Зависимость силы сопротивления от формы тела спортивные модели автомобилей сообщение

Обновлено: 04.07.2024

Для учеников 1-11 классов и дошкольников
Бесплатные сертификаты учителям и участникам

ГЛАВА 1. Основные определения аэродинамики и зарождение ее в автомобилестроении.

1.1. Что такое аэродинамика. . . 6

1.2. История появления первых аэродинамических автомобилей…………………………………………………………….…..6

1.3. Основные понятия в аэродинамике……………………………………………… ……. ………..8

1.4. За счет каких элементов достигается изменение аэродинамики автомобиля?……………………………………………………….……..…9

ГЛАВА 2. Аэродинамика современных автомобилей.

2.1. Влияние отдельных элементов на аэродинамику современных городских автомобилей…………………………………………………………….…11

2.2. Влияние отдельных элементов и форм кузова на аэродинамику современных спортивных автомобилей…………………………………………………………….…14

Проблема аэродинамики автомобиля, к сожалению, не так остро стоит в современном обществе. Но мы уже столкнулись с ней лицом к лицу, ведь каких-то сто лет назад автомобили и близко не могли приблизиться к тем показателям, которые демонстрируют современные автомобили. Такой стремительный рост требований к аэродинамике заставил производителей начать придумывать все новые и новые решения различных проблем.

Но как я уже говорил ранее, подобные автомобили стали стоить огромных денег, но все же были несовершенными и не пользовались популярностью среди населения. В настоящее время практически ничего не изменилось. Поэтому я бы хотел выявить наиболее лучшие способы улучшения аэродинамики, потому что данная тема является достаточно перспективной и активно развивающийся в настоящее время.

В настоящее время аэродинамика автомобиля играет огромную роль во множестве аспектах и решает множество задач. Ведь нынешние спортивные автомобили могут развивать скорость, подобную скорости отрыва самолетов от земли. И поэтому специалистам необходимо учесть множество факторов, влияющих на максимальную скорость автомобиля, его управляемость, возникновение подъемных сил, температуру двигателя и тормозных дисков. Но не подумайте, что расчеты аэродинамики необходимы только спортивным автомобилям, ведь и в городских версиях автомобилей тоже важны подобные расчеты, так как аэродинамика оказывает влияние на расход топлива автомобиля, уровень шума в салоне, загрязнение стекол, ручек дверей и других поверхностей, вентиляцию салона. Каждый современный автопроизводитель стремится к тому, чтобы автомобиль имел наилучшую аэродинамику и счет идет на долю значений, но есть место где можно поработать с аэродинамикой достаточно эффективно. В принципе, весь корпус автомобиля подчинен действию аэродинамических сил, и инженеры стараются создавать кузова с максимально зализанными формами. Но к сожалению, нынешним производителям автомобилей среднего класса не всегда удается достичь высоких показателей. Во многом это из-за того, что производители пытаются максимально удешевить выпускаемые автомобили, ведь подобные расчеты могут сильно завысить конечную стоимость, а для потенциального клиента такая покупка будет невыгодной, следовательно, и для компании производителя тоже. Именно поэтому я бы хотел сам разобраться в этом вопросе, изучив историю применения расчетов аэродинамики для автомобиля, за счет чего ее можно улучшить и т.д. Из полученной информации сделать вывод о наиболее лучшие способах улучшения аэродинамики автомобиля.

ГЛАВА 1. Основные определения аэродинамики и зарождение ее в автомобилестроении.

1.1. Что такое аэродинамика?

Аэродинамика - (от греческого аer — воздух и dynamis — сила) - раздел механики сплошных сред, в котором изучаются закономерности движения газов (преимущественно воздуха), а также механическое и тепловое взаимодействие между газом и движущимися в них телами. Эта наука является одной из древнейших естественных наук, она возникла и развивалась под непосредственным воздействием запросов практики. При этом во все времена основное внимание привлекали две фундаментальные проблемы: проблема аэродинамического сопротивления и проблема подъёмной силы.

