15Июл

Аэродинамика автомобиля это: Аэродинамика автомобиля — коэффициент аэродинамического сопротивления, подъемная сила. Внешняя и внутренняя аэродинамика

Содержание

Что такое аэродинамика: как усовершенствовать аэродинамику авто

Современные технические возможности позволяют разогнать автомобиль за счёт увеличения мощности двигателя, использовать топливо с повышенным октановым числом. Такого же, если не лучшего моментального эффекта можно добиться удалением с кузова лишних фар, зеркал, установкой аэродинамического обвеса.

Современные серийные автомашины давно превысили планку в 400 км/час. Рядовые автолюбители говорят о личных скоростях в районе 220-300 км/час. Для взлёта лёгкого самолёта достаточно скорости в 150-200 км/час. Какая причина удерживает автомобили от взлёта? Для ответа на этот вопрос нужно разобраться, что такое аэродинамика автомобиля и на что она влияет при движении по трассе?

Движущийся автомобиль подвергается воздействию замедляющих сил. Манёвренность, устойчивость на полотне дороги, экономичность энергоустановки машины определяется тремя аэродинамическими силами:

• Сопротивлением прямого потока воздуха.

• Поднимающим и прижимающим воздействием воздушных масс.

Сила, с которой воздух сопротивляется движению авто, возрастает в два раза превышает растущую скорость. Лобовой поток воздуха обтекает корпус машины сверху и снизу. Более плотный нижний поток приподнимает автомобиль. При обтекании корпуса авто, воздушные массы создают завихрения, усиливающие силу трения и усиливающие силу сопротивления. Хорошее и правильное обтекание воздушных потоков по кузову — это и ест лучшая аэродинамика автомобиля в движении.

Немного истории автоаэродинамики

Разработчики первых автомобилей не обращали особого внимания аэродинамическим показателям своих творений, поскольку на скоростях до 40 км/час, именно такие скорости развивали первые автомобили, это не имело принципиально значения. С увеличением скоростей, возрастает значение минимизации воздействия встречного воздушного потока.

Авторазработчики за идеями оптимизации аэродинамических показателей всё чаще начинают обращаться за опытом в пограничные технические отрасли – авиационную, воздухо- и мореплавание. Ещё до начала Второй Мировой Войны бельгийцем К. Женатци, австрийцем Э. Румплера и аэродинамических исследований Геттингентского Института была разработана концепция оптимального кузова автомобиля.

Концепция актуальна до настоящего времени. Современные изменения в кузове для улучшения аэродинамики и прочих показателей сводятся к оптимизации отдельных элементов (неровности, спойлеры, поверхностные стыки) с минимальными вмешательствами в дизайн.

Основное направление в снижении сопротивления автомобилей воздушному потоку – регулирование поперечного сопротивления. В среднем коэффициент лобового сопротивления составляет 0,37-0,34. Современные серийные модели имеют коэффициент намного ниже: Ауди А8 — 0,27, Лексус LS 460 – 0,26.

Аэродинамика отдельных типов кузовов

Наибольшее влияние на аэродинамические показатели автомобиля оказывает форма задней части.

Поэтому:

• Самыми неэффективными машинами в отношении аэродинамики считаются пикапы и универсалы. Срывающиеся с крыши салона воздушные потоки, образуют разряжённую вихревую зону, из-за чего значительно повышается сопротивление движению. Компенсируют отрицательный эффект производители, путём отсечения части потока воздуха вниз дефлектором, расположенным на крыше.

• Незначительно наклонённая задняя часть, позволяющая плавно стечь воздушным потокам до нижней кромки задней двери, делает значительно лучше аэродинамику хэтчбеков.

• Пологое заднее стекло и наличие крышки багажника, минимизирует вихревой след купе и седанов. Оперируя размерами высоты и длины багажников, конструкторы могут в значительной мере регулировать их аэродинамическое сопротивление.

Возможности самостоятельного совершенствования аэродинамики автомобиля

Заниматься улучшением аэродинамических показателей серийных автомобилей должны профессиональные конструкторские бюро. Владельцы машин могут самостоятельно уменьшить сопротивление своего автомобиля, выполнив простые требования.

1. Соблюдать минимальную необходимость в накладках и декоративных элементах. Оставлять следует только крайне функционально необходимые.

2. Во время движения все окна и люки должны быть закрыты, только в этом случае Вы почувствуете улучшение аэродинамики автомобиля.

3. Все выдающиеся детали и узлы должны фиксироваться за несущие конструкции.

4. Кузов автомобиля подлежит полировке.

5. Приобретаемые дополнительные багажники и прицепы должны быть обтекаемой формы.

Обратившись в тюнинг – мастерскую к квалифицированному специалисту, можно подобрать себе автомобильное приспособление благодаря которому улучшается аэродинамика машины. За счёт дополнительных спойлеров, антикрыла и обвеса днища добивается уменьшение зоны разряжения и увеличивается прижимная сила.

Самостоятельные эксперименты с аэродинамикой автомобиля могут быть опасны. Неправильно подобранное антикрыло, разгрузив переднюю ось, значительно снизит управляемость. Так что выбор за Вами!

Поделитесь информацией с друзьями:

Аэродинамика автомобиля | Автомобильный справочник

 

Одной из важных характеристик современного автомобиля, является его аэродинамика. Если сказать точнее, коэффициент аэродинамического сопротивления автомобиля. Этот показатель влияет на динамические характеристики и экономичность машины. Вот о том, что же такое аэродинамика автомобиля, как она влияет на его скорость и экономичность, мы и поговорим в этой статье.

 

Оглавление

  1. Аэродинамические параметры
    • Аэродинамическое сопротивление
    • Подъемная сила
    • Боковая сила
  2. Автомобильные аэродинамические трубы
    • Типы аэродинамических труб
    • Стандартное оборудование аэродинамических труб
      • Форкамера
      • Вентиляторы
      • Динамометр аэродинамической трубы
    • Вспомогательные системы аэродинамических труб
      • Система измерения площади поперечного сечения
      • Траверсная люлька
      • Дымовые струи
      • Система дисперсии загрязняющих агентов
      • Блок подачи горячей воды
    • Варианты аэродинамических труб
      • Аэродинамические трубы для испытаний на моделях
      • Акустические аэродинамические трубы
      • Аэродинамические трубы с системами климат-контроля

 

 

Аэродинамические параметры

 

Основные параметры, т. е. силы моменты и коэффициенты, относящиеся к аэродинами­ческим характеристикам автомобиля приве­дены в табл «Аэродинамические силы и моменты».

 

 

Аэродинамическое сопротивление

 

Коэффициент аэродинамического сопро­тивления cw описывает аэродинамическое поведение кузова автомобиля в воздушном потоке. Умножая cw на динамическое давле­ние воздушного потока:

q = 0,5 ρ v2

и на площадь поперечного сечения автомо­биля Afx получаем аэродинамическое сопро­тивление W. В отличие от важного значения W момент L относительно оси х не столь важен.

