Аэродинамика — будущее автомобилестроения. Что это и как работает?

Если взглянуть на автомобили прошлого века и сравнить их с современными, первое, что бросится в глаза, — насколько сильно изменился дизайн кузова. Новые модели получают изящные и обтекаемые формы, а производители  гордостью заявляют о том, как улучшается аэродинамический коэффициент.

Но что скрывается за этим загадочным термином? Для чего нужна хорошая аэродинамика? И от чего она зависит? Об этом и многом другом я вам сегодня и расскажу!

Пётр

Редактор технического контента

Что такое аэродинамика

Если кратко, это раздел науки, изучающий влияние воздушных потоков на движущийся объект. 

Только на первый взгляд кажется, что воздух — это что-то лёгкое, невесомое и практически незаметное. Поэтому на низкой скорости и при хорошей погоде сложно представить, что он каким-то образом участвует в поездке. 

Но вспомните, насколько сильно его воздействие сказывается, когда вы разгоняетесь: на трассе боковой ветер или поток воздуха от встречного большегруза буквально раскачивают автомобиль, а порой и вовсе сносят его вбок, заставляя отклониться от изначальной траектории движения.

Как видите, воздух не так уж безобиден. Любое транспортное средство при движении вынуждено постоянно преодолевать сопротивление стены воздуха на своём пути. 

Даже пара десятков лошадиных сил, добавленных к мощности двигателя, не так улучшают разгонную динамику, как продуманная аэродинамика. Она же влияет на управляемость, расход топлива, качество очистки лобового стекла и даже на то, насколько сильно будут забрызгиваться грязью боковые стёкла, ручки дверей и зеркала.

Коэффициент аэродинамического сопротивления 

«Хорошая аэродинамика» — это не какое-то абстрактное определение. Она выражается вполне себе понятной и конкретной величиной, которая называется коэффициентом аэродинамического сопротивления.

Воздух имеет плотность, поэтому, когда автомобиль движется в потоке встречного воздуха, он испытывает сопротивление. Чем выше скорость, тем больше сопротивление и хуже ускорение. 

Аэродинамический коэффициент в автомобиле, — это параметр, который определяет, насколько легко автомобиль проходит сквозь воздушную преграду, давящую на него с разных сторон. Чем меньше этот показатель, тем лучше.

Как можно снизить аэродинамический коэффициент

Об этом впервые задумались авиаконструкторы, которым было необходимо разработать аппараты, способные не только подняться в воздух, но и перемещаться в нём. Взгляните на самолёты или дирижабли — их плавные формы свидетельствуют о том, что при их создании уже использовались ключевые принципы аэродинамики.

Впоследствии этим же вопросом озадачились инженеры автогоночных команд. Часть решений они позаимствовали у  мореплавателей или авиаторов. Но далеко не все из них подошли — самолёт или подводная лодка герметичны, а в салоне авто постоянно перемещаются воздушные потоки. Поэтому автобренды по сей день работают над снижением аэродинамического коэффициента своих моделей.

Вот несколько методов улучшения аэродинамики, которые наиболее популярны в автомобилестроении.

• Проектирование обтекаемых кузовов. Более плавные и округлые формы показывают себя лучше, чем квадратные и угловатые.
• Оптимизация отдельных частей конструкции: переходов, выступов и рёбер, формы крыши, геометрии передней части автомобиля, расположения зеркал и антенн.
• Использование менее шероховатых поверхностей. По ним воздух течет свободно, сокращая сопротивление движению объекта.
• Установка дополнительных элементов. К примеру, за счёт установленного на крышке багажника спойлера можно направить поток воздуха над автомобилем таким образом, чтобы уменьшить потери аэродинамической силы, а диффузоры на бампере и обтекатели на колёсных арках помогают снизить турбулентность.

Покажу, как это работает на примере динамичного Kia Stinger. Над его оптимизацией и улучшением аэродинамической эффективности работал расположенный во Франкфурте-на-Майне центр исследований и разработок Kia. Современное аэрогидродинамическое программное обеспечение (CFD) позволило инженерам проводить виртуальные испытания и тестировать идеи, лучшие из которых воплотились в экстерьере спортивного фастбэка.