1.2. История появления первых аэродинамических автомобилей.

Над формой долго не думали – её перенимали из других областей техники, таких как мореплавание или авиация. Соответственно, автомобили напоминали корабли, дирижабли, торпеды и другие тела вращения. Самым же первым представителем этой плеяды была машина La Jamais Contente Камилла Дженатци, на которой сам создатель впервые в истории преодолел рубеж в 100км/ч – произошло это аж в 1899 году. Cx того автомобиля, конечно, не известен, но, учитывая немалую мощность в 67 л.с., можно предположить, что его аэродинамика все же была далека от совершенства – сопротивление увеличивал водитель, возвышавшийся над кузовом, и совершенно неприкрытые элементы подвески и шасси. (приложение 1)

Более удачной попыткой создать обтекаемый автомобиль стала Alfa Romeo 40-60 HP – спортивная машина 1913 года, на шасси которой был установлен кузов в форме дирижабля. Полностью укрывающий пассажиров корпус, интегрированное шасси и компактные узлы подвески позволили при мощности 70 л.с. достигать уже 139 км/ч, что свидетельствует о весьма неплохой, а по тем временам и вовсе выдающейся, аэродинамике (приложение 2).

Постепенно стали подтягиваться и остальные автопроизводители – росла мощность моторов, увеличивались скорости, и к 70-ому году вместе с модой на угловатые кузова окончательно утвердилась и роль аэродинамики, как одной из приоритетных областей совершенствования автомобилей.

1.3. Основные понятия в аэродинамике.

Коэффициент аэродинамического сопротивления (Сх) – безразмерная величина, обычно меньше единицы. Определяется экспериментальным путем в аэродинамической трубе или с помочью расчетов. Физический смысл — отношение аэродинамической силы к скоростному напору и характерной площади. У современных автомобилей значение Сх в районе 0,30. Внедорожники имеют чуть больший коэффициент Сх из-за большей площади кузова.

Мидель (от middel — средняя) – наибольшая площадь сечения автомобиля, перпендикулярная направлению движения.

Опрокидывающий момент (Му) — определяет перераспределение нагрузок между передними и задними осями автомобиля. Возникает из-за того, что Рх всегда действует под углом к продольной оси автомобиля. По Му можно судить о возможном изменении управляемости на высоких скоростях, а нулевое значение говорит о том, что независимо от скорости автомобиля тот будет управляться одинаково, а заложенный производителем баланс нагрузок на колеса не нарушится.

Момент крена (Мх) и разворачивающий момент (Мz) – характеризуют способность автомобиля противостоять порывам бокового ветра. Чем меньше абсолютные значения, тем меньше водитель чувствует влияние капризов природы.

1.4. Элементы, за счет которых можно усовершенствовать аэродинамику автомобиля.

Задача специалистов по аэродинамике состоит в уменьшении паразитных сил и моментов (Рх, Рz, Му, Мх и Мz).

Добиться можно с помощью дополнительных аэродинамических элементов, что ведет к увеличению площади миделя и как следствие – к увеличению силы лобового сопротивления. Но оказывается, грамотно сконструированные и тщательно продутые в аэродинамической трубе элементы позволяют уменьшить Сх.

Антикрыло. Создано для борьбы с подъемной силой. Первостепенная задача – создать прижимную силу, чтобы колеса не теряли контакт с дорогой ни при каких условиях. Взгляните на болиды Ф1 (приложение 6). Вот где антикрылья – усилия работы специалистов по аэродинамике. Но перебарщивать с размерами нельзя – резко растет аэродинамическое сопротивление, а значит – падает скорость, увеличивается расход топлива. Практически на всех спортивных автомобилях рабочая часть крыла выполнена регулируемой для возможности изменения угла атаки и возможности настройки. (приложение 7)

Диффузор. Часть или элемент обвеса, преобразующая кинетическую энергию набегающего потока воздуха под авто в повышение давления равное атмосферному. При взаимодействии воздушного потока в диффузоре с дорожным полотном, образуется отрицательное давление, прижимающее автомобиль к дороге. (приложение 9)

ГЛАВА 2. Аэродинамика современных автомобилей

2.1. Влияние отдельных элементов на аэродинамику современных городских автомобилей.

