Softvérový balík pre výpočtovú aerodynamiku a hydrodynamiku FlowVision určený na virtuálne aerodynamické fúkanie rôznych technických alebo prírodných objektov. Predmetmi môžu byť dopravné produkty, energetické zariadenia, vojensko-priemyselné produkty a iné. FlowVision umožňuje simulovať prúdenie pri rôznych rýchlostiach prichádzajúceho prúdenia a pri rôznych stupňoch narušenia (stupeň turbulencie).
Proces modelovania sa vykonáva striktne v trojrozmernej priestorovej formulácii problému a prebieha na princípe „tak ako je“, čo znamená schopnosť študovať plnohodnotný geometrický model objektu používateľa bez akýchkoľvek zjednodušení. Vytvorený systém na spracovanie importovanej trojrozmernej geometrie umožňuje bezbolestne pracovať s modelmi akéhokoľvek stupňa zložitosti, kde si užívateľ v podstate sám volí mieru detailu svojho objektu – či už chce vytvoriť zjednodušený vyhladený model vonkajšieho objektu. obrysy alebo plnohodnotný model so všetkými konštrukčné prvky, až po hlavy skrutiek na diskoch kolies a logo výrobcu v podobe figúrky na prednej časti auta.
Rozloženie rýchlosti v blízkosti karosérie pretekárskeho auta.
Zohľadňujú sa všetky detaily - lúče kolies, vplyv asymetrie lúčov volantu na priebeh prúdenia.
FlowVision vytvorené Ruský tím vývojárov (spoločnosť TESIS, Rusko) pred viac ako 10 rokmi a vychádza z vývoja domácej základnej a matematickej školy. Systém bol vytvorený s očakávaním, že s ním budú pracovať používatelia veľmi odlišných kvalifikácií – študenti, učitelia, dizajnéri a vedci. Môžete rovnako efektívne riešiť jednoduché aj zložité problémy.
Produkt sa používa v rôznych priemyselných odvetviach, vede a školstve - letectvo, astronautika, energetika, stavba lodí, automobilový priemysel, ekológia, strojárstvo, spracovateľský a chemický priemysel, medicína, jadrový priemysel a obranný sektor a má najväčšiu inštalačnú základňu v Rusku.
V roku 2001 rozhodnutím Hlavnej rady MsZ Ruská federácia, bol FlowVision odporúčaný na zaradenie do výučbového programu mechaniky tekutín a plynov na ruských univerzitách. V súčasnosti je FlowVision využívaný ako integrálna súčasť vzdelávacieho procesu popredných ruských univerzít – MIPT, MPEI, Petrohradskej štátnej technickej univerzity, Vladimirskej univerzity, UNN a ďalších.
V roku 2005 bol FlowVision testovaný a získal certifikát zhody od Štátnej normy Ruskej federácie.
Kľúčové vlastnosti
V jadre FlowVision spočíva princíp zákona zachovania hmotnosti - množstvo látky vstupujúcej do naplneného uzavretého vypočítaného objemu sa rovná množstvu látky, ktorá ho opúšťa (pozri obr. 1).
Ryža. 1 Princíp zákona zachovania hmotnosti
Riešenie takéhoto problému nastáva nájdením priemernej hodnoty veličiny v danom objeme na základe údajov na hraniciach (Ostrogradského-Gaussova veta).
Ryža. 2 Objemová integrácia na základe hraničných hodnôt
Na získanie presnejšieho riešenia sa počiatočný vypočítaný objem rozdelí na menšie objemy.
Ryža. 3 Spresnenie výpočtovej siete
Postup rozdelenia pôvodného objemu na menšie objemy sa nazýva VYBUDOVANIE VÝPOČTOVEJ SIETE a pole výsledných objemov je TABUĽKA VÝPOČTU . Každý objem, ktorý je výsledkom procesu konštrukcie výpočtovej siete, sa nazýva BUŇKA VÝPOČTU , v každom z nich je tiež zachovaná rovnováha prichádzajúcej a odchádzajúcej hmoty. Uzavretý objem, v ktorom je skonštruovaná výpočtová sieť, sa nazýva VÝPOČTOVÁ OBLASŤ .
Architektúra
ideológie FlowVision postavená na distribuovanej architektúre, kde programový blok, vykonávajúci aritmetické výpočty, môže byť umiestnený na akomkoľvek počítači v sieti - na vysokovýkonnom klastri alebo notebooku. Architektúra softvérového balíka je modulárna, čo vám umožňuje bezbolestne doň zavádzať vylepšenia a nové funkcie. Hlavnými modulmi sú blok PrePostProcessor a riešiteľ, ako aj niekoľko pomocných blokov, ktoré vykonávajú rôzne operácie na monitorovanie a ladenie.
Rozloženie tlaku po celej karosérii športového auta
Funkcionalita Preprocesora zahŕňa import geometrie výpočtovej domény zo systémov geometrického modelovania, špecifikáciu modelu prostredia, nastavenie počiatočných a okrajových podmienok, úpravu alebo import výpočtovej siete a nastavenie kritérií konvergencie, po ktorých sa riadenie prenesie na Riešiteľ. , ktorá začína proces konštrukcie výpočtovej siete a vykonáva výpočty podľa zadaných parametrov. Počas procesu výpočtu má používateľ možnosť vykonávať vizuálne a kvantitatívne sledovanie výpočtu pomocou nástrojov Postprocessor a vyhodnocovať proces vývoja riešenia. Po dosiahnutí požadovanej hodnoty konvergenčného kritéria je možné proces výpočtu zastaviť, po čom je výsledok plne dostupný užívateľovi, ktorý pomocou nástrojov Postprocessor môže dáta spracovať - vizualizovať výsledky a kvantifikovať ich, následne ukladanie do externých dátových formátov.
Výpočtová sieť
IN FlowVision Používa sa obdĺžniková výpočtová mriežka, ktorá sa automaticky prispôsobuje hraniciam výpočtovej oblasti a riešenia. Aproximácia krivočiarych hraníc s vysoký stupeň presnosť je zabezpečená použitím metódy rozlíšenia geometrie podmriežky. Tento prístup vám umožňuje pracovať s geometrickými modelmi pozostávajúcimi z povrchov akéhokoľvek stupňa zložitosti.
Počiatočná výpočtová doména
Ortogonálna sieť prekrývajúca oblasť
Orezanie počiatočnej siete s hranicami oblasti
Konečná výpočtová sieť
Automatická konštrukcia výpočtovej siete zohľadňujúca zakrivenie povrchu
Ak je potrebné spresniť riešenie na hranici alebo v požadovanom mieste výpočtového objemu, je možné vykonať dynamické prispôsobenie výpočtovej siete. Adaptácia je fragmentácia buniek nižší level do menších buniek. Adaptácia môže byť podľa okrajových podmienok, podľa objemu a podľa riešenia. Prispôsobenie siete sa vykonáva na špecifikovanej hranici, pri určené miesto výpočtovej oblasti alebo riešením zohľadňujúcim zmeny premennej a gradientu. Prispôsobenie sa vykonáva v smere zjemnenia siete aj v smere opačná strana– spájanie malých buniek do väčších, až po mriežku základnej úrovne.
