Никаква кола няма да мине тухлена стена, но ежедневно преминава през стените от въздуха, който също има плътност.
Никой не възприема въздуха или вятъра като стена. На ниски скорости, при тихо време е трудно да се види как въздушният поток взаимодейства с автомобила. Но при висока скорост, силен вятър, съпротивлението на въздуха (силата, действаща върху обект, който се движи във въздуха - наричан също съпротивление) силно влияе върху това как колата ускорява, колко се завива, как използва гориво.
Тук се намесва науката аеродинамика, която изучава силите, генерирани в резултат на движението на обекти във въздуха. Съвременните автомобили са проектирани с мисъл за аеродинамиката. Една добре аеродинамична кола прорязва стена от въздух като нож през масло.
В следствие ниско съпротивлениевъздушен поток, такава кола ускорява по-добре и консумира по-добре гориво, тъй като двигателят не трябва да изразходва допълнителна мощност, за да "избута" колата през въздушната стена.
За да се подобри аеродинамиката на автомобила, формата на каросерията е заоблена, така че въздушният канал да тече около автомобила с най-малко съпротивление. При спортните автомобили формата на каросерията е проектирана да насочва въздушния поток предимно в долната част, по-долу ще видите защо. Поставят и крило или спойлер на багажника на колата. Преси с крила обратноавтомобил, предотвратяващ повдигане задни колела, поради силния въздушен поток, когато се движи висока скоросткоето прави колата по-стабилна. Не всички задни крила са еднакви и не всички се използват по предназначение, някои служат само като елемент от автомобилния декор, който не изпълнява пряка функция на аеродинамиката.
Науката за аеродинамиката
Преди да говорим за автомобилната аеродинамика, нека да разгледаме основите на физиката.
Докато даден обект се движи през атмосферата, той измества околния въздух. Обектът също е обект на гравитация и съпротивление. Съпротивлението се генерира, когато твърд обект се движи в течна среда - вода или въздух. Съпротивлението се увеличава със скоростта на даден обект - колкото по-бързо се движи в пространството, толкова по-голямо съпротивление изпитва.
Ние измерваме движението на обект чрез факторите, описани в законите на Нютон - маса, скорост, тегло, външна сила и ускорение.
Съпротивлението пряко влияе върху ускорението. Ускорението (a) на обект = неговото тегло (W) минус съпротивлението (D), разделено на неговата маса (m). Спомнете си, че теглото е произведение от масата на тялото и ускорението на свободното падане. Например на Луната теглото на човек ще се промени поради липсата на гравитация, но масата ще остане същата. Просто казано:
Когато обектът се ускори, скоростта и съпротивлението се увеличават до крайната точка, където съпротивлението става равно на теглото - обектът няма да се ускорява повече. Нека си представим, че нашият обект в уравнението е кола. Тъй като колата се движи все по-бързо и по-бързо, все повече и повече въздух се съпротивлява на нейното движение, ограничавайки колата до максимално ускорение при определена скорост.
Приближаваме се до най-важното число - коефициента на аеродинамично съпротивление. Това е един от основните фактори, който определя колко лесно даден обект се движи във въздуха. Коефициентът на съпротивление (Cd) се изчислява по следната формула:
Cd = D / (A * r * V/2)
Където D е съпротивление, A е площ, r е плътност, V е скорост.
Коефициент на съпротивление в автомобил
Разбрахме, че коефициентът на съпротивление (Cd) е стойност, която измерва силата на въздушно съпротивление, приложена към обект, като например кола. Сега си представете, че силата на въздуха притиска колата, докато се движи по пътя. При скорост 110 км/ч върху него действа четири пъти по-голяма сила, отколкото при скорост 55 км/ч.
Аеродинамичните възможности на автомобила се измерват с коефициента на съпротивление. Колкото по-ниска е стойността на Cd, толкова по-добра е аеродинамиката на автомобила и толкова по-лесно ще премине през стената от въздух, която го притиска от различни страни.
Нека разгледаме индикаторите Cd. Спомняте ли си ъгловатите обемисти Volvo от 70-те, 80-те? На стария Волво седан 960 драг коефициент 0,36. При ново Волвотелата са гладки и гладки, благодарение на което коефициентът достига 0,28. По-гладките и по-опростени форми показват по-добра аеродинамика от ъгловите и квадратните.