Главные цели улучшения аэродинамических показателей – увеличение скоростей и экономия топлива, как я уже и говорил, основным направлением улучшения аэродинамики автомобиля является оптимизация обтекания кузова автомобиля, другими словами – уменьшение Сх. Первыми с этим столкнулись спортивные автомобили, именно там стали появляться обтекаемые формы. Позволившие снизить сопротивление внешней среды, благодаря чему повысились скорости движения. Надо сразу отметить, что в тот момент именно скоростные характеристики стояли на первом месте, об экономичности речи не шло. Но со временем именно топливная экономичность, вопросы безопасности и управляемости современных автомобилей стали решающими. За счет оптимальных форм кузова, а также обтекаемости внешних элементов отделки и дизайна (фар, ручек, решеток и т.д.) удалось поднять скорость движения и повысить топливную эффективность автомобиля. Сейчас, на примере городских автомобилей мы рассмотрим эти способы и как они влияют на аэродинамику.

2.2. Наружные зеркала заднего вида.

Виртуальные наружные зеркала на Audi e - tron не просто удивительная техническая новинка. (приложение 10). Они дают не только множество практических преимуществ в части комфорта и безопасности, но и значительно увеличивают показатели обтекаемости, примерно на 5%, уменьшает показатель Сх на 0,05 по сравнению с обычными зеркалами. Что позволяет экономить топливо в поездках на большие расстояния. В горизонтальный кронштейн встроена небольшая камера, изображение с которой оцифровывается и передается на контрастный 7 дюймовый дисплей OLED в салоне. Все это занимает намного меньше площади, чем у привычных нам зеркал, а, следовательно, и увеличивает показатели Сх. Касаясь сенсорного дисплея, водитель может смещать кадр и изменять область обзора. В настоящее время такое нововведение присутствует только в этом автомобили, но я считаю, что это достаточно полезная технология, которую в скором времени могут применить в своих автомобилях и другие компании, ведь это не только достаточно удобно и безопасно, но и заметно снижает расход топлива и увеличивает аэродинамику автомобиля.

2.3 . Дверные ручки.

В настоящее время некоторые автопроизводители начали внедрять в свои автомобили выезжающие из дверей ручки, например, Range Rover , Tesla и несколько других производителей устанавливают ручки, которые выезжают прямо из дверной панели, когда ты подходишь к автомобилю и уезжают обратно, когда автомобиль начинает движение (приложение 11). Это хоть немного, но позволяет улучшить аэродинамику автомобиля, примерно на 0,001, а, следовательно, и все вытекающие из этого плюсы. Я считаю, что это тоже достаточно полезная разработка, потому что это влияет не только на внешней вид автомобиля, но и приносит много действительно полезного.

2.4. Зазоры между деталями кузова.

Зазоры между отдельными элементами кузова тоже являются немаловажным фактором, влияющим на аэродинамику автомобиля. По расчетам специалистов, мы можем увидеть, что неправильно подогнанные детали при сборке автомобиля, могут заметно влиять на Сх. Например, у двух одинаковых автомобилей, с различием только в зазорах, разница Сх составляет около 0,05. С первого взгляда может показаться, что это незначительная разница, но нет, в этом деле специалисты борются за доли значений. Следовательно, в современных автомобилях при сборке стараются подогнать детали как можно ближе друг к другу, а в концепт карах и вовсе, сделать кузов автомобиля монолитным, что позволяет значительно увеличить скорость на спортивных автомобилях (приложение 12).

2.5. Отдельные и выступающие элементы.