 

Подъемная сила

 

Вследствие криволинейной формы крыши ав­томобиля скорость воздушного потока, обтека­ющего эту поверхность, выше скорости потока в области днища. Это приводит к возникновению нежелательных подъемных сил, снижающих силы сцепления колес с дорогой и, следова­тельно, курсовую устойчивость автомобиля.

Коэффициент подъемной силы сА равен сумме коэффициентов подъемной силы передней оси cAV и задней оси сАн. Разность между коэффициентами подъемной силы передней и задней осей называется «балан­сом подъемных сил» и является переменной, влияющей на курсовую устойчивость.

Вместо подъемной силы в конструировании часто используется момент продольной качки M, действующий относительно оси у. Положи­тельный момент продольной качки требует недо­статочной поворачиваемости, а отрицательный- избыточной поворачиваемости автомобиля.

 

Боковая сила

 

При взгляде спереди автомобиль имеет прак­тически симметричную форму. Это означает, что боковые силы, генерируемые воздушными потоками, невелики. Когда направление обте­кающего кузов воздушного потока не совпа­дает с осью х (например, при боковом ветре), воздушный поток генерирует поперечные силы, которые могут оказывать значительное влияние на поведение автомобиля.

В качестве показателя влияния бокового ветра также используется момент рыскания N, действующий относительно оси z. Это зна­чение берется, чтобы получить скорость из­менения угла рыскания и углового ускорения рыскания, которые являются показателями силы бокового ветра.

 

Автомобильные аэродинамические трубы

 

Автомобильные аэродинамические трубы ис­пользуются для как можно более реалистич­ного и воспроизводимого моделирования воздушного потока, воздействующего на авто­мобиль во время движения по дороге. Однако, по своей природе реальные условия движения весьма изменчивы. Так, направление и сила ветра постоянно изменяются вследствие та­ких факторов, как естественные изменения, застройка и дорожное движение.

Преимущества использования аэродина­мических труб в качестве инструмента экспериментальных разработок, по сравнению с дорожными испытаниями, заключаются в воссоздании условий испытаний, срав­нительно несложной, надежной и быстродей­ствующей технике измерений и возможности изолировать те или иные эффекты, которые в реальных условиях изолированно не воз­никают (например, шум во время движения). В аэродинамической трубе конструкторские прототипы, которые не могут быть выпущены на дорогу, могут быть опти­мизированы с точки зрения аэродинамики с гарантированной секретностью.

 

Типы аэродинамических труб

 

При помощи аэродинамических труб опреде­ляются аэродинамические параметры авто­мобиля. Трубы различаются по способу на­правления воздушного потока, конструкции испытательной секции и способу моделиро­вания дорожной поверхности (см. табл. «Автомобильные аэродинамические трубы в германии» ).

 

 

Замкнутые аэродинамические трубы с за­крытой рабочей частью называются «Геттин­генскими трубами», а системы с возвратом потока — «трубами Эйфеля» (рис. «Конструкция аэродинамических труб» ).

 

 

Стандартное оборудование аэродинамических труб

 

Испытательная секция может быть открытого типа, закрытого типа или с перфорированными стенками. Она характеризуется сечением на выходе диффузора, сечением коллектора и длиной (см. табл. Автомобильные аэродинамические трубы в германии).

Также важным параметром является ко­эффициент препятствия ФN = АfxN . Это отношение площади поперечного сечения автомобиля Afx к поперечному сечению диффузора АN. На дороге это отношение ФN = 0, поэтому в аэродинамической трубе оно должно быть как можно меньше. С уче­том конструкции и эксплуатационных затрат обычным значением на практике является ФN = 0,1. Это соответствует поперечному сечению диффузора приблизительно 20 м2.

Пример HTML-страницы

Скорость и стабильность воздушного по­тока в аэродинамической трубе определяются сужением и формой диффузора. Большое значение коэффициента поджатия к, пред­ставляющего отношение площадей сечений форкамеры и выпускной части диффузора (к = АvD), дает равномерное распределение скорости, низкую турбулентность и высокое значение ускорения воздушного потока.

Контур диффузора может влиять на ста­бильность профиля скорости потока на вы­ходе диффузора в испытательной секции и параллельность потока геометрической оси трубы.

 

Форкамера

 

Форкамера располагается перед диффузо­ром, в области наибольшего сечения аэро­динамической трубы. Форкамера содержит выпрямители потока, фильтры и теплооб­менники, служащие для повышения качества воздушного потока в отношении стабильно­сти и направления и поддержания постоян­ной температуры в канале.

Для исследования аэродинамики автомо­билей в основном используются Геттинские аэродинамические трубы с открытыми испы­тательными секциями или с перфорирован­ными стенками.

 

Вентиляторы

 

Большинство аэродинамических труб могут создавать воздушные потоки со скоростью далеко за 200 км/ч. Однако такие скорости используются редко, например, для испытаний функциональной безопасности компонентов кузова и их стойкости к ветровым нагрузкам. Это связано с тем, что такие испытания требуют полной мощности вентилятора до 5000 кВт.

 

 

Обычно измерения выполняются при скорости воздушного потока 140 км/ч. При такой скорости аэродинамические коэффициенты могут быть определены достоверно и с низкими затратами. Скорость воздушного потока регулируется путем изменения скорости вращения вентилятора или положения лопастей вентилятора при постоянной скорости вращения (см. табл. «Вентиляторы аэродинамических труб» ).

 

Динамометр аэродинамической трубы

 

Динамометр аэродинамической трубы служит для регистрации аэродинамических сил, воздействующих на испытуемый автомобиль, и моментов относительно всех точек контакта шин с поверхностью, которые используются для вычисления аэродинамических параметров, действующих в направлении осей х, у и z.

Динамометр аэродинамической трубы обычно расположен под поворотной платформой, служащей для поворота автомобиля относительно направления воздушного потока, т. е. для моделирования таким образом бокового ветра.

 

 

В отличие от реальной ситуации, автомобиль в аэродинамической трубе неподвижен и обте­кается воздушным потоком. Поэтому влияние перемещения автомобиля относительно до­роги не может быть учтено. Однако в послед­нее время было сооружено несколько аэро­динамических труб, на которых в пол встроены движущиеся ленты, служащие для модели­рования движения автомобиля по дороге и вращения колес (см. рис. «Поворотная платформа на полу аэродинамической трубы с встроенной движущейся лентой» ). Это позволяет повысить качество прохождения воздушного потока между автомобилем и дорогой и зна­чительно приблизить условия в трубе к реаль­ным условиям.

 

Вспомогательные системы аэродинамических труб

 

Система измерения площади поперечного сечения

 

Система измерения площади поперечного се­чения (лазерная или на приборах с зарядовой связью) измеряет площадь поперечного се­чения автомобиля оптическими средствами. Результаты измерений используются для вы­числения аэродинамических коэффициентов и значений сил, измеренных в аэродинами­ческой трубе.