Technológia prispôsobenia výpočtovej siete
Pohyblivé telá
Technológia pohyblivých telies vám umožňuje umiestniť teleso ľubovoľného geometrického tvaru do výpočtovej oblasti a dať mu translačný a/alebo rotačný pohyb. Zákon pohybu môže byť konštantný alebo premenlivý v čase a priestore. Pohyb tela je špecifikovaný tromi hlavnými spôsobmi:
Výslovne špecifikovaním rýchlosti tela;
- prostredníctvom špecifikácie sily pôsobiacej na teleso a jej posunutia z východiskového bodu
Vplyvom z prostredia, v ktorom je telo umiestnené.
Všetky tri spôsoby je možné navzájom kombinovať.
Pád rakety v nestálom prúdení pod vplyvom gravitácie
Reprodukcia Machovho experimentu: pohyb lopty rýchlosťou 800 m/s
Paralelné počítanie
Jeden z kľúčové vlastnosti softvérový balík FlowVision paralelné výpočtové technológie, kedy sa na riešenie jedného problému používa viacero procesorov alebo procesorových jadier, čo umožňuje zrýchliť výpočty úmerne ich počtu.
Zrýchlenie výpočtu problému v závislosti od počtu zapojených jadier
Postup spustenia v paralelnom režime je plne automatizovaný. Používateľovi stačí uviesť počet jadier alebo procesorov, na ktorých bude úloha spustená. Algoritmus vykoná všetky ďalšie akcie na rozdelenie výpočtovej domény na časti a výmenu údajov medzi nimi nezávisle, pričom vyberie najlepšie parametre.
Rozklad buniek blízkeho povrchu na 16 procesorov pre problémy dvoch áut
Tím FlowVision udržiava úzke väzby s predstaviteľmi domácej a zahraničnej komunity HPC (High Performance Computing) a podieľa sa na spoločných projektoch zameraných na dosiahnutie nových príležitostí v oblasti zvyšovania výkonu v paralelných výpočtoch.
V roku 2007 sa FlowVision spolu s Výskumným výpočtovým centrom Moskovskej štátnej univerzity stal účastníkom federálneho programu na vytvorenie národného teraflopového paralelného výpočtového systému. V rámci programu vývojový tím prispôsobuje FlowVision tak, aby čo najviac vykonával rozsiahle výpočtové práce moderná technológia. Klaster SKIF-Chebyshev inštalovaný vo Výskumnom výpočtovom stredisku Moskovskej štátnej univerzity sa používa ako testovacia hardvérová platforma.
Klaster SKIF-Chebyshev nainštalovaný vo Výskumnom výpočtovom stredisku Moskovskej štátnej univerzity
V úzkej spolupráci s odborníkmi z Výskumného výpočtového centra Moskovskej štátnej univerzity (pod vedením člena korešpondenta Ruskej akadémie vied, doktora fyzikálnych a matematických vied Vl.V. Voevodina) prebieha optimalizácia hardvérového komplexu SKIF. uskutočnené FlowVision zvýšiť efektivitu paralelných výpočtov. V júni 2008 sa uskutočnili prvé praktické výpočty na 256 výpočtových uzloch v paralelnom režime.
V roku 2009 tím FlowVision spolu s Výskumným výpočtovým centrom Moskovskej štátnej univerzity, Sigma Technology a štátom vedecké centrum TsAGI sa stali účastníkmi federálneho cieľového programu pre tvorbu algoritmov na riešenie problémov paralelnej optimalizácie v problémoch aero- a hydrodynamiky.
text, ilustrácie: firma TESIS
Každý vie, prečo auto potrebuje aerodynamiku. Čím je jeho karoséria aerodynamickejšia, tým nižšia je odolnosť voči pohybu a spotreba paliva. Takéto auto ušetrí nielen vaše peniaze, ale aj životné prostredie vyhodí menej odpadu. Odpoveď je jednoduchá, no zďaleka nie úplná. Špecialisti na aerodynamiku, ktorí dolaďujú karosériu nového modelu, tiež:
- vypočítať rozloženie vztlakovej sily pozdĺž osí, čo je veľmi dôležité vzhľadom na značné rýchlosti moderných automobilov,
- zabezpečiť prístup vzduchu na chladenie motora a brzdových mechanizmov,
- zamyslite sa nad miestami nasávania a výstupu vzduchu pre systém vetrania interiéru,
- snažiť sa znížiť hladinu hluku v kabíne,
- optimalizovať tvar častí karosérie, aby sa znížilo znečistenie skla, zrkadiel a osvetľovacích zariadení.
Navyše, riešenie jednej úlohy často protirečí realizácii inej. Napríklad zníženie súčiniteľa odporu zlepšuje prúdenie, ale zároveň zhoršuje odolnosť vozidla voči nárazom bočného vetra. Preto musia špecialisti hľadať rozumný kompromis.
Znížený odpor vzduchu
Čo určuje silu ťahu? Rozhodujúci vplyv na to majú dva parametre - koeficient aerodynamického odporu Cx a plocha prierezu vozidla (stredná časť). Strednú časť môžete zmenšiť tak, že karosériu znížite a zúžite, ale je nepravdepodobné, že pre takéto auto bude veľa kupcov. Hlavným smerom zlepšovania aerodynamiky automobilu je preto optimalizácia obtekania karosérie, inými slovami, zníženie Cx. Koeficient aerodynamického odporu Cx je bezrozmerná veličina, ktorá sa určuje experimentálne. Pre moderné autá sa pohybuje v rozmedzí 0,26-0,38. V zahraničných zdrojoch sa koeficient aerodynamického odporu niekedy označuje ako Cd (koeficient odporu vzduchu). Telo v tvare slzy, ktorého Cx je 0,04, má ideálne prúdenie. Pri pohybe plynule pretína prúdy vzduchu, ktoré sa potom plynule, bez prestávok, uzatvárajú do svojho „chvosta“.
Vzduchové hmoty sa správajú inak, keď sa auto pohybuje. Tu sa odpor vzduchu skladá z troch zložiek:
- vnútorný odpor pri prechode vzduchu motorovým priestorom a interiérom,
- trecí odpor prúdov vzduchu na vonkajších plochách karosérie a
- tvarový odpor.
Tretí komponent má najväčší vplyv na aerodynamiku auta. Počas pohybu auto stláča vzduchové hmoty pred sebou a vytvára tak plochu vysoký krvný tlak. Prúdy vzduchu prúdia okolo tela a tam, kde končí, sa prúd vzduchu oddeľuje a vytvára turbulencie a plochu nízky krvný tlak. Takže oblasť vysoký tlak vpredu bráni autu v pohybe dopredu a oblasť nízkeho tlaku vzadu ho „nasáva“ späť. Sila turbulencie a veľkosť oblasti nízkeho tlaku sú určené tvarom zadnej časti tela.
