Аэродинамические силы

Аэродинамические силы. Коэффициент Cx

Для многих из нас понятие "тюнинг" обязательно включает в себя навеску спойлеров и антикрыльев. Притом не меньшему количеству людей известно, что идеальная обтекаемая форма напоминает каплю. Да и в конструкторских бюро зарплату платят не просто так. Что же мешает конструкторам с самого начала либо сделать автомобиль каплевидным, либо навесить на него все эти спойлеры, раз уж они так хороши?

Вам никогда не приходилось летать на машине? Не в смысле "очень быстро ездить", а именно летать. Если приходилось - поздравляем с тем, что вы это пережили. Если нет, то можете сказать спасибо аэродинамике. И тому, что вашу машину решили сделать чуть менее экономичной, но зато более устойчивой.

Описывать воздействие воздуха на автомобиль принято тремя составляющими, которые направлены по продольной оси машины (X), перпендикулярно к ней по горизонтали (Y) и вертикали (Z). При движении особенно важны сопротивление воздуха и подъемная или прижимающая силы. Заметное воздействие боковой составляющей может появиться только в случае очень несимметричного кузова, что редкость, либо при боковом ветре - а это довольно сложно предсказать.

Критическое воздействие на автомобиль боковой ветер может оказать, если создаст разворачивающий или кренящий момент. Для машин большой площади, как минивэны, это неизбежно.

Главная проблема, которую решают при отработке аэродинамики, - снижение лобового аэродинамического сопротивления. Вам наверняка приходилось идти против ветра, и вы замечали, что с ростом скорости увеличивается и сопротивление воздуха. То же происходит и с автомобилем, причем гораздо более ощутимо из-за больших размеров и скорости. Сопротивление воздуха рассчитывается по формуле:

F=0,5*Cx*S*p*v²

S - площадь проекции автомобиля на вертикальную плоскость. p - плотность воздуха. V - скорость. Она в этой формуле в квадрате - то есть когда машина разгоняется с 60 до 120 км/ч аэродинамическое сопротивление возрастает вчетверо. Audi A8 при движении на максимальной скорости в 250 км/ч только на преодоление сопротивления воздуха нужно 191 л.с., а на 300 км/ч эта машина тратила бы только на это 331 л.с.

Коэффициент Cx (в английском его обозначают Cd, а в немецком - Cw) определяется экспериментально, и он-то и есть главная величина, которая описывает аэродинамическое совершенство кузова. Когда-то его условно приравняли к 1,0 для круглой пластины, однако, как выяснилось на практике, из-за турбулентности за пластиной на самом деле ее Cx равен примерно 1,2. Самый низкий Cx у капли - примерно 0,05.

При нормальной эксплуатации автомобиля важнее всего его сопротивление: именно оно оказывает существенное влияние на расход топлива. Снизить его можно двумя способами: либо улучшить форму (что выразится в снижении Cx), либо уменьшить поперечное сечение машины. Вертикальные силы могут быть полезными, если действуют вниз, и вредными, если способствуют подъему машины. С боковыми все еще сложнее. Они трудно предсказуемы, а их причины разнообразны: поворот, порыв ветра, смена профиля местности. Зато влияние они оказывают небольшое.

О важности аэродинамики задумались еще в начале XX века, и уже тогда появились первые модели с улучшенной аэродинамикой. Некоторые из них были сделаны в форме капли - она и обрела свою форму именно ради проникновения сквозь воздух. Однако уже тогда стало понятно, что ездить в такой машине неудобно. Поэтому в серийных автомобилях стали использовать отдельные элементы каплевидной формы: делать покатый задок и округлять переднюю часть. Топливный кризис семидесятых сделал вопрос аэродинамики особенно актуальным. Примерно в это время практически все автопроизводители обзавелись специальными лабораториями для изучения аэродинамики. Самый сложный и дорогостоящий элемент таких лабораторий - аэродинамическая труба. В ней макеты и реальные автомобили обдуваются очень сильными потоками воздуха. Это позволяет изучить все особенности формы кузова любого автомобиля. Так удалось достигнуть многого: у большинства современных серийных автомобилей этот коэффициент обычно равен 0,30-0,35, самые совершенные достигают значений 0,26-0,27. Хотя на самом деле он зависит от скорости, направления движения относительно воздуха или состояния поверхности кузова, и приведенные значения - можно сказать, идеал, которого может достичь данная модель.

Дата добавления: 2015-05-26