 

 

Современные системы датчиков давле­ния в аэродинамических трубах (например, плоские датчики давления, крепящиеся к поверхности кузова) могут одновременно ре­гистрировать изменения давления как минимум в 100 точках. Миниатюрные (кварцевые) датчики давления во всех точках измерения выдают информацию в электронной форме с относительно высокой частотой (см. рис. «Система определения распределения давления» ).

 

Траверсная люлька 

 

Траверсная люлька позволяет выполнить измерения во всем поле обтекающего авто­мобиль воздушного потока. Каждая точка испытуемого образца может быть описана ко­ординатами и воспроизведена. По показаниям датчиков, установленных во всех точках, затем могут быть определены значения давления, скорости и уровня шума в каждой точке.

 

Дымовые струи

 

Дымовые струи используются для визуализа­ции воздушного потока, который в противном случае является невидимым. (см. рис. «Использование «дымового гребня» и дымовой струи для визуализации воздушного потока» ). Дымовые струи по­зволяют выявить те или иные неоднородности воздушного потока, которые могут стать при­чиной недостоверных результатов измерений вследствие снижающей энергию турбулентно­сти. Нетоксичный «дым» обычно производится посредством нагрева смеси этиленгликоля в паромасляном генераторе. Другие методы ви­зуализации воздушного потока включают:

  • ленты на поверхности кузова;
  • ленточные датчики;
  • фотографии потока с использованием быстросохнущей смеси парафина или талька;
  • генераторы пузырьков гелия;
  • лазерные системы.

 

 

Система дисперсии загрязняющих агентов

 

Система дисперсии загрязняющих агентов может использоваться для орошения автомо­биля в аэродинамической трубе водой с раз­личной интенсивностью — от легкого тумана до сильного дождя. Картины распределения потоков могут быть визуализированы и за­документированы путем добавки к воде мела или флуоресцирующего вещества.

 

Блок подачи горячей воды

 

Блок подачи горячей воды обеспечивает по­дачу горячей воды с постоянным расходом для определения охлаждающей способности радиаторов на прототипах, которые не могут быть выпущены на дорогу.

 

Варианты аэродинамических труб

 

Сооружение автомобильных аэродинамических труб требует крупных капиталовложений. Эти капиталовложения в сочетании с высокими эксплуатационными затратами делают трубы дорогостоящим оборудованием с высокой по­часовой ставкой стоимости использования. Только очень частое использование автомо­бильных аэродинамических труб для аэродина­мических, аэроакустических и температурных экспериментов может оправдать сооружение нескольких специализированных аэродинами­ческих труб для выполнения различных задач.

 

Аэродинамические трубы для испытаний на моделях

 

Аэродинамические трубы для испытаний на моделях значительно снижают эксплуатаци­онные затраты, благодаря менее строгим кон­структивным требованиям и меньшей техни­ческой сложности. В зависимости от масштаба (от 1:5 до 1:2), можно легко, быстро и эконо­мично изменять форму моделей автомобилей.

Испытания на моделях в основном прово­дятся на ранних этапах разработки для опти­мизации базовой аэродинамической формы кузова. При поддержке дизайнеров «пласти­линовые» модели используются для оптими­зации формы кузова или для формирования полного ряда вариантов перед испытаниями их аэродинамического потенциала.

Используя новые методы производства (бы­строе создание прототипов), модели можно создавать быстро, точно и во всех деталях. Это позволяет выполнять на моделях важные ис­следования с целью оптимизации деталей, даже по окончании этапа разработки формы кузова.

 

Акустические аэродинамические трубы

 

В акустических аэродинамических трубах, благодаря надежной звукоизоляции, уровень звукового давления приблизительно на 30 дБ (А) ниже, чем в стандартных трубах. Это обе­спечивает достаточно высокое отношение сигнал/шум, составляющее более 10 дБ (А), что позволяет идентифицировать и оценить шумы, генерируемые в результате циркуля­ции и сквозного потока воздуха.

 

 

Аэродинамические трубы с системами климат-контроля

 

Аэродинамические трубы с системами климат-контроля используются для теплового анализа и разработки систем защиты автомо­биля в определенных температурных диапазо­нах при различных условиях нагрузки.

Для поддержания температуры в диапа­зоне от-40°С до +70°С с высокой точностью (±1 К) служат большие теплообменники.

Автомобиль устанавливается на динамо­метрических роликах и «приводится в движе­ние» при требуемых условиях нагрузки или в условиях циклического изменения нагрузки. Скорости воздушного потока и вращения роликов должны быть точно согласованы, даже при низких скоростях. При необходи­мости, с целью учета влияния действующих в реальной ситуации факторов, могут моде­лироваться условия движения на подъем или под уклон. Также может регулироваться влажность воздуха или при помощи ламп может имити­роваться солнечное излучение.

Тем не менее, не все проблемы, воз­никающие при проработке аэродинамики автомобилей, могут быть решены посред­ством описанных выше испытаний. В до­полнение к экспериментальным исследо­ваниям производители все более широко используют модели CFD (вычислительной гидродинамики). Они позволяют вырабо­тать предварительные решения с целью снижения нагрузки на испытательное обо­рудование.

Пример HTML-страницы

 

РЕКОМЕНДУЮ ЕЩЁ ПОЧИТАТЬ:

Пример HTML-страницы

Как работает аэродинамика | HowStuffWorks

Об этом неприятно думать, но представьте, что произойдет, если вы въедете на своей машине в кирпичную стену на скорости 65 миль в час (104,6 километра в час). Металл скрутится и порвется. Стекло разбилось бы. Подушки безопасности разорвутся, чтобы защитить вас. Но даже со всеми достижениями в области безопасности, которые мы имеем в наших современных автомобилях, от этой аварии, вероятно, будет трудно уйти. Автомобиль просто не предназначен для того, чтобы пройти сквозь кирпичную стену.

Но есть еще один тип «стены», через которую автомобили должны двигаться, и они существовали уже долгое время — стена воздуха, которая давит на транспортное средство на высоких скоростях.

Реклама

Большинство из нас не думают о воздухе или ветре как о стене. На малых скоростях и в дни, когда на улице не очень ветрено, трудно заметить, как воздух взаимодействует с нашими автомобилями. Но при больших скоростях и в исключительно ветреные дни сопротивление воздуха (силы, действующие на движущийся объект по воздуху, также определяемые как drag ) оказывает огромное влияние на то, как автомобиль разгоняется, управляется и расходует топливо.

Здесь в игру вступает наука об аэродинамике. Аэродинамика — это изучение сил и результирующего движения объектов в воздухе [источник: НАСА]. В течение нескольких десятилетий автомобили проектировались с учетом аэродинамики, и автопроизводители придумали множество инноваций, которые облегчают преодоление этой «стены» воздуха и меньше влияют на повседневное вождение.