Воздухозаборники направляют воздушный поток к радиатору и передним тормозам, уменьшая сопротивление, а отверстия в нижней части бампера направляют воздух к колёсным аркам, что снижает сопротивление и охлаждает тормоза.

Встроенный диффузор под задним бампером не только помогает контролировать воздушный поток, но и предотвращает его срывы на сдвоенных выхлопных трубах. А изогнутый край багажника Kia Stinger создаёт эффект спойлера для повышения устойчивости автомобиля и оптимизации воздушного потока на высоких скоростях.

Очертания кузова слегка заострены к задней части, а за передними арками расположены «жабры» — все эти элементы уменьшают завихрения воздушных потоков вдоль бортов автомобиля.

Как видите, аэродинамика — это не просто наука, а настоящее искусство! Команды инженеров, конструкторов и механиков подолгу работают над созданием моделей, чтобы сделать их более обтекаемыми, улучшить ходовые характеристики и позволить вам получать удовольствие от каждой минуты за рулём вашего Kia!

Вопрос обтекаемости: Lightyear 0 стал самым аэродинамичным серийным автомобилем в мире

org/BreadcrumbList»>
• Главная
• Новости
• Вопрос обтекаемости: Lightyear 0 стал самым аэродинамичным серийным автомобилем в мире

Автор: Елена Астапенко Фото: Lightyear

Голландская компания отправила свой «солнцемобиль» в аэродинамическую трубу. Его коэффициент лобового сопротивления составил всего 0,175.

Нидерландский стартап Lightyear показал прототип своего первого автомобиля в 2019 году: на его разработку у создателей ушло примерно шесть лет. Как Kolesa.ru сообщал ранее, он назывался Lightyear One, тогда как серийной версии дали иное имя – Lightyear 0 (название призвано указать на «нулевые выбросы» солнцемобиля). Товарный вариант был представлен сравнительно недавно, в июне текущего года. Теперь голландская компания уточняет характеристики своей новинки.

На фото: Lightyear 0

Lightyear 0 представляет собой крупный пятиместный лифтбек с обтекаемым кузовом. Его длина равна 5083 мм, ширина – 1972 мм, а высота – 1445 мм. Теперь производитель отправил свой первый серийный автомобиль в аэродинамическую трубу: оказалось, что его коэффициент лобового сопротивления составляет всего 0,175.

Для сравнения, у представленного в начале этого года на выставке в Лас-Вегасе концепта Mercedes-Benz Vision EQXX этот показатель равен 0,170. При этом у большинства современных серийных электромобилей не получилось опустить планку ниже 0,2: так, показатель Tesla Model S составляет 0,24, у Model 3 он равен 0,23, у Lucid Air – 0,21, а у флагманского лифтбека Mercedes-Benz EQS – 0,20.

Показатель серийного электромобиля Lightyear 0 уже был подтверждён в аэродинамической трубе FKFS в Штутгарте (Германия) в соответствии со стандартами WLTP. Напомним, низкий коэффициент лобового сопротивления позволяет увеличивать дальнобойность автомобилей на одной зарядке. Технический директор Lightyear Арджо ван дер Хам отметил, что разработка технологии, применяемой в солнцемобиле, велась «с чистого листа».

С учётом низкого коэффициента лобового сопротивления и наличия солнечных панелей (на капоте и крыше) у Lightyear 0 весьма солидный показатель запаса хода. По оценкам производителя (при расчёте по циклу WLTP), дальнобойность автомобиля на одной зарядке составляет 625 км. При этом в оптимальных погодных условиях автомобиль способен преодолевать до 70 км в день за счёт энергии, полученной от солнца.