Очень большую роль в аэродинамике автомобиля оказывают выступающие элементы, такие как выезжающие фары (более не используются из-за новых правил дорожного движения, запрещающих установку выступающих элементов на капоте (для безопасности пешеходов)), но они увеличивали показатели Сх от 0,02 до 0,09, что достаточно существенно, высокие стабилизирующие ребра увеличивали показатели Сх на 0,03, стеклоочистители до 0,09, передние крылья с фронтальной поверхностью выше буфера до 0,04, а также передние и задние отдельные бампера до 0,15 и антенны до 0,02 – все это огромным образом влияет на аэродинамику, поэтому современные автопроизводители пытаются усовершенствовать автомобили и исключают эти элементы кузова (приложение 13).

2.1.1 Влияние отдельных элементов и форм кузова на аэродинамику современных спортивных автомобилей.

Мы рассмотрели основные элементы, влияющие на аэродинамику городских автомобилей, но что касается спортивных автомобилей? А в спортивных автомобилях по мимо всех этих элементов есть еще и антикрылья, спойлера, диффузоры, в целом более обтекаемые формы кузова, также продумывают системы отвода воздуха и убирают выступающие элементы. Сейчас мы рассмотрим все эти элементы и их влияние на аэродинамику автомобиля. 2.2.2. Антикрыло и спойлер

Кузов автомобиля при движении испытывает точно такие же процессы, как и крыло самолета, но в гораздо меньших величинах. Это значит, что на верхней части кузова образуется низкое давление, ввиду ускорения потока воздуха, относительно потока, проходящего под автомобилем, так как первому необходимо преодолеть большее расстояние, за то же время. И это низкое давление стремится поднять автомобиль, как крыло поднимает самолёт, при этом развивается подъёмная сила. Подъемная сила ухудшает сцепления колес автомобиля, и на больших скоростях, может привести к потере управления. И вот как раз с ней, и борются при помощи различных аэродинамических элементов. Одними из наиболее ключевых элементов являются спойлеры и антикрылья (спойлер отличается антикрыла тем, что спойлер вплотную прилегает к кузову и жестко закреплен, он может быть расположен в передней части кузова, как обтекатель (часто называют сплиттер) боковые пороги и сам спойлер, расположенный в задней части кузова, либо на кромке багажника (у заднемоторных автомобилей – это кромка капота (приложение 7)), либо в продолжение линии крыши), а антикрыло имеет зазор с кузовом автомобиля и обычно расположен в задней части автомобиля (приложение 6)). Сделано это неспроста, достаточно крутой наклон кузова в этих местах может приводить к разделению набегающего потока воздуха – он становится турбулентным, создавая зону низкого давления, увеличивая сопротивление и нестабильность воздуха. Спойлер позволяет увеличить давление воздуха, наращивая прижимную силу. А сплиттеры (приложение 13) выполняют ту же функцию, но в отношении днища автомобиля. Технически спойлеры и антикрылья можно разделить на две основные категории – это жестко зафиксированные или стационарные и подвижные или активные (наиболее часто используются у современных автомобилей, они выдвигаются автоматически при достижении автомобилем определенной скорости). Самой наглядной иллюстрации важности спойлера стал спорткар Audi TT первого поколения (приложение 14). Автомобиль получил очень яркий дизайн кузова, и инженеры не стали портить его дополнительными аэродинамическими элементами, но вскоре выяснилось, что красота в прямом смысле требует жертв. На скорости свыше 180 км/ч в поворотах или просто при смене полосы движения TT теряла устойчивость, что приводило к серьёзным авариям, череда инцидентов, в том числе со смертельными исходами, вынудило Audi отзывать уже проданные автомобили и вносить доработки. Одним из элементов доработок стал спойлер. Данный элемент существенно улучшил стабильность движения машины на высоких скоростях. Именно поэтому в современных спортивных автомобилях устанавливают подобные элементы, во избежание подобных ситуаций и увеличения уровня устойчивости автомобиля.

2.2.3. Диффузор

2.2.4. Формы кузова современного спортивного автомобиля.