По существу, автомобиль, спроектированный с учетом воздушного потока, означает, что у него меньше проблем с ускорением и он может достичь более высоких показателей экономии топлива, потому что двигателю не нужно работать так сильно, чтобы протолкнуть автомобиль сквозь воздушную стену.

Инженеры разработали несколько способов сделать это. Например, более округлые конструкции и формы на внешней стороне автомобиля предназначены для направления воздуха таким образом, чтобы он обтекал автомобиль с наименьшим возможным сопротивлением. Некоторые высокопроизводительные автомобили даже имеют детали, которые плавно перемещают воздух по днищу автомобиля. Многие также включают 9Спойлер 0009 — также известный как заднее крыло — чтобы воздух не поднимал колеса автомобиля и не делал его неустойчивым на высоких скоростях. Хотя, как вы прочтете позже, большинство спойлеров, которые вы видите на автомобилях, служат скорее для украшения, чем для чего-либо еще.

В этой статье мы рассмотрим физику аэродинамики и сопротивления воздуха, историю того, как автомобили разрабатывались с учетом этих факторов, и то, как с тенденцией к «зеленым» автомобилям аэродинамика стала важнее, чем когда-либо. .

Реклама

Содержание

  1. Наука аэродинамики
  2. Коэффициент сопротивления
  3. История аэродинамического дизайна автомобилей
  4. Измерение сопротивления с помощью аэродинамических труб
  5. Аэродинамические надстройки

htm»> Наука аэродинамики

Прежде чем мы рассмотрим, как аэродинамика применяется к автомобилям, вот небольшой курс повышения квалификации по физике, чтобы вы могли понять основную идею.

Когда объект движется в атмосфере, он вытесняет окружающий его воздух. Объект также подвергается гравитации и сопротивлению. Сопротивление возникает, когда твердый объект движется через текучую среду, такую ​​как вода или воздух. Сопротивление увеличивается со скоростью — чем быстрее движется объект, тем большее сопротивление он испытывает.

Реклама

Мы измеряем движение объекта, используя факторы, описанные в законах Ньютона. К ним относятся масса, скорость, вес, внешняя сила и ускорение.

Сопротивление напрямую влияет на ускорение. Ускорение (а) объекта равно его весу (W) минус сопротивление (D), деленному на его массу (m). Помните, что вес – это произведение массы объекта на силу тяжести, действующую на него. Ваш вес изменился бы на Луне из-за меньшей гравитации, но ваша масса осталась бы прежней.

Проще говоря:

a = (W — D) / m

(источник: НАСА)

Когда объект ускоряется, его скорость и сопротивление увеличиваются, в конечном итоге до точки, где сопротивление становится равным весу — в этом случае дальнейшее ускорение невозможно. происходить. Допустим, наш объект в этом уравнении — автомобиль. Это означает, что по мере того, как автомобиль движется все быстрее и быстрее, все больше и больше воздуха давит на него, ограничивая, насколько больше он может ускоряться, и ограничивая его определенной скоростью.

Как все это применимо к дизайну автомобилей? Что ж, это полезно для определения важного числа — коэффициента аэродинамического сопротивления. Это один из основных факторов, определяющих, насколько легко объект перемещается по воздуху. Коэффициент лобового сопротивления (Cd) равен лобовому сопротивлению (D), деленному на количество плотности (r), умноженное на половину квадрата скорости (V), умноженного на площадь (A). Чтобы сделать это более читабельным: 92)

[источник: НАСА]

Итак, реально, к какому коэффициенту лобового сопротивления стремится автомобильный конструктор, если он создает автомобиль с аэродинамическими целями? Узнайте на следующей странице.

Реклама

Коэффициент сопротивления

Мы только что узнали, что коэффициент аэродинамического сопротивления (Cd) — это показатель, который измеряет силу сопротивления воздуха объекту, например автомобилю. Теперь представьте силу воздуха, давящего на машину, когда она движется по дороге. При скорости 70 миль в час (112,7 км/ч) на машину действует в четыре раза больше силы, чем при скорости 35 миль в час (56,3 км/ч) [источник: Elliott-Sink].

Аэродинамические характеристики автомобиля измеряются с помощью коэффициента аэродинамического сопротивления автомобиля. По сути, чем ниже Cd, тем более аэродинамичным является автомобиль и тем легче он может двигаться сквозь давящую на него стену воздуха.

Реклама

Давайте посмотрим на несколько номеров компакт-дисков. Помните квадратные старые автомобили Volvo 1970-х и 80-х годов? Старый седан Volvo 960 имеет Cd 0,36. Новые Volvo гораздо более гладкие и пышные, а седан S80 достигает Cd 0,28 [источник: Elliott-Sink]. Это доказывает то, о чем вы, возможно, уже догадались: более гладкие, более обтекаемые формы более аэродинамичны, чем квадратные. Почему именно так?

Давайте посмотрим на самую аэродинамическую вещь в природе — на слезу. Слеза гладкая и круглая со всех сторон и сужается кверху. Воздух плавно обтекает его, когда он падает на землю. То же самое и с автомобилями — гладкие закругленные поверхности позволяют воздуху обтекать автомобиль потоком, уменьшая «толчок» воздуха на кузов.

Сегодня Cd большинства автомобилей составляет около 0,30. Внедорожники, которые имеют тенденцию быть более квадратными, чем автомобили, потому что они больше, вмещают больше людей и часто нуждаются в больших решетках для охлаждения двигателя, имеют Cd где-то от 0,30 до 0,40 или больше. Пикапы — намеренно квадратной конструкции — обычно имеют около 0,40 [источник: Siuru].

Многие сомневаются в «уникальном» внешнем виде гибрида Toyota Prius, но на то есть причина, по которой он имеет чрезвычайно аэродинамическую форму. Среди других эффективных характеристик его Cd 0,26 помогает ему достигать очень большого пробега. Фактически, снижение Cd автомобиля всего на 0,01 может привести к увеличению экономии топлива на 0,2 мили на галлон (0,09 километра на литр) [источник: Siuru].

На следующей странице мы рассмотрим историю аэродинамического дизайна.

Реклама

История аэродинамического дизайна автомобилей

Хотя ученые уже давно более или менее осведомлены о том, что нужно для создания аэродинамических форм, потребовалось некоторое время, чтобы эти принципы были применены к автомобильному дизайну.

В первых автомобилях не было ничего аэродинамического. Взгляните на оригинальную модель Ford T — она больше похожа на конную повозку без лошадей — действительно очень квадратный дизайн. Многим из этих ранних автомобилей не нужно было беспокоиться об аэродинамике, потому что они были относительно медленными. Однако некоторые гоночные автомобили начала 1900-е в той или иной степени включали в себя сужающиеся и аэродинамические характеристики.

Реклама

В 1921 году немецкий изобретатель Эдмунд Румплер создал Rumpler-Tropfenauto, что переводится как «автомобиль-слеза». Основанный на самой аэродинамической форме в природе, каплевидной форме, он имел Cd всего 0,27, но его уникальный внешний вид так и не завоевал популярность у публики. Всего было изготовлено около 100 штук [источник: Price].

С американской стороны один из самых больших скачков в аэродинамическом дизайне произошел в 1930-х годов с Chrysler Airflow. Вдохновленный полетом птиц, Airflow был одним из первых автомобилей, спроектированных с учетом аэродинамики. Несмотря на то, что в нем использовались некоторые уникальные технологии конструкции и распределение веса почти 50-50 (равное распределение веса между передней и задней осями для улучшения управляемости), уставшая от Великой депрессии публика так и не полюбила его нетрадиционный внешний вид, и автомобиль считалось провалом. Тем не менее, его обтекаемый дизайн намного опередил свое время.

Как 19Наступили 50-е и 60-е годы, некоторые из самых больших достижений в автомобильной аэродинамике произошли благодаря гонкам. Первоначально инженеры экспериментировали с различными конструкциями, зная, что обтекаемые формы могут помочь их автомобилям двигаться быстрее и лучше управляться на высоких скоростях. В конечном итоге это превратилось в очень точную науку создания максимально аэродинамического гоночного автомобиля. Передний и задний спойлеры, лопатообразные носы и аэродинамические обвесы становились все более и более распространенными, чтобы поддерживать поток воздуха над крышей автомобиля и создавать необходимую прижимную силу на передних и задних колесах [источник: Formula 1 Network].

Что касается потребителей, такие компании, как Lotus, Citroën и Porsche, разработали несколько очень обтекаемых конструкций, но они в основном применялись к высокопроизводительным спортивным автомобилям, а не к повседневным автомобилям для обычного водителя. Это начало меняться в 1980-х годах с Audi 100, легковым седаном с неслыханным тогда Cd 0,30. Сегодня почти все автомобили так или иначе разрабатываются с учетом аэродинамики [источник: Эдгар].

Что помогло этому изменению произойти? Ответ: Аэродинамическая труба. На следующей странице мы рассмотрим, как аэродинамическая труба стала жизненно важной для автомобильного дизайна.

Реклама

Измерение сопротивления с помощью аэродинамических труб

Для измерения аэродинамической эффективности автомобиля в режиме реального времени инженеры позаимствовали инструмент из авиационной промышленности — аэродинамическую трубу.

Реклама

По сути, аэродинамическая труба представляет собой массивную трубу с вентиляторами, создающими поток воздуха над объектом внутри. Это может быть автомобиль, самолет или что-то еще, что инженерам необходимо измерить на сопротивление воздуха. Из комнаты за туннелем инженеры изучают, как воздух взаимодействует с объектом, как воздушные потоки обтекают различные поверхности.

Автомобиль или самолет внутри никогда не движется, но вентиляторы создают ветер с разной скоростью, чтобы имитировать реальные условия. Иногда настоящий автомобиль даже не используется — дизайнеры часто полагаются на модели своих автомобилей в точном масштабе для измерения сопротивления ветру. Поскольку ветер движется над автомобилем в туннеле, компьютеры используются для расчета коэффициента аэродинамического сопротивления (Cd).

В аэродинамических трубах нет ничего нового. Они существуют с конца 1800-х годов для измерения воздушного потока во многих первых попытках использования самолетов. Даже у братьев Райт был такой. После Второй мировой войны инженеры гоночных автомобилей, стремящиеся получить преимущество над конкурентами, начали использовать их для оценки эффективности аэродинамического оборудования своих автомобилей. Позже эта технология нашла применение в легковых и грузовых автомобилях.

Однако в последние годы большие многомиллионные аэродинамические трубы используются все реже и реже. Компьютерное моделирование начинает заменять аэродинамические трубы как лучший способ измерения аэродинамики автомобиля или самолета. Во многих случаях аэродинамические трубы в основном используются только для того, чтобы убедиться, что компьютерное моделирование является точным [источник: Day].

Многие считают, что установка спойлера на заднюю часть автомобиля — отличный способ сделать его более аэродинамичным. В следующем разделе мы рассмотрим различные типы аэродинамических надстроек для транспортных средств и изучим их роль в производительности и увеличении расхода топлива.

Реклама

Аэродинамические надстройки

Аэродинамика — это нечто большее, чем просто сопротивление — есть и другие факторы, называемые подъемной и прижимной силой. Подъемная сила — это сила, которая противодействует весу объекта, поднимает его в воздух и удерживает там. Прижимная сила противоположна подъемной силе — силе, которая прижимает объект к земле [источник: НАСА].

Реклама

Вы можете подумать, что коэффициент аэродинамического сопротивления гоночного автомобиля 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 километра в час), но не так аэродинамически, как вы могли догадаться? Это потому, что автомобили Формулы-1 созданы для создания максимально возможной прижимной силы. На скоростях, с которыми они движутся, и с их чрезвычайно легким весом, эти автомобили фактически начинают ощущать подъемную силу на некоторых скоростях — физика заставляет их взлетать, как самолеты. Очевидно, что автомобили не предназначены для полетов по воздуху, и если автомобиль окажется в воздухе, это может привести к катастрофе. По этой причине необходимо максимизировать прижимную силу, чтобы удерживать автомобиль на земле на высоких скоростях, а это означает, что требуется высокое значение Cd.

Автомобили Формулы-1 достигают этого с помощью крыльев или спойлеров, установленных на передней и задней части автомобиля. Эти крылья направляют поток в потоки воздуха, которые прижимают автомобиль к земле, более известные как прижимная сила. Это максимизирует скорость прохождения поворотов, но ее необходимо тщательно сбалансировать с подъемной силой, чтобы также обеспечить машине соответствующую скорость на прямой [источник: Смит].

Многие серийные автомобили оснащены аэродинамическими надстройками для создания прижимной силы. В то время как суперкар Nissan GT-R подвергался некоторой критике в автомобильной прессе за его внешний вид, весь кузов спроектирован так, чтобы направлять воздух над автомобилем и обратно через задний спойлер овальной формы, создавая большую прижимную силу. Феррари 599 GTB Fiorano имеет контрфорсы средних стоек, предназначенные для направления воздуха назад, что помогает уменьшить сопротивление [источник: Classic Driver].

Но вы видите множество спойлеров и крыльев на повседневных автомобилях, таких как седаны Honda и Toyota. Действительно ли они улучшают аэродинамику автомобиля? В некоторых случаях это может добавить немного стабильности на высоких скоростях. Например, у оригинальной Audi TT не было спойлера на задней крышке багажника, но Audi добавила его после того, как было обнаружено, что его закругленный кузов создает слишком большую подъемную силу и, возможно, был фактором в нескольких авариях [источник: Эдгар].