На фото: салон Lightyear 0

1 / 3

На фото: салон Lightyear 0

2 / 3

На фото: салон Lightyear 0

3 / 3

В компании подчеркнули, что в идеальных климатических условиях Lightyear 0 позволяет ездить без подключения к розетке до семи месяцев (если солнцемобиль используется в основном для поездок на работу в светлое время суток). Правда, заплатить за эту возможность придётся немало – стартовый ценник модели в Европе составляет 250 000 евро.

Как мы сообщали ранее, силовая установка голландской модели состоит из четырёх мотор-колёс, совокупная пиковая мощность системы составляет 177 л. с., а максимальный крутящий момент при этом достигает 1720 Нм. На разгон с места до «сотни» у такого лифтбека уходит 10 секунд, максимальная скорость ограничена на отметке 160 км/ч. Дорожный просвет солнцемобиля равен 183 мм. Производство новинки начнётся примерно через два месяца.

электромобиль новинки лифтбек Lightyear

 

Новые статьи

Популярные тест-драйвы

Тест-драйвы / Тест-драйв Тест-драйв Geely Monjaro: лучше, чем Volvo? В Китае этот полноразмерный кроссовер дебютировал еще два года назад под неблагозвучным для нашего уха именем Xingyue L и заводским индексом KX11. В России машину сертифицировали в 2022, и в… 15718 8 9 07. 04.2023

Тест-драйвы / Тест-драйв Наппа, блокировки и танковый разворот: тест-драйв внедорожника Tank 300 Горная Хакасия, массив Сундуки. Крутой подъем и колея с глубокими промоинами, ведущая на вершину. Кажется, будет трудно – ведь в каждой такой промоине автомобиль попадает на диагональное выв… 9425 14 4 02.03.2023

Тест-драйвы / Тест-драйв Любовь по инструкции: тест-драйв ГАЗ Соболь NN Соболь NN ждали долго. Появилась ГАЗель NEXT – а Соболя NEXT нет. Вышла ГАЗель NN – а Соболя NN не видно. Вроде и отличий между ГАЗелью и Соболем не так уж много, можно было бы построить его… 7766 1 1431 03.

03.2023

№ 1520: Автомобильный коэффициент аэродинамического сопротивления

Сегодня аэродинамика и автомобили. Университет Инженерного колледжа Хьюстона представляет этот сериал о машинах, которые делают наши цивилизация управляется, и люди, чья изобретательность создал их.

Первые автомобили были сделаны до того, как братья Райт полетели и до того, как они даже начали проводить испытания в аэродинамической трубе. Аэродинамические трубы использовались в конструкции самолетов с самого начала. Машина конструкторы были гораздо медленнее, чтобы увидеть, что аэродинамика также пострадало их работают.

На рубеже ХХ века Германия установила создание ряда технических университетов высокого уровня, что вывело их далеко вперед в аэродинамических исследованиях.

В 1921 году завод Zeppelin Airship Works впервые изучил обтекаемость автомобиля на ветру туннели.

Автомобильный тормоз может быть серьезным пожирателем бензина. Когда я был ребенком, я развлекался в долгих автомобильных поездках высунув руку из окна и повернув ее в под разными углами к ветру. Силы, даже на маленькая детская рука, были довольно сильными. И маленький изменения формы и ориентации моей руки внесли огромные различия.

Обычной мерой аэродинамической эффективности является коэффициент аэродинамического сопротивления,

CD . Это сравнивает силу сопротивления на любой скорости с сила, необходимая, чтобы остановить весь воздух перед машина. Коэффициенты лобового сопротивления для первых квадратных автомобилей были выше 0,7. Вместо того, чтобы позволить воздуху ускользнуть прошлого, они остановили большую часть этого.

В большинстве современных автомобилей эта цифра снижена до мало 0,3. Конечно, это нечто большее, чем просто снижение сопротивления. Достаточно легко уменьшить сопротивление если мы позволим себе создать другие аэродинамические проблемы, когда мы делаем. Автомобиль должен быть рассчитан на отрицательный подъем. Ветер должен прижимать его основательно вниз против дороги. И машин не должно быть уязвимы для бокового ветра.

