможность плавно рассекать воздух. У него Cd 0,26, так что вы знаете, что вас ждет захватывающая поездка. Это подключаемый гибрид, который действительно будет иметь значение благодаря своей гидродинамике и превосходным характеристикам.

    Mazda 3 Saloon

    Если вам нужна большая экономия топлива и меньше выбросов угарного газа, обратите внимание на Mazda 3 Saloon.Его 0,27 Cd в сочетании с двигателем Mazda SkyActiv означает, что он экономит топливо как на шоссе, так и на городских улицах. Производитель этого автомобиля сосредоточился на том, чтобы даже днище и подвеска работали на улучшение аэродинамических качеств.

    Это одни из лучших автомобилей на рынке на сегодняшний день, если вы ищете что-то аэродинамическое, которое привлекает внимание, когда вы проезжаете мимо. Вы будете впечатлены их элегантным дизайном и впечатляющими возможностями с первого взгляда.

    Информация и исследования в этой статье проверены сертифицированным специалистом ASE Дуэйн Саялун из YourMechanic.ком . Для получения отзывов или запросов на исправления, пожалуйста, свяжитесь с нами по телефону [email protected] .

    Источники:

    https://allhoodsltd.com/most-aerodynamic-cars-to-buy-in-2019/

    https://www.popularmechanics.com/cars/car-technology/a21272157/aerodynamics -car-science /

    https://auto.howstuffworks.com/fuel-efficiency/fuel-economy/aerodynamics2.htm

    https://www.caranddriver.com/news/a15348961/no-prototypes-how- автопроизводители-максимизируют-эффективность-автомобиля-виртуально /

    https: // www.caranddriver.com/mercedes-benz/cla-class

    Этот контент создается и поддерживается третьей стороной и импортируется на эту страницу, чтобы помочь пользователям указать свои адреса электронной почты. Вы можете найти больше информации об этом и подобном контенте на сайте piano.io.

    Как работает аэродинамика | HowStuffWorks

    Аэродинамика — это не только сопротивление, но и другие факторы, называемые подъемной силой и прижимной силой. Подъем — это сила, которая противостоит весу объекта, поднимает его в воздух и удерживает там. Прижимная сила — это противоположность подъемной силы — силы, которая прижимает объект в направлении земли [источник: НАСА].

    Вы можете подумать, что коэффициент лобового сопротивления гоночного автомобиля Формулы-1 будет очень низким — супераэродинамический автомобиль быстрее, не так ли? Не в этом дело. Типичный автомобиль F1 имеет Cd около 0,70.

    Почему этот тип гоночного автомобиля может двигаться со скоростью более 200 миль в час (321.9 километров в час), но не такой аэродинамический, как вы могли догадаться? Это потому, что автомобили Формулы-1 созданы для создания максимально возможной прижимной силы. На таких скоростях, с которыми они движутся, и с их чрезвычайно легким весом, эти автомобили действительно начинают испытывать подъемную силу на некоторых скоростях — физика заставляет их взлетать, как самолет. Очевидно, что автомобили не предназначены для полета по воздуху, и если автомобиль взлетит, это может означать разрушительную аварию. По этой причине необходимо максимизировать прижимную силу, чтобы автомобиль оставался на земле на высоких скоростях, а это означает, что требуется высокий Cd.

    Автомобили Формулы-1 достигают этого за счет использования крыльев или спойлеров, установленных на передней и задней части автомобиля. Эти крылья направляют поток в потоки воздуха, которые прижимают автомобиль к земле — это более известное как прижимная сила. Это максимизирует скорость на поворотах, но необходимо тщательно уравновесить подъемную силу, чтобы автомобиль также мог двигаться по прямой [источник: Смит].

    Многие серийные автомобили включают аэродинамические надстройки для создания прижимной силы. В то время как суперкар Nissan GT-R подвергался некоторой критике в автомобильной прессе за его внешний вид, весь кузов спроектирован так, чтобы направлять воздух над автомобилем и обратно через задний спойлер овальной формы, создавая при этом большую прижимную силу.Ferrari 599 GTB Fiorano имеет центральные стойки-контрфорсы, предназначенные также для направления воздуха назад — это помогает уменьшить сопротивление [источник: Classic Driver].

    Но вы видите много спойлеров и крыльев на обычных автомобилях, таких как седаны Honda и Toyota. Действительно ли они добавляют автомобилю аэродинамических преимуществ? В некоторых случаях это может добавить немного стабильности на высоких скоростях. Например, у оригинальной Audi TT не было спойлера на задней крышке багажника, но Audi добавила его после того, как было обнаружено, что его закругленный корпус создает слишком большую подъемную силу и, возможно, стал причиной нескольких аварий [источник: Эдгар].

    В большинстве случаев, однако, крепление большого спойлера к задней части обычного автомобиля не поможет в производительности, скорости или управляемости — если вообще не поможет. В некоторых случаях это могло даже вызвать недостаточную поворачиваемость или нежелание проходить повороты. Однако, если вы думаете, что этот гигантский спойлер отлично смотрится на багажнике вашего Honda Civic, не позволяйте никому говорить вам обратное.

    Для получения дополнительной информации об автомобильной аэродинамике и других связанных темах перейдите на следующую страницу и перейдите по ссылкам.

    Элдон Грейдж описывает, как обтекаемая форма слезинки позволяет птицам летать

    Ястреб Купера в полете, демонстрирует форму слезы. Фото Ленни Бека.

    Иногда мы так заняты изучением различий между птицами, что забываем о сходстве.

    Птицы во многом похожи друг на друга. Возможно, ничто так не бросается в глаза, как форма. Это не должно вызывать удивления, поскольку форма имеет решающее значение для аэродинамики, а птицы с самого первого появления в летописи окаменелостей показали приспособляемость к полету.

    Тела всех летающих птиц имеют форму слезинок. Обтекаемость достигается за счет специально расположенных перьев, которые уменьшают трение, которое в противном случае действовало бы как сопротивление движущемуся вперед телу.

    СЛЕЗЫ: Тела птиц всех размеров имеют одинаковую обтекаемую форму. Иллюстрация Ларри Барта.

    В следующий раз посмотрите на ощипанную птицу. Его огромные грудные мышцы предлагали большие тупые поверхности для набегающего воздуха. Однако, когда перья нижней части шеи на месте, та же структура выглядит гладкой и обтекаемой.То же самое верно и для задней части птицы, где перья хвоста и группы перьев выше и ниже хвоста образуют гладкий, заостренный конец слезинки.

    Подумайте обо всех летающих птицах, которых вы знаете. Их формы удивительно похожи, хотя модификации для разных стилей жизни вызывают различия. Нетрудно привести примеры: длинные шеи и ноги для кормления, длинные хвосты, служащие рулями направления, плоские лица для улучшения бинокулярного зрения и широкие или длинные и узкие крылья для парения, заостренные для скорости и короткие для дайвинг.

    Даже птицы, сильно различающиеся по размеру, имеют одинаковую форму тела. Птицы на прилагаемой иллюстрации различаются по размеру от кубинского пчелиного колибри, самой маленькой летающей птицы, до североамериканского лебедя-трубачка, одного из самых крупных.
    Колибри имеет длину всего около двух с четвертью дюйма и весит около восьми сотых унции. Лебедь составляет 60 дюймов в длину и весит около 30 фунтов. Таким образом, Trumpeter Swan тяжелее Bee Hummingbird
    в 6000 раз. Но размах крыльев лебедя в 96 дюймов всего примерно в 24 раза больше, чем у маленькой птички в четыре дюйма.

    У более мелких птиц крылья относительно длиннее, чем у более крупных птиц, по-видимому, для обеспечения достаточной площади поверхности для поддержания подъемной силы и полета. Например, если бы у колибри был размах крыльев пропорционально его весу, подобному размаху крыльев лебедя, крылья колибри были бы меньше полдюйма — слишком короткими, чтобы летать.

    Аэродинамическая каплевидная форма, повышающая эффективность полета, имеет такую ​​же ценность, что и плавающие и ныряющие птицы. Пингвины, например, проводят большую часть своего времени в воде, где они летают через среду, используя свои маленькие крылья, похожие на ласты.Подобным образом гагароподобные птицы плавают и ныряют, двигаясь крыльями, ногами или и тем, и другим. Опять же, это неудивительно, поскольку вода также является текучей средой, хотя и тяжелее воздуха.

    Поперечное сечение крыла также имеет каплевидную форму. Он толще у передней кромки и сужается к задней кромке, а верхняя поверхность изогнута больше, чем нижняя поверхность. Такая конструкция называется аэродинамическим профилем. Когда он проходит по воздуху, он создает подъемную силу.

    В течение многих лет наиболее популярное объяснение подъемной силы основывалось на представлении о том, что воздух, попадающий в переднюю кромку крыла, раскалывается.Некоторые проходят сверху, а некоторые снизу, и все это одновременно достигает задней кромки. (Это известно как гипотеза равного времени.) Согласно общепринятому мнению, поскольку верхняя поверхность длиннее нижней, воздух, протекающий через верхнюю часть, должен двигаться быстрее, чем воздух под ней. Следовательно, в верхней части крыла создается меньшее давление, чем в нижней (принцип Бернулли), и разница давлений вызывает подъемную силу.

    Но гипотеза о равновременности не соответствует действительности — то есть воздушные потоки не достигают задней кромки одновременно.Итак, как создается лифт?

    Когда воздух, проходящий через верхнюю часть крыла, проходит через заднюю кромку, он отклоняется вниз (поток вниз) ниже горизонтали. Согласно третьему закону движения Ньютона, поток вниз вызывает равную и противоположную силу на крыло, создавая подъемную силу и тягу.