В большинстве случаев, однако, установка большого спойлера на заднюю часть обычного автомобиля не сильно улучшит производительность, скорость или управляемость — если вообще улучшит. В некоторых случаях это может даже увеличить недостаточную поворачиваемость или нежелание поворачивать. Однако, если вы считаете, что гигантский спойлер отлично смотрится на багажнике вашего Honda Civic, не позволяйте никому говорить вам обратное.

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

Реклама

Много дополнительной информации

Статьи по теме HowStuffWorks

Другие полезные ссылки

  • НАСА — Руководство для начинающих по аэродинамике
  • НАСА — Коэффициент сопротивления
  • Отдел передовых суперкомпьютеров НАСА — Аэродинамика в автомобильных гонках
  • 90 035 Symscape — аэродинамика Формулы 1

Источники

  • Классический драйвер. «Феррари 599 GTB Fiorano». (9 марта, 2009) http://www.classicdriver.com/uk/magazine/3300.asp?id=12863
  • Дэй, Дуэйн А. «Усовершенствованные аэродинамические трубы». Столетие летной комиссии США. (9 марта 2009 г.) http://www.centennialofflight.gov/essay/Evolution_of_Technology/advanced_wind_tunnels/Tech46.htm
  • Эдгар, Джулиан. «Аэродинамика автомобиля застопорилась». Автоматическая скорость. (9 марта 2009 г.) http://autospeed.com/cms/A_2978/article. html
  • Эллиотт-Синк, Сью. «Улучшение аэродинамики для повышения экономии топлива». Эдмундс.com. 2 мая 2006 г. (9 марта, 2009) http://www.edmunds.com/advice/fueleconomy/articles/106954/article.html
  • Сеть Formula 1. «Williams F1 — История аэродинамики: эволюция аэродинамики». (9 марта 2009 г.) http://www.f1network.net/main/s107/st22394.htm
  • НАСА. «Руководство по аэродинамике для начинающих». 11 июля 2008 г. (9 марта 2009 г.) http://www.grc.nasa.gov/WWW/K-12/airplane/bga.html
  • НАСА. «Коэффициент сопротивления». 11 июля 2008 г. (9 марта 2009 г.)
  • http://www.grc.nasa.gov/WWW/K-12/airplane/dragco.html
  • Прайс, Райан Ли. «Обманчивый ветер — аэродинамические технологии и руководство для покупателей: искусство аэродинамики и автомобиля». Европейский автомобильный журнал. (9 марта 2009 г.) http://www.europeancarweb.com/tech/0610_ec_aerodynamics_tech_buyers_guide/index.html
  • Siuru, Bill. «5 фактов: аэродинамика автомобиля». GreenCar. com. 13 октября 2008 г. (9 марта 2009 г.) http://www.greencar.com/articles/5-facts-vehicle-aerodynamics.php
  • Smith, Rich. «Формула-1 Аэродинамика». Симскейп. 21 мая 2007 г. (9 марта, 2009) http://www.symscape.com/blog/f1_aero

Процитируйте это!

Пожалуйста, скопируйте/вставьте следующий текст, чтобы правильно цитировать эту статью HowStuffWorks.com:

Патрик Э. Джордж «Как работает аэродинамика» 17 марта 2009 г.
HowStuffWorks.com. 5 июля 2023 г.

Citation

Как работает аэродинамика | HowStuffWorks

Об этом неприятно думать, но представьте, что произойдет, если вы въедете на своей машине в кирпичную стену на скорости 65 миль в час (104,6 километра в час). Металл скрутится и порвется. Стекло разбилось бы. Подушки безопасности разорвутся, чтобы защитить вас. Но даже со всеми достижениями в области безопасности, которые мы имеем в наших современных автомобилях, от этой аварии, вероятно, будет трудно уйти. Автомобиль просто не предназначен для того, чтобы пройти сквозь кирпичную стену.

Но есть еще один тип «стены», через которую автомобили должны двигаться, и они существовали в течение долгого времени — стена воздуха, которая давит на транспортное средство на высоких скоростях.

Реклама

Большинство из нас не думают о воздухе или ветре как о стене. На малых скоростях и в дни, когда на улице не очень ветрено, трудно заметить, как воздух взаимодействует с нашими автомобилями. Но при больших скоростях и в исключительно ветреные дни сопротивление воздуха (силы, действующие на движущийся объект по воздуху, также определяемые как drag ) оказывает огромное влияние на то, как автомобиль разгоняется, управляется и расходует топливо.

Здесь в игру вступает наука об аэродинамике. Аэродинамика — это изучение сил и результирующего движения объектов в воздухе [источник: НАСА]. В течение нескольких десятилетий автомобили проектировались с учетом аэродинамики, и автопроизводители придумали множество инноваций, которые облегчают преодоление этой «стены» воздуха и меньше влияют на повседневное вождение.

По существу, автомобиль, спроектированный с учетом воздушного потока, означает, что у него меньше проблем с ускорением и он может достичь более высоких показателей экономии топлива, потому что двигателю не нужно работать так сильно, чтобы протолкнуть автомобиль сквозь воздушную стену.

Инженеры разработали несколько способов сделать это. Например, более округлые конструкции и формы на внешней стороне автомобиля предназначены для направления воздуха таким образом, чтобы он обтекал автомобиль с наименьшим возможным сопротивлением. Некоторые высокопроизводительные автомобили даже имеют детали, которые плавно перемещают воздух по днищу автомобиля. Многие также включают 9Спойлер 0009 — также известный как заднее крыло — чтобы воздух не поднимал колеса автомобиля и не делал его неустойчивым на высоких скоростях. Хотя, как вы прочтете позже, большинство спойлеров, которые вы видите на автомобилях, служат скорее для украшения, чем для чего-либо еще.

В этой статье мы рассмотрим физику аэродинамики и сопротивления воздуха, историю того, как автомобили разрабатывались с учетом этих факторов, и то, как с тенденцией к «зеленым» автомобилям аэродинамика стала важнее, чем когда-либо. .

Реклама

Содержание

  1. Наука аэродинамики
  2. Коэффициент сопротивления
  3. История аэродинамического дизайна автомобилей
  4. Измерение сопротивления с помощью аэродинамических труб
  5. Аэродинамические надстройки

Наука аэродинамики

Прежде чем мы рассмотрим, как аэродинамика применяется к автомобилям, вот небольшой курс повышения квалификации по физике, чтобы вы могли понять основную идею.

Когда объект движется в атмосфере, он вытесняет окружающий его воздух. Объект также подвергается гравитации и сопротивлению. Сопротивление возникает, когда твердый объект движется через текучую среду, такую ​​как вода или воздух. Сопротивление увеличивается со скоростью — чем быстрее движется объект, тем большее сопротивление он испытывает.

Реклама

Мы измеряем движение объекта, используя факторы, описанные в законах Ньютона. К ним относятся масса, скорость, вес, внешняя сила и ускорение.

Сопротивление напрямую влияет на ускорение. Ускорение (а) объекта равно его весу (W) минус сопротивление (D), деленному на его массу (m). Помните, что вес – это произведение массы объекта на силу тяжести, действующую на него. Ваш вес изменился бы на Луне из-за меньшей гравитации, но ваша масса осталась бы прежней. Проще говоря:

a = (W — D) / m

(источник: НАСА)

Когда объект ускоряется, его скорость и сопротивление увеличиваются, в конечном итоге до точки, где сопротивление становится равным весу — в этом случае дальнейшее ускорение невозможно. происходить. Допустим, наш объект в этом уравнении — автомобиль. Это означает, что по мере того, как автомобиль движется все быстрее и быстрее, все больше и больше воздуха давит на него, ограничивая, насколько больше он может ускоряться, и ограничивая его определенной скоростью.

Как все это применимо к дизайну автомобилей? Что ж, это полезно для определения важного числа — коэффициента аэродинамического сопротивления. Это один из основных факторов, определяющих, насколько легко объект перемещается по воздуху. Коэффициент лобового сопротивления (Cd) равен лобовому сопротивлению (D), деленному на количество плотности (r), умноженное на половину квадрата скорости (V), умноженного на площадь (A). Чтобы сделать это более читабельным: 92)

[источник: НАСА]

Итак, реально, к какому коэффициенту лобового сопротивления стремится автомобильный конструктор, если он создает автомобиль с аэродинамическими целями? Узнайте на следующей странице.

Реклама

Коэффициент сопротивления

Мы только что узнали, что коэффициент аэродинамического сопротивления (Cd) — это показатель, который измеряет силу сопротивления воздуха объекту, например автомобилю. Теперь представьте силу воздуха, давящего на машину, когда она движется по дороге. При скорости 70 миль в час (112,7 км/ч) на машину действует в четыре раза больше силы, чем при скорости 35 миль в час (56,3 км/ч) [источник: Elliott-Sink].

Аэродинамические характеристики автомобиля измеряются с помощью коэффициента аэродинамического сопротивления автомобиля. По сути, чем ниже Cd, тем более аэродинамичным является автомобиль и тем легче он может двигаться сквозь давящую на него стену воздуха.

Реклама

Давайте посмотрим на несколько номеров компакт-дисков. Помните квадратные старые автомобили Volvo 1970-х и 80-х годов? Старый седан Volvo 960 имеет Cd 0,36. Новые Volvo гораздо более гладкие и пышные, а седан S80 достигает Cd 0,28 [источник: Elliott-Sink]. Это доказывает то, о чем вы, возможно, уже догадались: более гладкие, более обтекаемые формы более аэродинамичны, чем квадратные. Почему именно так?

Давайте посмотрим на самую аэродинамическую вещь в природе — на слезу. Слеза гладкая и круглая со всех сторон и сужается кверху. Воздух плавно обтекает его, когда он падает на землю. То же самое и с автомобилями — гладкие закругленные поверхности позволяют воздуху обтекать автомобиль потоком, уменьшая «толчок» воздуха на кузов.

Сегодня Cd большинства автомобилей составляет около 0,30. Внедорожники, которые имеют тенденцию быть более квадратными, чем автомобили, потому что они больше, вмещают больше людей и часто нуждаются в больших решетках для охлаждения двигателя, имеют Cd где-то от 0,30 до 0,40 или больше. Пикапы — намеренно квадратной конструкции — обычно имеют около 0,40 [источник: Siuru].

Многие сомневаются в «уникальном» внешнем виде гибрида Toyota Prius, но на то есть причина, по которой он имеет чрезвычайно аэродинамическую форму. Среди других эффективных характеристик его Cd 0,26 помогает ему достигать очень большого пробега. Фактически, снижение Cd автомобиля всего на 0,01 может привести к увеличению экономии топлива на 0,2 мили на галлон (0,09 километра на литр) [источник: Siuru].

На следующей странице мы рассмотрим историю аэродинамического дизайна.

Реклама

htm»> История аэродинамического дизайна автомобилей

Хотя ученые уже давно более или менее осведомлены о том, что нужно для создания аэродинамических форм, потребовалось некоторое время, чтобы эти принципы были применены к автомобильному дизайну.

В первых автомобилях не было ничего аэродинамического. Взгляните на оригинальную модель Ford T — она больше похожа на конную повозку без лошадей — действительно очень квадратный дизайн. Многим из этих ранних автомобилей не нужно было беспокоиться об аэродинамике, потому что они были относительно медленными. Однако некоторые гоночные автомобили начала 1900-е в той или иной степени включали в себя сужающиеся и аэродинамические характеристики.

Реклама

В 1921 году немецкий изобретатель Эдмунд Румплер создал Rumpler-Tropfenauto, что переводится как «автомобиль-слеза». Основанный на самой аэродинамической форме в природе, каплевидной форме, он имел Cd всего 0,27, но его уникальный внешний вид так и не завоевал популярность у публики. Всего было изготовлено около 100 штук [источник: Price].

С американской стороны один из самых больших скачков в аэродинамическом дизайне произошел в 1930-х годов с Chrysler Airflow. Вдохновленный полетом птиц, Airflow был одним из первых автомобилей, спроектированных с учетом аэродинамики. Несмотря на то, что в нем использовались некоторые уникальные технологии конструкции и распределение веса почти 50-50 (равное распределение веса между передней и задней осями для улучшения управляемости), уставшая от Великой депрессии публика так и не полюбила его нетрадиционный внешний вид, и автомобиль считалось провалом. Тем не менее, его обтекаемый дизайн намного опередил свое время.

Как 19Наступили 50-е и 60-е годы, некоторые из самых больших достижений в автомобильной аэродинамике произошли благодаря гонкам. Первоначально инженеры экспериментировали с различными конструкциями, зная, что обтекаемые формы могут помочь их автомобилям двигаться быстрее и лучше управляться на высоких скоростях. В конечном итоге это превратилось в очень точную науку создания максимально аэродинамического гоночного автомобиля. Передний и задний спойлеры, лопатообразные носы и аэродинамические обвесы становились все более и более распространенными, чтобы поддерживать поток воздуха над крышей автомобиля и создавать необходимую прижимную силу на передних и задних колесах [источник: Formula 1 Network].

Что касается потребителей, такие компании, как Lotus, Citroën и Porsche, разработали несколько очень обтекаемых конструкций, но они в основном применялись к высокопроизводительным спортивным автомобилям, а не к повседневным автомобилям для обычного водителя. Это начало меняться в 1980-х годах с Audi 100, легковым седаном с неслыханным тогда Cd 0,30. Сегодня почти все автомобили так или иначе разрабатываются с учетом аэродинамики [источник: Эдгар].