Причини аеродинамиката да обича елегантните форми
Да си припомним най-аеродинамичното нещо в природата – сълзата. Разкъсването е кръгло и гладко от всички страни и се стеснява към върха. Когато сълзата падне, въздухът се движи около нея лесно и гладко. Също така при автомобили, върху гладка, заоблена повърхност, въздухът тече свободно, намалявайки въздушното съпротивление при движението на обект.
Днес повечето модели имат среден коефициент на съпротивление 0,30. SUV имат коефициент на съпротивление от 0,30 до 0,40 или повече. Причината за високия коефициент в размерите. Land Cruisers и Gelendvagens побират повече пътници, те имат повече товарно пространство, големи решетки за охлаждане на двигателя, оттук и квадратният дизайн. Пикапи, проектирани с целенасочен квадрат Cd по-голям от 0,40.
Дизайнът на купето е спорен, но колата има разкриваща се аеродинамична форма. Коефициент на съпротивление Тойота Приус 0.24, така че разходът на гориво на колата е нисък, не само заради хибрида електроцентрала. Не забравяйте, че всеки минус 0,01 в коефициента намалява разхода на гориво с 0,1 литра на 100 километра.
Модели с лошо аеродинамично съпротивление:
Модели с добро аеродинамично съпротивление:
Методите за подобряване на аеродинамиката са известни отдавна, но отне много време на автомобилните производители да започнат да ги използват при създаването на нови превозни средства.
Моделите на първите автомобили, които се появиха, нямат нищо общо с концепцията за аеродинамика. Разгледайте модел Т Форд- колата прилича повече на конска каруца без кон - победител в конкурса за квадратен дизайн. Честно казано, повечето модели бяха пионери и не се нуждаеха от аеродинамичен дизайн, тъй като караха бавно, нямаше какво да се съпротивлява при такава скорост. Състезателните автомобили от началото на 1900 г. обаче започват да се стесняват малко, за да печелят състезания за сметка на аеродинамиката.
През 1921 г. немският изобретател Едмънд Румплер създава Rumpler-Tropfenauto, което на немски означава „разкъсваща кола“. Моделиран след най-аеродинамичната форма в природата, формата на сълза, този модел имаше коефициент на съпротивление от 0,27. Дизайнът на Rumpler-Tropfenauto никога не е бил приет. Rumpler успя да създаде само 100 единици Rumpler-Tropfenauto.
В Америка скок в аеродинамичния дизайн е направен през 1930 г., когато Модел Chryslerвъздушно течение. Вдъхновени от полета на птиците, инженерите направиха Airflow с мисъл за аеродинамиката. За да се подобри управлението, теглото на автомобила беше равномерно разпределено между предната част и задни оси- 50/50. Обществото, уморено от Голямата депресия, не прие нетрадиционния външен вид на Chrysler Airflow. Моделът беше смятан за провал, въпреки че рационализираният дизайн на Chrysler Airflow беше много по-напред от времето си.
През 50-те и 60-те години на миналия век се наблюдава най-големият напредък в автомобилната аеродинамика, дошъл от света на състезанията. Инженерите започнаха да експериментират с различни форми на каросерията, знаейки, че рационализираната форма ще ускори автомобилите. Така се ражда формата на състезателната кола, която е оцеляла и до днес. Предните и задните спойлери, лопатките и аеро китовете служеха за една и съща цел, насочвайки въздушния поток над покрива и генерирайки необходимата притискаща сила към предните и задните колела.
Аеродинамичният тунел допринесе за успеха на експериментите. В следващата част на нашата статия ще ви разкажем защо е необходим и защо е важен в дизайна на автомобила.
Измерване на съпротивлението в аеродинамичен тунел
За да измерят аеродинамичната ефективност на автомобил, инженерите са заимствали инструмент от авиационната индустрия - аеродинамичния тунел.
Аеродинамичен тунел е тунел с мощни вентилатори, които създават въздушно течениенад обекта вътре. Кола, самолет или нещо друго, чието въздушно съпротивление се измерва от инженери. От стая зад тунела учените наблюдават как въздухът взаимодейства с обекта и как въздушните течения се държат на различни повърхности.
кола или самолет вътре въздушен тунелне се движи, но за да симулират реални условия, вентилаторите издухват въздух от различна скорост. Понякога истински колидори не е закаран по тръбата - дизайнерите често разчитат точни моделисъздадени от глина или други суровини. Вятърът духа върху колата в аеродинамичния тунел и компютрите изчисляват коефициента на съпротивление.