    Фактически, и принцип Бернулли, и законы Ньютона способствуют подъемной силе. Наибольшая подъемная сила создается, когда воздух, поражающий переднюю кромку крыла, отклоняется вверх, увлекая за собой воздух сверху крыла.Это действие оставляет большой объем пониженного давления на верхнюю часть крыла, что создает большую подъемную силу. Ценность крыла каплевидной формы заключается в том, что оно создает подъемную силу при меньшем угле атаки (то есть при угле между крылом и горизонталью), чем крыло более плоской формы.

    Какими бы разнообразными ни были птицы в мире, сходство в строении и функциях очень велико. Безусловно, одна из самых ярких — это форма капли. Он объединяет всех летающих и плавающих птиц в удивительное птичье собрание, которым мы наслаждаемся сегодня.

    Эта статья из колонки Элдона Грейджа «Удивительные птицы» появилась в мартовском / апрельском выпуске BirdWatching за 2017 год. Первоначально опубликовано

    Читайте нашу рассылку!

    Подпишитесь на нашу бесплатную электронную рассылку, чтобы получать новости, фотографии птиц, советы по привлечению и идентификации и многое другое, доставляемое на ваш почтовый ящик.

    Подпишитесь бесплатно

    Аэродинамические силы полетного модуля

    Как сопротивление влияет на самолет в полете?

    Сопротивление — сила, которая задерживает или замедляет движение вперед. самолета в воздухе.Это трение воздуха, встречается и проезжает мимо самолета и его компонентов. В Чем больше площадь поверхности, подверженной потоку воздуха, тем больше сопротивление. An Обтекаемая форма самолета помогает ему легче перемещаться по воздуху.

    Сопротивление создается силой удара частиц воздуха и обтекает самолет, и преодолевается за счет тяги. Если вы когда-нибудь пробовали бегать или ездить на велосипеде при сильном встречном ветре, тогда вы на собственном опыте испытали, как трудно иногда преодолеть сопротивление (в случае езды на велосипеде вы создаете тягу, нажимая педали).

    Для получения дополнительной информации о силе сопротивления и некоторых приятных диаграммы нажмите здесь

    Эксперимент с бумажные формы для исследования Drag
    Материалы :

    • Каталожные карточки или тонкий картон
    • линейка
    • ножницы
    • скотч
    • фен


    Процедура :
    1. Разрежьте две (или более) учетные карточки на полоски шириной около 2 см.
    2. Согните одну полоску в круг и склейте оба конца скотчем. все вместе.
    3. Сформируйте оставшиеся полоски другой формы: квадрат, слеза и т. д.
    4. Поместите фигуры в ряд на столе.
    5. Разместите фен так, чтобы его воздушный поток проходил вдоль поверхность стола. Включите низко и попробуйте сдувать формы с Таблица.
    Подумайте о следующем :

    • Формы, которые смещаются легче всего, имеют наибольшее сопротивление или воздух. сопротивление.Те, что меньше всего двигаются, являются наиболее оптимизированными. Какой из у ваших форм было наименьшее сопротивление? Можете ли вы разработать еще более оптимизированный форма?

    Ссылка:
    Герберт, Д. и Рухлис, Х. (1968, пересмотрено в 1983 г.). Мистер Волшебник 400 Эксперименты в науке.
    Северный Берген, Нью-Джерси: Книжная лаборатория.

      Проектирование аэродинамической формы и валидация усовершенствованного устройства большой подъемной силы для регионального самолета с изменяющимся носом

      В настоящей работе разработан дизайн аэродинамической формы усовершенствованной системы большой подъемной силы для крыла с естественным ламинарным потоком (NLF), основанный на на комбинации морфирующегося носа и закрылка задней кромки с одним щелевым отверстием.В статье представлены как аэродинамический дизайн и оптимизация крыла NLF, так и конфигурация большой подъемной силы с учетом взаимного влияния обоих закрылков. Что касается морфируемого свисающего носа (DN), после определения методов параметризации, принятых для описания геометрии с точки зрения изменяющейся формы и настроек закрылка, внешняя конфигурация получается с помощью процедуры оптимизации аэродинамической формы, способной удовлетворить геометрические ограничения и требования к структуре кожи из-за к морфингу.Окончательная оценка характеристик трехмерных конфигураций с большой подъемной силой выполняется с помощью аэродинамического анализа с высокой точностью. Методика расчета применяется к двухвинтовому региональному самолету, оборудованному крылом с естественным ламинарным обтеканием. Морфирующийся носовой нос совместим с крылом NLF, которое требует непрерывности обшивки и, в то же время, расширяет возможности для улучшения характеристик класса региональных самолетов, которые обычно не оснащены обычными устройствами передней кромки.Кроме того, технология морфинга, примененная к закрылку, позволяет разработать систему слежения, полностью интегрированную в геометрию аэродинамического профиля, что приводит к решению без внешних обтекателей и, следовательно, без дополнительных потерь сопротивления трения для самолета.

      1. Введение

      В области инновационных технологий подъемных устройств активная трансформация развала представляет собой интересную концепцию из-за ее способности улучшать аэродинамические характеристики и пересматривать конфигурации маневров взлета и посадки, предлагая возможность для немедленной установки на существующее крыло без необходимости замены конструктивного кессона крыла.Одно из основных приспособлений, позволяющих изменять развал крыла, — это морфинговая свисающая носовая часть. Многие приложения этой концепции описаны Фрисвеллом в [1]. Примерно в 1973 г. компания Boeing провела сравнение испытаний в аэродинамической трубе крыла, оснащенного откидными закрылками передней и задней кромки, а затем и гладкими закрылками с изменяемым углом развала, что обеспечило значительные улучшения [2]. Более десяти лет спустя Boeing начал несколько исследовательских программ, направленных на внедрение устройств активного развала на борту военного самолета [3–5].В программе Advanced Fighter Technology Integration (AFTI) НАСА и ВВС США крыло F-111 было оборудовано управляющими поверхностями с приводом от электрогидравлических приводов на основе раздвижных панелей для нижней задней кромки и композитных гибких панелей для верхней задней кромки. край и для передней кромки. Летные испытания AFTI / F-111 подтвердили увеличение летно-технических характеристик на 20% по аэродинамической эффективности и на 15% по распределенной нагрузке на крыло при неизменном изгибающем моменте [6, 7].

      Один из самых важных вкладов в разработку морфирующего висячего носа принадлежит Моннеру, который на протяжении многих лет разрабатывал различные концепции. Вначале он попытался заменить ребра передней кромки несколькими пластинами, вписывающимися в форму профиля и соединенными между собой жесткими шарнирами, при этом обшивка может свободно скользить по контуру профиля посредством шарнира и стрингеров, восстанавливающих форму профиля. требуемая жесткость [8, 9]. Ребра были оптимизированы, чтобы минимизировать напряжение шарнира.Впоследствии Моннер продолжил свое сотрудничество с EADS в рамках проекта SmartLED, чтобы реализовать запатентованное интеллектуальное переднее устройство, которое будет использоваться в типичных приложениях с большой высотой подъема и заменить носовую часть самолета, установленную на A380. Этот изменяющийся носик был оптимизирован для достижения отклонения 20 градусов, сохраняя гладкую внешнюю поверхность. В последнее время различные проекты ЕС, такие как SADE и SARISTU, были начаты с работы Моннера по разработке части полномасштабного морфирующего свисающего носа, состоящего из двух основных частей: податливой оболочки и жесткого кинематического механизма, полученного с помощью интегрированной конструкции [10]. .Другие проекты также касались разработки устройств с изменяющимся закрылком [11, 12] и с изменяющейся задней кромкой [13, 14] для управления нагрузкой как на высоких, так и на низких скоростях.

      В настоящее время FlexSys Inc. является одной из самых технологически продвинутых компаний в области гибких форм, которая разработала специальные инструменты для проектирования устройств на основе концепции соответствующей структуры. Они охватывают различные области применения, в том числе изменяющееся крыло, оснащенное бесшовными и бесшарнирными устройствами передней и задней кромки, без какого-либо жесткого механизма [15, 16].Они сильно ориентированы на получение полностью сплошных и гладких поверхностей, способных оптимизировать аэродинамическую эффективность в различных условиях полета. Соответствующая система закрылков была разработана для максимального увеличения ламинарного пограничного слоя в широком диапазоне коэффициентов подъемной силы путем непрерывной оптимизации формы на протяжении всей миссии. Эта технология была успешно установлена ​​на самолет NASA Gulfstream путем замены оригинального закрылка.

      Работа, представленная в этой рукописи, началась в рамках финансируемого ЕС проекта Clean Sky 2 REG-IADP AG2, где инновационные технологии подъемных устройств, способные удовлетворить новые требования к дизайну и подходящие для применения в естественном ламинарном потоке ( NLF) крыла зеленого регионального самолета.На первом этапе форма крыла эталонного самолета Green Regional Aircraft была изменена, чтобы получить большую часть естественного ламинарного потока на обеих поверхностях в крейсерских и нестандартных условиях полета. Конфигурация самолета, оснащенного этим новым крылом NLF, использовалась в качестве основы для разработки инновационных устройств большой подъемной силы, которые необходимо учитывать в условиях взлета и посадки.