Najlepší aerodynamický výkon predvádzajú autá so stupňovitou zadnou časťou – sedany a kupé. Vysvetlenie je jednoduché – prúd vzduchu, ktorý uniká zo strechy, okamžite narazí na veko kufra, kde sa normalizuje a následne sa napokon odlomí od jeho okraja. Bočné prúdenie padá aj na kufor, čo zabraňuje vzniku škodlivých vírov za autom. Preto čím vyššie a dlhšie veko kufra, tým lepší aerodynamický výkon. Zapnuté veľké sedany a kupé sa niekedy dokonca podarí dosiahnuť bezproblémové obtekanie karosérie. Mierne zúženie zadnej časti tiež pomáha znížiť Cx. Okraj kufra je ostrý alebo vo forme malého výstupku - to zaisťuje oddelenie prúdu vzduchu bez turbulencií. V dôsledku toho je plocha vákua za autom malá.
Podvozok auta ovplyvňuje aj jeho aerodynamiku. Vyčnievajúce časti odpruženia a výfukového systému zvyšujú odpor. Aby to zmenšili, snažia sa čo najviac vyhladiť dno alebo zakryť štítmi všetko, čo „trčí“ pod nárazníkom. Niekedy je nainštalovaný malý predný spojler. Spojler znižuje prúdenie vzduchu pod vozidlom. Tu je však dôležité vedieť, kedy prestať. Veľký spojler výrazne zvýši odpor, no auto lepšie „prituhne“ k vozovke. Ale o tom viac v ďalšej časti.
Prítlak
Keď sa auto pohybuje, prúdenie vzduchu pod jeho dnom ide priamočiaro a horná časť prúdenia obchádza karosériu, to znamená, že prejde dlhšiu vzdialenosť. Preto je rýchlosť horného toku vyššia ako rýchlosť dolného toku. A podľa fyzikálnych zákonov platí, že čím vyššia je rýchlosť vzduchu, tým nižší je tlak. V dôsledku toho sa pod dnom vytvorí oblasť s vysokým tlakom a nad ňou sa vytvorí oblasť s nízkym tlakom. To vytvára zdvih. A hoci je jeho hodnota malá, problémom je, že je nerovnomerne rozložená pozdĺž osí. Ak je predná náprava zaťažená prietokom, ktorý tlačí na kapotu a Čelné sklo, potom je zadná dodatočne odľahčená podtlakovou zónou vytvorenou za autom. Preto so zvyšujúcou sa rýchlosťou klesá stabilita a auto je náchylné na šmyk.
Konštruktéri konvenčných sériových automobilov nemusia vymýšľať žiadne špeciálne opatrenia na boj proti tomuto javu, pretože to, čo sa robí na zlepšenie zefektívnenia, súčasne zvyšuje prítlak. Napríklad optimalizácia zadnej časti znižuje podtlakovú plochu za vozidlom, a tým znižuje zdvih. Vyrovnanie spodku nielenže znižuje odpor voči pohybu vzduchu, ale tiež zvyšuje prietok a tým znižuje tlak pod autom. A to zase vedie k zníženiu zdvihu. Rovnakým spôsobom plní dve úlohy zadný spojler. Nielenže znižuje tvorbu vírov, zlepšuje Cx, ale súčasne tlačí auto k vozovke v dôsledku prúdenia vzduchu, ktorý sa od neho odtláča. Niekedy je zadný spojler určený výhradne na zvýšenie prítlaku. V tomto prípade má veľké rozmery a je naklonený alebo je zatiahnuteľný, pričom do práce vstupuje iba pri vysoké rýchlosti.
Na šport a pretekárske modely opísané opatrenia budú, prirodzene, neúčinné. Aby ste ich udržali na ceste, musíte vytvoriť väčší prítlak. Na tento účel sa používa veľký predný spojler, bočné prahy a blatníky. Ale nainštalované výrobné autá, tieto prvky budú hrať iba dekoratívnu úlohu a potešia hrdosť majiteľa. Neposkytnú žiadny praktický úžitok, naopak zvýšia odolnosť voči pohybu. Mnoho automobilových nadšencov si mimochodom mýli spojler s krídlom, hoci je celkom ľahké ich rozlíšiť. Spojler je vždy pritlačený ku karosérii a tvorí s ňou jeden celok. Krídlo je inštalované v určitej vzdialenosti od tela.
Praktická aerodynamika
Dodržiavanie niekoľkých jednoduchých pravidiel vám umožní získať úspory z ničoho tým, že znížite spotrebu paliva. Tieto rady sa však budú hodiť len tým, ktorí jazdia veľa po diaľnici a často.
Pri pohybe sa značná časť výkonu motora vynakladá na prekonávanie odporu vzduchu. Čím vyššia rýchlosť, tým vyšší odpor (a teda aj spotreba paliva). Ak teda znížite rýchlosť čo i len o 10 km/h, ušetríte až 1 liter na 100 km. V tomto prípade bude strata času zanedbateľná. Túto pravdu však pozná väčšina vodičov. Ale iné „aerodynamické“ jemnosti nie sú známe každému.
Spotreba paliva závisí od koeficientu odporu vzduchu a plochy prierezu vozidla. Ak si myslíte, že tieto parametre sú nastavené vo výrobe a majiteľ auta ich nemôže zmeniť, tak ste na omyle! Ich zmena nie je vôbec náročná a môžete dosiahnuť pozitívne aj negatívne účinky.
Čo zvyšuje spotrebu? Náklad na streche nadmerne „spotrebúva“ palivo. A aj zefektívnená škatuľa si vezme aspoň liter na sto. Okná a strešné okná, ktoré sú počas jazdy otvorené, iracionálne spaľujú palivo. Ak prepravujete dlhý náklad s mierne otvoreným kufrom, dostanete aj prepady. Rôzne dekoratívne prvky ako napríklad kapotáž na kapote („plácačka na muchy“), „muchový chránič“, krídlo a ďalšie prvky domáceho tuningu síce prinesú estetický pôžitok, ale prinútia vás vyhodiť peniaze navyše. Pozrite sa pod dno - za všetko, čo sa prepadá a vyzerá pod hranicou prahu, si budete musieť priplatiť. Aj taká maličkosť, akou je absencia plastové uzávery na oceľové kolesá, zvyšuje spotrebu. Každý z uvedených faktorov či dielov jednotlivo spotrebu o veľa nezvýši – od 50 do 500 g na 100 km. Ak si ale všetko zrátate, opäť to „nabehne“ asi liter na sto. Tieto výpočty platia pre malé autá pri rýchlosti 90 km/h. Majitelia veľkých áut a milovníci vyšších rýchlostí si počítajú so zvýšenou spotrebou.