Уже в 1907 году обтекаемый гоночный автомобиль под названием Ракета достигла скорости 132 мили в час раньше он стал воздушным. У него был низкий коэффициент аэродинамического сопротивления, но это был еще плохой аэродинамический дизайн.

Оптимизация была новой иконой дизайна 1930-х годов, но это было скорее иллюзия скорости, чем реальное снижение лобового сопротивления. Только несколько автомобилей прошли испытания в аэродинамической трубе. знаменитый

Chrysler Airflow был исключением, с гораздо меньшим сопротивление, чем большинство автомобилей, следующих за ним.

Инженерам потребовалось время, чтобы понять, что они должны сгладить днище автомобиля настолько, насколько вершина. Потребовалось время, чтобы увидеть, что острые углы на перед автомобилем были ужасные тормоза. Только в в прошлом поколении 18-колесные машины дали ростки странные, но эффективные, уменьшающие лобовое сопротивление капоты над их такси. И только со времён ВМВ есть аэродинамическая труба испытания были обычной частью дизайна автомобиля. Только недавно было точное компьютерное моделирование пусть инженеры используют быстрые пробы и ошибки, чтобы улучшить аэродинамические конструкции.

Вот почему сегодняшние автомобили обладают таким малым лобовым сопротивлением. И конечно, они все больше и больше похожи друг на друга. Как дизайнеры работают с растущим знанием дизайна ограничений, они приближаются к оптимальным конструкциям, которые не может сильно отличаться от одной машины к другой. Его просто потому, что наши машины такие прекрасные машины, что мы больше не смотрим на дикий солнечный свет возможности, которые привели нас туда, где мы есть.

Я Джон Линхард из Хьюстонского университета, где нас интересует, как изобретательные умы работа.

(Музыкальная тема)

Сопротивление воздуху: невидимый враг в конструкции транспортных средств

Разработчики транспортных средств, независимо от того, специализируются ли они на спортивных автомобилях, грузовиках, обычных транспортных средствах или даже мотоциклах, каждый день сталкиваются с невидимым врагом — сопротивлением воздуха. Проще говоря, когда тело движется, воздух вокруг него создает сопротивление в направлении, противоположном движению. Для транспортных средств сопротивление воздуха влияет на комфорт пассажиров, расход топлива, устойчивость и многие другие факторы производительности.

Сопротивление воздуха

Измерение сопротивления воздуха

Источник: TheOtherJesse, Wikimedia CommonsНиже приведено уравнение сопротивления, которое представляет силу сопротивления, испытываемую телом из-за движения в воздухе (или любой другой жидкости). Он состоит из плотности жидкости (которую мы не можем изменить), контрольной площади (площадь лобовой части в случае автомобилей или мотоциклов), коэффициента лобового сопротивления (определяемого формой тела) и скорости потока ( относительно объекта)

Уравнение показывает, что единственные параметры, которые дизайнер может изменить, – это опорная площадь объекта и коэффициент сопротивления. Для автомобилей и многих других объектов эталонной площадью является проекция передней части транспортного средства.

Коэффициент аэродинамического сопротивления варьируется от 0 в сторону увеличения, а более низкий коэффициент аэродинамического сопротивления указывает на то, что транспортное средство будет менее аэродинамическим, что снижает коэффициент аэродинамического сопротивления и улучшает характеристики транспортного средства в отношении скорости и топливной экономичности. Это два значения, на которых необходимо сосредоточиться, чтобы уменьшить аэродинамическое сопротивление автомобиля.

---

Генеральный директор SimScale Дэвид Хейни тестирует возможности облачного моделирования для решения инженерной задачи. Заполните форму и посмотрите бесплатную запись вебинара, чтобы узнать больше!

---

Расчет сопротивления воздуха

Эволюция конструкции обтекаемых транспортных средств Геометрия автомобиля по отношению к сопротивлению воздуха (Источник: Эшаан, 1992, из Wikimedia Commons)

Несколько десятилетий назад, когда никто не изучал аэродинамику транспортных средств, их конструкции, как правило, были довольно «квадратными» с угловатыми формами. С тех пор многое изменилось: производители автомобилей постоянно улучшают аэродинамику, стремясь сделать каждую новую модель более плавной и «скользкой», чем предыдущая, позволяя воздуху легко обтекать ее с наименьшим возможным сопротивлением.