Что помогло этому изменению произойти? Ответ: Аэродинамическая труба. На следующей странице мы рассмотрим, как аэродинамическая труба стала жизненно важной для автомобильного дизайна.

Реклама

Измерение сопротивления с помощью аэродинамических труб

Для измерения аэродинамической эффективности автомобиля в режиме реального времени инженеры позаимствовали инструмент из авиационной промышленности — аэродинамическую трубу.

Реклама

По сути, аэродинамическая труба представляет собой массивную трубу с вентиляторами, создающими поток воздуха над объектом внутри. Это может быть автомобиль, самолет или что-то еще, что инженерам необходимо измерить на сопротивление воздуха. Из комнаты за туннелем инженеры изучают, как воздух взаимодействует с объектом, как воздушные потоки обтекают различные поверхности.

Автомобиль или самолет внутри никогда не движется, но вентиляторы создают ветер с разной скоростью, чтобы имитировать реальные условия. Иногда настоящий автомобиль даже не используется — дизайнеры часто полагаются на модели своих автомобилей в точном масштабе для измерения сопротивления ветру. Поскольку ветер движется над автомобилем в туннеле, компьютеры используются для расчета коэффициента аэродинамического сопротивления (Cd).

В аэродинамических трубах нет ничего нового. Они существуют с конца 1800-х годов для измерения воздушного потока во многих первых попытках использования самолетов. Даже у братьев Райт был такой. После Второй мировой войны инженеры гоночных автомобилей, стремящиеся получить преимущество над конкурентами, начали использовать их для оценки эффективности аэродинамического оборудования своих автомобилей. Позже эта технология нашла применение в легковых и грузовых автомобилях.

Однако в последние годы большие многомиллионные аэродинамические трубы используются все реже и реже. Компьютерное моделирование начинает заменять аэродинамические трубы как лучший способ измерения аэродинамики автомобиля или самолета. Во многих случаях аэродинамические трубы в основном используются только для того, чтобы убедиться, что компьютерное моделирование является точным [источник: Day].

Многие считают, что установка спойлера на заднюю часть автомобиля — отличный способ сделать его более аэродинамичным. В следующем разделе мы рассмотрим различные типы аэродинамических надстроек для транспортных средств и изучим их роль в производительности и увеличении расхода топлива.

Реклама

Аэродинамические надстройки

Аэродинамика — это нечто большее, чем просто сопротивление — есть и другие факторы, называемые подъемной и прижимной силой. Подъемная сила — это сила, которая противодействует весу объекта, поднимает его в воздух и удерживает там. Прижимная сила противоположна подъемной силе — силе, которая прижимает объект к земле [источник: НАСА].

Реклама

Вы можете подумать, что коэффициент аэродинамического сопротивления гоночного автомобиля 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 километра в час), но не так аэродинамически, как вы могли догадаться? Это потому, что автомобили Формулы-1 созданы для создания максимально возможной прижимной силы. На скоростях, с которыми они движутся, и с их чрезвычайно легким весом, эти автомобили фактически начинают ощущать подъемную силу на некоторых скоростях — физика заставляет их взлетать, как самолеты. Очевидно, что автомобили не предназначены для полетов по воздуху, и если автомобиль окажется в воздухе, это может привести к катастрофе. По этой причине необходимо максимизировать прижимную силу, чтобы удерживать автомобиль на земле на высоких скоростях, а это означает, что требуется высокое значение Cd.

Автомобили Формулы-1 достигают этого с помощью крыльев или спойлеров, установленных на передней и задней части автомобиля. Эти крылья направляют поток в потоки воздуха, которые прижимают автомобиль к земле, более известные как прижимная сила. Это максимизирует скорость прохождения поворотов, но ее необходимо тщательно сбалансировать с подъемной силой, чтобы также обеспечить машине соответствующую скорость на прямой [источник: Смит].

Многие серийные автомобили оснащены аэродинамическими надстройками для создания прижимной силы. В то время как суперкар Nissan GT-R подвергался некоторой критике в автомобильной прессе за его внешний вид, весь кузов спроектирован так, чтобы направлять воздух над автомобилем и обратно через задний спойлер овальной формы, создавая большую прижимную силу. Феррари 599 GTB Fiorano имеет контрфорсы средних стоек, предназначенные для направления воздуха назад, что помогает уменьшить сопротивление [источник: Classic Driver].

Но вы видите множество спойлеров и крыльев на повседневных автомобилях, таких как седаны Honda и Toyota. Действительно ли они улучшают аэродинамику автомобиля? В некоторых случаях это может добавить немного стабильности на высоких скоростях. Например, у оригинальной Audi TT не было спойлера на задней крышке багажника, но Audi добавила его после того, как было обнаружено, что его закругленный кузов создает слишком большую подъемную силу и, возможно, был фактором в нескольких авариях [источник: Эдгар].

В большинстве случаев, однако, установка большого спойлера на заднюю часть обычного автомобиля не сильно улучшит производительность, скорость или управляемость — если вообще улучшит. В некоторых случаях это может даже увеличить недостаточную поворачиваемость или нежелание поворачивать. Однако, если вы считаете, что гигантский спойлер отлично смотрится на багажнике вашего Honda Civic, не позволяйте никому говорить вам обратное.

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

Реклама

Много дополнительной информации

Статьи по теме HowStuffWorks

Другие полезные ссылки

  • НАСА — Руководство для начинающих по аэродинамике
  • НАСА — Коэффициент сопротивления
  • Отдел передовых суперкомпьютеров НАСА — Аэродинамика в автомобильных гонках
  • 90 035 Symscape — аэродинамика Формулы 1

Источники

  • Классический драйвер. «Феррари 599 GTB Fiorano». (9 марта, 2009) http://www.classicdriver.com/uk/magazine/3300.asp?id=12863
  • Дэй, Дуэйн А. «Усовершенствованные аэродинамические трубы». Столетие летной комиссии США. (9 марта 2009 г.) http://www.centennialofflight.gov/essay/Evolution_of_Technology/advanced_wind_tunnels/Tech46.htm
  • Эдгар, Джулиан. «Аэродинамика автомобиля застопорилась». Автоматическая скорость. (9 марта 2009 г.) http://autospeed.com/cms/A_2978/article.html
  • Эллиотт-Синк, Сью. «Улучшение аэродинамики для повышения экономии топлива». Эдмундс.com. 2 мая 2006 г. (9 марта, 2009) http://www.edmunds.com/advice/fueleconomy/articles/106954/article.html
  • Сеть Formula 1. «Williams F1 — История аэродинамики: эволюция аэродинамики». (9 марта 2009 г.) http://www.f1network.net/main/s107/st22394.htm
  • НАСА. «Руководство по аэродинамике для начинающих». 11 июля 2008 г. (9 марта 2009 г.) http://www.grc.nasa.gov/WWW/K-12/airplane/bga.html
  • НАСА. «Коэффициент сопротивления».