Ak sú splnené všetky vyššie uvedené podmienky, môžeme sa vyhnúť zbytočným výdavkom. Je možné ďalej znižovať straty? Môcť! To si ale vyžiada trochu externého doladenia (hovoríme samozrejme o profesionálne vyrobených prvkoch). Predné aerodynamická súprava karosérie bráni „prasnutiu“ prúdenia vzduchu pod spodok auta, prahové kryty zakrývajú vyčnievajúcu časť kolies, spojler zabraňuje vzniku turbulencií za „kormou“ auta. Hoci spojler je už spravidla súčasťou dizajnu karosérie moderného automobilu.
Takže získať úspory z ničoho nič je celkom možné.
Žiadne auto neprejde tehlová stena, ale každý deň prechádza cez steny vyrobené zo vzduchu, ktorý má tiež hustotu.
Nikto nevníma vzduch alebo vietor ako stenu. Zapnuté nízke rýchlosti, v pokojnom počasí je ťažké si všimnúť, ako prúdenie vzduchu interaguje s vozidlom. Ale pri vysokých rýchlostiach, pri silnom vetre odpor vzduchu (sila pôsobiaca na objekt pohybujúci sa vzduchom – tiež definovaný ako odpor) výrazne ovplyvňuje to, ako auto zrýchľuje, ako sa ovláda a ako používa palivo.
Tu vstupuje do hry veda o aerodynamike, ktorá študuje sily generované pohybom predmetov vo vzduchu. Moderné autá sú navrhnuté s ohľadom na aerodynamiku. Auto s dobrou aerodynamikou prejde stenou vzduchu ako nôž maslom.
Kvôli nízky odpor prúdenie vzduchu, takéto auto lepšie zrýchľuje a lepšie spotrebuje palivo, pretože motor nemusí vynakladať ďalšiu silu na „pretlačenie“ auta cez vzduchovú stenu.
Pre zlepšenie aerodynamiky auta je tvar karosérie zaoblený tak, aby vzduchový kanál obtekal auto s najmenším odporom. Pri športových autách je tvar karosérie navrhnutý tak, aby smeroval prúdenie vzduchu prevažne po spodnej časti, neskôr pochopíte prečo. Na kufor auta dali aj krídlo či spojler. Krídlo tlačí späť auto brániace zdvihu zadné kolesá, kvôli silnému prúdeniu vzduchu, keď sa pohybuje vysokou rýchlosťou, vďaka čomu je auto stabilnejšie. Nie všetky krídla sú rovnaké a nie všetky sa používajú na zamýšľaný účel, niektoré slúžia len ako prvok automobilovej výzdoby a neplnia priamu funkciu aerodynamiky.
Veda o aerodynamike
Predtým, ako si povieme niečo o automobilovej aerodynamike, prejdeme si niekoľko základných fyzikov.
Keď sa objekt pohybuje atmosférou, vytláča okolitý vzduch. Predmet je tiež vystavený gravitácii a odporu. Odpor vzniká, keď sa pevný predmet pohybuje v kvapalnom médiu – vode alebo vzduchu. Odpor sa zvyšuje s rýchlosťou objektu – čím rýchlejšie sa pohybuje priestorom, tým väčší odpor zažíva.
Pohyb objektu meriame faktormi opísanými v Newtonových zákonoch – hmotnosť, rýchlosť, hmotnosť, vonkajšia sila a zrýchlenie.
Odpor priamo ovplyvňuje zrýchlenie. Zrýchlenie (a) objektu = jeho hmotnosť (W) mínus odpor (D) delené hmotnosťou (m). Pripomeňme, že hmotnosť je výsledkom telesnej hmotnosti a zrýchlenia gravitácie. Napríklad na Mesiaci sa hmotnosť človeka zmení v dôsledku nedostatku gravitácie, ale hmotnosť zostane rovnaká. Jednoducho povedané:
Keď sa objekt zrýchľuje, rýchlosť a ťah sa zvyšujú až do konečného bodu, kde sa odpor rovná hmotnosti – objekt už nemôže ďalej zrýchľovať. Predstavme si, že naším objektom v rovnici je auto. Ako auto ide rýchlejšie a rýchlejšie, stále viac vzduchu bráni jeho pohybu, čo obmedzuje auto na maximálne zrýchlenie pri určitej rýchlosti.
Dostávame sa k najdôležitejšiemu číslu – koeficientu aerodynamického odporu. Toto je jeden z hlavných faktorov, ktorý určuje, ako ľahko sa objekt pohybuje vzduchom. Koeficient odporu vzduchu (Cd) sa vypočíta podľa tohto vzorca:
Cd = D / (A * r * V/2)
Kde D je odpor, A je plocha, r je hustota, V je rýchlosť.
Súčiniteľ aerodynamického odporu v aute
Pochopme, že koeficient odporu vzduchu (Cd) je veličina, ktorá meria silu odporu vzduchu pôsobiacu na predmet, akým je napríklad auto. Teraz si predstavte silu vzduchu, ktorý tlačí na auto, keď sa pohybuje po ceste. Pri rýchlosti 110 km/h zažije štyrikrát väčšiu silu ako pri rýchlosti 55 km/h.
Aerodynamické schopnosti auta sa merajú podľa koeficientu odporu vzduchu. Čím nižšia je hodnota Cd, tým lepšia je aerodynamika auta a tým ľahšie prejde stenou vzduchu, ktorý naň tlačí z rôznych strán.
Zoberme si ukazovatele Cd. Pamätáte si tie hranaté, krabicovité volvá zo 70., 80. rokov? Staré Volvo 960 sedan má koeficient odporu vzduchu 0,36. Tie nové Karoséria Volvo hladká a hladká, vďaka tomu koeficient dosahuje 0,28. Hladšie a efektívnejšie tvary vykazujú lepšiu aerodynamiku ako hranaté a hranaté.
Dôvody, prečo aerodynamika miluje elegantné tvary
Spomeňme si na tú najaerodynamickejšiu vec v prírode – slzu. Trhlina je okrúhla a hladká na všetkých stranách a na vrchu sa zužuje. Keď slza kvapne dole, vzduch okolo nej ľahko a hladko prúdi. Aj pri autách - vzduch voľne prúdi po hladkom, zaoblenom povrchu, čím sa znižuje odpor vzduchu voči pohybu objektu.
Dnes má väčšina modelov priemerný koeficient odporu vzduchu 0,30. SUV majú koeficient odporu vzduchu 0,30 až 0,40 alebo viac. Dôvodom vysokého koeficientu sú rozmery. Land Cruisery a Gelendvageny pojmú viac pasažierov, majú viac nákladný priestor, veľké mriežky na chladenie motora, preto ten krabicovitý dizajn. Pickupy navrhnuté s účelne hranatým dizajnom majú Cd väčšie ako 0,40.
Dizajn karosérie je kontroverzný, ale auto má odhaľujúci aerodynamický tvar. Koeficient odporu vzduchu Toyota Prius 0,24, takže spotreba paliva auta je nízka nielen vďaka hybridu elektráreň. Pamätajte, že každé mínus 0,01 v koeficiente znižuje spotrebu paliva o 0,1 litra na 100 km.