Железнобитонная плита размером 4 м * 0,5 м * 0,25 м погружена в воду наполовину. какова архимедова сила, действующая сила на нее? плотность воды 1000 кг/м3

Велосипед движется равномерно по окружности радиусом 100 м и делает 1 оборот за 2 мин. Путь и перемещение велосипедиста за 1 мин соответственно равны

1. Классификацию галактик Хаббла часто называют камертонной. Поясните причину такого названия. 2. Определите, какой промежуток времени требуется свету, чтобы пересечь Большое и Малое Магеллановы Облака в поперечнике

Одним из проявлений силы взаимного тяготения является сила тяжести, т.е. сила притяжения тел к Земле. Если на тело действует только сила тяжести, то оно совершает свободное падение. Следовательно, свободное падение – это падение тел в безвоздушном пространстве под действием притяжения к Земле, начинающееся из состояния покоя.

Впервые это явление изучил Галилей, но из-за отсутствия воздушных насосов он не мог провести опыт в безвоздушном пространстве, поэтому Галилей производил опыты в воздухе. Отбрасывая все второстепенные явления, встречающиеся при движении тел в воздухе, Галилей открыл законы свободного падения тел. (1590г.)

1-й закон. Свободное падение является прямолинейным равномерноускоренным движением.
2-й закон. Ускорение свободного падения в данном месте Земли для всех тел одинаково; среднее его значение равно 9,8 м/с.

Зависимости между кинематическими характеристиками свободного падения получаются из формул для равноускоренного движения, если в этих формулах положить а = g. При v0 = 0 V = gt, H = gt2 \2, v = √2gH .

Практически воздух всегда оказывает сопротивление движению падающего тела, причем для данного тела сопротивление воздуха тем больше, чем больше скорость падения. Следовательно, по мере увеличения скорости падения сопротивление воздуха увеличивается, ускорение тела уменьшается и, когда сопротивление воздуха сделается равным силе тяжести, ускорение свободно падающего тела станет равным нулю. В дальнейшем движение тела будет равномерным движением.

Реальное движение тел в земной атмосфере происходит по баллистической траектории, существенно отличающейся от параболической из-за сопротивления воздуха. Например, если выпустить из винтовки пулю со скоростью 830 м/с под углом α = 45о к горизонту и зафиксировать с помощью кинокамеры фактическую траекторию трассирующей пули и место ее падения, то дальность полета окажется равной примерно 3,5 км. А если рассчитать по формуле, то оно окажется 68, 9 км. Разница огромная!

Сопротивление воздуха зависит от четырех факторов: 1) РАЗМЕР движущегося предмета. Большой объект, очевидно, получит большее сопротивление, чем маленький. 2) ФОРМА движущегося тела. Плоская пластина определенной площади будет оказывать гораздо большее сопротивление ветру, чем обтекаемое тело (форма капли), имеющее ту же площадь сечения для такого же ветра, реально в 25 раз большее! Круглый предмет находится где-то посередине. (Это и есть причина, по которой корпуса всех автомобилей, самолетов и парапланов имеют по возможности скругленную или каплевидную форму: она уменьшает сопротивление воздуха и позволяет двигаться быстрее при меньших усилиях на двигатель, а значит, при меньших затратах топлива). 3) ПЛОТНОСТЬ ВОЗДУХА. Нам уже известно, что один кубический метр весит около 1,3 кг на уровне моря, и, чем выше вы поднимаетесь, тем менее плотным становится воздух. Эта разница может играть некоторую практическую роль при взлете только очень с большой высоты. 4) СКОРОСТЬ. Каждый из трех рассмотренных до сих пор факторов дает пропорциональный вклад в воздушное сопротивление: если вы увеличиваете один из них вдвое, сопротивление также удваивается; если вы уменьшаете любой из них в два раза, сопротивление падает наполовину.