      Изменяющаяся носовая часть, установленная на крыле существующего регионального самолета, обеспечивает значительные аэродинамические преимущества, поскольку этот тип средних гражданских самолетов обычно не оборудован обычными устройствами передней кромки.Более того, морфирующаяся свисающая носовая часть позволяет переконструировать базовую форму крыла, которая может быть оптимизирована с учетом только условий полета, которые не требуют изменений формы, вносимых морфингом. Этот второй аспект обеспечивает дополнительное преимущество с точки зрения аэродинамики, поскольку могут быть определены различные внешние формы для оптимизации аэродинамических характеристик в различных условиях полета. Различные формы могут быть разработаны отдельно, учитывая, что морфинг позволяет переход между ними, сохраняет непрерывность формы и позволяет избежать любого типа ступенек и зазоров.Это преимущество больше в случае ламинарного крыла, где крыло NLF может быть оптимизировано для условий высокой скорости, и такое же крыло, оснащенное изменяющейся носовой частью, для условий низкой скорости.

      Исходя из исследований, проведенных во время участия в предыдущих проектах ЕС, таких как SARISTU и NOVEMOR [17, 18], оптимальная морфируемая носовая часть была разработана для установки на зеленый региональный самолет с точки зрения как внешнего морфинга. форма и внутренний податливый механизм [19, 20].В этой рукописи описывается только специальный процесс оптимизации формы, принятый для конструкции аэродинамической формы всего подъемного устройства, начиная с «чистой» геометрии крыла NLF. Чтобы получить максимальную выгоду как на высоких, так и на низких скоростях, геометрия крыла NLF была определена ранее с учетом крейсерского полета путем оптимизации формы на основе параметризации геометрии из PARSEC [21]. Впоследствии морфирующаяся форма свисающего носа была получена с помощью второй процедуры оптимизации, основанной на параметрическом методе CST (преобразование формы классов) [22, 23], расширенном до описания трехмерных форм для этой работы.Полная процедура оптимизации, включая проектирование системы закрылков, была применена к самолету Green Regional в рамках проекта Clean Sky 2 REG-IADP AG2.

      Эта статья суммирует результаты, полученные в ходе этой работы, и состоит из трех основных частей: оптимизация крыла NLF с последующим проектированием системы закрылков; оптимизация формы морфирующего отвисшего носа; и оценка характеристик на уровне самолета в конфигурациях с большой подъемной силой с помощью передовых химерных методов и аэродинамических расчетов.

      2. Конструкция крыла NLF для региональных самолетов

      Первоначальное крыло Green Regional Aircraft было переработано, чтобы обеспечить расширенный естественный ламинарный поток на верхней и нижней поверхностях в крейсерских условиях путем оптимизации на основе профиля PARSEC. представление геометрии [21]. Метод параметризации использует 11 проектных переменных, показанных на рисунке 1, тогда как принятый оптимизатор — это метод на основе градиента DOT от Vanderplaats [24], который работает для минимизации целевой функции, определенной как сумма коэффициентов сопротивления при различных значениях в высокоскоростном режиме. состояние, при некоторых ограничениях по размерам исходной конструкции крыла и емкости топливного бака.Чтобы иметь возможность оценить множество аэродинамических поверхностей за сокращенный период времени, в процессе оптимизации используются быстрые методы CFD, а именно код ISES / MSES Дрелы и Джайлза [25].


      После того, как форма крыла NLF определена, ее можно использовать для внесения изменений формы из-за трансформации только в условиях большой подъемной силы, вместе с изменениями конфигурации из-за раскрытия закрылков. Предыдущие работы в научной литературе показывают, что аэродинамическая оценка изменяющейся носовой части, оптимизированной для условий низкой скорости, должна выполняться с учетом крыла в его конфигурации с большой подъемной силой [18].По этой причине формование клапана выполняется раньше. Собственный генератор форм ONERA использовался для проектирования двухмерных створок. Принцип состоит в том, чтобы начать с чистого аэродинамического профиля, затем создать форму закрылка и, наконец, установить его в заданном месте в соответствии с желаемым зазором / перекрытием и отклонением. Что касается требований, связанных с шагами и промежутками, эффекты важны во время круиза, потому что они могут запускать переход, поэтому вы теряете ламинарный поток. Конкретные критерии для определения максимальных размеров ступеней и пропусков, приемлемых для избежания этой проблемы, рассматриваются на этом этапе и оцениваются с помощью вычислений RANS.Эта подпроцедура проектирования системы закрылка представлена ​​на рисунке 2.

      Генератор формы основан на наборе кривых Безье для верхней и нижней частей закрылка и учитывает некоторые геометрические ограничения. Он использовался в предыдущих работах, связанных с численной оптимизацией систем большой подъемной силы [26]. Из-за ограниченных сроков поставки системы большой подъемной силы для самолета AG2-NLF, этап проектирования был предпочтительнее чистой оптимизации.

      2.1. Аэродинамические решатели и создание сеток

      Решателем CFD, используемым в этом исследовании, является решатель elsA [27, 28].Программное обеспечение elsA (свойство ONERA-Airbus-Safran) решает сжимаемые трехмерные уравнения RANS с использованием пространственной дискретизации конечного объема с центром в ячейках на структурированных многоблочных сетках. Для пространственной схемы предложена Jameson et al. [29] используется для консервативных переменных. Обычно используется линейная диссипация четвертого порядка с добавлением членов диссипации второго порядка для обработки разрывов потока. В настоящем исследовании было установлено равным нулю из-за низкого числа Маха набегающего потока, а диссипация четвертого порядка была установлена ​​равной или 1/32.Используемая модель турбулентности представляет собой либо модель Спаларта-Аллмараса с одним уравнением с модификацией QCR [30] для расчетов в крейсерских условиях, либо модель Menter SST с двумя уравнениями [31] для расчетов конфигураций с большой подъемной силой. Для неявного этапа схема Лусора связана со схемой обратного интегрирования по времени Эйлера, которая обеспечивает высокую скорость сходимости. Для турбулентных переменных используется расширение второго порядка численной схемы Роу с энтропийным поправочным коэффициентом Хартена, установленным на 0.01 и ограничитель minmod. Наконец, для ускорения сходимости использовались многосеточные вычисления и низкоскоростное предварительное кондиционирование.

      Для оценки характеристик крыла NLF в крейсерских условиях необходимо вычислить положение переходной линии на крыле. Во время вычислений RANS программное обеспечение elsA имеет возможность вычислять области ламинарного потока и определять место перехода с помощью так называемого критерия сжимаемости AHD для нестабильностей Толлмина-Шлихтинга [32] и так называемого критерия C1 для неустойчивостей поперечного потока [32]. 33], в рамках итеративного процесса сходимости, как описано в [34].

      Сетки, используемые для аэродинамических расчетов, были созданы с помощью коммерческого программного обеспечения ICEM-CFD [35]. Чтобы справиться с геометрической сложностью конфигурации летательного аппарата с развернутыми устройствами большой подъемной силы, было рассмотрено использование решетки вытеснения химеры, поскольку при этом учитывается только первый набор сеток, который должен быть сгенерирован (для основного элемента и для закрылка). ) и изменение настроек учитывается простым перемещением решетки закрылка. Этот метод использовался как для двумерных вычислений, для предварительного выбора концепции, так и для трехмерных случаев для оценки летно-технических характеристик самолета.

      Предварительная обработка химер была выполнена с использованием химерных возможностей программного обеспечения elsA для 2D-конфигураций или пакета ONERA Cassiopée [36] для 3D-конфигураций. Пример такой предварительной обработки представлен на рисунке 3 для двухмерного приложения.


      (a) Исходные сетки
      (b) После предварительной обработки химеры: замаскированные ячейки закрываются
      (a) Исходные сетки
      (b) После предварительной обработки химеры: замаскированные ячейки закрываются
      2.2. Крыло с естественным ламинарным обтеканием

      Эталонный самолет, рассматриваемый в этом проекте, имеет конфигурацию на 90 пассажиров. Для проекта Green Regional Aircraft крыло было изменено в крейсерских условиях, но форма крыла в плане не изменилась. В конструкции учитывалась многоточечная оптимизация аэродинамических профилей на носовой и конической части для крейсерского полета, набора высоты и условий низкой скорости (таблица 1), чтобы иметь удовлетворительный уровень характеристик на большей части области полета.

      Число Маха Высота (футы) Рейнольдс (10 6 ) (крыло + корпус)
      9030 0.52 20 000 17,33 0,50
      Подъем (2) 0,45 20 000 15,00 0,67
      0,19…

      Во время оптимизации, выполненной для этого исследования, только переменная PARSEC, связанная с толщиной задней кромки, является фиксированной, поэтому процесс численной оптимизации учитывает 10 конструкций переменные.Обратите внимание, что параметризация PARSEC не использует абсолютное значение максимальной толщины и что максимальная толщина не равна (истинно, только если). Следовательно, для каждого профиля, учитываемого в процессе оптимизации, рассчитывается его максимальная толщина и сравнивается с требуемыми значениями посредством ограничения неравенства. Аналогичная обработка проводится для проверки относительной толщины передних или задних лонжеронов.

      Поскольку мы рассматриваем 2D-оптимизацию, уровень, рассматриваемый для расчетной точки, должен соответствовать локальным значениям, наблюдаемым на крыле в месте расположения профиля.Инструмент, использованный для предварительного концептуального проектирования, основанный на аналитических соотношениях, был использован для того, чтобы сделать эту корреляцию (Рисунок 4). Видно, что для корневого профиля рассматриваемая локальная область имеет тот же порядок величины, что и коэффициент подъемной силы самолета (зеленые кривые), тогда как для концевого профиля двумерные значения соответствуют примерно 50% трехмерных значений. .


      С практической точки зрения, из-за небольшой разницы в числах Рейнольдса между условиями полета 1 (крейсерский полет) и 2 (набор высоты), в процессе проектирования аэродинамического профиля в качестве аэродинамических условий учитывались только условия полета 1 (крейсерский полет).Влияние условий набора высоты на конструкцию крылового профиля было получено путем учета соответствующих значений в составной функции затрат. Поэтому диапазоны, указанные в таблице 2, были сохранены для конструкции крыловых профилей.

      9302 9036 9036 — сумма коэффициентов сопротивления при различных значениях. Чтобы соблюсти некоторые ограничения на размер конструкции крыла и емкость топливного бака, различные значения минимальной толщины (для и на лонжеронах) были рассмотрены как ограничения в процессе оптимизации.Интересно отметить, что тенденция процесса оптимизации заключается в получении аэродинамического профиля, который учитывает ограничения на переднем и заднем лонжеронах, но результирующая максимальная толщина немного выше эталонной как для корневого, так и для концевого профиля. На рисунке 5 представлена ​​эволюция различных ограничений в процессе оптимизации толщины профиля для корневого профиля. Это связано с тем, что конструкция имеет тенденцию создавать форму с благоприятным градиентом давления для потока NLF, который ограничен толщиной в месте расположения лонжерона.

      В конце процесса оптимизации аэродинамические поверхности были изменены, чтобы строго соблюдать ограничения на переднем и заднем лонжеронах. В таблице 3 представлены окончательные значения относительной толщины в заданных местах для двух базовых профилей.

      Нижняя граница Конструкция Верхняя граница
      Корневой профиль 825 C L = 0,50
      Аэродинамический профиль наконечника
      расчетные аэродинамические характеристики профиля базовой плоскости в корне с характеристиками оптимизированного профиля с расширенными характеристиками NLF. Аналогичные сравнения для концевых аэродинамических поверхностей представлены на рисунке 7.Следует отметить, что аэродинамические поверхности, извлеченные из базовой плоскости, имеют некоторые характеристики NLF, но при слишком высоких значениях для аэродинамического профиля законцовки.

      Для корневых профилей (рисунок 6) характеристики NLF оптимизированного профиля были расширены в большом диапазоне, даже несмотря на то, что минимальный коэффициент лобового сопротивления не может быть улучшен. Однако можно отметить, что в условиях полностью турбулентного потока аэродинамические характеристики оптимизированного профиля NLF улучшаются по сравнению с эталонным профилем.

      Для концевых аэродинамических поверхностей (рис. 7) характеристики NLF оптимизированного аэродинамического профиля были расширены в большом диапазоне, особенно в области низких значений. В условиях турбулентного потока характеристики оптимизированного профиля NLF и эталонного профиля сопоставимы.

      На втором этапе было получено крыло NLF путем рассмотрения двух аэродинамических поверхностей NLF, спроектированных ранее, той же формы в плане, что и эталонное крыло, включая стреловидность и двугранность. Поворот внешней части крыла был оптимизирован, чтобы сместить начало сваливания за пределы зоны элеронов в условиях потока 3 (низкая скорость).Был получен линейный поворот на 4 ° между изгибом и кончиком. Для раскрученного крыла была достигнута нагрузка почти эллиптического размаха (рис. 8). Применение линейного скручивания внешнего крыла приводит к почти линейному изменению нагрузки на размах, что будет означать ухудшение составляющей сопротивления, вызванной подъемной силой, за счет фактора Освальда.


      Это окончательно оптимизированное крыло было затем адаптировано к базовой конфигурации самолета, что привело к так называемой конфигурации самолета AG2-NLF.В этой работе рассматривался дизайн нового Karman между крылом и фюзеляжем, а также адаптация эталонного крылышка на законцовке крыла (см. Рисунок 9).


      Эволюция рассчитанных мест перехода на крыле с помощью программного обеспечения elsA (модель SA-QCR) при увеличении угла атаки представлена ​​на рисунке 10 для верхней поверхности и на рисунке 11 для нижней поверхности. На этих рисунках направление ветра слева направо.



      Сделанные различные конструктивные изменения не оказывают существенного влияния на характеристики NLF крыла.В общем, ламинарный поток распространяется примерно на 50% обеих поверхностей в большом диапазоне падения. На верхней поверхности естественный ламинарный поток теряется примерно на величину более 6,5 °. На нижней поверхности, при, область законцовки крыла является турбулентной, но другие области имеют ламинарное распространение потока почти до середины хорды.

      Что касается характеристик, технология NLF позволяет снизить общее сопротивление примерно на 40 единиц в условиях полета по сравнению с результатами в условиях полной турбулентности.

      2.3. Система закрылков

      На рисунке 12 представлен общий вид закрылков на крыле AG2. Крыло можно разделить на две основные части: (i) Прямоугольная внутренняя часть от плоскости симметрии до изгиба. (ii) Трапециевидная внешняя часть от изгиба до законцовки крыла


      В соответствии с определением базовой линии аэродинамического профиля для чистого крыла процесс определения формы Из заслонки рассматриваются две секции: (i) Один, расположенный в внешней части, с местными характеристиками, представляющими уровень воздушного судна (ii) Один, расположенный в корневой / внутренней части, для создания трехмерной формы закрылка

      В таблице 4 представлены геометрические ограничения, учтенные при проектировании. системы закрылков, разработанной с учетом промышленных требований и эталонного турбулентного самолета.Окончательная форма и соответствующие ей настройки для взлета (с отклонением закрылка 20 °) и посадки (с отклонением закрылка 35 °) для внешней секции крыла представлены на рисунке 13. Аналогичная работа была проведена для внутреннего крыла. секции, чтобы создать трехмерную геометрию закрылка.

      Аэродинамический профиль NLF Корневой профиль Толщина крыла кончика
      Макс.8% 13,7%
      Толщина 14,25% 10,85%
      Толщина 15.30% 10,60%
      Кожух (верхняя поверхность)
      Бухта (нижняя поверхность)
      Толщина ТЭ основного крыла 9030 9030

      (a) Геометрия закрылка
      (b) Параметры взлета и посадки
      (a) Геометрия закрылка
      (b) Взлет и посадка настройки

      Зазор между закрылком и крылом в походном положении был установлен на ноль как начальный зазор (0.53%) казались довольно большими для управления морфингом на высокой скорости, рассматриваемой в другой задаче проекта, без каких-либо значительных потерь в перетаскивании.

      Характеристики сеток, используемых в двухмерных расчетах (для одной плоскости), показаны в Таблице 5.

      Фоновый / основной профиль 123,377 узлов
      Закрылки 17 936 узлов
      Всего 141 313 узлов

      Расчетные аэродинамические характеристики полученных взлетно-посадочных конфигураций представлены на рисунке 14: пунктирные линии соответствуют расчетным характеристикам Уровень, который должен быть достигнут в подвесной секции крыла, определяется исходя из требуемых трехмерных аэродинамических характеристик.Видно, что две разработанные конфигурации достигают требуемого уровня производительности, но без запаса. Кроме того, на передней кромке крыла наблюдается пик высокого давления (Рисунок 15). Этот пик высокого давления характерен для конфигурации с большой подъемной силой без устройств передней кромки, но в этом случае он усиливается из-за конструкции крыла NLF.


      Повышение грузоподъемности как для угла сваливания, так и для угла сваливания может быть достигнуто за счет использования только устройства передней кромки.Среди различных механических устройств, совместимых с поддержанием расширенного ламинарного обтекания крыла в крейсерском режиме, наклонный нос является лучшим кандидатом.

      Окончательные настройки системы заслонок приведены в таблице 6 в соответствии с определениями зазора и перекрытия, представленными на рисунке 16.

      Окончательные настройки LDG TO
      Прогиб 35 градусов 20 градусов
      Зазор / пояс 2.16% 2,26%
      Перекрытие / хорда -0,25% -0,43%

      Окончательный этап проектирования был рассмотрен на уровне самолета . Было предложено предложить решения для систем большой подъемной силы, которые минимизируют влияние на летно-технические характеристики самолета в крейсерских условиях. Следовательно, следы срабатывания должны быть как можно более простыми, чтобы их можно было разместить в форме аэродинамического профиля крыла без внешних обтекателей.При рассмотрении оптимизированных настроек для спроектированного закрылка было обнаружено, что такое ограничение было возможно для взлета или посадки, но не для обоих. Чтобы удовлетворить это требование, была сохранена стратегия, учитывающая технологию морфинга на лоскуте. Лучшая найденная стратегия предполагает, что сначала нужно сдвинуть закрылки на их взлетных настройках. В этом случае возможно решение без внешнего обтекателя. Затем к форме закрылка применяется морфинг для условий посадки, как показано на рисунке 17.


      3.Оптимизация формы морфинга опущенного носа

      После того, как форма крыла NLF и конфигурация закрылков определены, изменяющийся носовой упор спроектирован с помощью специальной оптимизации формы, способной сочетать минимизацию коэффициента аэродинамического сопротивления в условиях большой подъемной силы и максимизацию отклонение передней кромки при структурных ограничениях для ограничения изгибных и осевых напряжений внутри обшивки при изменении формы морфинга. Согласно методологии, уже представленной в [22, 23], эта процедура оптимизации основана на параметрическом CST-представлении геометрии, значительно улучшенном в этой работе для обеспечения трехмерных возможностей.В зависимости от характера проблемы могут быть реализованы различные процессы оптимизации, сочетающие параметрическое представление геометрии, прогноз структурной реакции кожи и аэродинамический решатель. Можно определить две основные архитектуры.