Modely so slabým aerodynamickým odporom:
Modely s dobrým aerodynamickým odporom:
Techniky na zlepšenie aerodynamiky existujú už dlho, ale trvalo dlho, kým ich automobilky začali používať pri vytváraní nových vozidiel.
Modely prvých áut, ktoré sa objavili, nemali nič spoločné s koncepciou aerodynamiky. Pozrite sa na Fordov Model T – auto vyzerá skôr ako konský záprah bez koňa – víťaza boxy dizajnovej súťaže. Pravdupovediac, väčšina modelov bola priekopnícka a nepotrebovala aerodynamický dizajn, keďže jazdili pomaly, pri takej rýchlosti nebolo čomu odolať. Pretekárske autá zo začiatku 20. storočia sa však začali postupne zužovať, aby vďaka aerodynamike vyhrali súťaže.
V roku 1921 nemecký vynálezca Edmund Rumpler vytvoril Rumpler-Tropfenauto, čo v nemčine znamená „slza“. Tento model, modelovaný podľa najaerodynamickejšieho tvaru prírody, tvaru slzy, mal koeficient odporu vzduchu 0,27. Dizajn Rumpler-Tropfenauto nikdy nenašiel uznanie. Rumplerovi sa podarilo vytvoriť iba 100 jednotiek Rumpler-Tropfenauto.
V Amerike nastal skok v aerodynamickom dizajne v roku 1930, keď vyšiel Model Chrysler Prúd vzduchu. Inžinieri, inšpirovaní letmi vtákov, navrhli Airflow s ohľadom na aerodynamiku. Pre zlepšenie ovládateľnosti bola hmotnosť auta rovnomerne rozložená medzi prednú a zadnú nápravu – 50/50. Spoločnosť, unavená z Veľkej hospodárskej krízy, nikdy neprijala netradičný vzhľad Chrysler Airflow. Tento model bol považovaný za neúspešný, hoci zjednodušený dizajn Chrysler Airflow ďaleko predbehol svoju dobu.
50. a 60. roky 20. storočia boli svedkom niektorých z najväčších pokrokov v automobilovej aerodynamike, ktoré prišli z pretekárskeho sveta. Inžinieri začali experimentovať s rôznymi tvarmi karosérie s vedomím, že aerodynamický tvar zrýchli autá. Tak sa zrodila podoba pretekárskeho auta, ktorá prežila dodnes. Predné a zadné spojlery, rýľové nosy a aero súpravy slúžili na rovnaký účel, aby nasmerovali prúdenie vzduchu cez strechu a vytvorili potrebný prítlak na predné a zadné kolesá.
K úspechu experimentov prispel aerodynamický tunel. V ďalšej časti nášho článku vám povieme, prečo je to potrebné a prečo je to dôležité pri dizajne auta.
Meranie odporu aerodynamického tunela
Na meranie aerodynamickej účinnosti auta si inžinieri požičali nástroj z leteckého priemyslu – aerodynamický tunel.
Veterný tunel je tunel s výkonnými ventilátormi, ktoré vytvárajú prúdenie vzduchu nad objektom vo vnútri. Auto, lietadlo alebo čokoľvek iné, ktorého odpor vzduchu merajú inžinieri. Z miestnosti za tunelom vedci pozorujú, ako vzduch interaguje s objektom a ako sa vzduchové prúdy správajú na rôznych povrchoch.
Auto alebo lietadlo vo veternom tuneli sa nepohybuje, ale na simuláciu reálnych podmienok dodávajú prúd vzduchu ventilátory pri rôznych rýchlostiach. Niekedy skutočné autá nie sú ani nahnané do potrubia – dizajnéri sa často spoliehajú na presné modely vytvorené z hliny alebo iných surovín. Vietor fúka cez auto vo veternom tuneli a počítače vypočítavajú koeficient odporu vzduchu.
Aerodynamické tunely sa používajú od konca 19. storočia, keď sa pokúšali vytvoriť lietadlo a merali vplyv prúdenia vzduchu v trubiciach. Dokonca aj bratia Wrightovci mali takúto trúbku. Po 2. svetovej vojne inžinieri pretekárske autá, pri hľadaní výhody oproti konkurentom, začal využívať aerodynamické tunely na hodnotenie účinnosti aerodynamických prvkov vyvíjaných modelov. Neskôr sa táto technológia dostala do sveta osobných a nákladných automobilov.
Za posledných 10 rokov sa veľké aerodynamické tunely, ktoré stoja niekoľko miliónov amerických dolárov, stávajú čoraz menej bežnými. Počítačové modelovanie postupne nahrádza tento spôsob testovania aerodynamiky áut (viac podrobností). Aerodynamické tunely sú prevádzkované len preto, aby sa zabezpečilo, že v počítačovej simulácii nebudú žiadne chyby.
Aerodynamika zahŕňa viac než len odpor vzduchu – sú tu aj faktory vztlaku a prítlaku. Zdvihnutie (alebo zdvihnutie) je sila, ktorá pôsobí proti hmotnosti predmetu, zdvíha a drží predmet vo vzduchu. Prítlak, opak zdvíhania, je sila, ktorá tlačí predmet smerom k zemi.
Kto si myslí, že koeficient odporu pretekárskych áut Formuly 1, ktoré dosahujú 320 km/h, je nízky, je na omyle. Typické pretekárske auto Formuly 1 má koeficient odporu okolo 0,70.
Dôvodom je zvýšený koeficient odporu vzduchu pretekárske autá Na Formule 1 je, že tieto autá sú navrhnuté tak, aby vytvárali čo najväčší prítlak. S rýchlosťou, akou sa autá pohybujú, s ich extrémne nízkou hmotnosťou, začínajú zažívať zdvíhanie vysoké rýchlosti- fyzika ich núti vzniesť sa do vzduchu ako lietadlo. Autá nie sú určené na lietanie (hoci v článku – transformovateľné lietajúce auto sa píše niečo iné) a ak vozidlo začne vzlietať, tak sa dá očakávať len jedno – ničivá nehoda. Preto, prítlak musí byť maximálny, aby udržal auto na zemi pri vysokých rýchlostiach, čo znamená, že koeficient aerodynamického odporu musí byť veľký.
Automobily Formuly 1 dosahujú vysoký prítlak pomocou prednej a zadnej časti vozidla. Tieto krídla usmerňujú prúdenie vzduchu tak, aby tlačili auto k zemi – rovnaký prítlak. Teraz môžete bezpečne zvýšiť rýchlosť a nestratiť ju pri odbočovaní. Zároveň musí byť prítlak starostlivo vyvážený so zdvihom, aby auto nabralo požadovanú priamu rýchlosť.
