Что такое аэродинамические показатели автомобиля

Аэродинамика автомобиля — основы

Движение автомобиля сопровождается многочисленными процессами взаимодействия с окружающим его воздухом. Эти процессы можно объединить в три группы:

• обтекание внешней поверхности автомобиля;
• потоки внутри кузова;
• потоки внутри агрегатов.

Процессы, объединенные в первые две группы, тесно связаны друг с другом. Так, например, поле скоростей потока в моторном отсеке непосредственно зависит от поля обтекания внешней поверхности автомобиля. Оба поля должны рассматриваться совместно, оба они являются объектом изучения автомобильной аэродинамики. Потоки внутри двигателя и трансмиссии, напротив, не связаны с процессом обтекания автомобиля; они связаны лишь с механикой работы этих агрегатов. Такие потоки не относятся к аэродинамике автомобиля.

Задачи аэродинамики

Обтекание внешним потоком воздуха приводит к возникновению сил и моментов, действующих на автомобиль, которые весьма существенно влияют на потребляемую мощность и курсовую устойчивость. Долгое время автомобильная аэродинамика занималась исключительно этими двумя эффектами обтекания. В последнее время круг задач расширился, и решается ряд новых проблем:

• исключение загрязнения и скапливания дождевой воды на стеклах и фонарях автомобиля;
• уменьшение аэродинамического шума ветра;
• исключение отрыва щеток стеклоочистителя от очищаемой поверхности стекла;
• организация эффективного охлаждения масляного поддона двигателя и колесных тормозных механизмов.

Аэродинамические силы

На рисунке 1 наглядно показано поле обтекания автомобиля. Струйки дыма, направленные в плоскости продольного осевого сечения, показывают характер линий тока в этой плоскости при симметричном обтекании. Такое обтекание имеет место при движении автомобиля в условиях отсутствия ветра (штиль) или когда направление ветра точно совпадает с линией движения (попутный ветер, встречный ветер). С помощью такой картины линий тока можно идентифицировать ряд основных процессов обтекания.

Рисунок 1 — Линии обтекания в продольном сечении автомобиля «VW Гольф» при испытаниях автомобиля в натуральную величину в климатической аэродинамической трубе фирмы «Фольксваген»

Обращает на себя внимание явление отрыва потока в задней части автомобиля. В то время, как линии тока для обширных участков контура автомобиля даже в областях более резких изломов контура проходят плавно, от задней кромки крыши поток отрывается. Образуется большая зона вихревого следа, хорошо видимая на рисунке 2 благодаря тому, что дым (как и на рисунке 1) не прилегает к контуру автомобиля, а устремляется в оторвавшийся поток.

Рисунок 2 — Обтекание автомобиля VW Гольф при движении по инерции (сзади видна зона вихревого следа)

Сопротивление воздуха W, а также другие компоненты результирующей аэродинамической силы и их моменты возрастают в квадратичной зависимости от скорости движения автомобиля:

Для легкового автомобиля среднего класса доля сопротивления воздуха в суммарном сопротивлении движению при скорости V_F = 100 км/ч составляет уже 75—80 %. Следовательно, уменьшая сопротивление воздуха, можно значительно улучшить экономические показатели автомобиля. Поэтому, как и прежде, главной задачей аэродинамики автомобиля является уменьшение сопротивления воздуха до минимально возможного значения, независимо от того, является ли целью проектирования повышение максимальной скорости или снижение расхода топлива.

Если записать уравнение (1) для силы сопротивления воздуха в полном виде, имеем:

где c_W — коэффициент аэродинамического сопротивления (безразмерная величина); А- площадь проекции автомобиля на плоскость, перпендикулярную к его продольной оси (рисунок 3); ρ — плотность окружающего автомобиль воздуха.