Аеродинамичните тунели се използват от края на 1800 г., когато се опитват да създадат самолет и измерват ефекта от въздушния поток в аеродинамичните тунели. Дори братята Райт са имали такава тромпет. След Втората световна война инженерите на състезателни автомобили, търсейки предимство пред конкуренцията, започнаха да използват аеродинамични тунели за измерване на производителността. аеродинамични елементиразработени модели. По-късно тази технология си проправи път в света на леките автомобили и камионите.
През последните 10 години големи аеродинамични тунели, струващи няколко милиона щатски долара, се използват все по-рядко. Компютърното моделиране постепенно измества този начин за тестване на аеродинамиката на автомобил (повече). Аеродинамичните тунели се пускат само за да се гарантира, че няма грешни изчисления в компютърните симулации.
Има повече понятия в аеродинамиката, отколкото само съпротивлението на въздуха - има също фактори за повдигане и притискане. Повдигането (или повдигането) е силата, която действа срещу теглото на обект, повдигайки и задържайки обекта във въздуха. Притискащата сила, обратното на асансьора, е силата, която избутва обект към земята.
Всеки, който мисли, че коефициентът на съпротивление на състезателните автомобили от Формула 1 с скорост от 320 км/ч е нисък, греши. Типичен състезателен автомобил от Формула 1 има коефициент на съпротивление около 0,70.
Причината за високия коефициент на въздушно съпротивление състезателни колиФормула 1 е, че тези автомобили са проектирани да създават възможно най-голяма притискаща сила. Със скоростта, с която се движат огнените топки, с изключително лекото си тегло, те започват да изпитват повдигане високи скорости- физиката ги кара да се издигат във въздуха като самолет. Автомобилите не са проектирани да летят (въпреки че статията - летяща трансформаторна кола твърди обратното) и ако превозното средство започне да се издига във въздуха, тогава можете да очаквате само едно нещо - опустошителен инцидент. Ето защо, притискаща силатрябва да бъде максимална, за да държи колата на земята високи скорости, което означава, че коефициентът на съпротивление трябва да е голям.
Автомобилите от Формула 1 постигат висока притискаща сила с помощта на предните и задните части на автомобила. Тези крила насочват въздушния поток така, че да притискат колата към земята - същата притискаща сила. Сега можете безопасно да увеличите скоростта и да не я губите в завой. В същото време притискащата сила трябва да бъде внимателно балансирана с повдигането, за да може колата да набере желаната скорост по права линия.
Много производствени автомобили имат аеродинамични добавки за създаване на притискаща сила. пресата критикува за външния вид. Противоречив дизайн. И всичко, защото всички Каросерия GT-Rпроектиран да насочва въздушния поток над автомобила и обратно през овала заден спойлер, създавайки повече притискаща сила. Никой не мислеше за красотата на колата.
Извън пистите на Формула 1 често се срещат крила производствени автомобилинапример седани компании Toyotaи Хонда. Понякога тези дизайнерски елементи добавят малко стабилност при високи скорости. Например на първо аудиТТ първоначално нямаше спойлер, но AudiТрябваше да го добавя, когато се оказа, че заоблената форма и лекото тегло на ТТ създават твърде много повдигане, което прави колата нестабилна при скорости над 150 км/ч.
Но ако колата не е Audi TT, не е спортна кола, не е спортна кола, а обикновен семеен седан или хечбек, няма нужда да инсталирате спойлер. Спойлерът няма да подобри управлението на такава кола, тъй като „семейната кола“ вече има висока притискаща сила поради високия Cx и не можете да изстискате скорости над 180 върху нея. Включен спойлер обикновена коламоже да причини презавиване или, обратно, нежелание за влизане в завоите. Въпреки това, ако също мислите, че гигантски спойлер Хонда Сивикстои на мястото си, не позволявайте на никого да ви убеждава в това.
Днес ви каним да разберете какво е това, защо е необходимо и през коя година тази технология се появи за първи път в света.
Без аеродинамика колите и самолетите, и дори бобслеите, са просто обекти, движещи вятъра. Ако няма аеродинамика, тогава вятърът се движи неефективно. Науката за изучаване на ефективността на отстраняването на въздушните потоци се нарича аеродинамика. За да се създаде превозно средство, което ефективно да премахва въздушните потоци, намалявайки съпротивлението, е необходим аеродинамичен тунел, в който инженерите проверяват ефективността на аеродинамичното въздушно съпротивление на автомобилните части.
Погрешно се смята, че аеродинамиката се е появила след изобретяването на аеродинамичния тунел. Но не е. Всъщност се появява през 1800 г. Произходът на тази наука започва през 1871 г. с братята Райт, които са конструкторите и създателите на първия в света самолет. Благодарение на тях започва да се развива въздухоплаването. Целта беше една - опит за построяване на самолет.
Отначало братята проведоха тестовете си в железопътните тунели. Но способността на тунела да изучава въздушните течения беше ограничена. Следователно те не успяха да създадат истински самолет, тъй като за това беше необходимо тялото на самолета да отговаря на най-строгите изисквания на аеродинамиката.
Затова през 1901 г. братята построяват собствен аеродинамичен тунел. В резултат на това, според някои данни, около 200 самолети отделни прототипни случаи различни форми. На братята са им необходими още няколко години, за да построят първия истински самолет в историята. Така през 1903 г. братята Райт провеждат успешен тест на първия в света, който продължава във въздуха 12 секунди.
Какво е аеродинамичен тунел?
Това е просто устройство, което се състои от затворен тунел (огромен капацитет), през който въздухът тече с помощта на мощни вентилатори. В аеродинамичния тунел се поставя обект, към който започват да се прилагат. Също така в съвременните аеродинамични тунели специалистите имат възможност да доставят насочени въздушни потоци към определени елементи от каросерията на автомобила или всяко превозно средство.
Тестването в аеродинамичен тунел придоби огромна популярност по време на Великата Отечествена войнапрез 40-те години. По целия свят военните отдели провеждат изследвания върху аеродинамиката военна техникаи боеприпаси. След войната военните аеродинамични изследвания са ограничени. Но вниманието на аеродинамиката беше обърнато от инженерите, проектиращи спорта състезателни коли. Тогава тази мода беше подета от дизайнери и автомобили.
Изобретяването на аеродинамичния тунел позволи на специалистите да тестват превозни средствакоито са в неподвижно състояние. Освен това се подават въздушни потоци и се създава същият ефект, който се наблюдава, когато машината се движи. Дори при тестване на самолети обектът остава неподвижен. Регулира се само за симулиране на определена скорост на превозното средство.
Благодарение на аеродинамиката, както спортът, така и прости коливместо квадратни форми, те започнаха да придобиват по-плавни линии и заоблени елементи на тялото.
Понякога цялата кола може да не е необходима за изследване. Често може да се използва обикновено оформление в реален размер. В резултат на това експертите определят нивото на устойчивост на вятър.
Коефициентът на съпротивление на вятъра се определя от това как вятърът се движи вътре в тръбата.
Модерните аеродинамични тунели са по същество огромен сешоар за вашата кола. Например, един от добре познатите вятърни тунели се намира в Северна Каролина, САЩ, където се провеждат асоциативни изследвания. Благодарение на тази тръба инженерите моделират автомобили, способни да се движат със скорост от 290 км/ч.
В тази сграда са инвестирани около 40 милиона долара. Тръбата започва работа през 2008 г. Основните инвеститори са състезателната асоциация NASCAR и собственикът на състезанията Джийн Хаас.
Ето видео на традиционен тест в тази тръба:
След появата на първия аеродинамичен тунел в историята, инженерите осъзнаха колко важно е това изобретение за цялото. В резултат на това автомобилните дизайнери обърнаха внимание на него, които започнаха да разработват технологии за изучаване на въздушните потоци. Но технологията не стои неподвижна. В днешно време много изследвания и изчисления се извършват на компютър. Най-удивителното е, че дори аеродинамичните тестове се извършват в специални компютърни програми.
3D се използва като обект на теста виртуален моделавтомобили. Следващите на компютъра се играят различни условияза тестване на аеродинамиката. Същият подход започна да се развива за тестване на сблъсък. , което не само може да спести пари, нито да вземе предвид много параметри при тестване.
Точно като истинските краш тестове, изграждането на аеродинамичен тунел и тестването в него е много скъпо удоволствие. На компютър цената може да бъде само няколко долара.
Вярно е, че бабите и дядовците и привържениците на старите технологии все още ще кажат, че реалният свят е по-добър от компютрите. Но 21 век си е 21 век. Следователно е неизбежно в близко бъдеще много тестове в реалния свят да се извършват изцяло на компютър.
Въпреки че си струва да се отбележи, че не сме против компютъризираните тестове, надяваме се, че истинските тестове в аеродинамичен тунел и конвенционалните краш тестове все още ще останат в автомобилната индустрия.
Настоящите разпоредби позволяват на екипите да тестват в аеродинамичен тунел модели автомобили, които не надвишават 60% от мащаба. В интервю за F1Racing бившият технически директор на отбора на Renault Пат Саймъндс говори за спецификата на тази работа...
Пат Саймъндс: „Днес всички екипи работят с модели от 50% или 60% мащаб, но това не винаги е било така. Първите аеродинамични тестове през 80-те години са извършени с макети на 25% от реалната стойност - мощността на аеродинамичните тунели в Университета на Саутхемптън и Имперския колеж в Лондон не позволяват повече - само там е възможно да се монтират модели на подвижна основа. Тогава се появиха вятърни тунели, в които беше възможно да се работи с модели на 33% и 50%, а сега, поради необходимостта от ограничаване на разходите, екипите се съгласиха да тестват модели не повече от 60% при скорост на въздушния поток от повече от 50 метра в секунда.
При избора на мащаба на модела екипите изхождат от възможностите на наличния аеродинамичен тунел. За да получите точни резултати, размерите на модела не трябва да надвишават 5% от работната площ на тръбата. Производството на по-малки модели е по-евтино, но от по-малък модел, толкова по-трудно е да се поддържа необходимата точност. Както при много други проблеми при разработването на болиди от Формула 1, тук трябва да търсите най-добрия компромис.
В миналото моделите са правени от дървесината на растящото в Малайзия дърво Diera, която е с ниска плътност, сега се използва оборудване за лазерна стереолитография - инфрачервен лазерен лъч полимеризира композитен материал, като се получава детайл със зададени характеристики . Този метод ви позволява да тествате ефективността на нова инженерна идея в аеродинамичен тунел за няколко часа.
Колкото по-прецизно е изработен моделът, толкова по-достоверна е информацията, получена при издухването му. Всяко малко нещо се брои тук, дори през изпускателни тръбипотокът от газове трябва да преминава със същата скорост, както в реална машина. Екипите се опитват да постигнат възможно най-висока точност за съществуващото оборудване в симулацията.
В продължение на много години гумите бяха заменени с умалени реплики от найлон или въглеродни влакна, но беше постигнат значителен напредък, когато Michelin направи точни умалени реплики на своите гуми. състезателни гуми. Моделът на автомобила е оборудван с много сензори за измерване на налягането на въздуха и система, която ви позволява да променяте баланса.
Моделите, включително инсталираното върху тях измервателно оборудване, са малко по-ниски по цена истински колиНапример, те са по-скъпи от истински коли GP2. Това всъщност е ултракомплексно решение. Основна рамка със сензори струва около $800 000 и може да се използва няколко години, но обикновено екипите разполагат с два комплекта, за да продължат работата.
Всяка ревизия елементи на тялотоили окачването води до необходимостта от производство нова версиябодикит, който струва още четвърт милион. В същото време експлоатацията на самия аеродинамичен тунел струва около хиляда долара на час и изисква присъствието на 90 служители. Сериозните отбори харчат около 18 милиона долара на сезон за тези проучвания.
Разходите се изплащат. Увеличаването на притискащата сила с 1% ви позволява да спечелите една десета от секундата на истинска писта. При стабилен график инженерите играят около толкова на месец, така че само в отдела за моделиране всяка десета струва на екипа милион и половина долара.
Откакто първият човек закрепи заострен камък на върха на копие, хората винаги са се опитвали да намерят най-добра формаобекти, движещи се във въздуха. Но колата се оказа много труден аеродинамичен пъзел.
Основите на изчисленията на сцеплението с пътя ни предоставят четири основни сили, действащи върху превозно средство, докато то е в движение: съпротивление на въздуха, съпротивление при търкаляне, съпротивление при изкачване и инерционни сили. Отбелязва се, че само първите две са основните. Сила на съпротивление при търкаляне автомобилно колелоосновно зависи от деформацията на гумата и пътя в контактната зона. Но вече при скорост от 50-60 km / h силата на въздушно съпротивление надвишава всяка друга, а при скорости над 70-100 km / h надминава всички тях взети заедно. За да се докаже това твърдение, е необходимо да се даде следната приблизителна формула: Px=Cx*F*v2, където: Px – сила на съпротивление на въздуха; v – скорост на превозното средство (m/s); F е площта на проекцията на автомобила върху равнина, перпендикулярна на надлъжната ос на автомобила, или площта на най-голямото напречно сечение на автомобила, т.е. челната площ (m2); Cx е коефициентът на въздушно съпротивление (коефициент на обтекаемост). Забележка. Скоростта във формулата е на квадрат и това означава, че ако се удвои например, силата на съпротивление на въздуха се учетворява.
В същото време разходите за електроенергия, необходими за преодоляването му, нарастват осем пъти! В състезания Наскар, където скоростите надхвърлят 300 км/ч, експериментално е установено, че за увеличаване максимална скоростсамо за 8 км/ч трябва да увеличите мощността на двигателя с 62 kW (83 к.с.) или да намалите Cx с 15%. Има и друг начин - да намалите предната част на автомобила. Много високоскоростни суперколи са значително по-ниски обикновени автомобили. Това е само знак за работа за намаляване на фронталната площ. Тази процедура обаче може да се извърши до определени граници, в противен случай ще бъде невъзможно да се използва такава кола. Поради тази и други причини рационализирането е един от основните проблеми, които възникват при проектирането на автомобил. Разбира се, силата на съпротивление се влияе не само от скоростта на автомобила и неговите геометрични параметри. Например, колкото по-висока е плътността на въздушния поток, толкова по-голямо е съпротивлението. От своя страна, плътността на въздуха зависи пряко от неговата температура и височина над морското равнище. С повишаването на температурата се увеличава плътността на въздуха (а оттам и неговият вискозитет), докато високо в планините въздухът е по-разреден и плътността му е по-ниска и т.н. Има много такива нюанси.
Но да се върнем към формата на колата. Кой елемент има най-добър поток? Отговорът на този въпрос е известен на почти всеки ученик (който не е спал в часовете по физика). Капка вода, падаща надолу, придобива форма, която е най-приемлива от гледна точка на аеродинамиката. Тоест заоблена предна повърхност и плавно стесняваща се дълга задна част (най-доброто съотношение е 6 пъти дължината на ширината). Коефициентът на съпротивление е експериментална стойност. Числено той равно на силавъздушно съпротивление в нютони, създадено при движение със скорост 1 m/s на 1 m2 челна площ. Обичайно е като референтна единица да се приема Cx на плоска чиния = 1. Така че за капка вода Cx = 0,04. Сега си представете кола като тази. Глупости, нали? Не само, че такава измишльотина на колела ще изглежда някак карикатурна, няма да е много удобно да използвате тази кола по предназначение. Ето защо дизайнерите са принудени да намерят компромис между аеродинамиката на автомобила и удобството при използването му. Постоянни опити за намаляване на коефициента въздушно съпротилениедоведе до факта, че някои съвременни автомобили имат Cx = 0,28-0,25. Е, бързо рекордни автомобилипохвали Cx = 0,2-0,15.
Съпротивителни сили
Сега трябва да поговорим малко за свойствата на въздуха. Както знаете, всеки газ се състои от молекули. Те са в постоянно движение и взаимодействие помежду си. Съществуват така наречените сили на Ван дер Ваалс - сили на взаимно привличане на молекули, които пречат на тяхното движение една спрямо друга. Някои от тях започват да се прилепват по-силно към другите. И с увеличаване на хаотичното движение на молекулите, ефективността на въздействието на един слой въздух върху друг се увеличава и вискозитетът се увеличава. И това се случва поради повишаване на температурата на въздуха и това може да бъде причинено както от директно нагряване от слънцето, така и косвено от триенето на въздуха върху всяка повърхност или просто нейните слоеве помежду си. Тук се намесва скоростта. За да разберете как това се отразява на колата, просто се опитайте да размахате ръката си с отворена длан. Ако го правите бавно, нищо не се случва, но ако махнете с ръка по-силно, дланта вече ясно усеща някакво съпротивление. Но това е само един компонент.
Когато въздухът се движи над някаква фиксирана повърхност (например каросерия на автомобил), същите сили на Ван дер Ваалс карат най-близкия слой от молекули да започне да се придържа към него. И този "заседнал" слой забавя следващия. И така слой по слой и колкото по-бързо се движат въздушните молекули, толкова по-далеч са от неподвижна повърхност. В крайна сметка скоростта им се изравнява със скоростта на основния въздушен поток. Слой, в който частиците се движат бавно, се нарича граничен слой и се появява на всяка повърхност. Колкото по-висока е стойността на повърхностната енергия на материала за покритие на превозното средство, толкова по-силно повърхността му взаимодейства на молекулярно ниво с околния въздух и толкова повече енергия трябва да се изразходва, за да се унищожат тези сили. Сега, въз основа на горните теоретични изчисления, можем да кажем, че съпротивлението на въздуха не е просто нахлуващ вятър Предно стъкло. Този процес има повече компоненти.
Устойчивост на формата
Това е най-значимата част - до 60% от всички аеродинамични загуби. Често се нарича съпротивление при натиск или съпротивление. При шофиране автомобилът компресира въздушния поток върху него и преодолява усилието да раздалечи въздушните молекули. Резултатът е зона високо кръвно налягане. След това въздухът обикаля повърхността на автомобила. В процеса въздушните струи се откъсват с образуването на турбуленции. Окончателното разделяне на въздушния поток в задната част на автомобила създава зона понижено налягане. Съпротивлението отпред и ефектът на засмукване отзад на автомобила създават много силна реакция. Този факт задължава дизайнерите и дизайнерите да търсят начини за придаване на тялото. Подредете по рафтове.
Сега трябва да вземете предвид формата на колата, както се казва, "от броня до броня". Кои от частите и елементите имат по-голямо влияние върху общата аеродинамика на машината. Предната част на тялото. Експерименти в аеродинамичен тунел показаха, че за по-добра аеродинамикапредната част на тялото трябва да е ниска, широка и да няма остри ъгли. В този случай няма разделяне на въздушния поток, което има много благоприятен ефект върху рационализирането на автомобила. Радиаторната решетка често е не само функционален елемент, но и декоративен. В крайна сметка радиаторът и двигателят трябва да имат ефективен въздушен поток, така че този елемент е много важен. Някои производители на автомобили изучават ергономията и разпределението на въздушния поток двигателен отсектолкова сериозен, колкото и цялостната аеродинамика на автомобила. Наклон предно стъкло- много забележителен пример за компромис между рационализация, ергономичност и производителност. Недостатъчният му наклон създава прекомерно съпротивление, а прекомерният му наклон увеличава запрашването и масата на самото стъкло, видимостта рязко пада при здрач, необходимо е да се увеличи размерът на чистачката и т.н. Преходът от стъкло към странична стена трябва да се извърши гладко.
Но не трябва да се увличате от прекомерната кривина на стъклото - това може да увеличи изкривяването и да влоши видимостта. Влиянието на колоната на предното стъкло върху аеродинамичното съпротивление зависи много от позицията и формата на предното стъкло, както и от формата на предния край. Но докато работим върху формата на багажника, не трябва да забравяме за защитата на предните странични прозорци от дъждовна вода и мръсотия, издухана от предното стъкло, поддържане на приемливо ниво на външен аеродинамичен шум и др. Покрив. Увеличаването на наклона на покрива може да доведе до намаляване на коефициента на съпротивление. Но значително увеличаване на изпъкналостта може да противоречи на цялостния дизайн на автомобила. Освен това, ако увеличаването на изпъкналостта е придружено от едновременно увеличаване на площта на съпротивлението, тогава силата на съпротивлението на въздуха се увеличава. И от друга страна, ако се опитате да запазите първоначалната височина, тогава предното стъкло и задните прозорци ще трябва да бъдат въведени в покривите, тъй като видимостта не трябва да се влошава. Това ще доведе до увеличаване на цената на очилата, докато намаляването на силата на съпротивление на въздуха в този случай не е толкова значително.
странични повърхности. По отношение на аеродинамиката на автомобила странични повърхностиимат малък ефект върху създаването на безвъртежен поток. Но не можете да ги закръглите твърде много. В противен случай ще бъде трудно да влезете в такава кола. Стъклото по възможност трябва да образува едно цяло със страничната повърхност и да е разположено в съответствие с външния контур на автомобила. Всякакви стъпала и прегради създават допълнителни пречки за преминаването на въздуха, появяват се нежелани турбуленции. Може да забележите, че улуците, които преди са присъствали на почти всяка кола, вече не се използват. други Конструктивни решения, които не оказват толкова голямо влияние върху аеродинамиката на автомобила.
Може би задната част на колата най-голямо влияниевърху коефициента на съпротивление. Обяснява се просто. Отзад въздушният поток се прекъсва и образува завихряния. Почти невъзможно е да се направи задната част на кола толкова опростена, колкото на дирижабъл (дължината е 6 пъти по-голяма от ширината). Затова те работят по-внимателно върху формата му. Един от основните параметри е ъгълът на наклон на задната част на автомобила. Примерът вече се е превърнал в учебник руска кола"Москвич-2141", където неудачното решение на задната част значително влоши цялостната аеродинамика на автомобила. Но по друг начин, задно стъкло"Москвич" винаги е оставал чист. Отново компромис. Ето защо толкова много допълнителни приставки са направени специално за задната част на автомобила: задни калници, спойлери и др. Заедно с ъгъла на наклон на задната част, дизайнът и формата на страничния ръб на задната част на автомобила оказват голямо влияние коефициентът на съпротивление. Например, ако погледнете почти всеки модерен автомобилОтгоре веднага можете да видите, че предното тяло е по-широко от задното. Това също е аеродинамика. Дъното на колата.
Както може да изглежда на пръв поглед, тази част от тялото не може да повлияе на аеродинамиката. Но тогава има такъв аспект като притискаща сила. От това зависи стабилността на автомобила и колко правилно е организиран въздушният поток под дъното на автомобила, в резултат на което зависи силата на неговото "прилепване" към пътя. Тоест, ако въздухът под колата не се задържа, а тече бързо, тогава намаленото налягане, което възниква там, ще притисне колата към пътното платно. Това е особено важно за обикновените автомобили. Въпросът е, че състезателни коли, които се състезават на висококачествени, равни повърхности, можете да зададете клиренса толкова ниско, че да започне да се появява ефектът на „земната възглавница“, при който притискащата сила се увеличава и плъзнетенамалява. За нормални коликъс просветнеприемливо. Ето защо дизайнерите напоследък се опитват да изгладят дъното на колата колкото е възможно повече, да покрият с щитове такива неравни елементи като изпускателни тръби, рамена на окачването и др. калнициимат много голямо влияние върху аеродинамиката на автомобила. Неправилно проектираните ниши могат да създадат допълнително повдигане.
И отново вятърът
Излишно е да казвам, че необходимата мощност на двигателя зависи от рационализацията на автомобила и следователно от разхода на гориво (т.е. портфейла). Аеродинамиката обаче не влияе само на скоростта и икономичността. Не последно мястопоемат задачата да осигурят добро стабилност на валутния курс, управление на автомобила и намаляване на шума при шофиране. С шума всичко е ясно: колкото по-добра е рационализацията на автомобила, качеството на повърхностите, колкото по-малък е размерът на пролуките и броят на изпъкналите елементи и т.н., толкова по-малко шум. Дизайнерите трябва да помислят за такъв аспект като повратния момент. Този ефект е добре познат на повечето шофьори. Всеки, който някога е минавал покрай „камион“ с висока скорост или просто е карал при силен страничен вятър, трябва да е усетил появата на преобръщане или дори леко завъртане на колата. Няма смисъл да се обяснява този ефект, но това е точно проблемът на аеродинамиката.
Ето защо коефициентът Cx не е единствен. В крайна сметка въздухът може да повлияе на колата не само "на челото", но и под различни ъгли и в различни посоки. И всичко това оказва влияние върху управлението и безопасността. Това са само няколко от основните аспекти, които влияят обща силавъздушно съпротиление. Невъзможно е да се изчислят всички параметри. Съществуващите формули не дават пълна картина. Затова дизайнерите изучават аеродинамиката на автомобила и коригират формата му с помощта на такъв скъп инструмент като аеродинамичен тунел. Западните фирми не жалят средства за изграждането им. Цената на такива изследователски центрове може да достигне милиони долари. Например: концернът Daimler-Chrysler инвестира 37,5 милиона долара в създаването на специализиран комплекс за подобряване на аеродинамиката на своите автомобили. В момента аеродинамичният тунел е най-значимият инструмент за изследване на силите на въздушно съпротивление, които влияят на автомобила.