СОПРОТИВЛЕНИЕ ВОЗДУХА равно ПОЛОВИНЕ ПЛОТНОСТИ ВОЗДУХА, умноженной на КОЭФФИЦИЕНТ СОПРОТИВЛЕНИЯ, умноженной на ПЛОЩАДЬ СЕЧЕНИЯ и умноженной на КВАДРАТ СКОРОСТИ.

Введем следующие символы: D — сопротивление воздуха; р — плотность воздуха; А — площадь сечения; cd — коэффициент сопротивления; υ — скорость воздуха.

Теперь имеем: D = 1/2 х р х cd x A x υ 2

При падении тела в реальных условиях ускорение тела не будет равно ускорению свободного падения. В этом случае 2 закон Ньютона примет вид ma = mg – Fсопр –Fарх

Fарх. =ρqV , так как плотность воздуха мала, можно пренебречь, тогда ma = mg – ηυ

А чтобы подчеркнуть, что эта сила направлена против вектора скорости.

Представим себе шарик, движущийся в воздухе, например, дробинку, горизонтально вылетевшую с начальной скоростью - Если бы не было сопротивления воздуха, то на расстоянии х за время дробинка сместилась бы по вертикали вниз на. Но из-за действия силы сопротивления (направленной против вектора скорости) время полета дробинки до вертикальной плоскости х будет больше t0. Следовательно, сила тяжести дольше будет действовать на дробинку, так что она опустится ниже y0.

И вообще, дробинка будет двигаться по другой кривой , уже не являющейся параболой (ее называют баллистической траекторией).

При наличии атмосферы падающие тела помимо силы тяжести испытывают воздействие сил вязкого трения о воздух. В грубом приближении при малых скоростях силу вязкого трения можно считать пропорциональной скорости движения. В этом случае уравнение движения тела (второй закон Ньютона) имеет вид ma = mg – η υ

Сила вязкого трения, действующая на движущиеся с небольшими скоростями тела сферической формы примерно пропорциональна площади их поперечного сечения, т.е. квадрату радиуса тел: F = -η υ= - const R2 υ

Масса же сферического тела постоянной плотности пропорциональна его объему, т.е. кубу радиуса m = ρ V = ρ 4/3π R3

Уравнение написано с учетом направления оси OY вниз, где η –коэффициент сопротивления воздуха. Эта величина зависит от состояния среды и параметров тела (массы тела, размеров и формы). Для тела шаровидной формы, по формуле Стокса η =6(m(r где m – масса тела, r – радиус тела, ( - коэффициент вязкости воздуха.

Рассмотрим для примера падение шариков из разного материала. Возьмем два шарика одинакового диаметра, пластмассовый и железный. Примем для наглядности, что плотность железа в 10 раз больше плотности пластмассы, поэтому железный шар будет иметь массу в 10 раз больше, соответственно его инертность будет в 10 раз выше, т.е. под воздействием той же силы он будет ускоряться в 10 раз медленнее.

В вакууме на шарики действует только сила тяжести, на железный в 10 раз больше чем на пластмассовый, соответственно разгоняться они будут с одним и тем же ускорением (в 10 раз большая сила тяжести компенсирует в 10 раз большую инертность железного шарика). При одинаковом ускорении одно и то же расстояние оба шарика пройдут за одно и то же время, т.е. другими словами упадут одновременно.

В воздухе: к действию силы тяжести добавляются сила аэродинамического сопротивления и Архимедова сила. Обе эти силы направлены вверх, против действия силы тяжести, и обе зависят только от размера и скорости движения шариков ( не зависят от их массы) и при равных скоростях движения равны для обоих шариков.

T.о. результирующая трех сил действующих на железный шарик будет уже не в 10 раз превышать аналогичную результирующую деревянного, а в больше чем 10, инертность же железного шарика остается больше инертности деревянного все в те же 10 раз.. Соответственно ускорение железного шарика будет больше, чем пластмассового, и упадет он раньше.

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

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

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

Лобовое сопротивление и коэффициент Сх

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

Движение потоков воздуха

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

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

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

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.

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.

Читайте также: