3Май

Аэродинамика авто: Аэродинамика автомобиля — что это и на что влияет (теория и практика)

Аэродинамика автомобиля - что это и на что влияет (теория и практика)

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.

Содержание

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.

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.

Спойлер и антикрыло – основные, но не единственные элементы, улучшающие аэродинамику. Если заглянуть под днище современного авто, то увидим большое количество специальных щитков. Их задача – уменьшить сопротивление, исключить завихрения и направление потока в нужном направлении. Иногда проработка днища дает потрясающие результаты.

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%

Аэродинамика автомобиля

Содержание статьи

Зачем это нужно

Для чего нужна аэродинамика автомобилю, знают все. Чем обтекаемее его кузов, тем меньше сопротивление движению и расход топлива. Такой автомобиль не только сбережет ваши деньги, но и в окружающую среду выбросит меньше всякой дряни. Ответ простой, но далеко не полный. Специалисты по аэродинамике, доводя кузов новой модели, еще и:

  • рассчитывают распределение по осям подъемной силы, что очень важно с учетом немалых скоростей современных автомобилей,
  • обеспечивают доступ воздуха для охлаждения двигателя и тормозных механизмов,
  • продумывают места забора и выхода воздуха для системы вентиляции салона,
  • стремятся понизить уровень шумов в салоне,
  • оптимизируют форму деталей кузова для уменьшения загрязнения стекол, зеркал и светотехники.

Причем решение одной задачи зачастую противоречит выполнению другой. Например, снижение коэффициента лобового сопротивления улучшает обтекаемость, но одновременно ухудшает устойчивость автомобиля к порывам бокового ветра. Поэтому специалисты должны искать разумный компромисс.

Снижение лобового сопротивления

От чего зависит сила лобового сопротивления? Решающее влияние на нее оказывают два параметра – коэффициент аэродинамического сопротивления Сх и площадь поперечного сечения автомобиля (мидель). Уменьшить мидель можно, сделав кузов ниже и уже, но вряд ли на такой автомобиль найдется много покупателей. Поэтому основным направлением улучшения аэродинамики автомобиля является оптимизация обтекания кузова, другими словами – уменьшение Сх. Коэффициент аэродинамического сопротивления Сх – это безразмерная величина, которая определяется экспериментальным путем. Для современных автомобилей она лежит в пределах 0,26-0,38. В зарубежных источниках коэффициент аэродинамического сопротивления иногда обозначают Cd (drag coefficient – коэффициент сопротивления). Идеальной обтекаемостью обладает каплевидное тело, Сх которого равен 0,04. При движении оно плавно рассекает воздушные потоки, которые затем беспрепятственно, без разрывов, смыкаются в его «хвосте».

Иначе ведут себя воздушные массы при движении автомобиля. Здесь сопротивление воздуха складывается из трех составляющих:

  • внутреннего сопротивления при прохождении воздуха через подкапотное пространство и салон,
  • сопротивления трения воздушных потоков о внешние поверхности кузова и
  • сопротивления формы.

Третья составляющая оказывает наибольшее влияние на аэродинамику автомобиля. Двигаясь, автомобиль сжимает находящиеся перед ним воздушные массы, создавая область повышенного давления. Потоки воздуха обтекают кузов, а там, где он заканчивается, происходит отрыв воздушного потока, создаются завихрения и область пониженного давления. Таким образом, область высокого давления спереди мешает автомобилю двигаться вперед, а область пониженного давления сзади «засасывает» его назад. Сила завихрений и величина области пониженного давления определяется формой задней части кузова.

Обтекание кузова автомобиляПередняя часть и боковые поверхности автомобиля особых хлопот конструкторам в плане аэродинамики не доставляют. Здесь главное – избегать резких переходов и выступов, предотвращая тем самым отрыв воздушного потока от поверхности кузова.

А вот с задней частью кузова все гораздо сложнее. Как нетрудно догадаться, наименее аэродинамичными являются универсалы – их форма меньше всего напоминает идеальную «каплю». За их обширным «задком» образуется внушительная зона разряжения, которая не только снижает Сх, но и «засасывает» пыль и грязь, оседающую на заднем стекле. Немного уменьшить ее вредное воздействие можно с помощью установки дефлектора на верху пятой двери. Он направляет часть воздушного потока вниз, снижая разряжение и уменьшая загрязнение.

Не все просто и с хэтчбеками, хотя, на первый взгляд, их форма кажется наиболее обтекаемой. Впечатление обманчиво – яркий пример непредсказуемости аэродинамики. Сх хэтчбеков зависит от угла наклона задней части. При большом угле наклона (а таких моделей большинство) процесс обтекания практически не отличается от универсалов – воздушный поток отрывается от верхней кромки крыши и создает значительную зону разряжения.

С уменьшением угла наклона до 30-35 градусов точка отрыва потока перемещается на нижнюю кромку задней части. Казалось бы, зона разряжения и, соответственно, Сх должны уменьшиться. Но, как это на первый взгляд ни парадоксально, происходит все наоборот. Дело в том, что в этом случае воздушные потоки с боков кузова, попадая на наклонную поверхность, образуют кромочные вихри, которые, закручиваясь по спирали, создают за автомобилем еще большую зону разряжения. Борются с этим явлением с помощью спойлера, устанавливаемого на кромке крыши. При этом точка отрыва потока перемещается с нижней кромки задней части на верхнюю, что предотвращает образование кромочных вихрей и несколько улучшает общую аэродинамику.

А вот если уменьшить наклон «задка» до 20-23 градусов, воздушный поток с крыши почти идеально обтекает автомобиль, отрываясь от нижней кромки. При этом кромочные вихри уже не образуются, и зона разряжения получается минимальной. Но такие автомобили теряют в практичности и поэтому среди серийных моделей их совсем немного.

Задний спойлер Задний спойлер Аэродинамика хэтчбека

Наилучшие показатели обтекаемости демонстрируют автомобили со ступенчатой формой задней части – седаны и купе. Объяснение простое – сорвавшийся с крыши поток воздуха тут же попадает на крышку багажника, где нормализуется и затем окончательно срывается с его кромки. Боковые потоки тоже попадают на багажник, который не дает возникать вредным вихрям за автомобилем. Поэтому чем выше и длиннее крышка багажника, тем лучше аэродинамические показатели. На больших седанах и купе иногда даже удается достичь безотрывного обтекания кузова. Небольшое сужение задней части также помогает снизить Сх. Кромку багажника делают острой или в виде небольшого выступа – это обеспечивает отрыв воздушного потока без завихрений. В результате область разряжения за автомобилем получается небольшой.

Днище автомобиля также оказывает влияние на его аэродинамику. Выступающие детали подвески и выхлопной системы увеличивают сопротивление. Для его уменьшения стараются максимально сгладить днище или прикрыть щитками все, что «торчит» ниже бампера. Иногда устанавливают небольшой передний спойлер. Спойлер снижает поток воздуха под автомобилем. Но тут важно знать меру. Большой спойлер существенно увеличит сопротивление, но зато автомобиль будет лучше «прижиматься» к дороге. Но об этом – в следующем разделе.

Прижимная сила

Подъемная силаПри движении автомобиля поток воздуха под его днищем идет по прямой, а верхняя часть потока огибает кузов, то есть, проходит больший путь. Поэтому скорость верхнего потока выше, чем нижнего. А согласно законам физики, чем выше скорость воздуха, тем ниже давление. Следовательно, под днищем создается область повышенного давления, а сверху – пониженного. Таким образом создается подъемная сила. И хотя ее величина невелика, неприятность состоит в том, что она неравномерно распределяется по осям. Если переднюю ось подгружает поток, давящий на капот и лобовое стекло, то заднюю дополнительно разгружает зона разряжения, образующаяся за автомобилем. Поэтому с ростом скорости снижается устойчивость и автомобиль становится склонен к заносу.

Каких-либо специальных мер для борьбы с этим явлением конструкторам обычных серийных автомобилей выдумывать не приходится, так как то, что делается для улучшения обтекаемости, одновременно увеличивает прижимную силу. Например, оптимизация задней части уменьшает зону разряжения за автомобилем, а значит и снижает подъемную силу. Выравнивание днища не только уменьшает сопротивление движению воздуха, но и повышает скорость потока и, следовательно, снижает давление под автомобилем. А это, в свою очередь, приводит к уменьшению подъемной силы. Точно так же две задачи выполняет и задний спойлер. Он не только уменьшает вихреобразование, улучшая Сх, но и одновременно прижимает автомобиль к дороге за счет отталкивающегося от него потока воздуха. Иногда задний спойлер предназначают исключительно для увеличения прижимной силы. В этом случае он имеет большие размеры и наклон или делается выдвижным, вступая в работу только на высоких скоростях.

Аэродинамические элементы спортивного автомобиляДля спортивных и гоночных моделей описанные меры будут, естественно, малоэффективны. Чтобы удержать их на дороге, нужно создать большую прижимную силу. Для этого применяются большой передний спойлер, обвесы порогов и антикрылья. А вот установленные на серийных автомобилях, эти элементы будут играть только лишь декоративную роль, теша самолюбие владельца. Никакой практической выгоды они не дадут, а наоборот, увеличат сопротивление движению. Многие автолюбители, кстати, путают спойлер с антикрылом, хотя различить их довольно просто. Спойлер всегда прижат к кузову, составляя с ним единое целое. Антикрыло же устанавливается на некотором расстоянии от кузова.

Практическая аэродинамика

Выполнение нескольких несложных правил позволит вам получить экономию из воздуха, снизив расход топлива. Однако эти советы будут полезны только тем, кто часто и много ездит по трассе.

При движении значительная часть мощности двигателя тратится на преодоление сопротивления воздуха. Чем выше скорость, тем выше и сопротивление (а значит и расход топлива). Поэтому если вы снизите скорость даже на 10 км/ч, сэкономите до 1 л на 100 км. При этом потеря времени будет несущественной. Впрочем, эта истина известна большинству водителей. А вот другие «аэродинамические» тонкости известны далеко не всем.

Расход топлива зависит от коэффициента лобового сопротивления и площади поперечного сечения автомобиля. Если вы думаете, что эти параметры заложены на заводе, и автовладельцу изменить их не под силу, то вы ошибаетесь! Изменить их совсем несложно, причем можно добиться как положительного, так и отрицательного эффекта.

Что увеличивает расход? Непомерно «съедает» топливо груз на крыше. И даже бокс обтекаемой формы будет отнимать не менее литра на сотню. Нерационально сжигают топливо открытые во время движения окна и люк. Если перевозите длинномерный груз с приоткрытым багажником — тоже получите перерасход. Различные декоративные элементы типа обтекателя на капоте («мухобойки»), «кенгурятника», антикрыла и других элементов доморощенного тюнинга хоть и принесут эстетическое наслаждение, но заставят вас дополнительно раскошелиться. Загляните под днище — за все, что провисает и выглядывает ниже линии порога, придется доплачивать. Даже такая мелочь, как отсутствие пластиковых колпаков на стальных дисках, повышает расход. Каждый перечисленный фактор или деталь по отдельности увеличивают расход не на много — от 50 до 500 г на 100 км. Но если все суммировать, «набежит» опять же около литра на сотню. Эти расчеты справедливы для малолитражных автомобилей при скорости 90 км/ч. Владельцы больших автомобилей и любители блльших скоростей делайте поправку в сторону увеличения расхода.

Если выполнить все вышеперечисленные условия, мы сможем избежать излишних трат. А можно ли еще снизить потери? Можно! Но это потребует проведения небольшого внешнего тюнинга (речь идет, конечно, о профессионально выполненных элементах). Передний аэродинамический обвес не дает воздушному потоку «врываться» под днище автомобиля, накладки порогов прикрывают выступающую часть колес, спойлер препятствует образованию завихрений за «кормой» автомобиля. Хотя спойлер, как правило, уже включен в конструкцию кузова современного автомобиля.

Так что получать экономию из воздуха – вполне реально.

Совет Экономия при 90 км\ч Экономия при 120км\ч
Демонтировать верхний бокс 0,98 1,61
Демонтировать крепления для лыж 0,61 1,01
Закрыть окна 0,27 0,44
Установка переднего обтекателя 0,24 0,40
Закрыть люк в крыше 0,05 0,08
Установить колпаки на штампованные колеса 0,05 0,08
15 машин с наилучшей аэродинамикой — журнал За рулем

От аэродинамики автомобиля напрямую зависит расход топлива, скоростные характеристики, устойчивость на дороге. У каких машин лучший коэффициент аэродинамического сопротивления? Мы сформировали топ моделей по этому показателю за всю историю автомобилестроения, а также выявили автомобили с самыми низкими коэффициентами Cx, которые можно купить сейчас — новыми или с пробегом.

Материалы по теме

Коэффициент аэродинамического сопротивления Cx может помочь сэкономить деньги или побить рекорд скорости. Ведь чем этот показатель ниже, тем лучше аэродинамика автомобиля. Значит, машина будет быстрее разгоняться и потреблять меньше топлива.

Выражаясь совсем уж просто, Споказывает, насколько легче машина рассекает воздух по сравнению с условным цилиндром, площадь поперечного сечения которого равна максимальной площади сечения автомобиля. Коэффициент Cx можно уменьшить, соответственно, уменьшив площадь поперечного сечения машины. К примеру, убрать большие зеркала заднего вида, заменив их крошечными телекамерами. Однако идеальной обтекаемостью обладает только каплевидное тело. Сx капли равен 0,04. Чем кузов автомобиля «каплевиднее», тем и коэффициент ниже. Дело тут в завихрениях, которые создает автомобиль, двигаясь вперед. За машиной возникает зона разрежения, которая как бы тянет автомобиль назад. Чем кузов машины больше и чем он угловатее сзади, тем больше эта зона. А вот корма капли создает минимум завихрений. Поэтому Cx хэтчбеков больше, нежели Cx седанов с вытянутым багажником.

Все видели, как на гонках автомобиль вдруг взлетает, как самолет. Подъемная сила — еще одна проблема в аэродинамике. Она актуальна не только для гоночных болидов, но и для спорткаров. Чтобы снизить подъемную силу, конструкторы придумывают антикрылья (перевернутое крыло), различные спойлеры и сплиттеры. Эти элементы увеличивают прижимную силу, благодаря чему машина как будто прилипает к дороге. Но эти элементы создают за автомобилем разрежение воздуха, увеличивая коэффициент Cx. Вот поэтому коэффициент аэродинамического сопротивления спорткаров подчас выше, чем обычных гражданских машин.

Далее — подборка самых аэродинамически эффективных машин за всю историю автомобилестроения, коэффициент Cx которых ниже 0,2!

Самыми лучшими в мире машинами с точки зрения аэродинамики оказались концепты и гоночные болиды. А что в зачете товарных машин, среди тех, что можно купить в автосалоне, с пробегом или без него? Итак, ниже рейтинг серийных автомобилей, коэффициент аэродинамического сопротивления Cx которых не превышает 0,3.

Аэродинамика автомобиля. Спойлер, антикрыло и диффузор.

Однако прежде чем вдаваться в аэродинамические тонкости автомобиля и обсуждать, что именно и откуда берется, стоит выяснить чем все это нам грозит в обыденной жизни. Описанный выше случай можно смело назвать уникальным: на дорогах общего пользования автомобили взлетают нечасто. Но это не означает, что подъемная сила на них не действует. Действует, и еще как!

Самое простое тому доказательство – многочисленные гаражные истории о «Жигулях», норовящих оторваться от земли при попытках разгона до паспортной «максималки». Конечно, доля приукрашивания в подобных рассказах довольно велика. Как правило, значительная подъемная сила – удел автомобилей достаточно обтекаемых, да и жигулевские полторы сотки километров в час – это, согласитесь, еще не скорость.

Но верно и другое: дыма без огня не бывает. Если разные люди, независимо друг от друга, говорят одно и то же, значит не все здесь чисто. Тем более, что попытки выжать максимум, водители серийных ВАЗов предпринимают не каждый день, поэтому всякие странности в такой необычной ситуации будут особенно заметными.

Как они могут проявиться? Первый случай самый простой и самый для нас благоприятный. Автомобиль здесь равномерно всплывает в воздухе, немного, а главное одинаково, разгружая все четыре колеса. Уменьшению нагрузки на колесные подшипники радоваться не стоит: у разгруженной шины снижается сцепление с заданной поверхностью. А быстрая машина – существо беспокойное.  Всякие ямки, камешки под колесами и даже неожиданные порывы бокового ветра так и стремятся сдернуть ее с нужной нам траектории. Компенсировать эти возмущения без хорошего «зацепа» будет нечем: крути руль – не крути, а на «всплывшем» автомобиле в дорогу не попадешь. Тем более на хорошей скорости.

Впрочем, это еще не самое плохое, что иногда происходит на высокой скорости. Представьте, что вся наша подъемная сила не равномерно распределяется между осями, а приложена именно к носу кузова. Автомобиль при этом практически не «колбасит» – он едет себе и едет, надежно выдерживая скоростную прямую. Но за рулем сидит человек и ему свойственна линейность мышления. Он уверен, что повернуть на скорости 200 км/ч всего лишь вдвое сложнее, чем с сотней на спидометре. Машина же «мыслит» совсем не линейно. Во-первых, необходимая для движения по одной и той же дуге боковая перегрузка при удвоении скорости вырастет вчетверо. Во-вторых, перегрузку эту можно создать только шинами – в первую очередь передними, управляемыми. Они же у нас парят над дорогой, практически ее не касаясь. А тут – поворот. О результате данного маневра, я думаю, рассказывать не нужно.

Аэродинамика автомобиля

Автор admin На чтение 4 мин. Просмотров 28

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.аэродинамика автомобиляаэродинамика автомобиля

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.подъемная силаподъемная сила

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.жестянка лиззижестянка лиззи

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.соотношение скорости и мощностисоотношение скорости и мощности

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.как улучшить аэродинамикукак улучшить аэродинамику

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.

Мне нравитсяНе нравится

Аэродинамика автомобиля. Как это работает?

С какими законами аэродинамики ежедневно приходиться сталкиваться автомобилю

Ни одна машина не пройдет сквозь кирпичную стену, но ежедневно проходит через стены из воздуха у которого тоже есть плотность.

Никто не воспринимает воздух или ветер как стену. На низких скоростях, в безветренную погоду, сложно заметить, как поток воздуха взаимодействует с транспортным средством. Но на высокой скорости, при сильном ветре, сопротивление воздуха (сила, воздействующая на движущийся по воздуху объект – также определяемая как сопротивление) сильно влияет на то, как машина ускоряется, насколько управляема, как расходует топливо.

Здесь в игру вступает наука аэродинамика, изучающая силы, образующиеся в результате движения объектов в воздухе. Современные автомобили разрабатываются с учетом аэродинамики. Автомобиль с хорошей аэродинамикой проходит сквозь стену воздуха как нож по маслу.

За счет низкого сопротивления воздушному потоку, такой автомобиль лучше ускоряется и лучше расходует топливо, так как двигателю не приходится тратить лишние силы на то, чтобы "протолкнуть" машину сквозь воздушную стену.

Чтобы улучшить аэродинамику автомобиля, форму кузова закругляют, чтобы воздушный канал обтекал авто с наименьшим сопротивлением. У спорткаров форма кузова спроектирована так, чтобы направлять поток воздуха преимущественно по нижней части, далее поймете почему. Еще на багажник машины ставят антикрыло или спойлер. Антикрыло прижимает заднюю часть автомобиля предотвращая подъем задних колес, из-за сильного потока воздуха, когда тот движется на большой скорости, что делает машину устойчивей. Не все антикрылья одинаковы и не все применяют по назначению, некоторые служат только элементом автомобильного декора не выполняющей прямую функцию аэродинамики.

Наука аэродинамика

Прежде чем говорить об автомобильной аэродинамике, пройдемся по основам физики.

При движении объекта через атмосферу, он вытесняет окружающий воздух. Объект также подвержен силе притяжения и сопротивлению. Сопротивление генерируется, когда твердый объект движется в жидкой среде - воде или воздуху. Сопротивление увеличивается вместе со скоростью объекта – чем быстрее он перемещается в пространстве, тем большее сопротивление испытывает.

Мы измеряем движение объекта факторами, описанными в законах Ньютона - масса, скорость, вес, внешняя сила, и ускорение.

Сопротивление прямо влияет на ускорение. Ускорение (а) объекта = его вес (W) минус сопротивление (D), деленное на массу (m). Напомним, что вес – это произведение массы тела на ускорение свободного падения. Например, на Луне вес человека изменится из-за отсутствия силы притяжения, но масса останется прежней. Проще говоря:

a = (W - D) / m

Когда объект ускоряется, скорость и сопротивление растут до конечной точки, в которой сопротивление становится равным весу – больше объект не ускориться. Давайте представим, что наш объект в уравнении - автомобиль. Когда автомобиль движется все быстрее и быстрее, все больше и больше воздуха сопротивляется его движению, ограничивая машину предельным ускорением при определенной скорости.

Подходим к самому важному числу – коэффициенту аэродинамического сопротивления. Это один из основных факторов, который определяет, как легко объект движется сквозь воздух. Коэффициент лобового сопротивления (Cd) рассчитывается по следующей формуле:

Cd = D / (A * r * V/2)

Где D – это сопротивление, A – площадь, r – плотность, V – скорость.

Коэффициент аэродинамического сопротивления в автомобиле

Разобрались в том, что коэффициент лобового сопротивления (Cd) это величина, которая измеряет силу сопротивления воздуха, примененную к объекту, например, к автомобилю. Теперь представьте, что сила воздуха давит на автомобиль по мере его передвижения по дороге. На скорости в 110 км/ч на него воздействует сила в четыре раза большая, чем на скорости в 55 км/ч.

Аэродинамические способности автомобиля измеряются коэффициентом аэродинамического сопротивления. Чем меньше показатель Cd, тем лучше аэродинамика автомобиля, и тем легче он пройдет сквозь стену воздуха, которая давит на него с разных сторон.

Рассмотрим показатели Cd. Помните угловатые квадратные Volvo из 1970-х, 80-х годов? У старого седана Volvo 960 коэффициент лобового сопротивления 0.36. У новых Volvo кузова плавные и гладкие, благодаря этому коэффициент седана S80 достигает 0.28. Более плавные и обтекаемые формы показывают лучшую аэродинамику, чем угловатые и квадратные.

Причины, по которым аэродинамика любит гладкие формы

Вспомним самую аэродинамическую вещь в природе – слезу. Слеза круглая и гладкая со всех сторон, а в верхней части сужается. Когда слеза капает вниз, воздух легко и плавно ее обтекает. Также с автомобилями – по гладкой, округлой поверхности воздух течет свободно, сокращая сопротивление воздуха движению объекта.

Сегодня у большинства моделей средний коэффициент сопротивления 0.30. У внедорожников коэффициент лобового сопротивления от 0.30 до 0.40 и более. Причина высокого коэффициента в габаритах. Ленд Крузеры и Гелендвагены вмещают больше пассажиров, у них больше грузового места, большие радиаторные решетки, чтобы охладить двигатель, отсюда и квадратно-подобный дизайн. У пикапов, дизайн которых целенаправленно квадратный Cd больше, чем 0.40.

аэродинамическое сопротивление автомобилей

аэродинамическое сопротивление автомобилей 3

Дизайн кузова Toyota Prius спорный, но у машины показательно аэродинамическая форма. Коэффициент лобового сопротивления Toyota Prius 0.24, поэтому показатель расхода топлива у машины низкий не только из-за гибридной силовой установки. Запомните, каждые минус 0,01 в коэффициенте сокращают расход топлива на 0,1 л на 100 км пути.

Модели с плохим показателем аэродинамического сопротивления:

Модель

Коэффициент Сх

Lada 4x4 / ВАЗ-21213 «Нива»

0,536

Mercedes-Benz G-класса

0,54

ВАЗ 2101,2103,2106,2107

0,56-0,53

Hummer h3

0,57

Jeep Wrangler (поколение TJ)

0,58

УАЗ «Хантер» / УАЗ-469

0,6

Caterham Seven

0,7

 

Модели с хорошим показателем аэродинамического сопротивления:

Модель

Коэффициент Сх

BMW 3-й серии (E90), BMW i8, Jaguar XE, Lexus LS, Mazda 3, Mercedes B-класса, Mercedes C-класса Coupe, Mercedes E-класса, Infiniti Q50, Nissan GT-R

0,26

Alfa Romeo Giulia, Honda Insight, Audi A2, Peugeot 508

0,25

Tesla Model S, Tesla Model X, Hyundai Sonata Hybrid, Mercedes C-класса, Toyota Prius

0,24

Audi A4, Mercedes CLA, Mercedes S 300 h

0,23

Tesla Model 3

0,21

General Motors EV1

0,195

Volkswagen XL1

0,189


Методы улучшения аэродинамики известны давно, но потребовалось много времени, чтобы автопроизводители начали пользоваться ими при создании новых транспортных средств.

У моделей первых появившихся автомобилей нет ничего общего с понятием аэродинамики. Взгляните на Модель T компании Ford – машина больше похожа на лошадиную повозку без лошади – победитель в конкурсе квадратного дизайна. Правду сказать, большинство моделей - первопроходцев и не нуждались в аэродинамическом дизайне, так как ездили медленно, с такой скоростью нечему было сопротивляться. Однако гоночные машины начала 1900-х годов начали понемногу сужаться, чтобы за счет аэродинамики побеждать в соревнованиях.

Rumpler-Tropfenauto

Rumpler-Tropfen Auto

В 1921 году немецкий изобретатель Эдмунд Румплер создал Rumpler-Tropfen Auto, что в переводе с немецкого означает «автомобиль - слеза». Созданный по образу самой аэродинамической формы в природе, формы слезы, у этой модели коэффициент лобового сопротивления был 0.27. Дизайн Rumpler-Tropfenauto так и не нашел признания. Румплер успел создать только 100 единиц Rumpler-Tropfenauto.

В Америке скачок в аэродинамическом дизайне совершили в 1930 году, когда вышла модель Chrysler Airflow. Вдохновленные полетом птиц, инженеры сделали Airflow с учетом аэродинамики. Для улучшения управляемости вес машины равномерно распределили между передней и задней осями - 50/50. Уставшее от Великой депрессии общество так и не приняло нетрадиционную внешность Chrysler Airflow. Модель посчитали провальной, хотя обтекаемый дизайн Chrysler Airflow был далеко впереди своего времени.

Chrysler Airflow

Chrysler Airflow

В 1950-х и 60-х годах произошли самые большие достижения в области автомобильной аэродинамики, которые пришли из гоночного мира. Инженеры начали экспериментировать с разными формами кузова, зная, что обтекаемая форма ускорит автомобили. Так родилась форма гоночного болида, сохранившаяся по сей день. Передние и задние спойлеры, носы в форме лопаты, и аэрокомплекты служили одной цели, направить поток воздуха через крышу и создать необходимую прижимную силу на передние и задние колеса.

Успеху экспериментов поспособствовала аэродинамическая труба. В следующей части нашей статьи расскажем зачем она нужна и почему важна в проектировании дизайна автомобиля.

Измерение сопротивления в аэродинамической трубе

Для измерения аэродинамической эффективности автомобиля, инженеры позаимствовали инструмент из авиационной промышленности – аэродинамическую трубу.

Аэродинамическая труба — это туннель с мощными вентиляторами, которые создают воздушный поток над объектом, находящимся внутри. Автомобиль, самолет, или что-то еще, чье сопротивление воздуху измеряют инженеры. Из помещения за туннелем, научные сотрудники наблюдают за тем, как воздух взаимодействует с объектом и как ведут себя воздушные потоки на разных поверхностях.

Автомобиль или самолет внутри аэродинамической трубы не двигается, но для имитации реальных условий вентиляторы подают поток воздуха с разной скоростью. Иногда реальные авто даже не загоняют в трубу – дизайнеры часто полагаются на точные модели, создаваемые из глины или другого сырья. Ветер обдувает автомобиль в аэродинамической трубе, а компьютеры рассчитывают коэффициент аэродинамического сопротивления.

Аэродинамические трубы используют еще с конца 1800-х годов, когда пытались создать самолет и измеряли в трубах воздействие воздушного потока. Даже у братьев Райт была такая труба. После Второй мировой войны, инженеры гоночных автомобилей, в поисках преимущества над конкурентами, стали применять аэродинамические трубы для оценки эффективности аэродинамических элементов разрабатываемых моделей. Позже эта технология проложила себе путь в мир пассажирских авто и грузовиков.

За последние 10 лет, большие аэродинамические трубы стоимостью в несколько миллионов долларов США применяют все реже и реже. Компьютерное моделирование понемногу вытесняет этот способ тестирования аэродинамики автомобиля (подробнее здесь). Аэродинамические трубы запускают только, чтобы убедиться, что в компьютерном моделировании нет никаких просчетов.

В аэродинамике больше понятий, чем одно только сопротивление воздуха – есть еще факторы подъемной и прижимной силы. Подъемная сила (или лифт) – это сила, работающая против веса объекта, поднимающая и удерживающая объект в воздухе. Прижимная сила противоположность лифта – это сила, которая прижимает объект к земле.

Тот, кто думает, что коэффициент аэродинамического сопротивления гоночных автомобилей Формулы 1, развивающих 320 км/ч, низкий, заблуждается. У типичного гоночного болида Формулы 1 коэффициент аэродинамического сопротивления около 0.70.

Причина завышенного коэффициента сопротивления воздуху гоночных болидов Формулы 1 в том, что эти машины спроектированы так, чтобы создавать как можно больше прижимной силы. С той скоростью, с которой болиды передвигаются, с их чрезвычайно легким весом, они начинают испытывать лифт на больших скоростях – физика заставляет их подниматься в воздух как самолет. Автомобили не созданы, чтобы летать (хотя статья Transition Terrafugia – летающий автомобиль-трансформер утверждает обратное), и если транспортное средство начинает подниматься в воздух, то ожидать можно только одного – разрушительной аварии. Поэтому, прижимная сила должна быть максимальной, чтобы удержать автомобиль на земле при высоких скоростях, а значит коэффициент аэродинамического сопротивления должен быть большим.

Высокой прижимной силы болиды Формулы 1 добиваются при помощи крыльев или спойлеров на передней и задней частях транспортного средства. Эти крылья направляют потоки воздуха так, что прижимают автомобиль к земле – та самая прижимная сила. Теперь можно спокойно увеличивать скорость и не терять ее на поворотах. При этом, прижимная сила должна быть тщательно сбалансирована с лифтом, чтобы автомобиль набирал нужную прямолинейную скорость.

Многие серийные автомобили имеют аэродинамические дополнения для создания прижимной силы. Суперкар Nissan GT-R пресса раскритиковала за внешность. Спорный дизайн. А все потому, что весь кузов GT-R спроектирован так, чтобы направить поток воздуха над автомобилем и обратно через овальный задний спойлер, создавая большую прижимную силу. О красоте машины никто не подумал.

Вне трассы Формулы 1, антикрылья часто встречаются на серийных автомобилях, например, на седанах компаний Toyota и Honda. Иногда эти элементы дизайна добавляют немного устойчивости на высоких скоростях. Например, на первом Audi TT изначально не было спойлера, но компании Audi пришлось его добавить, когда выяснилось, что округлые формы TT и легкий вес, создавали слишком много подъемной силы, что делало машину неустойчивой на скорости выше 150 км/ч.

Но если машина не Audi TT, не спортивный болид, не спорткар, а обычный семейный седан или хетчбек, установка спойлера не к чему. Управляемости на таком автомобиле спойлер не улучшит, так как у "семейника" итак высокая прижимная сила из-за высокого Cx, а скорости выше 180 на нем не выжмешь. Спойлер на обычном авто может стать причиной избыточной поворачиваемости или наоборот, нежелания входить в повороты. Однако если вам тоже кажется, что гигантский спойлер Honda Civic стоит на своем месте, не позволяйте никому переубедить вас в этом.

Аэродинамика автомобиля, улучшение за счет выбора аэродеталей

Улучшая аэродинамику автомобиля мы одновременно и улучшаем его эксплуатационные качества, которые выражаются в улучшении его динамических характеристиках и уменьшении расхода топлива.

Уменьшение сопротивляемости встречному воздушному потоку положительно влияет на скоростные показатели машины, не зря практически на всех спорт-карах установлена какая-либо аэродеталь.

Чаще всего авто оборудуются диффузорами, спойлерами, сплиттерами или антикрыльями.

И если профессиональные спортсмены прекрасно знают назначение, функции и последствия установки каждого из дополнительных элементов, то для новичков данный факт зачастую является загадкой. Но это не беда.

В данной статье мы разберемся, какие бывают детали, которые улучшаю аэродинамику автомобиля, и в каких случаях их необходимо ставить.

Основные действующие силы

Если вспомнить законы физики, то можно констатировать – во время движения на машину действует две основные силы – прижимная и подъемная.

При этом многое зависит от формы объекта, сталкиваясь с которым воздух поднимается или опускается к земле.

Сегодня есть множество моделей машин, у которых из-за неправильной формы кузова проявляется дополнительная подъемная сила. Последняя всеми силами пытается оторвать переднюю часть от земли. И чем выше скорость движение, тем мощнее данная сила.

Когда автомобиль сталкивается с потоком воздуха, у последнего есть всего два пути – уйти вверх или отправиться под днище транспортного средства.

Действующие силы

Самое интересное, что во время езды давление воздуха под авто зачастую гораздо выше, чем над ним. Здесь проявляется так называемый «эффект Бернулли».

Молекулы воздуха быстрее перемещаются над верхним кузовом авто, поэтому там давление ниже. Под машиной плотность воздуха много больше, поэтому выше и давление.

Какой можно сделать вывод? На большой скорости потоки воздуха стараются оторвать переднюю часть от земли, но этому явлению сопротивляется сила тяжести.

Применение аэродинамики в спорте

Под капотом автомобиля огромный вес, но это не мешает встречному потоку воздуха приподнимать кузов и ухудшать сцепление колес с дорогой.

В автоспорте данное явление недопустимо. Неточное вхождение в поворот, небольшая неровность на дороге, и авто может вылететь с трассы.

Вполне логично, что мастера вынуждены всяческими методами бороться с неприятными явлениями.

Делается это путем генерации дополнительной прижимной силы, путем грамотного подбора и установки аэродинамических деталей.

Применение аэродинамики в спорте

Как подобрать аэродеталь для своего авто

У большинства автолюбителей есть одна общая ошибка — при выборе они исходят из внешнего вида детали, не обращая внимания на ее функциональные особенности.

С таким подходом можно не только не добиться большей устойчивости на дороге, но и усугубить ситуацию.

Следовательно, необходимо знать некоторые тонкости выбора аэродинамических деталей для каждого конкретного вида авто.

Двигатель спереди, передний привод

В таких машинах вся мощность концентрируется в передней части. Чтобы исключить негативное действие воздушных масс, необходимо обзавестись передним сплиттером, который часто называют «губой на бампер».

Передний сплиттер

Еще одна полезная деталь для создания прижимной силы – дефлектор на бампер (также устанавливается на передней части авто).

Этих двух делателей достаточно, чтобы дать автомобилю дополнительную прижимную силу и снизить потери мощности.

Компоновка – среднемоторная, привод – задний

Особенность таких автомобилей – центр тяжести, который находится где-то в центральной части автомобиля.

Передок машины намного легче, что может привести к неконтролируемому заносу задней части авто или перевороту последнего.

Но столь негативные явления можно сбалансировать, если установить подходящие аэродинамические детали на передке машины (о них мы уже упоминали выше).

Передний сплиттер

Не стоит забывать о задней части автомобиля, где диффузоры, спойлеры и антикрылья также могут пригодиться. С их помощью создается прижимная сила на заднюю ось.

Снова-таки, рассмотрим два основных типа авто.

Мотор – спереди, привод – передний

Мы уже упоминали, что нагрузка у такого авто находится в передней части, поэтому зад оказывается уж слишком легким.

Чтобы добиться оптимального результата, его также необходимо «нагрузить» с помощью специальных деталей.

В частности, для этих целей можно установить антикрылья и задние спойлеры.

Задний спойлер

Компоновка – среднемоторная, привод – задний

В таких авто мощность сосредоточена в большей степени у задних колес. Чтобы сохранить ее в полном объеме и добиться лучшей сцепки колес с дорогой, задней части также необходима дополнительная прижимная сила, которую обеспечивает спойлер или антикрыло.

Антикрылья

На какой высоте устанавливать антикрыло

Малоопытные водители часто удивляются высокому расположению элементов, считая это решение глупым и бессмысленным. На самом деле при движении на треке подобный тип установки является оправданным.

Крыло в этом случае располагается в зоне «чистого воздуха», то есть на пути следования потока над крышей авто.

Во время движения в задней части машины давление воздуха разрежено и прижимной силы практически нет.

Антикрыло ставится таким образом, чтобы через него проходил «чистый воздух» и выполнял свою функцию. Если поставить девайс ниже, то от него попросту не будет толка.

Антикрыло

Но, исходя из вышесказанного, возникает вопрос по поводу оптимальной высоты для установки антикрыла.

Здесь есть несколько вариантов (в зависимости от типа кузова).

Седан.

Практически на всех авто такого типа угол «скоса» заднего стекла очень большой. Следовательно, разреженность воздуха над багажником проявляется намного больше.

Ставить спойлер на низких «ножках» в таком авто бессмысленно. Лучший выход – монтаж аэродетали на максимально допустимую высоту.

Антикрыло на автомобиле седан

Лифт-, фастбэк или купе.

У таких авто заднее стекло довольно «покатое», угол небольшой. Следовательно, разрежение воздуха над задней частью машины не так заметно. В этом случае антикрылья должны ставиться на среднюю высоту.

Антикрыло на автомобиле купе

Универсал, хэтчбек.

Все авто такого класса имеют одну общую особенность – у них нет багажников в том виде, в каком мы привыкли их видеть.

В этом случае спойлер должен устанавливаться как раз на краю крыши, чтобы через аэродеталь проходили потоки «чистого воздуха».

Антикрыло на автомобиле хэтчбек

Для чего нужен диффузор?

Многие автолюбители так и не знают, для чего нужен диффузор. Его задача – создание дополнительной прижимной силы. Установка данного элемента часто производится вместе со спойлером. В этом случае и эффект будет максимальным.

Задний диффузор

Выводы

Хорошая аэродинамика автомобиля безусловно это здорово, но как правило, начальные аэродинамические характеристики машины уже заложены в нее на этапе конструирования.

Аэродинамические характеристики машины

Поэтому если вы придерживаетесь любительского стиля езды, то установка аэродинамических деталей не обязательна.

Но для спортсменов такие дополнения – настоящие спасители, ведь с их помощью можно не только гарантировать необходимую мощность, но и удержать автомобиль на дороге в случае резкого маневра.

Но если есть желание установить спойлер или диффузор ради тюнинга автомобиля – право ваше.

Не все так просто, как проверяют аэродинамику в компании Мерседес.

В этом нет ничего плохого.

Как работает аэродинамика | HowStuffWorks

В аэродинамике есть нечто большее, чем просто сопротивление - есть и другие факторы, называемые подъемной силой и прижимной силой. Лифт - это сила, которая противостоит весу объекта, поднимает его в воздух и удерживает там. Прижимная сила является противоположностью подъемной силы - силы, которая давит на объект в направлении земли [источник: НАСА].

Вы можете подумать, что коэффициент сопротивления на гоночном автомобиле Формулы-1 будет очень низким - супераэродинамический автомобиль быстрее, верно? Не в этом дело.Типичный автомобиль F1 имеет Cd около 0,70.

Почему этот тип гоночного автомобиля способен двигаться со скоростью более 200 миль в час (321,9 км в час), но не настолько аэродинамически, как вы могли догадаться? Это потому, что машины Формулы-1 созданы для того, чтобы генерировать как можно больше прижимной силы. На скоростях, которые они путешествуют, и с их чрезвычайно легким весом, эти автомобили фактически начинают испытывать подъем на некоторых скоростях - физика заставляет их взлетать, как самолет.Очевидно, что автомобили не предназначены для полета по воздуху, и если машина летит в воздухе, это может означать катастрофическое крушение. По этой причине прижимная сила должна быть максимально увеличена, чтобы держать автомобиль на земле на высоких скоростях, а это означает, что требуется высокий Cd.

Автомобили Формулы 1

достигают этого, используя крылья или спойлеры, установленные на передней и задней части автомобиля. Эти крылья направляют поток в потоки воздуха, которые прижимают машину к земле - более известную как прижимная сила. Это максимизирует скорость на поворотах, но оно должно быть тщательно сбалансировано с лифтом, чтобы также позволить автомобилю подходящее количество прямой скорости [источник: Смит].

Многие серийные автомобили включают аэродинамические надстройки для создания прижимной силы. В то время как суперкар Nissan GT-R был несколько раскритикован в автомобильной прессе за его внешний вид, весь корпус спроектирован так, чтобы направлять воздух над автомобилем и обратно через овальный задний спойлер, создавая много прижимной силы. Ferrari 599 GTB Fiorano имеет летающие опорные стойки B-типа, предназначенные также для направления воздуха в тыл - они помогают уменьшить сопротивление [источник: Classic Driver].

Но вы видите множество спойлеров и крыльев на обычных автомобилях, таких как Honda и Toyota седаны.Они действительно добавляют аэродинамическое преимущество к автомобилю? В некоторых случаях это может добавить немного стабильности на высокой скорости. Например, оригинальная Audi TT не имела спойлера на задней крышке, но Audi добавила один после того, как было обнаружено, что ее закругленный корпус создает слишком большой подъем и, возможно, был причиной нескольких крушениях [источник: Эдгар].

В большинстве случаев, однако, прикручивание большого спойлера к задней части обычного автомобиля не поможет в производительности, скорости или управляемости в целом - если вообще.В некоторых случаях это может даже создать дополнительную недостаточную поворачиваемость или нежелание поворачивать. Однако, если вы думаете, что гигантский спойлер отлично смотрится на багажнике вашего Honda Civic, не позволяйте никому говорить вам иначе.

Для получения дополнительной информации об автомобильной аэродинамике и других связанных темах, перейдите на следующую страницу и перейдите по ссылкам.

,

Как работает аэродинамика | HowStuffWorks

В аэродинамике есть нечто большее, чем просто сопротивление - есть и другие факторы, называемые подъемной силой и прижимной силой. Лифт - это сила, которая противостоит весу объекта, поднимает его в воздух и удерживает там. Прижимная сила является противоположностью подъемной силы - силы, которая давит на объект в направлении земли [источник: НАСА].

Вы можете подумать, что коэффициент сопротивления на гоночном автомобиле Формулы-1 будет очень низким - супераэродинамический автомобиль быстрее, верно? Не в этом дело.Типичный автомобиль F1 имеет Cd около 0,70.

Почему этот тип гоночного автомобиля способен двигаться со скоростью более 200 миль в час (321,9 км в час), но не настолько аэродинамически, как вы могли догадаться? Это потому, что машины Формулы-1 созданы для того, чтобы генерировать как можно больше прижимной силы. На скоростях, которые они путешествуют, и с их чрезвычайно легким весом, эти автомобили фактически начинают испытывать подъем на некоторых скоростях - физика заставляет их взлетать, как самолет.Очевидно, что автомобили не предназначены для полета по воздуху, и если машина летит в воздухе, это может означать катастрофическое крушение. По этой причине прижимная сила должна быть максимально увеличена, чтобы держать автомобиль на земле на высоких скоростях, а это означает, что требуется высокий Cd.

Автомобили Формулы 1

достигают этого, используя крылья или спойлеры, установленные на передней и задней части автомобиля. Эти крылья направляют поток в потоки воздуха, которые прижимают машину к земле - более известную как прижимная сила. Это максимизирует скорость на поворотах, но оно должно быть тщательно сбалансировано с лифтом, чтобы также позволить автомобилю подходящее количество прямой скорости [источник: Смит].

Многие серийные автомобили включают аэродинамические надстройки для создания прижимной силы. В то время как суперкар Nissan GT-R был несколько раскритикован в автомобильной прессе за его внешний вид, весь корпус спроектирован так, чтобы направлять воздух над автомобилем и обратно через овальный задний спойлер, создавая много прижимной силы. Ferrari 599 GTB Fiorano имеет летающие опорные стойки B-типа, предназначенные также для направления воздуха в тыл - они помогают уменьшить сопротивление [источник: Classic Driver].

Но вы видите множество спойлеров и крыльев на обычных автомобилях, таких как Honda и Toyota седаны.Они действительно добавляют аэродинамическое преимущество к автомобилю? В некоторых случаях это может добавить немного стабильности на высокой скорости. Например, оригинальная Audi TT не имела спойлера на задней крышке, но Audi добавила один после того, как было обнаружено, что ее закругленный корпус создает слишком большой подъем и, возможно, был причиной нескольких крушениях [источник: Эдгар].

В большинстве случаев, однако, прикручивание большого спойлера к задней части обычного автомобиля не поможет в производительности, скорости или управляемости в целом - если вообще.В некоторых случаях это может даже создать дополнительную недостаточную поворачиваемость или нежелание поворачивать. Однако, если вы думаете, что гигантский спойлер отлично смотрится на багажнике вашего Honda Civic, не позволяйте никому говорить вам иначе.

Для получения дополнительной информации об автомобильной аэродинамике и других связанных темах, перейдите на следующую страницу и перейдите по ссылкам.

,
Что такое автомобильная аэродинамика? (с картинками)

Аэродинамика - это исследование движущихся газов (в данном случае воздуха) по движущемуся телу и того, как этот поток воздуха повлияет на движение тела в потоке. Автомобильная аэродинамика используется для того, чтобы сделать легковые автомобили более безопасными и более экономичными, но в основном она используется в гоночных автомобилях, где высокие скорости создают еще большую потребность в специализированных конструкциях.

The streamlined race cars of the 1930s were the first to benefit from aerodynamic research that had been conducted for the nascent aviation industry. Обтекаемые гоночные автомобили 1930-х годов были первыми, кто получил пользу от аэродинамических исследований, которые проводились для зарождающейся авиационной промышленности.

Во многих, если не в большинстве пассажирских транспортных средств, которые люди видят на дороге, аэродинамика играет сравнительно небольшую роль в общей конструкции транспортного средства. Помимо того, чтобы сделать автомобиль максимально аэродинамически безопасным при определенных параметрах конструкции, другие соображения, вероятно, играют более заметную роль в конечной производственной линии большинства транспортных средств.

The use of aerodynamics makes cars safer and more fuel efficient. Использование аэродинамики делает автомобили более безопасными и экономичными.

Одним из требований, которые имеют приоритет над автоаэродинамикой, является спрос общественности на внутреннее пространство.Большие внедорожники очень удобны для семей, отдыха и притащения продуктов, но необходимая коробчатая конструкция приносит определенные компромиссы. Проще говоря, чем крупнее или менее обтекаемое транспортное средство, тем большее усилие будет оказываться на него от аэродинамического сопротивления, поскольку оно прижимается к воздуху во время ускорения. При прочих равных условиях это снижает эффективность использования топлива. Это также означает сравнительно плохую управляемость на высоких скоростях, когда в чрезвычайной ситуации требуется резкий поворот колеса, чтобы избежать удара о приближающийся объект.Это не означает, что внедорожники небезопасны, но они менее безопасны в определенных ситуациях, чем те, которые спроектированы в основном на основе аэродинамики.

Indy racecars use aerodynamics to drive speeds in excess of 200 miles per hour on oval racetracks. Индийские гоночные автомобили используют аэродинамику, чтобы развивать скорость свыше 200 миль в час на овальных гоночных трассах.

Примерами транспортных средств, основанных, главным образом, на аэродинамике автомобиля, являются автомобили, которые лежат низко над землей, имеют гладкий дизайн и имеют округлые линии с откидными ветровыми стеклами, которые позволяют воздуху легко обтекать и окружать их, а не "прижиматься" к плоскости или вертикальные поверхности.Одним словом, спортивных автомобилей, . Помимо того, что эти низкопрофильные автомобили меньше по размеру и, следовательно, легче, чем их внедорожники, они не сталкиваются с ветроустойчивостью внедорожников или грузовиков и, следовательно, получают лучшую топливную эффективность. Компромисс состоит в том, что у них меньше внутреннего пространства, и некоторые утверждают, что, хотя они справляются лучше, если водитель попадает в аварию, он или она может предпочесть защиту большего окружающего кузова автомобиля.

Race car aerodynamics is about building a vehicle that limits the effect of drag while still applying the appropriate downforce. Аэродинамика гоночного автомобиля - это создание транспортного средства, которое ограничивает эффект сопротивления, при этом применяя соответствующую прижимную силу.

В седанах автопроизводители пытаются найти баланс между интерьером комнаты, аэродинамикой и управляемостью. В течение многих лет у седанов было и то, чего не было у других автомобилей: роскошные линии, обеспечивающие богатый интерьер. Однако по мере роста спроса на транспортные средства для отдыха автопроизводители наделяли их такими же роскошными характеристиками, что заставляло многие семьи отдавать предпочтение автомобилю с большей универсальностью, если не лучшим пробегом.

Because they usually have square bodies, SUVs typically encounter significant wind resistance. Поскольку у них обычно есть квадратные тела, внедорожники обычно сталкиваются со значительным сопротивлением ветра.

Хотя аэродинамика продолжает играть важную роль в дизайне автомобилей, она наиболее важна в дизайне гоночных автомобилей.Те же принципы, которые применяются к самолетам, применяются здесь, но с изюминкой. Форма автомобильного шасси похожа на перевернутое крыло или аэродинамический профиль, который создает прижимную силу , а не подъемник . Это держит автомобиль на земле на высоких скоростях и увеличивает тягу на поворотах, потому что воздух под автомобилем движется быстрее, чем воздух над ним. Медленно движущийся воздух создает большее давление, заставляя автомобиль опускаться на гусеницу. Форма днища, у которого есть еще одно перевернутое крыло, создает еще одну область низкого давления, которая всасывает автомобиль в асфальт.

Прижимная сила

должна быть сбалансирована с сопротивлением , что замедляет автомобиль. Проекты уточняются путем исследований с использованием аэродинамических труб, оборудованных движущимися гусеницами, для имитации гоночных условий. Цель - эффективный компромисс отношений прижимной силы / сопротивления для лучшей управляемости на максимально возможных скоростях. Когда это применимо, понимание аэродинамики гоночных автомобилей часто применяется для повышения безопасности и эффективности пассажирских транспортных средств.

При любой конструкции легкового автомобиля в некоторых областях будут компромиссы. Взвешивание этих компромиссов с учетом личных потребностей и вкусов приводит к разнообразию популярных автомобилей, встречающихся сегодня на дорогах; понимание того, как автомобиль движется через окружающий воздух, улучшает управляемость и помогает сделать каждый автомобиль более экономичным.

Sports cars are designed to be very aerodynamic. Спортивные автомобили спроектированы так, чтобы быть очень аэродинамическими. ,
Формула 1 Трансмиссия и Аэродинамика - Формула 1 Трансмиссия и Аэродинамика

Коробка передач

Передача заключается в передаче всей мощности двигателя на задние колеса автомобиля Формулы-1. Коробка передач крепится болтами непосредственно к задней части двигателя и включает в себя все детали, которые вы ожидаете найти в дорожном автомобиле - коробку передач, дифференциал и карданный вал. Коробка передач должна иметь как минимум четыре передние передачи и максимум семь передач.Коробки передач с шестью скоростями были популярны в течение нескольких лет, но большинство автомобилей Формулы-1 теперь работают на семиступенчатых агрегатах. Также должна быть установлена ​​задняя передача. Коробка передач соединена с дифференциалом, набором передач, позволяющим задним колесам вращаться с различными скоростями во время поворота. И дифференциал подключен к карданному валу, который передает мощность на колеса.

Переключение передач в автомобиле Формулы-1 - это не то же самое, что переключение передач в дорожном автомобиле с механической коробкой передач.Вместо того, чтобы использовать традиционный «H» селектор ворот, водители выбирают передачи, используя лопасти, расположенные сразу за рулем. Переключение на пониженную передачу выполняется с одной стороны рулевого колеса, переключение с повышением на другую. Хотя на автомобилях Формулы 1 возможны полностью автоматические системы трансмиссии, включая системы со сложным управлением запуском, в настоящее время они запрещены. Это помогает снизить общую стоимость трансмиссии и позволяет водителям использовать навыки переключения передач, чтобы получить преимущество в гонке.

Аэродинамика

Гоночный автомобиль Формулы-1 определяется как аэродинамикой, так и мощным двигателем.Это потому, что любое транспортное средство, движущееся на высокой скорости, должно уметь хорошо выполнять две вещи: уменьшать сопротивление воздуха и увеличивать прижимную силу. Автомобили Формулы 1 низкие и широкие, чтобы уменьшить сопротивление воздуха. Крылья, диффузор, концевые пластины и панели баржи увеличивают прижимную силу. Давайте рассмотрим каждый из них более подробно.

  • Крылья , впервые появившиеся в 1960-х годах, работают по тем же принципам, что и крылья самолета, только наоборот. Крылья самолета создают подъемную силу, но крылья на автомобиле Формулы-1 создают прижимную силу, которая удерживает автомобиль на трассе, особенно в поворотах.Угол наклона передних и задних крыльев можно точно настроить и отрегулировать, чтобы получить идеальный баланс между сопротивлением воздуха и прижимной силой.
  • Инженеры Lotus обнаружили в 1970-х годах, что сам автомобиль Формулы-1 можно превратить в гигантское крыло. Используя уникальную конструкцию ходовой части, они смогли извлечь воздух из-под автомобиля, создав зону низкого давления, которая полностью всасывала автомобиль. Эти так называемые силы "наземного воздействия" вскоре были объявлены вне закона, и были введены строгие правила, регулирующие конструкцию ходовой части.Нижняя часть современных автомобилей должна быть плоской от конуса носа до линии задней оси. Помимо этого, инженеры могут свободно править. Большинство из них включают диффузор , устройство подметания вверх, расположенное непосредственно под двигателем и коробкой передач, которое создает эффект всасывания, когда он направляет воздух вверх и пропускает его к задней части автомобиля.
  • Большая часть аэродинамики связана с тем, чтобы воздух перемещался туда, куда вы хотите, чтобы он двигался. Концевые пластины представляют собой небольшие фланцевые участки по краям передних крыльев, которые помогают «захватывать» воздух и направлять его вдоль боковой части автомобиля.Баржа , расположенная сразу за передними колесами, поднимает оттуда воздух, ускоряя его, создавая еще большую прижимную силу.

Результатом всего этого аэродинамического проектирования является прижимная сила около 2500 кг (5512 фунтов). Это более чем в четыре раза превышает вес самого автомобиля.

Далее мы узнаем о подвесках Формулы 1, тормозах, рулевом управлении и шинах. ,