      Интегрированный подход, при котором во время оптимизации рассматриваются одновременно как структурные, так и аэродинамические оценки, показан на рисунке 18. Эта схема строго связана с 3D-представлением CST, описанным в следующем разделе.Форма морфинга вычисляется на каждом этапе оптимизации, чтобы неявно удовлетворять ограничению короба крыла в недеформированной области и требуемому закону отклонения по размаху в области преобразования трехмерного крыла. Тем не менее, аэродинамическая оценка может быть выполнена для изменяющихся форм, которые не соответствуют структурным ограничениям с точки зрения деформации кожи. Этот подход является штрафом, когда проблема определяется структурными ограничениями кожи, как, например, в случае данного исследования, где цель состоит в том, чтобы найти максимальное отклонение носовой части с опущенным носом для условий большой подъемной силы.


      По этой причине в данной работе принята вторая схема оптимизации формы, в которой набор наиболее характерных поперечных сечений объединяется для определения оптимальной морфируемой формы после выполнения структурных ограничений. Этот гибридный подход состоит из двух вложенных циклов оптимизации: внутренний — это структурная оптимизация, в которой целевая функция основана только на геометрических соображениях, связанных с параметрами CST, а внешний работает только на допустимых формах, используемых для аэродинамической оценки.Более того, когда аэродинамические расчеты должны выполняться в условиях низкой скорости и геометрия включает в себя развернутый закрылок, рассматривается двухмерный аэродинамический анализ и тот же метод CFD, используемый для оптимизации крыла NLF (код ISES / MSES Дрелы и Джайлза [25] ) встроена в процесс оптимизации.

      Гибридный подход, примененный к исследованию, представленному в этой статье, показан на рисунке 19. Внутренний цикл включает структурные аспекты с точки зрения структурной реакции кожи.Таким образом, при аэродинамических расчетах учитываются только морфирующие изменения формы, отвечающие заранее заданным конструкционным требованиям. Изменения формы морфинга вносятся только через профили в наборе наиболее характерных сечений. После того, как набор соответствующих морфируемых профилей оптимизирован, метод параметризации 3D позволяет удовлетворить ограничения 3D, связанные с недеформированным кессоном крыла и законом прогиба по размаху, в области между рассматриваемыми поперечными сечениями.


      Начиная с геометрии крыла NLF, оптимизированной для условий крейсерского полета и на основе параметров PARSEC, соответствующая модель CST создается с помощью методов параметризации 3D, описанных в следующем разделе. Результатом этого шага является один объект формы в смысле объектно-ориентированного программирования (ООП), связанный с обычным трехмерным представлением формы исходной геометрии крыла. Модификации геометрии из-за морфинга вводятся параметрическими возможностями CST и распространяются на все шаги, выполняемые внутри процедуры оптимизации.Дополнительный требуемый ввод — это свойства материала, такие как эквивалентный модуль Юнга и минимальная толщина скин-слоя, которая должна быть присвоена морфирующемуся скину. Результатом оптимизации формы является объект формы, связанный с формой морфинга.

      Переменные оптимизации — это потенциально все геометрические параметры, встроенные в формулировку 3D CST. Однако для гибридного подхода, показанного на рисунке 19, набор параметров CST, используемых для представления набора наиболее характерных сечений, разделен на два подмножества, одно для внутреннего цикла и одно для внешнего цикла: используемые переменные оптимизации. во внутреннем контуре выбираются так, чтобы процедура соответствовала структурным требованиям кожи; переменные оптимизации, используемые во внешнем контуре, выбираются для управления аэродинамическими характеристиками.Ограничения, связанные с объемом кессона крыла и законом отклонения по размаху, применяются вне внешнего контура, комбинируя оптимальные профили крыла с помощью полиномов Бернштейна по размаху, принятых в параметризации 3D CST.

      3.1. 3D-параметрическое представление

      CST-представление фактической трехмерной геометрии крыла можно описать следующим образом: где, — размерные координаты, определенные относительно размаха крыла и распределения местной хорды и горизонтального положения передней кромки в направлении размаха.Верхняя и нижняя безразмерные поверхности имеют форму где и — безразмерное вертикальное положение передней и задней кромки. Функция класса уже была определена в [22], тогда как функция формы представляет трехмерную поверхность и может быть описана двухмерной матрицей:

      Коэффициенты полинома в убывающих степенях могут быть вычислены как скалярное произведение квадратной матрицы, содержащей коэффициенты единичной функции формы по размаху для полинома Бернштейна порядка; прямоугольная матрица, содержащая дополнительные коэффициенты, действующие в поперечном и хордовом направлениях соответственно; и квадратная матрица, содержащая коэффициенты единичной функции хордовой формы для полинома Бернштейна порядка.Каждая строка матрицы определяет составной аэродинамический профиль согласно [37], а первая и последняя строки содержат дополнительные коэффициенты двух аэродинамических поверхностей, размещенных на границах размаха крыла. Первый и последний столбцы матрицы связаны с граничными условиями передней и задней кромки и могут использоваться для удовлетворения ограничений закона прогиба по размаху. Все остальные коэффициенты матрицы могут быть переменной оптимизации. Однако, если должна быть оптимизирована только форма переднего или заднего края морфинга, матрица может быть разделена на две подматрицы: часть дополнительных коэффициентов, действующих в области морфинга, содержит переменные оптимизации, а другие дополнительные коэффициенты могут быть оценены с помощью фитинг методом наименьших квадратов замкнутой формы, отвечающий ограничению, связанному с трехмерным объемом кессона крыла.

      Как только CST-представление трехмерного крыла становится доступным, можно вводить морфинговые изменения формы. Список координат может использоваться для определения обратной функции нормализованной длины дуги, которая определяет путь на трехмерной поверхности. Изменения длины и кривизны между недеформированной и изменяющейся формами, вычисленные по одному и тому же пути, строго связаны с изгибающими и осевыми напряжениями, возникающими, когда кожа вынуждена принимать изменяющуюся форму. Напряжение изгиба вычисляется таким же образом, вычисляя разницу кривизны между исходной и конечной формами крыла относительно одинаковых нормализованных длин дуги, следующим образом: где и — функции кривизны недеформированного и морфированного крыльев.Изменение длины изменяющейся оболочки по сравнению с недеформированной может быть связано с обшивкой устройства с передней кромкой или с верхней и нижней обшивкой устройства с задней кромкой и.

      3.2. Оптимизация формы морфирующегося свисающего носа для условий высокой подъемной силы

      Процедура оптимизации, описанная ранее и показанная на рисунке 19, в сочетании с представлением 3D CST, представленным в этой работе, была применена к дизайну формы морфирующегося свисающего носа, который будет установлен. на крыле NLF, оптимизированном в первой части этой статьи.Первоначальные требования к конструкции, полученные от проекта REG-IADP AG2, включают как требования к аэродинамическим характеристикам, так и другие общие требования. Новые высокоподъемные устройства специально для крыла NLF должны удовлетворять следующим аэродинамическим требованиям: (i) Они не должны вызывать переход от ламинарного режима обтекания к турбулентному потоку на крыле в убранном положении. (ii) Они должны обеспечивать следующие аэродинамические характеристики: (a) CL самолета во взлетной конфигурации: изменяющееся крыло (b) CL самолета в посадочной конфигурации: изменение крыла

      Общие требования можно резюмировать следующим образом: (i) Сохранение полностью естественного ламинарного крыла (ii) Допустимая осевая деформация обшивки: 0 ➔ концепция постоянной длины поперечного сечения (CCL) [23] (iii) Удлинение устройства: (a) Положение переднего лонжерона: местная хорда 16% (b) Конфигурация по размаху: соответствует удлинению закрылка, показанному на Рисунке 12, может выдвигаться для сохранения непрерывности формы (iv) Линейное отклонение носовой части по размаху: максимальное отклонение, допускаемое ограничением на обшивку максимальное изменение кривизны 20 (1 / м) во избежание нормальной деформации (из-за изгиба) более 1% (v) Ступеньки и зазоры: не допускаются на секции преобразователя и между подвижной и неподвижной частью крыла

      Исходя из геометрии, полученной в результате При оптимизации крыла с естественным ламинарным потоком (NLF) процесс оптимизации изменяющейся формы был запущен с использованием двух целевых функций, которые пытаются ввести максимальное отклонение по размаху крыла и, в то же время, уменьшить коэффициент лобового сопротивления Cd в высоких -условия подъема.Это может быть подходящим для условий низкой скорости, соответствующих условиям посадки регионального самолета. Эта двойная цель достигается схемой двухконтурной оптимизации, показанной на рисунке 19. Согласно параметризации 3D CST, только 2 параметрических профиля были идентифицированы вдоль пролета и включены в набор наиболее характерных поперечных сечений: первый для внутреннего область, а вторая — для интерполяции формы крыла между изломом и секцией, расположенной в начале элерона.Параметризованные аэродинамические поверхности представлены полиномиальным порядком Бернштейна (BPO10), а максимальное отклонение наклона — это эквивалентное отклонение передней кромки, введенное в [22]. Каждый из 2 внутренних циклов оптимизации работает с 5 неявными переменными (и для верхней и нижней поверхностей и), так что алгоритм может работать вдоль хорды, в то время как внешний аэродинамический цикл работает только с теми, которые остаются фиксированными. каждый раздел внутреннего цикла. Внутренний цикл можно сформулировать следующим образом: (i) Максимизировать (ii) Такой, что

      Первое ограничение — это ограничение объема кессона крыла, которое оценивается только в двумерной области аэродинамического профиля, где представляет собой сокращенную матрицу CST – Вандермонда для основы CST и содержит дополнительные коэффициенты и, в соответствии с определением крыла ограничение объема коробки, приведенное в [22].Второе ограничение определяет недеформированную область, ограниченную положением переднего лонжерона, расположенного на 16% хорды. Надувной член ограничивает изменение площади профиля по отношению к недеформированному (). В соответствии с первоначальными требованиями к конструкции, последними двумя структурными ограничениями являются максимальное изменение кривизны и изменение длины изменяющейся обшивки передней кромки, вычисленное с учетом переменной, а не безразмерной, поскольку они зависят от фактического размера формы аэродинамического профиля.