Mnohé sériové autá majú aerodynamické doplnky na vytvorenie prítlaku. tlač ho kritizovala za jeho vzhľad. Kontroverzný dizajn. A to všetko preto, že všetko karoséria GT-R navrhnutý tak, aby smeroval prúdenie vzduchu nad auto a späť cez oválny zadný spojler, čím vytváral väčší prítlak. Nikto sa nezamýšľal nad krásou auta.
Mimo okruhu Formuly 1 sa krídla často nachádzajú na sériových autách, ako sú sedany spoločnosti Toyota a Honda. Niekedy tieto dizajnové prvky pridávajú trochu stability pri vysokých rýchlostiach. Napríklad na prvé Audi TT pôvodne spojler nemal, ale Audi bolo pridané, keď sa zistilo, že zaoblený tvar a nízka hmotnosť TT vytvárajú príliš veľký zdvih, vďaka čomu je auto nestabilné pri rýchlostiach nad 150 km/h.
Ale ak auto nie je Audi TT, nie je to športové auto, nie je to športové auto, ale obyčajný rodinný sedan alebo hatchback, nie je potrebné inštalovať spojler. Spojler ovládateľnosť takéhoto auta nezlepší, keďže „rodinné auto“ má už vďaka vysokému Cx vysoký prítlak a rýchlosť nad 180 na ňom nedosiahnete. Spoiler zapnutý bežné auto môže spôsobiť pretáčavosť alebo naopak neochotu zatáčať. Ak si však aj vy myslíte, že obrí spojler Hondy Civic je na svojom mieste, nenechajte sa nikým presvedčiť o opaku.
Súčasné predpisy umožňujú tímom testovať modely áut, ktorých mierka nepresahuje 60 % v aerodynamickom tuneli. V rozhovore pre F1Racing bývalý technický riaditeľ tímu Renault Pat Symonds hovoril o vlastnostiach tohto diela...
Pat Symonds: „Dnes všetky tímy pracujú s modelmi v mierke 50 % alebo 60 %, ale nie vždy to tak bolo. Prvé aerodynamické testy v 80. rokoch sa uskutočnili s modelmi 25% skutočnej veľkosti - výkon aerodynamických tunelov na University of Southampton a Imperial College London viac neumožňoval - iba tam bolo možné modely nainštalovať na pohyblivá základňa. Potom sa objavili aerodynamické tunely, v ktorých bolo možné pracovať s modelmi na 33% a 50% a teraz sa kvôli potrebe obmedzenia nákladov tímy dohodli na testovaní modelov maximálne 60% pri rýchlosti prúdenia vzduchu nie viac ako 50 metrov za sekundu.
Pri výbere mierky modelu sa tímy spoliehajú na schopnosti existujúceho aerodynamického tunela. Na získanie presných výsledkov by rozmery modelu nemali presiahnuť 5% pracovnej plochy potrubia. Výroba menších modelov stojí menej, ale menší model, tým ťažšie je dodržať požadovanú presnosť. Ako pri mnohých iných problémoch pri vývoji áut Formuly 1, aj tu treba hľadať optimálny kompromis.
V minulosti sa modely vyrábali z dreva stromu Dier s nízkou hustotou rastúceho v Malajzii, teraz sa používa zariadenie na laserovú stereolitografiu – infračervený laserový lúč polymerizuje kompozitný materiál, čím vzniká dielec so špecifikovanými vlastnosťami. Táto metóda vám umožňuje otestovať účinnosť nového inžinierskeho nápadu vo veternom tuneli v priebehu niekoľkých hodín.
Čím presnejšie je model vyrobený, tým spoľahlivejšie sú informácie získané počas jeho čistenia. Tu je dôležitý každý malý detail, dokonca aj skrz výfukové potrubia prúd plynov musí prechádzať rovnakou rýchlosťou ako v skutočnom stroji. Tímy sa snažia dosiahnuť čo najvyššiu presnosť pri modelovaní s dostupným vybavením.
Po mnoho rokov sa namiesto pneumatík používali ich zmenšené kópie vyrobené z nylonu alebo uhlíkových vlákien, keď Michelin vyrobil presné zmenšené kópie svojich pneumatík. pretekárske pneumatiky. Model stroja je vybavený mnohými snímačmi na meranie tlaku vzduchu a systémom, ktorý umožňuje meniť vyváženie.
Modely, vrátane meracích zariadení, ktoré sú na nich nainštalované, majú o niečo nižšiu cenu skutočné autá– napríklad stoja viac ako skutočné autá GP2. Ide vlastne o ultrakomplexné riešenie. Základný rám so senzormi stojí asi 800 000 dolárov a dá sa používať niekoľko rokov, ale tímy majú zvyčajne dve sady, aby ich práca pokračovala.
Každá revízia telesné prvky alebo suspenzia vedie k potrebe výroby Nová verzia body kit, ktorý stojí ďalších štvrť milióna. Prevádzka samotného aerodynamického tunela zároveň stojí asi tisíc dolárov na hodinu a vyžaduje si prítomnosť 90 zamestnancov. Seriózne tímy minú na tento výskum približne 18 miliónov dolárov za sezónu.
Náklady stoja za to. Zvýšenie prítlaku o 1 % vám umožňuje získať jednu desatinu sekundy na skutočnej trati. V podmienkach stabilných predpisov zarábajú inžinieri mesačne približne toľko, takže len v oddelení modelovania každý desiaty stojí tím jeden a pol milióna dolárov.“
Odkedy prvý človek pripevnil na koniec oštepu nabrúsený kameň, ľudia sa ho vždy snažili nájsť najlepší tvar predmety pohybujúce sa vo vzduchu. Auto sa však ukázalo ako veľmi zložitý aerodynamický rébus.
Základy trakčných výpočtov pre pohyb áut po cestách nám ponúkajú štyri hlavné sily pôsobiace na auto počas jazdy: odpor vzduchu, valivý odpor, zdvíhací odpor a zotrvačné sily. Je potrebné poznamenať, že iba prvé dve sú základné. Sila valivého odporu koleso auta závisí hlavne od deformácie pneumatiky a vozovky v kontaktnej ploche. Ale už pri rýchlosti 50-60 km/h prevyšuje sila odporu vzduchu akúkoľvek inú a pri rýchlostiach nad 70-100 km/h prevyšuje všetky dohromady. Na dokázanie tohto tvrdenia je potrebné uviesť nasledujúci približný vzorec: Px=Cx*F*v2, kde: Px – sila odporu vzduchu; v – rýchlosť vozidla (m/s); F – plocha priemetu automobilu na rovinu kolmú na pozdĺžnu os automobilu alebo plocha najväčšieho prierezu automobilu, t.j. čelná plocha (m2); Cx – koeficient odporu vzduchu (koeficient prúdenia). Poznámka. Rýchlosť vo vzorci je na druhú, a to znamená, že keď sa zvýši napríklad dvakrát, sila odporu vzduchu sa zvýši štyrikrát.