Современные методы проектирования автомобилей, которые помогают уменьшить сопротивление воздуха, включают в себя, помимо сглаживания общей формы автомобиля, углубление дворников и дверных ручек, обтекаемость наружных зеркал, устранение выступающих желобов по краям крыши и многое другое — все это помогает уменьшить сопротивление и предотвратить потерю эффективности.

Аэродинамические трубы и аэродинамическое сопротивление

Использование аэродинамических труб в конструкции транспортных средств

Однако это относительно недавние разработки. До 19В 80-х годах обтекаемая конструкция транспортных средств была ограничена гонками и спортивными автомобилями высокого класса, пока не были введены испытания в аэродинамической трубе, которые вывели на рынок потребительские автомобили с оптимизированной аэродинамикой. Вскоре аэродинамические трубы стали одним из важнейших инструментов улучшения аэродинамики транспортных средств.

В аэродинамической трубе прототип автомобиля фиксируется на месте, когда к нему направляется поток воздуха, чтобы имитировать воздушный поток, с которым транспортное средство столкнулось бы при движении по реальной дороге. Затем измеряется величина создаваемого сопротивления, чтобы оценить коэффициент сопротивления и оценить общие аэродинамические характеристики транспортного средства.

Улучшение аэродинамического сопротивления

Улучшение аэродинамики конструкции автомобиля с помощью моделирования Анализ аэродинамики автомобиля Perrinn F1 с помощью SimScale

Физические аэродинамические трубы были отраслевым стандартом для производителей и проектировщиков автомобилей до введения моделирования потока жидкости с помощью виртуальных аэродинамических труб . Помимо высоких затрат на первоначальную настройку, физические испытания в аэродинамической трубе отнимают много времени и могут значительно увеличить цикл проектирования продукта. С другой стороны, инструменты вычислительной гидродинамики (CFD) значительно более эффективны и значительно сокращают затраты на проектирование и время, позволяя инженерам тестировать свои конструкции в гораздо большем разнообразии условий эксплуатации.

Чтобы проиллюстрировать применение испытаний в виртуальной аэродинамической трубе при внешнем аэродинамическом анализе транспортных средств, мы выбрали несколько проектов моделирования из публичной библиотеки проектов SimScale. Наши инженеры-симуляторы вместе с нашим активным сообществом пользователей выполнили многочисленные симуляции аэродинамики транспортных средств, включая грузовики, спортивные автомобили, футуристические автомобили, автомобили F1, FSAE, гоночные автомобили LMP1, а также самолеты, гоночный бобслей и другие разные проекты. .

В автомобильной промышленности наиболее целенаправленное применение оптимизации аэродинамики автомобиля можно найти в Формуле 1. С конца 60-х годов инженеры Формулы 1 работали над аэродинамикой своих автомобилей с двойной целью: минимизировать аэродинамическое сопротивление и максимизировать прижимная сила. Для достижения обеих целей инженеры создали множество различных и экстравагантных решений. Например, конструкция Brabham BT46B, которая создавала высокий уровень прижимной силы с помощью вентилятора, не только усиливала охлаждение, но и вытягивала воздух из-под автомобиля.

Сопротивление воздуха

Заключение

Сведение к минимуму сопротивления воздуха и оптимизация аэродинамических характеристик остается одной из основных задач конструкторов в автомобильной промышленности. Это больше не является исключительной прерогативой инженеров гоночных автомобилей и оказывает реально ощутимое влияние на различные аспекты характеристик автомобилей потребительского класса, включая расход топлива, комфорт пассажиров и многое другое. Однако нельзя отрицать, что появление инструментов виртуального прототипирования и моделирования сделало решение этой проблемы намного проще, чем раньше.