      Ограничения, связанные с трехмерной геометрией и не включенные во внутренний цикл оптимизации, были применены апостериорно, воздействуя на матрицу, где BPO назначен хордовой функции формы, используемой для идентификации параметризованных профилей, а BPO выбран для функция формы по размаху, используемая для объединения морфируемых аэродинамических профилей, полученных в результате оптимизации формы и размещенных на границах размаха области морфинга. Согласно первоначальным проектным требованиям, ограничение, связанное с законом линейного прогиба, удовлетворялось линейной интерполяцией коэффициентов, содержащихся в первом столбце матрицы.Ограничение объема кессона крыла удовлетворялось вычислением последних 7 столбцов матрицы методом наименьших квадратов. На рисунке 20 показана полученная в результате оптимальная трехмерная форма морфинга и соответствующая разница кривизны, которая варьируется между ними.


      Максимальное отклонение спада линейно уменьшается от внутренней области до первой секции элерона, расположенной по размаху, как показано на рисунке 21.


      В соответствии с первоначальными проектными требованиями конфигурация по размаху имеет следующий вид. расширяемый, чтобы сохранить непрерывность формы, поэтому было решено, что отклонение постепенно исчезает между секцией, размещенной на крыле, и законцовкой крыла.CAD-модель, соответствующая оптимальной форме морфинга и используемая для создания сетки для окончательной оценки характеристик самолета, показана на рисунке 22.


      Во время процесса оптимизации аэродинамический анализ был выполнен решателем MSES, который является полностью связанный, неявный код, основанный на взаимодействии интегрального пограничного слоя (IBL). Положение закрылка было установлено на 33 градуса, в то время как соответствующее условие полета — SL, чтобы учесть эффекты изменения развала, вносимого изменяющимся закрылком.

      3.3. Определение морфирующего свисающего носа и двухмерные аэродинамические результаты

      Оптимизация морфинг-формы выполнялась более одного раза, в результате чего были получены 2 очень похожих оптимальных морфирующихся свисающих носа. Тот же самый аэродинамический решатель, который использовался для высокоточных расчетов, выполненных на крыле NLF, был принят для выполнения аэродинамической оценки этих результатов и выбора лучшего из них. Предложенные для оценки геометрии наклонного носа, обозначенные как DN02 и DN03, сравниваются на рисунке 23, где показана такая же форма, которая использовалась для конструкции закрылков.


      Чтобы определить наилучшего кандидата для выбора для самолета, эти две формы затащенного носа были адаптированы к аэродинамическому профилю, а аэродинамические характеристики были оценены с закрылками, установленными как во взлетном, так и в посадочном положениях, полученных в результате 2D-оптимизации. . На рис. 24 сравниваются аэродинамические характеристики, полученные для конфигурации с заостренным носом или без него. Как для взлетной, так и для посадочной конфигурации наблюдается значительное увеличение угла сваливания при отклонении носовой части, что приводит к увеличению максимальной подъемной силы.Для кривой заостренный нос действует как «стандартное устройство передней кромки», расширяя базовую кривую. Для случаев перед срывом не наблюдается никакого выигрыша от использования висячего носа.


      Это улучшение угла сваливания можно объяснить, рассматривая распределение давления при высоком угле падения (Рисунок 25). Во-первых, давайте вспомним, что для конфигурации с большой подъемной силой, оснащенной закрылком, наблюдается срыв передней кромки из-за большого градиента давления, наблюдаемого на передней кромке.Использование устройства с отвисшим носом не влияет на поток на закрылке и на большой части аэродинамического профиля. Однако на передней кромке профиля наблюдается значительное уменьшение максимальной скорости. Поскольку передняя кромка сваливания приводится в движение градиентом давления, использование наклонной носовой части задерживает начало сваливания с более высокой вероятностью.

      Что касается геометрии, которая будет выбрана, на рисунке 24 нет видимого влияния на общую производительность. Выбор должен производиться на основе локального поведения.На рис. 26 сравниваются рассчитанные распределения давления на передней кромке крыла для взлетной конфигурации при. Обратите внимание, что те же выводы могут быть получены, если мы рассмотрим посадочную конфигурацию, поскольку форма затащенного носа не изменяется при переходе от взлета к посадке. Можно видеть, что распределение давления, возникающее при использовании формы DN03, не показывает небольшого пика, который существует с DN02. Поэтому была выбрана форма DN03.


      4. Оценка летно-технических характеристик самолета в конфигурациях с большой подъемной силой

      После того, как инновационная система с высокой подъемной силой полностью определена, аэродинамические характеристики оцениваются на уровне самолета, и результаты используются для проверки процедуры проектирования, представленной в бумага.На рисунке 27 представлены конфигурации летательного аппарата, рассмотренные для оценки эффективности использования наклонной носовой части. Он учитывает крыло AG2-NLF, модифицированное с учетом бухты закрылков, трехмерную систему закрылков при взлете и переднюю кромку с отклоненной или не отклоненной носовой частью. Для оценки посадочной конфигурации изменение формы было применено к базовому закрылку при взлетных настройках.

      Для оценки CFD были сгенерированы два набора различных фоновых сеток химер в зависимости от наличия или отсутствия висячего носа.Это было необходимо для того, чтобы учесть детальный геометрический переход между свисающей носовой частью и неизмененной формой крыла у основания крыла. В таблице 7 указано количество узлов для каждой сетки.

      Фон: без отвисшего носа 40,077,177 узлов
      Фон: с отвисшим носиком 72,109,161 узел

      Трехмерные вычисления были выполнены с помощью программы elsA.Во-первых, мы должны проверить, как 2D-дизайн сравнивается с локальными 3D-результатами, полученными в том же месте в пролете. Это показано на рисунке 28. Хотя возникают некоторые различия из-за локальных геометрических эффектов (форма, скручивание) или локальных трехмерных аэродинамических эффектов, между двумя методами наблюдается общее хорошее согласие, которое подтверждает используемую методологию проектирования с учетом локальных сечений крыла. .

      На Рис. 29 сравниваются результаты расчетов как для взлетной, так и для посадочной конфигураций, а также кривые для взлетно-посадочной конфигурации с устройством с наклонным носом или без него.Влияние наклонной носовой части на кривую подъемной силы аналогично тому, которое наблюдалось в 2D работе, но с меньшим усилением угла сваливания при взлете. Здесь увеличение на 2,5 ° получается в 3D вместо 4 ° в 2D. Это можно объяснить, если учесть тот факт, что крыло не сваливается на участке, который был рассмотрен при 2D-работе для взлетной конфигурации.


      (a) Взлетно-посадочная конфигурация
      (b) Взлетная конфигурация
      (a) Взлетно-посадочная конфигурация
      (b) Взлетная конфигурация

      Для посадочной конфигурации , использование морфирующего свисающего носа увеличивает угол сваливания примерно на 5 °, что сравнимо с усилением, обнаруженным в 2D (4.5 °), хотя система закрылков не идентична. Кроме того, можно видеть, что висячий нос кажется абсолютно необходимым для условий посадки, чтобы иметь максимальный коэффициент подъемной силы, который соответствует характеристикам, требуемым для самолета AG2-NLF.

      Наконец, можно увидеть, что использование морфирующегося носа приводит к постоянному уменьшению на всем диапазоне для взлетной конфигурации.

      Это влияние на общие характеристики можно понять при сравнении распределений давления в заданном месте пролета для конфигураций с наклонной носовой частью и без нее (Рисунок 30 для взлета, Рисунок 31 для посадки).(i) Во-первых, сильное уменьшение пика давления наблюдается при использовании висячего носа, как в 2D. Это приводит к значительному улучшению угла сваливания. (Ii) Во-вторых, это сильное изменение распределения давления в области передней кромки также изменяет распределение давления на передней кромке крыла, что приводит к улучшению для конфигурации с заниженной носовой частью за счет сопротивления давлению. уменьшение

      Наконец, предлагаемое здесь использование морфирующего свисающего носа изменяет трехмерный процесс сваливания на крыле.Без свисающей носовой части на внутреннем крыле вблизи стыка с Karman и около кончика внешнего закрылка возникают сильные разрывы (рис. 32 (a)). Обратите внимание, что даже в этом случае начало сваливания не находится в зоне элеронов, как это требовалось для конструкции крыла. Использование заостренной носовой части задерживает отделение внешнего двигателя, и сваливание происходит только в корневой части крыла (рис. 32 (b)) при более высоком угле падения, что является благоприятной тенденцией для конструкции самолета. Аналогичные тенденции наблюдаются для конфигурации посадки, но с большей интенсивностью для сваливания без провисания носа (Рис. 33), где рассчитывается срыв на передней кромке почти всего крыла.