Zároveň sa sila potrebná na jej zdolanie zvýši osemnásobne! Pri pretekoch Nascar, kde rýchlosti presahujú 300 km/h, sa experimentálne zistilo, že sa má zvyšovať maximálna rýchlosť už pri rýchlosti 8 km/h je potrebné zvýšiť výkon motora o 62 kW (83 k) alebo znížiť Cx o 15 %. Existuje ďalší spôsob - zmenšiť prednú plochu vozidla. Mnohé rýchle superautá sú výrazne nižšie bežné autá. To je práve znak práce na zmenšení čelnej plochy. Tento postup je však možné vykonať do určitých limitov, inak nebude možné takéto auto použiť. Z tohto a ďalších dôvodov je zefektívnenie jedným z hlavných problémov, ktoré vznikajú pri navrhovaní auta. Na silu odporu má samozrejme vplyv nielen rýchlosť auta a jeho geometrické parametre. Napríklad, čím vyššia je hustota prúdenia vzduchu, tým väčší je odpor. Hustota vzduchu zase priamo závisí od jeho teploty a nadmorskej výšky. So stúpajúcou teplotou sa zvyšuje hustota vzduchu (a teda aj jeho viskozita), vysoko v horách je vzduch redší a jeho hustota je nižšia atď. Existuje veľa takýchto nuancií.
Vráťme sa však k tvaru auta. Ktorý objekt má najlepšie zefektívnenie? Odpoveď na túto otázku pozná takmer každý školák (ktorý na hodinách fyziky nespal). Klesajúca kvapka vody nadobudne tvar, ktorý je z aerodynamického hľadiska najvhodnejší. Teda zaoblená predná plocha a plynulo sa zužujúca dlhá zadná časť (najlepší pomer je dĺžka 6-násobok šírky). Koeficient odporu je experimentálna hodnota. Číselne on rovná sile odpor vzduchu v newtonoch vznikajúci pri jeho pohybe rýchlosťou 1 m/s na 1 m2 čelnej plochy. Za referenčnú jednotku sa považuje Cx plochej dosky = 1. Kvapka vody má teda Cx = 0,04. Teraz si predstavte auto tohto tvaru. Nezmysel, však? Nielenže bude takýto výmysel na kolesách vyzerať trochu karikatúrne, ale nebude veľmi vhodné používať toto auto na určený účel. Preto sú dizajnéri nútení hľadať kompromis medzi aerodynamikou auta a jednoduchosťou používania. Neustále pokusy o zníženie koeficientu odporu vzduchu viedli k tomu, že niektoré moderné autá majú Cx = 0,28-0,25. No, vysokorýchlostné rekordné autá môže sa pochváliť Cx = 0,2-0,15.
Odporové sily
Teraz si musíme povedať niečo o vlastnostiach vzduchu. Ako viete, každý plyn pozostáva z molekúl. Sú v neustálom pohybe a vzájomnej interakcii. Vznikajú takzvané van der Waalsove sily – sily vzájomnej príťažlivosti molekúl, ktoré im bránia vo vzájomnom pohybe. Niektorí z nich sa začnú silnejšie držať ostatných. A s nárastom chaotického pohybu molekúl sa zvyšuje účinnosť pôsobenia jednej vrstvy vzduchu na druhú a zvyšuje sa viskozita. A to sa deje v dôsledku zvýšenia teploty vzduchu, a to môže byť spôsobené buď priamym ohrevom zo slnka, alebo nepriamo trením vzduchu o akýkoľvek povrch alebo jednoducho medzi jeho vrstvami. Tu zohráva úlohu rýchlosť pohybu. Aby ste pochopili, ako to ovplyvňuje auto, skúste mávnuť rukou s otvorenou dlaňou. Ak to robíte pomaly, nič sa nedeje, no ak mávnete rukou silnejšie, vaša dlaň zreteľne zaznamená určitý odpor. Ale toto je len jedna zložka.
Keď sa vzduch pohybuje nad nejakým nehybným povrchom (napríklad nad karosériou auta), tie isté van der Waalsove sily prispievajú k tomu, že sa naň začne lepiť najbližšia vrstva molekúl. A táto „lepkavá“ vrstva spomaľuje ďalšiu. A tak vrstvu po vrstve a čím rýchlejšie sa molekuly vzduchu pohybujú, tým sú ďalej od stacionárneho povrchu. Nakoniec ich rýchlosť vyrovná rýchlosť hlavného prúdu vzduchu. Vrstva, v ktorej sa častice pohybujú pomaly, sa nazýva hraničná vrstva a objavuje sa na akomkoľvek povrchu. Čím vyššia je hodnota povrchovej energie poťahového materiálu automobilu, tým silnejšie jeho povrch interaguje na molekulárnej úrovni s okolitým vzduchom a tým viac energie je potrebné vynaložiť na zničenie týchto síl. Teraz, na základe teoretických výpočtov popísaných vyššie, môžeme povedať, že odpor vzduchu nie je len náraz vetra do čelného skla. Tento proces má viac komponentov.
Tvarová odolnosť
Ide o najvýznamnejšiu časť – až 60 % všetkých aerodynamických strát. Toto sa často nazýva odolnosť proti tlaku alebo odpor. Pri pohybe auto stláča prúd vzduchu, ktorý k nemu prúdi, a prekonáva silu, ktorá odtláča molekuly vzduchu od seba. V dôsledku toho sa objaví zóna vysokého tlaku. Vzduch potom prúdi po povrchu auta. Pri tom dochádza k narušeniu prúdov vzduchu s tvorbou turbulencií. Konečné prerušenie prúdenia vzduchu v zadnej časti vozidla vytvára zónu nízkeho tlaku. Odpor vpredu a sací efekt v zadnej časti auta vytvárajú veľmi vážnu vôľu. Tento fakt zaväzuje dizajnérov a konštruktérov hľadať spôsoby tvarovania karosérie. Umiestnite na police.
Teraz musíte zvážiť tvar auta, ako sa hovorí, „od nárazníka k nárazníku“. Ktoré diely a prvky majú väčší vplyv na celkovú aerodynamiku auta. Predná časť tela. Experimenty v aerodynamickom tuneli ukázali, že pre lepšiu aerodynamiku by predná časť karosérie mala byť nízka, široká a mať č ostré rohy. V tomto prípade nedochádza k oddeleniu prúdu vzduchu, čo má veľmi priaznivý vplyv na zefektívnenie auta. Mriežka chladiča je často nielen funkčným prvkom, ale aj dekoratívnym. Koniec koncov, chladič a motor musia mať efektívne prúdenie vzduchu, takže tento prvok je veľmi dôležitý. Niektorí výrobcovia automobilov študujú ergonómiu a distribúciu prúdenia vzduchu motorový priestor rovnako vážne ako celková aerodynamika auta. Sklon čelné sklo– veľmi jasný príklad kompromisu medzi racionalizáciou, ergonómiou a výkonom. Nedostatočný sklon vytvára nadmerný odpor a nadmerný sklon zvyšuje prašnosť a hmotnosť samotného skla, viditeľnosť prudko klesá za súmraku, je potrebné zväčšiť veľkosť stierača predného skla atď. Prechod zo skla na bočnicu by mal byť plynulý .