Рисунок 3 — Определение площади лобового сопротивления А для автомобиля:

1 — параллельные лучи света; 2 — плоскость проецирования; 3 — площадь лобового сопротивления А

Таким образом, аэродинамическое сопротивление автомобиля W, с одной стороны, определяется габаритными размерами автомобиля, выраженными в виде площади фронтальной проекции А, с другой стороны, его формой, аэродинамическое качество которой определяется коэффициентом аэродинамического сопротивления c_W. Как правило, размеры автомобиля задаются предъявляемыми к нему требованиями, и уменьшение сопротивления воздуха сводится к уменьшению коэффициента c_W.

Подъемная сила

Сравнивая (см. рисунок 1) расстояние между линиями тока в сечении, расположенном перед автомобилем, с расстоянием между линиями тока над крышей автомобиля, можно получить представление о действующей на него подъемной силе. Малое расстояние между линиями тока означает высокую скорость потока; а она, в свою очередь, связана с малым статическим давлением. По разности давления над крышей и под днищем автомобиля можно вычислить приложенную в плоскости симметрии перпендикулярно к направлению движения силу, которая называется подъемной силой.

Как правило, подъемная сила действует вверх, т.е. она стремится приподнять автомобиль и тем самым уменьшить эффективные нагрузки на колеса. Эта сила связана с продольным аэродинамическим моментом (называемым также моментом галопирования), который приводит к тому, что уменьшение нагрузок на колеса передней и задней осей различно. В области скоростей, характерных для массового легкового автомобиля, т.е. при V_F

Источник статьи: http://carspec.info/vehicle-aerodynamics

Аэродинамика автомобилей. Возможности неисчерпаемы!

Каждый современный автопроизводитель стремится к тому, чтобы автомобиль имел наилучшую аэродинамику и счёт идёт на доли значений, но есть место, где можно поработать с аэродинамикой достаточно эффективно.

В принципе весь корпус автомобиля подчинён действию аэродинамических сил, и инженеры стараются создавать кузова с максимально зализанными формами.

И это правильно друзья, но!

Как вы думаете, в какой части автомобиля воздух не встречается с аэродинамическими элементами?

Догадались? Во внутренних полостях автомобиля, самым большим из которых является моторный отсек!

Да, там есть возможность выхода воздуха

Да, из моторного отсека воздух может быть выведен на стекло с повышением прижимной силы

Попадая в моторный отсек через решетку радитора и радиатор воздух не отводится в отдельные пространства, а живёт своей жизнью.

Отвод воздуха начинается только там, где расположены щели, отверстия и т.д..

А я говорю именно о перенаправлении воздуха в эти самые щели и отверстия таким образом, чтобы снизить аэродинамическое сопротивление.

Кстати радиатор имеет наиболее нейтральныю аэродинамику благодаря оптимальной форме сот.

Наибольшее сопротивление в моторном отсеке создаётся перед двигателем и у задней стенки моторного отсека.

Я предлагаю отводить оттуда воздух при помощи аэродинамических элементов. Да-да. Можно отвести воздух от горячего двигателя и немножко увеличить толщину нейтрального радиатора.

Источник статьи: http://zen.yandex.ru/media/id/5e4e860111638a2a18c12009/aerodinamika-avtomobilei-vozmojnosti-neischerpaemy-5e79fbdf94c1cf1552ae8b35

Что такое аэродинамические показатели автомобиля

Уменьшить расход бензина можно позаботившись об уменьшении действующих на автомобиль сил сопротивления. Расскажем что такое аэродинамика машины, основные термины и понятия, что на неё влияет в первую очередь.

На больших скоростях основной вклад вносит сила аэродинамического сопротивления. Аэродинамика имеет прямое отношение к управляемости, устойчивости и безопасности, особенно при движении с высокой скоростью. Даже способность загрязняться напрямую зависит, насколько качественно, с точки зрения аэродинамики, продуман автомобиль. А знаете, что такое «воздушный мешок» или «аэродинамическая тень», что такое «граунд-эффект»? Давайте разбираться.

Основные понятия аэродинамики

Чтобы легче разобраться в аэродинамике, определимся с терминами, принятыми в этой науке.

Сила аэродинамического сопротивления (Рх) — сила, с которой поток воздуха «давит» на движущийся автомобиль. Всегда действует в сторону, противоположную движению. Чем больше, тем ниже максимальная скорость и динамика автомобиля при прочих равных условиях.

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.

Подробнее про коэффициент Сх в данной статье.

Подъемная сила (Рz) — направлена перпендикулярно к скорости автомобиля. При обтекании автомобиля частицы потока, обтекающие днище, проходят меньший путь, чем частицы, обтекающие капот, крышу и крышку багажника, то есть более выпуклую поверхность. А согласно уравнению Бернулли давление среды больше там, где скорость частиц меньше. Автомобиль превращается в крыло. Если ситуацию «запустить», с ростом скорости колеса машина будет терять контакт с дорогой, что негативно скажется на управляемости и устойчивости.

Коэффициент подъемной силы (Су). Тоже безразмерный, определяется аналогично Сх. Зависит от форм автомобиля, его ориентации в пространстве, чисел Рейнольдса и Маха.

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.

Как меняют 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. Тупик? Нет, оказывается, грамотно сконструированные и тщательно продутые в аэродинамической трубе элементы позволяют уменьшить Сх! Что это за устройства? Обычно при слове обвес речь идет о бамперах, порогах, спойлерах и антикрыльях.

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. 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.

Спойлер (от spoil — портить). Аэродинамический элемент с одной рабочей поверхностью для изменения направления движения воздушного потока. Основная задача «правильного» спойлера – организация безотрывного и «плавного» обтекания воздушным потоком всей поверхности автомобиля, что повышает устойчивости при движении с высокими скоростями. Спойлер может бороться с подъемной силой, отсюда его сложные формы. Но эта деталь всегда примыкает к кузову автомобиля. По большому счету, бамперы и пороги это тоже большие спойлеры.

Диффузор. Дальше всех пошли спортсмены – они решили присосать автомобиль к трассе! Появились болиды с днищем, имитирующим «трубку Вентури» – создающие резкий рост скорости воздушного потока под машиной. В результате создавалась мощная прижимная сила. Плодами этого открытия норовит воспользоваться каждый автопроизводитель: диффузоры, обеспечивающие ускорение потока, появляются в задней части гражданских машин.

Проблема, что для максимально эффективной реализации т.н. «граунд-эффекта» нужны по возможности плоское днище и минимальный дорожный просвет. Если строители спортивных машин могут это позволить, то, к примеру, на Evolution диффузор служит скорее украшением, чем полноценным аэродинамическим элементом.

Что влияет на коэффициент Сх?

Один из лучших методов улучшения динамики машины – удалить все, что создает лишнее аэродинамическое сопротивление. Это могут быть банальные вещи. Вот как они увеличивают коэффициент Сх:

• открытые окна + 5%
• зеркала заднего вида + 5%
• антенна + 2%
• открытый люк + 3%.
• широкие шины + 3%,
• скромные брызговики колес + 3%
• нескромные брызговики колес + 6%
• багажник на крыше +10%

Источник статьи: http://amastercar.com/aerodinamika-avtomobilya-chto-eto-takoe.html

Как и зачем улучшают аэродинамические характеристики автомобиля

В соответствии с законами физики движение любого механизма является результатом взаимодействия нескольких сил. Причем при различных внешних условиях, вклад тех или иных воздействий будет отличаться. В применении к ТС часто приходится пользоваться таким понятием как аэродинамика автомобиля. Что это такое – ясно интуитивно, а вот коснуться некоторых подробностей будет, как минимум, просто интересно.

Несколько слов о самом движении

Хотим мы этого или нет, но машине при движении требуется преодолевать противодействие внешней среды. На нее действуют силы тяжести, инерции, сцепления с дорожным полотном, трения сопротивления качения, но для нас сейчас более интересны те из них, которые имеют отношение к аэродинамике. Для автомобиля с этой точки зрения актуальны:

• сила сопротивления среды;
• подъемная сила, образованная воздушным потоком;
• прижимная сила.

Именно их соотношение (равнодействующая) определяет устойчивость, маневренность и экономичность автомобиля на дороге. Величина отмеченных сил во многом зависит от параметров движения. Сопротивление, оказываемое встречным потоком, определяется квадратом скорости и соответствующими коэффициентами. Но характер поведения других сил, обусловленных аэродинамикой, более сложный.

При разгоне и движении ТС, препятствующий этому воздух делится на несколько потоков. Один из них обтекает машину сверху и прижимает ее к дороге. Другой проходит под днищем, по закону Бернулли он является более плотным и приподнимает машину, а остальные обтекают ее с боков.

Это самое краткое и минимальное описание сил аэродинамики. Как пример можно привести их распределение, действующих на автомобиль при определенной скорости в зависимости от формы машины и наличия внешних элементов.

Простое сравнение результатов показывает, что даже минимальное улучшение, такое как изменение формы кузова и использование внешних элементов (спойлеров), приводит к тому, что аэродинамика автомобиля может поменяться самым кардинальным образом. Но относиться к этому надо достаточно осторожно, и вряд ли целесообразно экспериментировать самому.

Немного теории

Коэффициент аэродинамического сопротивления автомобиля указывается в величине Cx, обычно она меньше 1. Чем он будет меньше, тем меньше мощностей он будет затрачивать для движения. Так показатель Cx у AUDI A8 — 0.37, Lexus LS 460 — 0.26. Весьма странным может показаться тот факт, что у спорткаров этот показатель значительно выше (Porsche 911 Turbo 997 — 0.31, Bugatti Veyron — 0.42). На самом же деле все довольно просто. Мощные двигатели требуют охлаждения, в том числе и воздушными потоками. Добиться этого можно увеличив площадь радиатора, а значит и поперечное сечение машины.

Улучшение аэродинамики автомобиля

Машина движется в воздушной среде, преодолевая ее сопротивление. Оно во многом определяется формой автомобиля, наличием и конструкцией внешних устройств. Для первых представителей авто, например «жестянка Лиззи», это не имело никакого значения, скорости движения были невелики, и время думать о том, что надо улучшать аэродинамику автомобиля, еще не пришло.

Однако по мере взросления автопрома росли скорости и мощности моторов, так что для дальнейшего развития и совершенствования автомобиля, вопросы, затрагивающие улучшение его аэродинамики, становились все более и более актуальными. Главные цели улучшения аэродинамических показателей — увеличение скоростей и экономия топлива. В таблице показано как меняется сопротивление воздуха в зависимости от скорости.

Первыми с этим столкнулись спортивные машины, 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 еще не шло.

Но со временем именно топливная экономичность, вопросы безопасности и управляемости 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.

Как пример – в таблице приведены некоторые данные о влиянии внешних элементов на расход топлива.

Так что со временем улучшение эксплуатационных характеристик автомобиля, стало просто невозможно без учета влияния на них его аэродинамики. И достигается это кропотливым трудом многочисленных специалистов на специальных стендах.

Аэродинамика автомобиля имеет отношение практически ко всему спектру вопросов существования современного ТС. Дело не только в наличии внешних атрибутов, таких как спойлеры, колесные диски или зеркала специальной формы. Во многих случаях аэродинамика играет едва ли не решающую роль в управляемости и безопасности движения. И собираясь улучшать аэродинамику автомобиля самостоятельно, стоит понимать, что этим занимался производитель еще на этапе производства.
» alt=»»>

Источник статьи: http://znanieavto.ru/nuzhno-znat/aerodinamika-avtomobilya.html