      5. Выводы

      Настоящая работа описывает подходы и численные методологии, разработанные для аэродинамического проектирования ламинарного крыла типичного регионального самолета и систем большой подъемной силы, которые должны быть установлены для обеспечения требуемых требований к высокой подъемной силе. Подробно описаны начальные глобальные требования, а также этапы проектирования и оптимизации любого компонента, то есть ламинарного крыла, закрылка задней кромки и изменяющейся носовой части. Особое внимание уделяется оптимизации изменяющегося носа с носовой частью, которая представляет собой очень сложную конструктивную проблему, поскольку она должна одновременно сочетать аэродинамические и конструктивные требования.Действительно, принятая здесь технология морфинга основана на синергетическом использовании как совместимой оболочки, так и внутреннего механизма согласования. Несмотря на то, что результаты, представленные в этой статье, сосредоточены только на аэродинамическом дизайне, в случае такого устройства, как морфинг, оптимальная аэродинамическая форма должна быть определена с самого начала с учетом требований к конструкции обшивки, в соответствии с аэродинамическими целями и материалами и производственных ограничений, так что после активации он может соответствовать целевой форме.Распределение напряжений вдоль обшивки передней кромки быстро оценивается с помощью простой, но эффективной формулы, основанной на том же геометрическом представлении, которое используется для внесения изменений формы морфинга. Соответствующая оптимальная формулировка задачи позволяет учитывать как аэродинамические цели, так и структурные ограничения обшивки, и рассматривается как новый элемент, который обеспечивает дополнительные преимущества в этой работе благодаря комбинации с формой закрылка, учитывая, что взаимосвязь между аэродинамическими эффектами морфинг висящего носа и откидного створки — единственный способ поймать лучшие фактические характеристики, связанные с использованием предлагаемого усовершенствованного устройства большой подъемной силы.

      Были получены следующие результаты по летно-техническим характеристикам ВС: (i) Использование технологии NLF в расчетной точке крейсерского полета приводит к снижению на 40 отсчетов сопротивления (-16%) по сравнению с турбулентным самолетом. Можно отметить, что некоторые дополнительные преимущества могут быть получены за счет оптимизации устройства законцовки крыла. (Ii) Было замечено, что использование устройства передней кромки необходимо для соблюдения уровня характеристик, необходимого для условий посадки. В условиях взлета использование наклонной носовой части значительно увеличивает запас прочности при сваливании и улучшает коэффициент лобового сопротивления.В таблице 8 суммированы улучшения производительности, полученные с использованием морфирующего носа с носиком в условиях низкой скорости

      10% + 2,5 ° -5%
      Посадка + 15% + 5 ° Не актуально

      процедуры и полученные результаты соответствуют первоначальным проектным требованиям.Морфирующаяся носовая часть гарантирует аэродинамические требования для условий большой подъемной силы и, в то же время, гладкость поверхности, чтобы сохранить ламинарный поток в крейсерских условиях, когда он не приводится в действие, благодаря принятому решению, основанному на сплошной обшивке.

      Доступность данных

      Все данные, подтверждающие результаты, были представлены в документе и могут быть использованы соответствующим автором.

      Конфликт интересов

      Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов в отношении публикации этой статьи.

      Благодарности

      Проект AIRGREEN2 получил финансирование от совместного предприятия Clean Sky 2 в рамках исследовательской и инновационной программы Европейского Союза Horizon 2020 в соответствии с соглашением о гранте № 807089 — REG GAM 2018 — h3020-IBA-CS2-GAMS-2017. Особая благодарность Серхио Риччи из Политехнического университета Милана, Розарио Пекора из Неаполитанского университета «Федерико II» и Игнацио Димино и Сальваторе Амедури из Итальянского центра аэрокосмических исследований (CIRA). В исследованиях, представленных в этой статье, использовалось программное обеспечение ONERA-Airbus-Safran elsA (частично), финансируемое Airbus, Safran и ONERA, которые являются совладельцами этого программного обеспечения.

      Форма аэродинамики. Почему все сверхзвуковые самолеты имеют форму… | by Boom Supersonic

      Конструкция Overture значительно снижает сопротивление, создаваемое в сверхзвуковых крейсерских условиях. Overture имеет преимущество передовых технологий производства, таких как композиты из углеродного волокна, которые позволяют уменьшить размер фюзеляжа и, таким образом, перенаправить меньше воздуха и уменьшить волновое сопротивление. Эта концепция известна как «управление территорией».

      Следует отметить, что Overture будет сильно отличаться от Concorde.Поскольку когда-либо выпущено так мало сверхзвуковых самолетов, нет никаких предписанных решений, когда дело доходит до аэродинамики. В отличие от дозвуковых самолетов, таких как Boeing 767, которые изучаются и испытываются с 1980-х годов, сверхзвуковые самолеты дают инженерам возможность изучить варианты для достижения оптимальной конструкции. В результате у инженеров Boom появляется больше места для торговли — больше возможностей для оценки, тестирования и улучшения аэродинамики.

      Как лобовое сопротивление влияет на скорость и эффективность?

      Хорошим примером того, как лобовое сопротивление влияет на скорость, является моторная лодка.На малых скоростях корпус значительно увеличивает сопротивление, поскольку лодка вытесняет воду. Двигатели лодки должны работать интенсивнее, чтобы разделять воду по мере ее движения. Но на высоких скоростях сопротивление значительно снижается, потому что вода проталкивается под лодку и вокруг нее. Ощущение уменьшения лобового сопротивления можно почувствовать каждый раз, когда вы плывете на лодке с подвесным мотором.

      В случае лодок-гидросамолетов форма корпуса позволяет им «планировать» — «летать» — по воде. Сопротивление значительно снижается на очень высоких скоростях, поскольку гидросамолет скользит по поверхности воды (а не отталкивает его в сторону).Фактически, лодка с гидропланом в гоночных ситуациях, вероятно, вообще не касается воды; подводные крылья (крылья или крылья лодки, которые обычно погружаются под воду) создают подъемную силу, поэтому корпус лодки полностью находится за пределами воды.

      Сила на 40 000 футов : Эта анимация показывает, как давление на внешнюю часть самолета изменяется в диапазоне скоростей. При скорости 2,2 Маха внешнее давление оказывается значительным в 1331 фунт / фут.

      Сниженное лобовое сопротивление = большая эффективность

      В случае конструкции самолета цель состоит в том, чтобы иметь наивысшее отношение подъемной силы к лобовому сопротивлению или отношение L / D (произносится как «отношение L к D») для повышения эффективности.Неудивительно, что у планеров наименьшее сопротивление. У планера Eta, например, отношение L / D составляет 70, что означает, что на каждый фунт сопротивления он может создать 70 фунтов подъемной силы, или на каждую ногу, на которую он опускается, он может преодолеть 70 футов по земле.

      Каждый тип самолета должен уменьшить свой профиль для уменьшения лобового сопротивления. Он также должен преодолевать сопротивление, создаваемое тягой двигателей. На сверхзвуковых скоростях «штраф» лобового сопротивления за перенаправление значительного количества воздуха увеличивается.Вот почему инженеры создают длинные и тонкие сверхзвуковые самолеты с острым носом и сужающимся фюзеляжем. В результате все сверхзвуковые самолеты имеют одинаковую форму, чтобы быть максимально аэродинамическими.

      Не утаскивайте меня: 10 автомобилей с превосходной аэродинамикой

      Mercedes-Benz заявляет, что его будущий роскошный электромобиль EQS с коэффициентом аэродинамического сопротивления 0,20 является самым аэродинамически эффективным серийным автомобилем в мире. Как вы вскоре узнаете, это утверждение может быть сделано только в сочетании с рядом оговорок, но оно имеет большие шансы превзойти продажи небольших автомобилей, чтобы удержать титул.

      EQS (на фото ниже) будет флагманским электромобилем Mercedes, фактически электрическим эквивалентом S-класса, и даже будет производиться на том же заводе. Но он построен на специальной платформе, и без необходимости комплектовать трансмиссию внутреннего сгорания, компания нашла свободу максимизировать аэродинамику автомобиля — отсюда и заголовок.

      Сколько стоит страховать вашу машину? Узнайте, выполнив четыре простых шага.

      Получить цитату

      История аэродинамических серийных автомобилей, тем не менее, увлекательна, и ниже мы исследовали десять моделей, которые создают волну (или должны быть минимальные волны?) В аэродинамическом прогрессе, и перечислили их коэффициент сопротивления (Cd).

      1947 Saab 92-КД 0,30

      Фото: Saab

      Если вам когда-либо понадобились доказательства того, что ранние модели Saab строились по тому же принципу, что и самолеты компании, вам не нужно искать дальше самого первого серийного автомобиля компании — Saab 92 1949 года.

      Имея коэффициент лобового сопротивления 0,30, его способность эффективно пробивать дыры в воздухе остается лучше, чем у некоторых современных серийных автомобилей. Его форма сочетает в себе элегантные идеалы обтекаемости 1940-х годов с практичными пропорциями, которые позволили его преемнику, 96, просуществовать вплоть до 1980 года.

      Несмотря на то, что инженеры Saab не знакомы с технологиями, которые используют современные компании для повышения аэродинамической эффективности своих автомобилей, они явно вытащили пару трюков из учебного пособия по аэронавтике.Боковые поверхности 92-го были штампованы из цельного куска листового металла, фары были на одном уровне с кузовом, а линия крыши имела характерные черты более поздних обвесов. Для 1940-х годов это было действительно замечательно.

      1962 Альфа Ромео Джулия — КД 0,34

      Фото: Stellantis

      Теоретически, самая аэродинамически эффективная форма автомобиля — это слеза. Гладкая форма сводит к минимуму сопротивление, а профиль, если он правильно настроен, удерживает воздушный поток, прикрепленный к поверхности, а не вырывается наружу и вызывает турбулентность.

      Это немного непрактично, так как вам нужно было бы сделать каждую машину на несколько футов длиннее, чтобы закончить форму капли. Однако в 1930-х годах инженер по имени Вунибальд Камм, опираясь на работы нескольких других инженеров, продемонстрировал, что резкое обрезание хвоста может быть столь же эффективным, быстро прерывая воздушный поток и уменьшая возможность турбулентности.