Nemali by ste sa však nechať uniesť nadmerným zakrivením skla - môže to zvýšiť skreslenie a zhoršiť viditeľnosť. Vplyv stĺpika čelného skla na aerodynamický odpor je veľmi závislý od polohy a tvaru čelného skla, ako aj od tvaru prednej časti. Pri úprave tvaru stĺpika však nesmieme zabúdať na ochranu predných bočných okien pred dažďovou vodou a nečistotami nafúkanými z čelného skla, zachovanie prijateľnej úrovne vonkajšieho aerodynamického hluku atď. Strecha. Zvýšenie sklonu strechy môže viesť k zníženiu koeficientu odporu vzduchu. Ale výrazný nárast vydutia môže byť v rozpore s celkovým dizajnom auta. Okrem toho, ak je zvýšenie konvexnosti sprevádzané súčasným zvýšením oblasti odporu, potom sa zvyšuje sila odporu vzduchu. Na druhej strane, ak sa budete snažiť zachovať pôvodnú výšku, tak čelné sklo a zadné okná budú musieť byť zapustené do striech, keďže viditeľnosť by nemala byť narušená. To povedie k zvýšeniu nákladov na sklo, ale zníženie odporu vzduchu v tomto prípade nie je také výrazné.
Bočné plochy. Z pohľadu aerodynamiky auta bočné plochy majú malý vplyv na vytváranie irotačného prúdenia. Ale nemôžete ich príliš zaokrúhliť. V opačnom prípade bude ťažké nastúpiť do takého auta. Sklo by malo byť podľa možnosti integrálne s bočným povrchom a malo by byť umiestnené v súlade s vonkajším obrysom vozidla. Akékoľvek kroky a prepojky vytvárajú ďalšie prekážky pre priechod vzduchu a objavujú sa nežiaduce turbulencie. Môžete si všimnúť, že odkvapy, ktoré boli predtým takmer na každom aute, sa už nepoužívajú. Objavili sa ďalšie Konštruktívne rozhodnutia, ktoré nemajú až taký veľký vplyv na aerodynamiku auta.
Na aerodynamiku má azda najväčší vplyv zadná časť auta. Toto je vysvetlené jednoducho. V zadnej časti sa prúdenie vzduchu preruší a vytvára turbulencie. Je takmer nemožné urobiť zadnú časť auta tak aerodynamickou ako vzducholoď (dĺžka je 6-krát väčšia ako šírka). Na jeho tvare preto pracujú opatrnejšie. Jedným z hlavných parametrov je uhol zadnej časti auta. Príklad sa už stal učebnicou Ruské auto"Moskvič-2141", kde práve nevydarené riešenie zadnej časti výrazne zhoršilo celkovú aerodynamiku auta. Ale iným spôsobom, zadné okno"Moskovit" zostal vždy čistý. Opäť kompromis. To je dôvod, prečo sa toľko ďalších doplnkov vyrába špeciálne na zadnú časť vozidla: krídla, spojlery atď. Spolu s uhlom zadnej časti je koeficient aerodynamického odporu výrazne ovplyvnený dizajnom a tvarom bočnej hrany zadnej časti. auta. Ak sa napríklad pozriete na takmer každé moderné auto zhora, okamžite uvidíte, že karoséria vpredu je širšia ako vzadu. To je tiež aerodynamika. Spodná časť auta.
Ako sa na prvý pohľad môže zdať, táto časť karosérie nemôže ovplyvniť aerodynamiku. Ale tu je taký aspekt ako prítlak. Stabilita auta závisí od toho a to, ako dobre je organizovaný prúd vzduchu pod spodkom auta, v konečnom dôsledku určuje silu jeho „priľnutia“ k vozovke. To znamená, že ak vzduch pod autom nezdržuje, ale rýchlo prúdi, potom znížený tlak, ktorý tam vzniká, pritlačí auto k povrchu vozovky. To je dôležité najmä pre bežné autá. Faktom je, že pretekárske autá, ktoré súťažia na kvalitných, rovných povrchoch, môžu mať takú nízku svetlú výšku, že sa začína prejavovať efekt „zemného vankúša“, pri ktorom sa zvyšuje prítlak a klesá odpor. Pre bežné autá je nízka svetlá výška neprijateľná. Preto sa dizajnéri v poslednej dobe snažia čo najviac vyhladiť spodok auta, mimochodom zakryť nerovné prvky, ako sú výfukové potrubia, ramená zavesenia atď. podbehy kolies majú veľký vplyv na aerodynamiku auta. Nesprávne navrhnuté vybrania môžu vytvoriť ďalší zdvih.
A opäť vietor
Netreba dodávať, že potrebný výkon motora, a teda spotreba paliva (teda peňaženky), závisí od aerodynamiky auta. Aerodynamika však ovplyvňuje nielen rýchlosť a efektivitu. nie posledné miesto sa zaoberajú úlohami zabezpečenia dobrej smerovej stability, ovládateľnosti vozidla a zníženia hluku pri jazde. S hlukom je všetko jasné: čím lepšia je aerodynamická charakteristika auta, kvalita povrchov, čím menšie sú medzery a počet vyčnievajúcich prvkov atď., tým menej hluku. Dizajnéri musia myslieť aj na taký aspekt, akým je moment vývoja. Tento efekt je väčšine vodičov dobre známy. Každý, kto niekedy prešiel okolo „nákladného auta“ vysokou rýchlosťou alebo jednoducho išiel v silnom bočnom vetre, musel cítiť, ako sa auto prevrátilo alebo dokonca mierne otočilo. Tento efekt nemá zmysel vysvetľovať, ale je to práve problém aerodynamiky.
To je dôvod, prečo koeficient Cx nie je jediný. Koniec koncov, vzduch môže ovplyvniť auto nielen „čelom“, ale aj v rôznych uhloch a v rôznych smeroch. A to všetko má vplyv na ovládateľnosť a bezpečnosť. Toto sú len niektoré z hlavných aspektov, ktoré ovplyvňujú celková pevnosť odpor vzduchu. Nie je možné vypočítať všetky parametre. Existujúce vzorce neposkytujú úplný obraz. Preto dizajnéri študujú aerodynamiku auta a upravujú jeho tvar pomocou takého drahého nástroja, akým je aerodynamický tunel. Západné spoločnosti nešetria pri ich výstavbe žiadne náklady. Náklady na takéto výskumné centrá sa môžu pohybovať v miliónoch dolárov. Napríklad: koncern Daimler-Chrysler investoval 37,5 milióna dolárov do vytvorenia špecializovaného komplexu na zlepšenie aerodynamiky svojich áut. V súčasnosti je aerodynamický tunel najvýznamnejším nástrojom na štúdium síl odporu vzduchu pôsobiacich na automobil.