      Доказав свою эффективность в гонках, Alfa Romeo применила его и к автомобилям, включая седан Giulia 1962 года.На слезу он не был похож — на самом деле, он был на удивление квадратным. Но благодаря аэродинамической трубе, уменьшению лобового сопротивления из-за лишних деталей, тщательной формовке поверхностей, изогнутой кромке у основания ветрового стекла и, конечно же, «хвосту Камма», Giulia стала самым элегантным седаном в своем классе. эры, с Cd всего 0,34.

      1970 Citroën GS — КД 0,31

      Фото: Citroën

      Citroën GS 1970-х годов был еще одним сторонником хвоста Камма, но с почти десятилетним аэродинамическим прогрессом по сравнению с Giulia Alfa — и немалой долей индивидуализма Citroën — GS 1970 года был еще одной звездой аэродинамики с коэффициентом лобового сопротивления всего 0.31.

      Citroën DS 1955 года был относительно гладким для своего времени — 0,36, но GS, предназначенный для установки ниже DS, был значительным достижением. Как и в случае с Giulia, ключевым моментом была простота: практически ничто не мешало потоку воздуха по бокам или над верхней частью автомобиля, в то время как пологая крыша и обрезанная хвостовая часть позволяли воздуху выходить наружу с максимальной эффективностью.

      Конечно, у GS было много других уникальных характеристик, поэтому о его аэродинамической эффективности часто забывают.С четырехцилиндровым оппозитным двигателем с воздушным охлаждением, самовыравнивающейся гидропневматической подвеской и, вкратце, с роторным двигателем Ванкеля, его низкое лобовое сопротивление было почти второстепенным.

      1982 Audi 100 — КД 0,30

      Dynamic photo

      Аэродинамические автомобили в прошлом были откровенно обтекаемыми, с сужающимися профилями и органично плавными изгибами, но Audi 100 третьего поколения 1982 года использовала предсказуемо ингольштадтский подход к искусству скольжения в воздухе: наука.

      На первый взгляд, 100 не выглядит особенно гладким, но по сравнению с предыдущими 100 было несколько очевидных отличий.Бамперы, молдинги кузова и оконные стекла теперь примыкали к кузову, уменьшая возможные области турбулентности. Дворники ветрового стекла были частично скрыты за задней кромкой капота, а базовые модели получили чистые планки колес заподлицо, чтобы минимизировать турбулентность.

      Cd 0,30 сегодня не выглядит впечатляющим — современный Audi A4 получает всего 0,23. Но по сравнению с другими большими семейными автомобилями он был на несколько шагов впереди. Sierra от Ford, которая сама по себе является большим улучшением по сравнению со старой Cortina, была всего 0 баллов.34. И подход Audi, согласно которому обычные автомобили могут быть такими же аэроэффективными, как и более явно элегантные модели, все еще используется с хорошими результатами сегодня.

      1989 Opel / Vauxhall Calibra-Cd 0,26

      Фото: Stellantis

      . Opel и Vauxhall Calibra открыли новую тенденцию к более чистому стилю для 90-х, когда он дебютировал в 1989 году. Это был и остается довольно красивый автомобиль — с минимальным орнаментом, с хорошими пропорциями и как оказалось, действительно очень аэродинамичный.

      Calibra — одна из тех машин, о аэродинамике которых можно было догадаться, просто взглянув на нее.В профиль он низкий и гладкий, а его отверстия для решетки спереди кажутся не больше, чем это абсолютно необходимо, изгоняя тенденцию 80-х годов к плоским фасадам и решеткам, занимающим всю ширину между фарами автомобиля.

      Его поверхности тоже были аккуратными — обратите внимание на гладкое стекло и дверные ручки — и обеспечили коэффициент лобового сопротивления всего 0,26. Некоторые современные купе сегодня едва ли превосходят этот показатель. Версии, ориентированные на производительность, были не такими уж скользкими, и основы Cavalier делали его средним для езды, но Calibra всегда имела элегантный стиль на своей стороне.

      1996 General Motors EV1 — КД 0,19

      Фото: General Motors

      Аккумуляторные технологии в середине 1990-х были не совсем на том уровне, который есть сегодня, поэтому ранним электромобилям приходилось много работать для своего диапазона. Или просто работайте с умом, как General Motors сделала с EV1 в 1996 году.

      Как и в случае с Honda Insight, появившейся несколько лет спустя, у EV1 было всего два сиденья, что означало, что линию крыши можно было адаптировать, не уменьшая места для пассажиров. Электрическая трансмиссия означала отсутствие необходимости в создающих сопротивление охлаждающих каналах спереди, задние колеса были прикрыты простынями, а хвост был резко обрезан в том же стиле Камма, что и у Alfa Giulia 1960-х годов.

      Работавший сначала на свинцово-кислотных аккумуляторах, а затем на никель-металлогидридных элементах (что почти удвоило дальность действия до 105 миль), EV1 боролся бы за полезный запас хода, если бы не был самым аэродинамичным серийным автомобилем из когда-либо созданных. К сожалению, GM уничтожила проект в начале 2000-х — буквально, вернув арендованные автомобили и раздавив их.

      1999 Honda Insight — КД 0,25

      Фото: Honda

      Первый гибрид Honda мог бы выглядеть хитрой копией EV1, если бы он не был переосмыслением CR-X, впервые представленного в 1984 году.С чистыми линиями, идеально наклоненной линией крыши для обеспечения притока воздуха и резко срезанной хвостовой частью CR-X уже достиг Cd 0,32, но Insight продвинул его еще дальше.

      Полтора десятилетия опыта в области аэродинамики сгладили самые очевидные поверхности Insight, но, помимо сужения профиля, Honda сузила Insight и в плане, его задняя гусеница на 110 мм уже, чем передняя. На задние колеса также были накладки, а большая часть нижней части была покрыта для минимального сопротивления.

      Это позволило получить коэффициент лобового сопротивления значительно ниже, чем у любого автомобиля аналогичного размера, хотя Insight использовал это в своих интересах без необходимости (или места) для задних сидений. Обладая крошечной передней частью, аэродинамический обвес Insight сочетал в себе легкий вес (850 кг) и эффективную гибридную трансмиссию, что сделало его одним из самых экономичных автомобилей в мире.

      1999 Audi A2 — КД 0,28

      Фото: Audi

      Если Insight показал, что возможно, доведя вещи до крайностей, Audi продемонстрировала, как и в случае с моделью 100 в начале 1980-х годов, что с помощью продуманного дизайна можно значительно снизить лобовое сопротивление даже при необходимости упаковать пассажиров. и багаж.

      Стало банально называть Audi A2 «опередившим свое время», но на самом деле нет другого способа раскрутить его. Дебютировав в том же году, что и Insight, он тоже использовал алюминиевую конструкцию, но, в отличие от Honda, в нем было комфортное место для четырех человек. Он также предвосхитил нынешнюю тенденцию к премиум-классу — Audi уже давно является премиальным брендом, но, кроме Mercedes A-класса, немногие другие представили высококачественное качество на нижнем сегменте рынка.

      Его аэродинамика сводилась к продуманному внешнему виду и продуманным деталям.Эта крайне важная сужающаяся линия крыши присутствовала и была правильной (с небольшим спойлером для уменьшения подъемной силы), в то время как передняя «решетка» была фактически гладкой панелью, которая также опускалась, чтобы позволить водителям долить масло и стеклоочиститель.

      2013 Volkswagen XL1 — КД 0,19

      Фото: Volkswagen

      Ни один другой серийный автомобиль не пользовался таким целеустремленным вниманием к топливной экономичности, как Volkswagen XL1, выпущенный в 2013 году. Honda Insight приблизилась, но если Honda можно сравнить со спортивным автомобилем S2000, у него общий завод. XL1 предназначен для экономичных автомобилей, как Bugatti Veyron — для суперкаров.

      Сюда входит цена, которая в Великобритании не превышала 100 000 фунтов стерлингов. Вы можете подумать, что это немного дорого для чего-то с двухцилиндровым дизельным двигателем объемом 800 куб.

      Это делает его по сей день самым аэродинамичным серийным автомобилем из когда-либо созданных — если он не построен в тех же объемах, что и новый Mercedes EQS — и хотя его совокупный показатель экономии в 313 миль на галлон основан на его электрическом запасе хода в 31 милю, тестеры все же вернули цифры в высокие сотни в реальном вождении.

      2021 Тесла Модель S — КД 0.208

      Фото: Tesla Motors

      Когда Model S дебютировала в 2012 году, она имела коэффициент лобового сопротивления 0,24. Совсем неплохо, потому что, хотя его значительные размеры означали большую площадь лобовой части, низкое сопротивление фактически делало его более скользким, чем Toyota Prius в форме пилюли.

      Но Tesla упорно работала на протяжении многих лет, и последняя итерация Model S, если верить веб-сайту компании, уступает только Volkswagen XL1, GM EV1 и новому Mercedes с точки зрения серийного автомобиля. тащить.

      Размер Tesla здесь действительно играет в его пользу, потому что длинный корпус означает меньше компромиссов при сжатии пассажиров в максимально аэродинамическую форму. Но Tesla остроумно поступила и в других областях, улучшив форму автомобиля и максимально используя преимущества таких вещей, как дверные ручки заподлицо и абсолютно плоский пол. Мы бы вложили деньги в то, что Tesla проведет еще несколько доработок, чтобы подорвать новый Mercedes.

      Подробнее

      Future Classic: Honda Insight
      Super S-Class: Mercedes-Benz 450 SEL 6.9
      11 альтернатив Jaguar E-type

      .

      Добавить комментарий

      Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *