31Мар

Коэффициент сопротивления воздуха автомобилей таблица: Коэффициент аэродинамического сопротивления автомобилей таблица

Содержание

Коэффициент аэродинамического сопротивления автомобилей таблица

Аэродинамическое сопротивление автомобиля

В процессе проектирования и создания конструкторами очень тщательно прорабатывается аэродинамика автомобиля, поскольку она оказывает значительное влияние на технические показатели модели.

При движении автомобиля большая часть мощности силовой установки уходит на преодоление сопротивления, создаваемого воздухом. И правильно созданная аэродинамика автомобиля позволяет уменьшить это сопротивление, а значит на борьбу с противодействием находящего воздушного потока потребуется затратить меньше мощности, и соответственно – топлива.

Измерение аэродинамики автомобиля проводится для изучения сил, создаваемых воздушным потоком и воздействующих на транспортное средство. И таких сил несколько – подъемные и боковые, а также лобовое сопротивление.

Лобовое сопротивление и коэффициент Сх

По большей части все работы с кузовом авто направлены на преодоление лобового сопротивления, поскольку именно эта сила самая значительная.

Движение потоков воздуха

За основу при расчетах берется сила сопротивления воздуха. Для вычисления результата используются такие данные как плотность воздуха, площадь поперечной проекции авто, коэффициент аэродинамического сопротивления (Сх) — это важнейший показатель в аэродинамике автомобиля. При этом на силу сопротивления в значительной мере влияет также скорость движения. Так, увеличение скорости вдвое будет сопровождаться повышением сопротивлением в 4 раза. Скорость один из мощных факторов увеличения расхода.

Например, для хорошо обтекаемого авто с площадью проекции 2 м 2 и коэффициентом 0,3 при движении на скорости 60 км/ч для преодоления сопротивления воздуха необходимо 2,4 л.с., а при скорости 120 км/ч уже 19,1 л.с. Разница расхода топлива при таких условиях достигает 30% на 100 км.

Если вам, в данный момент, требуется максимальная экономия топлива, необходимо придерживаться постоянной скорости около 60 км/ч. В этом режиме движения расход будет минимальным даже у авто с большим Cx.

Рассмотрим все по-простому. У воздуха есть своя плотность, причем немалая. При движении автомобилю приходится проходить через имеющиеся воздушные массы, при этом создается поток, который обтекает кузов. И чем легче авто будет «резать» воздушную массу, тем меньше он затратит на это энергии.

Но не все так просто. Во время движения перед авто создается область увеличенного давления (машина сжимает воздушную массу), то есть спереди образуется такой себе невидимый барьер, осложняющий «разрезание» воздушной массы.

Также после обтекания кузова происходит отрыв воздушного потока от поверхности, что становиться причиной появления завихрений и разрежения за авто. В сочетании с повышенным давлением возникающее разрежение еще больше увеличивает сопротивление.

Поскольку повлиять на плотность воздуха невозможно, то конструкторам остается только вносить коррективы в две другие расчетные составляющие – площадь авто и коэффициент аэродинамического сопротивления.

Но уменьшить проекцию авто не представляется особо возможным без ущерба для полезных пространств кузова (просто невозможно сделать авто меньше, чем он есть), поэтому остается только изменение коэффициента Сх.

Этот коэффициент устанавливается экспериментальным путем (в аэродинамической трубе) и характеризует он соотношение лобового сопротивления к скоростному напору и площади поперечного сечения кузова. Величина его безразмерная.

Наименьший коэффициент аэродинамического сопротивления имеет каплевидное тело. При движении в воздушной массе такое тело плавно перед собой разводит поток, не создавая области повышенного давления, а имеющийся «хвост» позволяет за собой сомкнуть поток без обрывов и завихрений, то есть разрежение тоже отсутствует. Получается, что воздух просто обтекает тело, создавая минимальное сопротивление. Для такого тела коэффициент Сх составляет всего 0,05.

Конструкторам, работая с аэродинамикой автомобиля добиться, таких показателей пока не удается. И все потому, что при движении сопротивление создается несколькими факторами:

  • Формой кузова;
  • Трением потока о поверхности при обтекании;
  • Попаданием потока в подкапотное пространство и салон.

Поэтому для современных авто коэффициент аэродинамического сопротивления считается отличным, если его значение ниже 0,3. К примеру, у Peugeot 308 коэффициент составляет 0,29, у Audi A2 он равен 0,25, а у Toyota Prius – 0,26. Но стоит отметить, что это расчетные показатели в идеальных условиях. На практике же во время движения на авто воздействуют множество разнообразных факторов, которые негативным образом сказываются на сопротивлении кузова.

Примечательно, что на коэффициент оказывает наибольшее влияние не передок авто, а его задняя часть. И виной этому становится создание разрежения и завихрений в результате отрыва потока от кузова. Поэтому конструкторы по большей части занимаются приданием необходимой формы именно задней части.

Коэффициент сопротивления Volkswagen XL1 составляет всего 0,19

Снизить коэффициент Сх позволяет также уменьшение количества выступающих частей, причем везде на авто (бока, крыша, днище, передок), а тем элементам, которые не удается убрать с поверхности придается максимально возможная обтекаемая форма.

Подъемная и прижимная сила

В результате неравномерного обтекания потоком воздуха автомобиля с разных сторон возникает разница в скорости его движения.

Действующие подъемная и прижимная силы

Автомобиль движется и рассекает поток воздуха, при этом часть этого потока уходит под авто и проходит под днищем, то есть движется практически по прямой. А вот верхней части потока приходится повторять форму кузова, и ей приходится проходить большее расстояние. Из-за этого возникает разница в скорости воздуха – верхняя часть движется быстрее нижней, проходящей под авто. А поскольку увеличение скорости сопровождается снижением давления, то под днищем образуется зона повышенного давления, которая приподнимает машину.

Проблем добавляет и лобовое сопротивление. Область повышенного давления воздушной массы перед машиной прижимает передок к дороге, в то время как разрежение и завихрения позади наоборот – способствуют приподнятию кузова. Подъемная сила, как и лобовое сопротивление, возрастает при увеличении скорости движения.

Но эта сила может оказывать и положительное действие. При внесении корректив в конструкцию авто возможно преобразование подъемной силы в прижимную, которая будет обеспечивать лучшее сцепление с дорогой, устойчивость авто, его управляемость на высоких скоростях.

При этом для получения прижимной силы не требуется каких-либо отдельных решений. Все разработки, направленные на снижение коэффициента Сх также сказываются и на прижиме. К примеру, оптимизация формы задней части приводит к уменьшению завихрений и разрежения, из-за чего подъемная сила тоже снижается, а прижимная — повышается. Установка заднего спойлера действует таким же образом.

Уменьшение завихрений при установке спойлера

Боковые же силы при установлении аэродинамики автомобиля, особо в расчет не берутся, в силу того, что они не постоянны, а также значительного влияния на показатели авто не оказывают.

Но это все теория аэродинамики автомобиля. На практике все можно пояснить одним предложением — чем хуже аэродинамика, тем выше расход топлива.

Что ещё влияет на аэродинамику?

Конечно, конструкторы стараются по максимуму снизить сопротивление авто при движении и повысить прижимную силу. Но особенности эксплуатации авто и свой взгляд автовладельцев на внешние особенности машины вносят свои коррективы, причем в некоторых случаях – значительны.

Аэродинамическое сопротивление разных автомобилей в зависимости от скорости

К примеру, установка багажника на крышу, даже с аэродинамической формой увеличивает поперечную проекцию авто и сильно влияет на обтекаемость, это сразу сказывается на потреблении топлива.

Также расход повышается от езды с открытыми окнами и люком, использование защитных и декоративных обвесов, перевозка негабаритных грузов, выступающих за авто, нарушение положения конструктивных элементов, расположенных под днищем, повышение клиренса.

Но автовладелец также может и внести коррективы, которые положительно повлияют на аэродинамику автомобиля. К ним относится использование аэродинамических обвесов, установка спойлера, уменьшение клиренса.

Сопротивление воздуха

На расход топлива, в особенности при больших скоростях движения, значительное влияние оказывает сопротивление воздуха (аэродинамическое сопротивление), сила аэродинамического сопротивления пропорциональна квадрату скорости и рассчитывается по формуле

где S – площадь фронтальной проекции автомобиля, м 2 ; v – скорость движения автомобиля относительно воздуха, м/с; ρ – плотность воздуха, кг/м 3 ; cх – коэффициент аэродинамического сопротивления.

Аэродинамическое сопротивление не зависит от массы автомобиля [2]. Площадь фронтальной проекции автомобиля определяется формой кузова и требованиям по обеспечению комфортного расположения водителя и пассажиров на сиденьях. Например, автомобиль большого класса может быть ниже, чем малого, так как сиденья у него зачастую располагаются ниже. У автомобиля малого класса из-за его небольшой массы и длины сиденья расположены выше над полом, и поэтому расстояние между передними и задними сиденьями меньше. Более прямое расположение водителя и пассажиров в автомобиле малого класса требует его большей высоты, но меньшей длины. Площади фронтальных проекций обоих автомобилей при этом почти одинаковы, но низкий и длинный кузов автомобиля большого класса аэродинамически более выгоден.

Мощность двигателя, необходимая для преодоления аэродинамического сопротивления, пропорциональна, следовательно, кубу скорости:

где v — относительная скорость движения автомобиля, км/ч.

Коэффициент аэродинамического сопротивления, как видно из таблицы, представленной ниже, изменяется в широком диапазоне в зависимости от формы кузова автомобиля.

Аэродинамическое сопротивление различных автомобилей
Кузов автомобиляКоэффициент сопротивления воздуха cxМощность, необходимая для преодоления аэродинамического сопротивления (кВт), при площади фронтальной проекции 2 м 2 и скорости
40 км/ч80 км/ч120 км/ч
Открытый четырёхместный0,7 – 0,91,18 – 1,479,6 – 11,831,0 – 40,5
Закрытый, с наличием углов и граней0,6 – 0,70,96 – 1,188,0 – 9,626,4 – 30,8
Закрытый, с закруглением углов и граней0,5 – 0,60,80 – 0,966,6 – 8,022,0 – 26,4
Закрытый понтонообразный0,4 – 0,50,66 – 0,805,2 – 6,617,6 – 22,0
Закрытый, хорошо обтекаемый0,3 – 0,40,52 – 0,663,7 – 5,213,2 – 17,6
Закрытый, аэродинамически совершенный0,20 – 0,250,33 – 0,442,6 – 3,39,8 – 11,0
Грузовой автомобиль0,8 – 1,5
Автобус0,6 – 0,7
Автобус с хорошо обтекаемым кузовом0,3 – 0,4
Мотоцикл0,6 – 0,7

Коэффициент аэродинамического сопротивления устанавливается продувкой автомобиля или его макета в аэродинамической трубе или приближенно в ходе эксплуатационных испытаний. При испытаниях в аэродинамической трубе на макетах получаются менее точные значения, чем при тех же испытаниях на реальных автомобилях. Это вызвано тем, что на изменение сопротивления воздуха оказывают влияние неточности изготовления некоторых узлов и деталей автомобиля: ручек дверей, днища кузова, бамперов, зеркал заднего вида и т. д. Кроме того, значительное влияние на величину сх оказывает воздух, проходящий в кузов для охлаждения и вентиляции.

При больших скоростях движения автомобиля аэродинамическое сопротивление является преобладающим.

На рисунке ниже показано изменение мощностей, необходимых для преодоления сопротивления качению Nf и аэродинамического сопротивления Nv в зависимости от скорости v для автомобиля среднего класса. При скорости 60 км/ч мощности, необходимые для преодоления сопротивления качению и сопротивления воздуха, равны, что характерно для данного вида автомобилей. По сумме потребляемых мощностей можно убедиться в важности сопротивления воздуха. При скорости 80 км/ч мощность, затрачиваемая на его преодоление, в 4 раза больше, чем при скорости 40 км/ч, а при скорости выше, чем 120 км/ч, общая мощность, необходимая для движения, растет почти пропорционально кубу скорости автомобиля.

Мощность, затрачиваемая на преодоление сопротивлений движению
Масса автомобиля 1350 кг, площадь фронтальной проекции S автомобиля 2 м 2 ; коэффициент сопротивления качению f равен 0,015; коэффициент аэродинамического сопротивления сх равен 0,456.

При определении мощности двигателя, необходимой для достижения максимальной скорости, большей той, которую обеспечивает номинальная мощность установленного на автомобиле двигателя, можно использовать без значительной ошибки следующее соотношение:

где N2 – требуемая мощность, кВт; N1 – достигнутая максимальная мощность, кВт; v2 – требуемая скорость, км/ч; v1 – достигнутая максимальная скорость, км/ч.

Через точку X – максимальная мощность N1 при максимальной скорости v1 – проведена кривая зависимости мощности от куба скорости. Разница между этой кривой и линией мощности, требуемой для движения при максимальной скорости, незначительна.

Показанная сумма мощностей сопротивления качению Nf и аэродинамического сопротивления Nv представляет собой мощность сопротивления равномерному движению автомобиля по горизонтальному участку дороги при безветрии.

Читайте также

Вариатор – автоматическая трансмиссия, способная плавно изменять передаточное отношение в некотором диапазоне регулирования.

Статья рассказывает о том, когда был создан первый электромобиль. Освещает особенности развития конструкции ранних электромобилей. Также рассматриваются преимущества и недостатки, приведшие к их упадку.

Сноски

  1. ↺ Мацкерле Ю. Современный экономичный автомобиль/Пер. с чешск. В. Б. Иванова; Под ред. А. Р. Бенедиктова. — М.: Машиностроение, 1987. — 320 с.: ил.//Стр. 110 — 114 (книга есть в библиотеке сайта). – Прим. icarbio.ru

Комментарии

спасибо автору. все довольно просто рассказано:)

Понимаю, почему сопротивление имеет квадратичную зависимость от скорости, но никак не пойму, почему «мощность двигателя, необходимая для преодоления аэродинамического сопротивления, пропорциональна кубу скорости»?

График сопротивления неправильный. Сумма сопротивлений всегда будет больше сопротивления воздуха — параболы не будут пересекаться!

Все отлично только добавить про турбулентные и ламинарные потоки.

Аэродинамика автомобиля

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.

Передняя 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.

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

При 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.

Для 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.

Коэффициент лобового сопротивления автомобилей таблица

Главная » Разное » Коэффициент лобового сопротивления автомобилей таблица

Аэродинамика: Топ-7 худших и лучших машин в мире

10.08.2016 | 167946 просмотров

Нет в мире автопроизводителя, который бы не находился в непрерывном поиске новых аэродинамических решений. От обтекаемости машины напрямую зависят и скоростные показатели, и расход топлива (или электроэнергии), и устойчивость на дороге, а значит, и безопасность. Маленькие прорывы в этой области случаются буквально каждый год. Главным показателем аэродинамических свойств автомобиля считается коэффициент лобового сопротивления — Cx. Цифры, которые демонстрируют свежие новинки, еще 10 лет назад казались недостижимыми для обычных, массовых машин.

Мы выбрали лучшие и худшие модели с точки зрения аэродинамики. В нашу подборку вошли только серийные легковые автомобили современности. То есть те, которые выпускаются сейчас либо выпускались в последние 15 лет и до сих пор встречаются на дорогах.

Для тех, кто хочет разобраться в вопросах аэродинамики подробнее, ниже мы приводим небольшой «ликбез», объясняющий, как рассчитывают аэродинамические коэффициенты и какие еще показатели, кроме Сх, имеют значение.

Аэродинамика для чайников

Что такое коэффициент аэродинамического сопротивления Сх? Если выражаться предельно упрощенно, этот показатель демонстрирует, насколько автомобиль легче «прорезает» воздух по сравнению с условным цилиндром, площадь поперечного сечения которого равна максимальной площади сечения автомобиля. Еще это называют площадью фронтальной проекции машины, или коротко — мидель. У условного цилиндра Cx равен единице (в реальности точная цифра будет зависеть от длины цилиндра, но для простоты объяснения мы сейчас от этого абстрагируемся).

Cx показывает лобовое сопротивление — то есть по продольной оси «Х». Соответственно, есть еще Cy и Cz, но в случае с автомобилем они играют гораздо меньшую роль.

Как от формы тела меняется Сх? Все дело в создаваемых завихрениях. Если вместо цилиндра взять плоский щит такого же диаметра, то его сопротивление воздуху будет на 17-20% больше, чем у цилиндра (Cx щита = 1,17-1,2) за счет завихрений позади щита. Там создается зона разреженного воздуха, и она сама по себе как бы «тянет» щит назад. То же самое происходит и с автомобилем.

Одна из лучших форм с точки зрения аэродинамики — капля. У нее Сх будет равен лишь 0,04. То есть капля на 96% более обтекаема, чем цилиндр при равенстве диаметров. Это получается потому, что сзади у капли — длинный сужающийся хвост, а спереди — округлый «обтекатель». Они обеспечивают минимум завихрений. Создатели первых аэродинамичных автомобилей середины прошлого века экспериментировали именно с каплевидными формами кузова (вспомните, какой «хвост» у «Победы»).

У современных легковых автомобилей Сх чаще всего составляет около 0,3. Это означает, что автомобиль на 70% эффективнее с точки зрения аэродинамики, чем цилиндр.

Реальная сила, с которой воздух сопротивляется движению автомобиля, зависит, разумеется, от скорости. Причем с ростом скорости аэродинамическое сопротивление возрастает квадратично. Это влияет в первую очередь на расход топлива — и чем выше скорость, тем больше влияет. Само собой, и максимальная скорость тоже ограничена не только мощностью мотора, но и аэродинамическими особенностями автомобиля.

Создатели автомобилей, кроме обтекаемости машины в продольном направлении, также заботятся об обтекаемости сбоку и о подъемной силе, действующей на автомобиль.

Подъемная сила — это вторая по значимости проблема в аэродинамике автомобилей помимо лобового сопротивления воздуха. Дело в том, что абсолютно любой автомобиль по своим формам похож на профиль крыла самолета: снизу плоский, а сверху — выпуклый. Это означает, что воздух, протекающий над автомобилем, совершает более длинный путь, чем воздух снизу. И скорость потока снизу выше, чем сверху. Из-за этого над машиной появляется зона разреженного воздуха, а под ней, напротив, зона повышенного давления. Чем выше скорость, тем сильнее воздух снизу приподнимает автомобиль.

Разного рода аэродинамические элементы вроде антикрыльев, спойлеров, сплиттеров, диффузоров и накладок на днище призваны создать прижимную силу. В случае с гоночными болидами удается этого достичь в полной мере: чем выше скорость, тем сильнее прижимается машина к земле. Это увеличивает сцепление колес с дорогой и делает автомобиль более стабильным на высоких скоростях.

Тут еще надо упомянуть о таком явлении, как граунд-эффект — за счет особой формы днища и применения аэродинамических «юбок» вдоль бортов конструкторы гоночных машин научились в свое время создавать под машиной зону разреженного воздуха, за счет чего автомобиль «липнет» к дороге. Этим прежде пользовались конструкторы Формулы 1, однако в 80-е годы граунд-эффект в Королевских гонках был запрещен. С тех пор у всех болидов одинаковое ровное днище.

В случае с гражданскими автомобилями о создании прижимной силы говорить не совсем корректно. За счет аэродинамических ухищрений удается добиться снижения подъемной силы, но все равно машины на высоких скоростях немного «взлетают», колеса разгружаются и стабильность падает.

Подъемная сила и сила лобового сопротивления это еще не все. Важное значение имеют момент крена и поворачивающий момент (измеряются при повороте автомобиля под углом к воздушному потоку). Эти показатели отражают склонность машины реагировать на боковые порывы ветра. Чем меньше эти цифры, тем лучше машина держит скоростную прямую и меньше отклоняется от траектории, например, при проезде встречной фуры.

Еще один важный показатель — опрокидывающий момент. Положительные значения этих сил говорят о том, что с ростом скорости передние колеса разгружаются, а задние — нагружаются; отрицательные — наоборот. В идеале — должен быть близок к нулю.

Все эти показатели измеряются «вживую» путем продувки автомобилей и макетов в аэродинамической трубе на разных скоростях воздушного потока и измерения реальных сил, действующих на кузов.

Аэродинамическая труба, позволяющая продувать полномасштабные макеты машин и реальные автомобили — это очень большое и сложное сооружение. Скажем, труба на «АвтоВАЗе» имеет длину 67,5 м, а ширину — 29 м. Воздух в ней проходит путь в 150 метров. Поток создается вентилятором, диаметр которого 7,4 м. Максимальная скорость воздушного потока в трубе — 216 км/ч.

Рейтинг худших автомобилей по части аэродинамики

Автомобилей с ужасной аэродинамикой в мире немало, но по понятным причинам многие производители не раскрывают официальные цифры аэродинамических показателей. Более того — у множества моделей они вообще никогда не измерялись ни производителем, ни независимыми исследователями. Мы выбрали семерку наиболее показательных машин, по которым данные известны и достоверны.

7. Lada 4×4 / ВАЗ-21213 «Нива»

Коэффициент Сх = 0,536

В том, что классическая «Нива» не умеет ездить быстро, вина не только слабого 81-сильного мотора, но и, конечно, аэродинамики. «Максималка» у этого автомобиля — всего лишь 137 км/ч. Впрочем, для машины родом из 70-х годов прошлого века это не так плохо. Владельцы «Лады 4х4» могут утешать себя тем, что Гелендваген, являющийся практически ровесником тольяттинского внедорожника, по обтекаемости еще хуже.

6. Mercedes-Benz G-класса

Коэффициент Сх = 0,54

Те, кто говорит, что у Гелендвагена аэродинамика кирпича, все-таки сильно сгущают краски. У тела кубической формы Сх равен 1,05, а у Мерседеса G-класса этот показатель вдвое меньше. Гелендваген очень сильно страдает от своей аэродинамики: какой бы мощный мотор ни ставили на эту модель, ее «максималка» оставляет желать лучшего. Даже безумная версия G 65 AMG, развивающая 630 л.с., способна набирать всего лишь 230 км/ч.

5. Вазовская «классика»

Коэффициент Сх = 0,56-0,53

В зависимости от модели аэродинамика тольяттинских автомобилей классического семейства немного различается. Наши коллеги из «Авторевю» в 2000 году продули «семерку» и получили результат 0,546. Хуже всего дела у «копейки» — аж 0,56. Такие данные приводит учебник «Автомобили и тракторы. Основы эргономики и дизайна», изданный МАМИ в 2002 году. «Шестерка», по тем же данным, имеет коэффициент 0,54. А лучше всех себя показал универсал 2104 — 0,53.

4. Hummer h4

Коэффициент Сх = 0,57

Многие и не догадываются, что Hummer на трассе с трудом может угнаться за современной малолитражкой, включая Lada Granta. Американский внедорожник не способен ехать быстрее 160 км/ч, в то время как тольяттинской модели покоряется скорость в 183 км/ч. Понятно, что Hummer более чем вдвое тяжелее, но так и мотор у него какой! Выпускавшийся с 2002 по 2009 годы внедорожник имеет под капотом могучий V8 рабочим объемом 6,2 л (393 л.с.), но при Cx = 0,57 он просто не способен нормально «продираться» сквозь толщу воздуха.

3. Jeep Wrangler (поколение TJ)

Коэффициент Сх = 0,58

Автомобиль, который произошел от армейского «Виллиса» образца 1941 (!) года, принципиально чужд высоким скоростям. Конечно, современная машина не имеет общих кузовных панелей с Джипом времен Второй мировой войны: Wrangler гораздо крупнее и имеет более обтекаемые формы. Но это не сильно помогает. Хуже всего дела обстоят у двухдверной модификации с открытым верхом (Сх = 0,58). А лучше всего, как можно догадаться, у длиннобазной пятидверки с жесткой крышей — Jeep Wrangler Unlimited. Эта версия имеет Cx, равный 0,495.

2. УАЗ «Хантер» / УАЗ-469

Коэффициент Сх = 0,6

Выпускающийся сейчас «Хантер» мало отличается от УАЗа-469 образца 1972 года, и потому не мог не попасть в наш антирейтинг. Данные по УАЗу-469 приводит вышеупомянутый учебник МАМИ. Доверять этим сведениям вполне можно: первый в списке авторов — профессор Игорь Степанов, много лет занимающийся именно аэродинамикой, а также Анатолий Карунин — в прошлом заведующий кафедрой «Автомобили», а ныне ректор МГТУ «МАМИ».

1. Caterham Seven

Коэффициент Сх = 0,7

Как ни странно, у этого спорткара дела с аэродинамикой обстоят гораздо хуже, чем у угловатых внедорожников. Дело в том, что перед нами фактически разработка 50-х годов — Lotus Seven. Но самое интересное, что ужасная аэродинамика ничуть не мешает этой модели отлично проявлять себя на треке: дело в том, что сухой вес Caterham — лишь 575 кг. Поэтому при мощности в 260 л.с. (с «топовым» мотором) эта модель может набирать 250 км/ч. Ну а разгон до 100 км/ч и вовсе суперкаровский — 3,1 секунды.

Рейтинг лучших автомобилей по части аэродинамики

Борьба за улучшение аэродинамики машин сейчас обострилась как никогда: многие автопроизводители идут буквально «колесо в колесо». Поэтому на некоторых строчках нашего рейтинга расположились не одна и не две, а сразу несколько моделей (и в некоторых случаях это еще не полный список!). По каждой из моделей приведены данные той модификации, которая является лучшей по значению Сх.

Места с седьмого по пятое делят сразу два десятка машин, так что отдельно комментировать каждую из них мы не будем. Ну а начиная с четвертого места — то есть с Cx = 0,23 — остановимся на каждой модели.

7. 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

Коэффициент Сх = 0,26

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

Коэффициент Сх = 0,25

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

Коэффициент Сх = 0,24

4. Audi A4, Mercedes CLA, Mercedes S 300 h

Коэффициент Сх = 0,23

Сразу оговоримся: у Audi такие чудеса аэродинамики демонстрирует только одна модификация — Audi A4 2.0 TDI ultra (190 л.с.), которая имеет специальные щитки, экранирующие днище, а также активные жалюзи в решетке радиатора. А вот у остальных модификаций А4 аэродинамика не столь выдающаяся: Сх = 0,26-0,27. За счет удачной обтекаемости автомобиль с аэродинамическими щитками потребляет за городом (то есть на сравнительно высоких скоростях) всего лишь 3,4-3,5 л солярки на 100 км. В смешанном цикле — 3,9-4 л.

У «Мерседеса» тоже не все модификации CLA демонстрируют Сх, равный 0,23, а только версии BlueEfficiency. Может показаться странным, что самые худшие цифры — у мощных спортивных версий. Скажем, CLA 250 4Matic имеет Cx = 0,29, а версия AMG 45 — и вовсе 0,30. Но удивляться не следует: при доводке аэродинамики этих машин инженерам надо было особо позаботиться о снижении подъемной силы на предельных скоростях, и обтекаемость отчасти принесена в жертву.

В случае с S-классом лишь самая младшая версия S 300 h демонстрирует отличные показатели. А вот у «шестисотого» Сх = 0,28.

3. Tesla Model 3

Коэффициент Сх = 0,21

Новый электромобиль, который Tesla представила этой весной, а запустит в производство на будущий год, отличается феноменальной аэродинамикой. Да, он все же уступил двум моделям в нашем рейтинге, но каким! Те, что заняли первые два места, представляют собой миниатюрные экспериментальные машины, не особо подходящие для нормальной эксплуатации и задуманные как мелкосерийные. «Тесле» же удалось сделать кузов гольф-класса — вполне практичный и при этом сверхобтекаемый. И эта модель рассчитана на массовое производство. За первую неделю приема предзаказов эта машина нашла более 300 тысяч покупателей.

2. General Motors EV1

Коэффициент Сх = 0,195

Эту модель, выпускавшуюся с 1996 по 1999 год, называют первой серийной разработкой современного автопрома, которая изначально создавалась именно как электромобиль. И, кстати, это единственный случай в истории, когда GM выпустил автомобиль под собственным именем, а не под одной из марок своих подразделений. Двухместное купе EV1 имело запас хода до 160 км, что сравнимо с современными электромобилями вроде Nissan Leaf. Автомобиль опередил свое время и по-настоящему массовым не стал: тираж составил 1117 штук.

Много лет именно эта машина удерживала титул самой аэродинамичной модели в мире, пока в 2013 году не был представлен…

1. Volkswagen XL1

Коэффициент Сх = 0,189

Футуристическая капсула с полностью закрытыми задними колесами выглядит как пришелец из будущего. В движение XL1 приводит гибридная силовая установка с дизельным мотором, которая, по задумке создателей, должна тратить всего 1 л топлива на 100 км пути. Добиться таких впечатляющих показателей удалось во многом благодаря уникальной аэродинамике.

Volkswagen XL1 продается на Западе с середины 2014 года по цене €111 000. Тем, кто хочет купить эту модель, надо поторопиться: тираж ограничен 250 экземплярами.

15 машин с наилучшей аэродинамикой

16 мая 2017 года 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, Сx показывает, 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!

15 машин с наилучшей аэродинамикой

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.

15 машин с наилучшей аэродинамикой15 машин с наилучшей аэродинамикойОшибка в тексте? Выделите её мышкой! И нажмите: Ctrl + Enter

Коэффициент обтекаемости автомобиля

Коэффициент обтекаемости (аэродинамического сопротивления) — коэффициент, характеризующий способность автомобиля преодолевать аэродинамическое сопротивление воздуха. Для современных автомобилей коэффициент аэродинамического сопротивления Сх=0,3 и ниже. Суперкары имеют несколько большие цифры Сх ввиду наличия дополнительных аэродинамических элементов (антикрыльев, спойлеров и т.д.), которые, придавая автомобилю дополнительную прижимную силу, увеличивают и аэродинамическое сопротивление.

Коэффициент аэродинамического сопротивления Cx таблица

 

Марка автомобиля

Cx

1Alfa Romeo 1640,30
2Alfa Romeo 33 1.50,36
3Alfa Romeo 33 1.5 4×4 Estate0,36
4Alfa Romeo 33 Green Cloverleaf0,36
5Alfa Romeo 75 2.0 Twin Spark0,36
6Alfa Romeo 75 2.5 Automatic0,36
7Alfa Romeo 75 2.5 Cloverleaf0,36
8Alfa Romeo 75 2.5 Green Cloverleaf0,36
9Alfa Romeo 90 2.5 Gold Cloverleaf0,38
10Alfa Romeo Arna 1.3 SL0,38
11Alfa Romeo Brera V6 20070,34
12Aston Martin DB7 19960,34
13Aston Martin DB7 Vantage 19990,34
14Aston Martin DBS 20070,36
15Aston Martin Vantage S 20120,34
16Aston Martin Virage 20120,34
17Audi 200 Avant Quattro C30,35
18Audi 200 Quattro C30,33
19Audi R8 V10 20080,36
20Audi R8 V8 20070,34
21Audi RS3 Sportback 20100,36
22Audi RS5 20120,33
23Audi S4 B8 20120,28
24Audi S7 20120,30
25Audi TT Coupe 1.8T (mk1) 2000 0,32
26Audi TT Coupe Quattro 3.2 (mk2) 2006 0,30
27Austin Metro Mayfair 1.30,38
28Austin Montego 1.6 HL0,37
29Austin Montego 1.6L Estate0,37
30Austin Montego 2.0 Mayfair Automatic0,37
31Austin Rover Metro 6R40,48
32Bentley Continental Flying Spur Speed 20110,31
33Bentley Continental GT 20120,32
34Bentley Continental GT Speed 20080,33
35Bentley Continental T 19970,37
36Bentley Mulsanne 20110,35
37BMW 323i SE E460,29
38BMW 325i E30 4-door0,38
39BMW 518i E280,39
40BMW 530i SE E340,31
41BMW 650i F12 20110,31
42BMW 650I Gran Coupe 20120,29
43BMW 735i E320,32
44BMW 850 CSI 19940,31
45BMW M3 E30 19890,33
46BMW M3 E46 20010,32
47BMW M3 E90 20070,31
48BMW M3 E92 20110,31
49BMW M5 F10 20120,33
50BMW M6 (mk2) 20050,32
51BMW X5 M 20120,38
52BMW Z3 M Coupe 19990,38
53BMW Z3 M Roadster 20010,41
54BMW Z4 3.0 Coupe (Mk1) 2007 0,34
55BMW Z4 sDrive35i (mk2) 20110,35
56BMW Z8 2000 0,38
57Bugatti EB110 19940,30
58Bugatti Veyron 16.4 20100,36
59Cadillac Eldorado Touring Coupe 19950,36
60Caterham 7 CSR200 20080,70
61Chevrolet Camaro SS (mk4) 19980,34
62Chevrolet Camaro ZL1 (mk5) 20120,35
63Chevrolet Corvette (C6) 20040,28
64Chevrolet Corvette (C6) Z06 20060,31
65Chevrolet Corvette LS1 (C5) 19970,29
66Chevrolet Corvette Z06 (C5) 20020,31
67Chevrolet Monte Carlo SS (mk5) 19990,32
68Citroen 22 TRS0,35
69Citroen AX 1.4 GT0,31
70Citroen AX 11 TRE 3-door0,31
71Citroen AX 11 TRE 5-door0,31
72Citroen AX 14 TRS0,31
73Citroen C4 VTS 20060,28
74Citroen CX 25 GTi Turbo0,36
75Daewoo Matiz0,36
76Daihatsu Charade 1.0 Turbo0,32
77Daihatsu Charade CX 1.0TD0,32
78Daihatsu Domino0,36
79Dodge Challenger SRT8 392 20120,36
80Dodge Viper GTS (mk2) 19970,35
81Dodge Viper RT/10 (mk2) 19960,52
82Dodge Viper RT/10 (mk4) 20100,39
83Ferrari 360 Modena 19990,34
84Ferrari 365 GTB Daytona 19680,40
85Ferrari 456GT 19930,29
86Ferrari 458 Italia 20090,33
87Ferrari 512TR 19920,30
88Ferrari 550 Maranello 19970,33
89Ferrari 575M Maranello 20020,30
90Ferrari 599 GTB Fiorano 20060,34
91Ferrari California 20120,32
92Ferrari F12 Berlinetta 20120,30
93Ferrari F355 19950,33
94Ferrari F40 19910,34
95Ferrari F430 20050,34
96Ferrari F50 19960,37
97Ferrari FF 20110,35
98Fiat Croma 2.0 Turbo i.e0,32
99Fiat Croma ie Super0,32
100Fiat Croma ie Turbo0,33
101Fiat Panda 750L0,41
102Fiat Regata 100S Weekend0,37
103Fiat Regata DS Diesel0,37
104Ford Cougar 19990,31
105Ford Escort RS Turbo Mk40,36
106Ford Escort ZX2 Sport (USA) 1997 0,36
107Ford Fiesta 1.4 S Mk20,40
108Ford Fiesta 1.8 XR2i 16v Mk30,34
109Ford Fiesta ST (mk5) 20070,34
110Ford Focus ST (mk2) 20060,34
111Ford Granada 2.0i Ghia Mk30,33
112Ford Granada Scorpio 2.8i0,34
113Ford Granada Scorpio 4×4 2.8i0,34
114Ford GT 20030,35
115Ford Shelby GT500 20060,38
116Ford Sierra 1.8 GL0,34
117Ford SVT Mustang Cobra (mk4) 20030,38
118Gumpert Apollo 20050,39
119Honda Accord 2.0 EX mk30,32
120Honda Accord Aerodeck 2.0 EXi mk30,34
121Honda Accord Aerodeck EXi Auto mk30,34
122Honda Accord EXi mk30,32
123Honda Aerodeck EX mk30,34
124Honda Civic 1500 GT mk30,35
125Honda Civic Shuttle 4WD0,40
126Honda Civic SI (mk6) 19990,34
127Honda Civic SI (mk7) 20010,33
128Honda Civic Type R 20080,34
129Honda Integra 1.5 mk10,38
130Honda Integra 1.6 EX16 mk10,38
131Honda Integra Type R (mk3) 19970,32
132Honda Legend Coupe mk10,30
133Honda NSX 1998/0,32
134Honda Prelude SH (mk5) 19970,32
135Honda S20000,33
136Hyundai Pony 1.3 GL mk20,38
137Hyundai Pony 1.5 GLS mk20,30
138Infiniti FX50 20110,35
139Isuzu Piazza0,33
140Isuzu Piazza0,33
141Isuzu Piazza Turbo0,33
142Jaguar XFR 5.0 V8 20120,29
143Jaguar XJ6 3.6 Series 30,37
144Jaguar XJR-15 19950,30
145Jaguar XK8 19970,32
146Jaguar XKR (mk2) 20070,34
147Jaguar XKR 20000,32
148Jaguar XKR-S 5.0 V8 20120,34
149Jeep Grand Cherokee SRT8 20120,39
150Koenigsegg Agera 20120,33
151Lamborghini Diablo 6.0 20010,31
152Lamborghini Gallardo LP560-4 20080,35
153Lamborghini Murcielago 20020,33
154Lancia Delta 1600 GT mk10,37
155Lancia Delta HF Integrale 19930,41
156Lancia Thema 2.0 ie Turbo0,32
157Lancia Thema 2.0ie 16v SE Turbo0,32
158Lancia Thema i.e Turbo0,32
159Lancia Thema V60,32
160Lancia Y10 Touring0,31
161Lancia Y10 Turbo0,31
162Lexus IS-F 20080,30
163Lexus LFA 20120,31
164Lexus LS4000,27
165Lotus Elise (mk1) 19970,34
166Lotus Elise 111R (mk2) 20040,42
167Lotus Elise S (mk3) 20120,41
168Lotus Esprit Turbo 19970,33
169Lotus Esprit Turbo HC0,33
170Lotus Excel SA0,32
171Lotus Excel SE0,32
172Maserati Gran Turismo S Auto 20080,33
173Mazda 121 1.3 LX Sun Top0,36
174Mazda 323 1.5 GLX Saloon mk50,37
175Mazda 626 2.0i Coupe GC0,35
176Mazda MX-5 (mk1) 19980,38
177Mazda RX-7 (mk3) 19930,33
178Mazda RX-7 FD0,31
179Mazda RX-8 20050,31
180Mazda3 MPS (mk1) 20060,31
181Mazda6 MPS 20060,30
182McLaren F1 19970,31
183McLaren MP4-12C 20110,36
184Mercedes Benz 190D 2.5 Diesel0,33
185Mercedes Benz 190E 2.3-160,32
186Mercedes Benz 200 W1240,29
187Mercedes Benz 260E W1240,30
188Mercedes Benz 300 SL R1070,41
189Mercedes Benz 300E W1240,30
190Mercedes Benz E320 CDi Avantgarde Estate W2100,27
191Mercedes-Benz 190 2.5-16 19900,29
192Mercedes-Benz 300E Road Test 1985 W124 Series0,29
193Mercedes-Benz 600SL (R129) 19930,45
194Mercedes-Benz C63 AMG (W204) 20080,32
195Mercedes-Benz CL500 (С215) 20000,28
196Mercedes-Benz CL63 AMG (C216) 20070,30
197Mercedes-Benz CLK320 (C208) 19980,32
198Mercedes-Benz CLK55 AMG (C209) 20010,29
199Mercedes-Benz CLK-GTR 1998 0,45
200Mercedes-Benz S600 L 20110,28
201Mercedes-Benz SL500 (R231) 20120,29
202Mercedes-Benz SLK230 (R170) 19990,34
203Mercedes-Benz SLK32 AMG (R170) 20020,34
204Mercedes-Benz SLK320 (R170) 20010,34
205Mercedes-Benz SLK55 AMG (R172) 20110,34
206Mercedes-Benz SLS AMG 20110,36
207MG Montego 2.0 Turbo0,35
208Mini Cooper S (mk2) 20030,37
209Mini Cooper S (mk3) 20080,36
210Mitsubishi 3000GT VR-4 19940,33
211Mitsubishi Cordia 1.8 Turbo 19860,34
212Mitsubishi Eclipse GS-T (mk2) 19950,29
213Mitsubishi Eclipse GTS (mk3) 20020,35
214Mitsubishi Lancer 1.5 GLX 19860,37
215Mitsubishi Lancer EVO IX 20070,36
216Mitsubishi Lancer EVO X 20090,34
217Nissan 200SX SE-R (S14) 19950,34
218Nissan 240SX SE (S13) 19910,30
219Nissan 300ZX TURBO (Z32) 19900,31
220Nissan 350Z (Z33) 20030,29
221Nissan 370Z (Z34) 20100,30
222Nissan Bluebird 1.6 LX 19860,37
223Nissan GT-R (R35) 20090,27
224Nissan Laurel 2.4 SGL 19860,38
225Nissan Laurel 2.4 SGLi 19860,38
226Nissan Skyline GT-R V-Spec (R32) 19940,35
227Nissan Sunny 1.3 LX 19860,33
228Nissan Sunny 1.6 SLX Coupe 19860,30
229Opel Astra OPC (mk3) 20070,34
230Opel Corsa OPC (mk4) 20080,34
231Pagani Huayra 20110,31
232Panoz AIV Roadster 19970,72
233Panoz Esperante 19990,39
234Peugeot 205 1.4 GT0,35
235Peugeot 205 1.6 GTi0,34
236Peugeot 205 CTi Cabriolet0,36
237Peugeot 207 RC 20070,32
238Peugeot 305 1.9 GTX0,38
239Peugeot 309 1.3 GL0,30
240Peugeot 309 1.3 GLX0,30
241Peugeot 309 GR0,33
242Peugeot 309 GTi0,30
243Peugeot 309 SRD Diesel0,33
244Peugeot 505 GTi Family Estate0,37
245Peugeot RCZ 20110,33
246Plymouth Prowler 19990,52
247Pontiac Firebird Trans AM (mk4) 19960,34
248Porsche 911 (901) 19650,39
249Porsche 911 (964) 19890,32
250Porsche 911 (964) Turbo 19910,37
251Porsche 911 (993) Turbo 19950,34
252Porsche 911 930 Carrera SE0,39
253Porsche 911 Carrera (996) 19990,30
254Porsche 911 Carrera S (991) 20120,29
255Porsche 911 Carrera S (997) 20050,28
256Porsche 911 GT2 (996) 20020,34
257Porsche 911 GT2 RS (997) 20120,34
258Porsche 911 GT3 RS 4.0 (997) 20120,34
259Porsche 911 Turbo (996) 20010,32
260Porsche 911 Turbo (997) 20080,31
261Porsche 911 Turbo S (993) 19970,34
262Porsche 924S0,33
263Porsche 944 Turbo0,33
264Porsche 959 19900,31
265Porsche Boxster0,31
266Porsche Boxster (986) 20000,31
267Porsche Boxster S (981) 20120,31
268Porsche Boxster S (986) 20000,32
269Porsche Cayenne Turbo 20120,36
270Porsche Cayman S 20070,29
271Porsche Panamera Turbo 20090,30
272Reliant Scimitar 1800 Ti0,40
273Reliant Scimitar SS1 16000,40
274Renault 21 GTS0,31
275Renault 21 Savanna GTX0,31
276Renault 21 Ti0,31
277Renault 21 TX0,32
278Renault 25 2.2 GTX0,31
279Renault 25 V6 Turbo0,33
280Renault 5 GT Turbo0,36
281Renault 5 GTL0,35
282Renault 5 TSE0,35
283Renault 9 Turbo0,37
284Renault Alpine GTA V60,30
285Renault Clio 1.4 RT mk10,32
286Renault Clio RS (mk3) 20080,34
287Renault GTA V6 Turbo0,30
288Renault Safrane V6 RXE0,30
289Rolls-Royce Ghost 20110,33
290Rolls-Royce Phantom 20110,38
291Rover 820 Fastback0,32
292Rover 820 SE0,32
293Rover 825i0,32
294Rover 827 SLi0,32
295Rover 827 Sterling0,32
296Rover Metro 1.4 SD Diesel0,36
297Rover Sterling Automatic0,32
298Saab 900 Turbo mk10,39
299Saab 9000 Turbo 160,34
300Saab 9000 Turbo 160,34
301Saab 9000i0,34
302Saab 900i mk10,41
303Saab 9-3 (mk1) Viggen0,32
304Saleen S7 20020,32
305Seat Ibiza 1.5 GLX0,36
306Seat Malaga 1.5 GLX0,39
307Skoda Octavia RS 20070,31
308Spectre R42 19980,33
309Subaru 1.8 GTi0,35
310Subaru 1800 RX Turbo0,35
311Subaru Impreza 2.5RS (mk1) 19970,36
312Subaru Impreza WRX (mk2) 20020,34
313Subaru Impreza WRX STI (mk3) 20090,36
314Suzuki Alto GLA0,36
315Suzuki Swift 1.3 GLX 19870,36
316Suzuki Swift 1.3 GLX Executive 19870,36
317Toyota Camry 2.0 Gli 19870,35
318Toyota Camry 3.0 V6 Gxi 19920,32
319Toyota Celica 2.0 GT 19850,31
320Toyota Celica 2.0 GT ST162 mk40,31
321Toyota Celica GT Cabriolet 19870,31
322Toyota Celica GT-Four ST165 mk40,31
323Toyota Celica GT-S (mk7) 19990,34
324Toyota Corolla 1.6 Executive 19870,35
325Toyota Corolla GT Hatchback 19850,34
326Toyota GT 86 20120,27
327Toyota MR2 Mk10,34
328TOYOTA MR-SPYDER (mk3)0,31
329Toyota Starlet 1.0 GL 19850,35
330Toyota Supra 3.0i mk30,32
331Toyota Supra 3.0i Turbo mk30,32
332Toyota Supra Turbo (mk4) 19940,32
333TVR Cerbera 4.50,35
334Vauxhall Belmont 1.6 GL0,32
335Vauxhall Belmont 1.8 GLSi0,32
336Vauxhall Calibra 2.0i 16v0,26
337Vauxhall Calibra 2.0i 16v 4×40,29
338Vauxhall Nova 1.3 GL Hatchback0,36
339Vector M12 1996 0,34
340Vector W8 Twin Turbo 19910,30
341Volkswagen Golf 1.8 GL Mk20,34
342Volkswagen Jetta GT Mk 20,36
343Volkswagen Polo 1.3 GL mk20,39
344Volkswagen Polo Coupe 1.3 S mk20,40
345Volkswagen Scirocco 1800 GTX Mk 10,38
346Volkswagen Scirocco GTX 16v Mk 10,38
347Volkswagen Vento 2.0 GL0,32
348Volvo 340 1.4 GL0,40
349Volvo 340 GLE0,37
350Volvo 480 ES0,34
351Volvo 740 GLT Automatic0,40
352Volvo 760 Turbo0,39
353Volvo 760 Turbo Estate0,37
354Volvo 850 2.0 GLT0,32
355Volvo 850 2.5 GLT Auto0,32
356Volvo C70 Coupe 19980,32
357VW Beetle GLS 1.8T (mk2) 19990,38
358VW Golf GTI (mk4) 19990,34
359VW Golf GTI (mk5) 20070,32
360VW Golf GTI (mk6) 20100,32
361VW Golf R (mk6) 20120,34
362VW Scirocco 20100,34
363VW VR6 (mk3) 19950,34

Аэродинамическое сопротивление автомобиля

В процессе проектирования и создания конструкторами очень тщательно прорабатывается аэродинамика автомобиля, поскольку она оказывает значительное влияние на технические показатели модели.

При движении автомобиля большая часть мощности силовой установки уходит на преодоление сопротивления, создаваемого воздухом. И правильно созданная аэродинамика автомобиля позволяет уменьшить это сопротивление, а значит на борьбу с противодействием находящего воздушного потока потребуется затратить меньше мощности, и соответственно – топлива.

Измерение аэродинамики автомобиля проводится для изучения сил, создаваемых воздушным потоком и воздействующих на транспортное средство. И таких сил несколько – подъемные и боковые, а также лобовое сопротивление.

Лобовое сопротивление и коэффициент Сх

По большей части все работы с кузовом авто направлены на преодоление лобового сопротивления, поскольку именно эта сила самая значительная.

Движение потоков воздуха

За основу при расчетах берется сила сопротивления воздуха. Для вычисления результата используются такие данные как плотность воздуха, площадь поперечной проекции авто, коэффициент аэродинамического сопротивления (Сх)  — это важнейший показатель в аэродинамике автомобиля. При этом на силу сопротивления в значительной мере влияет также скорость движения. Так, увеличение скорости вдвое будет сопровождаться повышением сопротивлением в 4 раза. Скорость один из мощных факторов увеличения расхода.

Например, для хорошо обтекаемого авто с площадью проекции 2 м2  и коэффициентом 0,3 при движении на скорости 60 км/ч для преодоления сопротивления воздуха необходимо 2,4 л.с., а при скорости 120 км/ч уже 19,1 л.с. Разница расхода топлива при таких условиях достигает 30% на 100 км.

Если вам, в данный момент, требуется максимальная экономия топлива, необходимо придерживаться постоянной скорости около 60 км/ч. В этом режиме движения расход будет минимальным даже у авто с большим Cx.

Рассмотрим все по-простому. У воздуха есть своя плотность, причем немалая. При движении автомобилю приходится проходить через имеющиеся воздушные массы, при этом создается поток, который обтекает кузов. И чем легче авто будет «резать» воздушную массу, тем меньше он затратит на это энергии.

Но не все так просто. Во время движения перед авто создается область увеличенного давления (машина сжимает воздушную массу), то есть спереди образуется такой себе невидимый барьер, осложняющий «разрезание» воздушной массы.

Также после обтекания кузова происходит отрыв воздушного потока от поверхности, что становиться причиной появления завихрений и разрежения за авто. В сочетании с повышенным давлением возникающее разрежение еще больше увеличивает сопротивление.

Поскольку повлиять на плотность воздуха невозможно, то конструкторам остается только вносить коррективы в две другие расчетные составляющие – площадь авто и коэффициент аэродинамического сопротивления.

Но уменьшить проекцию авто не представляется особо возможным без ущерба для полезных пространств кузова (просто невозможно сделать авто меньше, чем он есть), поэтому остается только изменение коэффициента Сх.

Этот коэффициент устанавливается экспериментальным путем (в аэродинамической трубе) и характеризует он соотношение лобового сопротивления к скоростному напору и площади поперечного сечения кузова. Величина его безразмерная.

Аэродинамическая труба

Наименьший коэффициент аэродинамического сопротивления имеет каплевидное тело. При движении в воздушной массе такое тело плавно перед собой разводит поток, не создавая области повышенного давления, а имеющийся «хвост» позволяет за собой сомкнуть поток без обрывов и завихрений, то есть разрежение тоже отсутствует. Получается, что воздух просто обтекает тело, создавая минимальное сопротивление. Для такого тела коэффициент Сх составляет всего 0,05.

Конструкторам, работая с аэродинамикой автомобиля добиться, таких показателей пока не удается. И все потому, что при движении сопротивление создается несколькими факторами:

  • Формой кузова;
  • Трением потока о поверхности при обтекании;
  • Попаданием потока в подкапотное пространство и салон.

Поэтому для современных авто коэффициент аэродинамического сопротивления считается отличным, если его значение ниже 0,3. К примеру, у Peugeot 308 коэффициент составляет 0,29, у Audi A2 он равен 0,25, а у Toyota Prius – 0,26. Но стоит отметить, что это расчетные показатели в идеальных условиях. На практике же во время движения на авто воздействуют множество разнообразных факторов, которые негативным образом сказываются на сопротивлении кузова.

Примечательно, что на коэффициент оказывает наибольшее влияние не передок авто, а его задняя часть. И виной этому становится создание разрежения и завихрений в результате отрыва потока от кузова. Поэтому конструкторы по большей части занимаются приданием необходимой формы именно задней части.

Коэффициент сопротивления Volkswagen XL1 составляет всего 0,19

Снизить коэффициент Сх позволяет также уменьшение количества выступающих частей, причем везде на авто (бока, крыша, днище, передок), а тем элементам, которые не удается убрать с поверхности придается максимально возможная обтекаемая форма.

Подъемная и прижимная сила

В результате неравномерного обтекания потоком воздуха автомобиля с разных сторон возникает разница в скорости его движения.

Действующие подъемная и прижимная силы

Автомобиль движется и рассекает поток воздуха, при этом часть этого потока уходит под авто и проходит под днищем, то есть движется практически по прямой. А вот верхней части потока приходится повторять форму кузова, и ей приходится проходить большее расстояние. Из-за этого возникает разница в скорости воздуха – верхняя часть движется быстрее нижней, проходящей под авто. А поскольку увеличение скорости сопровождается снижением давления, то под днищем образуется зона повышенного давления, которая приподнимает машину.

Проблем добавляет и лобовое сопротивление. Область повышенного давления воздушной массы перед машиной прижимает передок к дороге, в то время как разрежение и завихрения позади наоборот – способствуют приподнятию кузова. Подъемная сила, как и лобовое сопротивление, возрастает при увеличении скорости движения.

Негативным фактором от воздействия такой силы является ухудшение устойчивости авто при увеличении скорости и повышение вероятности ухода в занос.

Но эта сила может оказывать и положительное действие. При внесении корректив в конструкцию авто возможно преобразование подъемной силы в прижимную, которая будет обеспечивать лучшее сцепление с дорогой, устойчивость авто, его управляемость на высоких скоростях.

При этом для получения прижимной силы не требуется каких-либо отдельных решений. Все разработки, направленные на снижение коэффициента Сх также сказываются и на прижиме. К примеру, оптимизация формы задней части приводит к уменьшению завихрений и разрежения, из-за чего подъемная сила тоже снижается, а прижимная — повышается. Установка заднего спойлера действует таким же образом.

Уменьшение завихрений при установке спойлера

Боковые же силы при установлении аэродинамики автомобиля, особо в расчет не берутся, в силу того, что они не постоянны, а также значительного влияния на показатели авто не оказывают.

Но это все теория аэродинамики автомобиля. На практике все можно пояснить одним предложением — чем хуже аэродинамика, тем выше расход топлива.

Что ещё влияет на аэродинамику?

Конечно, конструкторы стараются по максимуму снизить сопротивление авто при движении и повысить прижимную силу. Но особенности эксплуатации авто и свой взгляд автовладельцев на внешние особенности машины вносят свои коррективы, причем в некоторых случаях – значительны.

Аэродинамическое сопротивление разных автомобилей в зависимости от скорости

К примеру, установка багажника на крышу, даже с аэродинамической формой увеличивает поперечную проекцию авто и сильно влияет на обтекаемость, это сразу сказывается на потреблении топлива.

Также расход повышается от езды с открытыми окнами и люком, использование защитных и декоративных обвесов, перевозка негабаритных грузов, выступающих за авто, нарушение положения конструктивных элементов, расположенных под днищем, повышение клиренса.

Но автовладелец также может и внести коррективы, которые положительно повлияют на аэродинамику автомобиля. К ним относится использование аэродинамических обвесов, установка спойлера, уменьшение клиренса.



Коэффициент сопротивления воздуха автомобилей таблица

Коэффициент аэродинамического сопротивления

Коэффициент аэродинамического сопротивления (Cw) — безразмерная величина, отражающая отношение силы сопротивления воздуха движению автомобиля к силе сопротивления движению цилиндра:
Cw = Fauto / Fcylinder,
при условии, что наибольшее поперечное сечение автомобиля равно поперечному сечению цилиндра[источник не указан 1186 дней].
Другими словами, сила сопротивления воздуха, действующая на корпус автомобиля, равна силе, действующей на цилиндр с понижающим коэффициентом Cw:

Fauto = Cx * Fcylinder,
где Cw — безразмерный коэффициент, обычно меньший единицы (от С — coefficient, w — продольная ось цилиндра и автомобиля).
Cw не имеет единицы измерения и действует для всех геометрически подобных тел, вне зависимости от их конкретных размеров.
Чем меньше Cw, тем лучше проработана аэродинамика автомобиля. Для современных автомобилей Cw 6 лет Метки: просто так

Снижение расхода топлива, пожалуй, наиболее актуальная проблема в современном автомобилестроении. Расход этот зависит прежде всего от объективного фактора — различных сил сопротивления движению, на преодоление которых затрачивается энергия сгорания топлива. Уменьшение их — один из путей его экономии. Наша статья посвящена резервам, заключенным в улучшении аэродинамических свойств автомобиля.

В общем сопротивлении движению автомобиля аэродинамические силы могут составлять существенную часть. Если при езде по городскому циклу (средняя скорость 40—50 км/ч) они достигают 8%, при движении в пригородной зоне (средняя скорость 80—90 км/ч) — 29%, то на автострадах — 53%. Отметим, что чем выше скорость, тем быстрее растут потери «на ветер»: уже при 60 км/ч они отнимают больше энергии, чем любая другая составляющая. Дело в том, что мощность, расходуемая на преодоление аэродинамического сопротивления, пропорциональна кубу скорости; значит, если скорость удваивается, то мощность должна увеличиться в восемь раз.

Чтобы уяснить, как возникает и воздействует на автомобиль сопротивление воздуха, рассмотрим, из чего оно складывается. Взаимодействие воздуха и автомобиля можно представить как сумму сопротивлений: профильного, индуктивного, внутреннего, а также сопротивлений трения и выступов. Наибольший «вклад» (около 58%) приходится на профильное. Оно обусловлено самой формой кузова. Воздух, обтекающий автомобиль, как бы сжимается впереди него, создавая значительное положительное давление. Поток, идущий по верхней части кузова, неоднократно отрывается от его поверхности, что создает в этих местах области пониженного давления. В задней же части поток окончательно отрывается от кузова. Там образуется мощный вихревой след и область больших отрицательных давлений. Положительное давление впереди автомобиля и отрицательное сзади препятствуют движению, создавая сопротивление давлений, или профильное сопротивление воздуха.

Индуктивное сопротивление (8% в общем балансе) вызывается разностью давлений на верхнюю и нижнюю части кузова. В результате их взаимодействия возникает сила, отжимающая автомобиль от земли, — подъемная. Хотя она и сокращает сопротивление качению, ее влияние на ходовые качества машины в целом отрицательно — это уменьшение силы сцепления колес с дорогой, которое влечет за собой ухудшение управляемости.

Сопротивление выступов (13% всех потерь). Очевидно, что свой вклад в полное аэродинамическое сопротивление вносит любая выступающая деталь автомобиля (зеркало, антенна, ручки дверей и т. д.). Так, багажник на крыше при скорости 60 км/ч увеличивает его на 10—12%, из-за чего на 2—3% растет расход топлива. Специалисты ряда фирм считают, что только изменение подобных деталей может улучшить топливную экономичность на 3—4%.

Зависимость расхода топлива (л/100 км) от скорости (км/ч) при разных коэффициентах лобового сопротивления для легкового автомобиля снаряженной массой 1000 кг и мощностью 75 л.с./55 кВт.

Сопротивление трения (11% всех потерь) обусловлено «прилипанием» к поверхности кузова слоев воздуха, вследствие чего поток вблизи нее теряет скорость. Потери энергии на поверхностное трение зависят главным образом от качества отделки кузова. Во всяком случае, эксперименты показали, что если у нового полированного автомобиля оно составляет около 8% общего сопротивления воздуха, то у плохо покрашенного, с грубой поверхностью возрастает в 2—2,5 раза. В частности, поверхностное трение заметно увеличивается в случае, когда крыша обтянута модным гранулированным виниловым кожзаменителем.

Внутреннее сопротивление (10% всех потерь) возникает при прохождении воздуха через системы охлаждения и вентиляции. Природа этих потерь такова, что возможность снизить их в настоящее время весьма проблематична.

Количественной характеристикой суммарного аэродинамического сопротивления служит так называемый коэффициент лобового сопротивления — Сх, который, как правило, определяют экспериментальным путем. Для этого автомобиль или его уменьшенный макет устанавливают в аэродинамическую трубу и моделируют его обтекание воздушным потоком. Меньшую точность дают некоторые методы дорожных испытаний.

Коэффициент лобового сопротивления у легковых автомобилей, выпущенных разными фирмами в 70-х и 80-х годах, колеблется (см. таблицу) от 0,30 до 0,60. В среднем он составляет в настоящее время 0,43. Для сравнения: среднее значение Сх у машин выпуска 1938 года — 0,58. Наименьшим коэффициентом отличаются автомобили, предназначенные для установления рекордов скорости — 0,2 («Звезда—6», СССР) и 0,15 («Фольксваген-АРФВ», ФРГ).

Формирование вихрей при обтекании воздухом передней части кузова.

Вернемся к вопросу о затратах мощности и топлива на преодоление сопротивления воздуха. Приведенный на вкладке график показывает, как влияет на них изменение коэффициента лобового сопротивления при разных скоростях. В современных моделях явно заметна тенденция к его снижению, достигаемому конструктивными мерами (см. вкладку). Согласно проведенным за рубежом расчетам, при уменьшении Сх лишь на 0,01 экономия топлива в пересчете на весь парк легковых автомобилей Англии (около 10 миллионов) составит почти 70 миллионов литров в год (рабочий объем двигателя принят равным 1200 см3, а средний годовой пробег каждой машины — 16 тысяч километров). Теперь, когда мы представляем, что значит Сх для экономии топлива, небезынтересными окажутся и такие данные: дополнительные фары перед облицовкой радиатора увеличивают его на 0,04, грязезащитные фартуки у всех колес — на 0,03, выдвинутая антенна — на 0,02, наружное зеркало заднего вида — на 0,01, неубранные стеклоочистители — на 0,007. Все это дополнительное оборудование плюс багажник на крыше могут поднять суммарную величину Сх, скажем, для ВАЗ—2105 с 0,43 до 0,58, и это означает расход лишних 1—1,5 л бензина на 100 километров. Цифра достаточно убедительная для того, чтобы учитывать аэродинамические характеристики автомобиля как в эксплуатации, так и, прежде всего, на стадии проектирования. Не случайно внимание к исследованиям в этой области за последнее время значительно возросло.

Аэродинамические исследования ведут не только с целью снизить расход топлива. Они помогают добиваться прогресса в области активной безопасности автомобиля, положительно влиять и на такие составляющие комфортабельности, как эффективность вентиляции, шум в салоне, загрязнение стекол и фонарей.

Схема образования вихрей в задней части кузова.

Результаты перспективных разработок говорят о больших резервах, скрытых в улучшении аэродинамики автомобиля. Так, известные итальянские кузовные фирмы «Пининфарина» и «Итал Дизайн» создали несколько экспериментальных моделей, имеющих Сх 0,23—0,26. Правда, из-за технологических сложностей и, соответственно, высокой стоимости производства такие машины пока не выпускаются серийно.

Важную роль в улучшении аэродинамических качеств играют различные обтекатели, дефлекторы («За рулем», 1982, № 8), спойлеры, антикрылья, юбки («За рулем», 1981, № 4). Наиболее широко на легковых автомобилях в последнее время применяется передний спойлер (см. вкладку).

Это профилированный щиток — чаще всего продолжение передней панели кузова вниз, под бампер, или элемент самого бампера. Он служит для уменьшения нежелательной разгрузки колес, вызываемой повышенным давлением, которое образуется в зоне между днищем автомобиля и полотном дороги при движении. На скорости около 100 км/ч отрицательная (направленная вверх) нагрузка на передние колеса может превысить 100 кгс. В результате ухудшаются характеристики прямолинейного движения («держание» дороги), а также снижается боковая устойчивость при поворотах с большими скоростями.

Кроме того, протекание воздуха под автомобилем сопровождается значительным ростом сопротивления выступающих деталей подвески, системы выпуска и других — до 20% общего профильного сопротивления. Очевидно, идеальным было бы ровное или закрытое щитом днище, но практически достичь этого невозможно, хотя частично подобные нежелательные эффекты можно устранить установкой переднего спойлера. Изменяя направление потоков, обтекающих нижнюю часть машины, он создает под кузовом разрежение. Минимум же полного сопротивления достигается тогда, когда допустимая максимальная высота спойлера обеспечивает уменьшение аэродинамического сопротивления расположенных снизу деталей настолько, насколько увеличится сопротивление кузова. Испытания показали, однако, что установка спойлера может ухудшить охлаждение двигателя, системы выпуска, агрегатов трансмиссии. Вот почему его подбор — сложная задача, решаемая на основе многочисленных экспериментов для каждой конкретной модели автомобиля. Хорошо подобранный спойлер может снизить Сх на 6—7%.

Задний спойлер и обтекатель перед задним колесом. Помогают упорядочить потоки воздуха на автомобиле «Форд-эскорт-XR3».

Конструкторы ищут возможности использовать аэродинамические устройства на серийных машинах. Так, на особо скоростных моделях («Порше», «Альфа-ромео» и др.) ставят антикрылья. На чем основан их эффект? Если крыло самолета создает подъемную силу, то, перевернув его (отсюда и приставка «анти»), получим силу прижимающую, которой обычно так недостает автомобилю. Вплоть до 80-х годов антикрыло было принадлежностью лишь гоночных машин, где создает вертикальное усилие до 3000 кгс. Теперь его устанавливают и на серийных моделях. Помимо увеличения прижимающей силы антикрыло на крышке багажника так организует поток воздуха за автомобилем, что снижает лобовое сопротивление примерно на 6%.

Наряду с поисками наивыгоднеишего (в отношении снижения аэродинамических потерь) сочетания элементов кузова конструкторы уделяют серьезное внимание снижению потерь вокруг отдельных выступающих деталей.

Выдвижные фары («Порше-928», «Мазда-РИкс-7», «Матра-багира»), убирающиеся в «пазуху» между задней кромкой капота и лобовым стеклом «дворники» (ГАЗ—14, «Мерседес-Бенц-С», «Ровер-3500», «Додж-магнум-78»), отказ от выступающих дверных ручек («Рено-5», «ФИАТ-панда», «Рено-фуэго») помогают сгладить обводы кузова. Немалое значение для снижения общего аэродинамического сопротивления имеет замена выступающих водосточных желобов над дверными проемами водосгонными ребрами на крыше, как сделано у «Рено-18», «Мицубиси-кольт», «Хонде-аккорд».

В заключение можно сказать, что внешний облик автомобиля претерпел в последнее время серьезные изменения, обусловленные прежде всего стремлением полнее учесть особенности обтекания его воздухом. Улучшение аэродинамики автомобиля способствует повышению динамических качеств и при минимуме конструктивных изменений дает заметную экономию топлива. А потому можно с уверенностью предсказать прогресс в области аэродинамики. По прогнозам, к 1990 году аэродинамическое сопротивление автомобиля снизится в среднем на 10%, что даст уменьшение расхода бензина на 3,5%, а дизельного топлива — на 4,5%. В перспективе считают возможным сократить таким путем расход топлива на 15%.

Литература
Михайловский Е. Аэродинамика автомобиля. М., Машиностроение, 1973.
Павловский Я. Автомобильные кузова. М., Машиностроение, 1977.
«За рулем», 1978, № 1, № 7; 1981, № 4, № 8.
«Автомобильная промышленность», 1979, № 11.

Коэффициент лобового сопротивления Сх

Коэффициент обтекаемости (аэродинамического сопротивления) — коэффициент, характеризующий способность автомобиля преодолевать аэродинамическое сопротивление воздуха. Для современных автомобилей коэффициент аэродинамического сопротивления Сх=0,3 и ниже. Суперкары имеют несколько большие цифры Сх ввиду наличия дополнительных аэродинамических элементов (антикрыльев, спойлеров и т.д.), которые, придавая автомобилю дополнительную прижимную силу, увеличивают и аэродинамическое сопротивление.

Самые аэродинамичные автомобили

Короли аэродинамики в автомире.

 

Аэродинамика – это загадка мироздания, которую, конечно, уже давно разгадали ученые, конструкторы и инженеры автопромышленности. С самого начала появления автомобилей в нашем мире аэродинамика идет с ними бок о бок. Да, было время, когда автопроизводители забыли про важность аэродинамики. Особенно когда топливо стоило дешевле, чем алкоголь. Но сегодня, когда бензин и дизельное топливо не радуют своими ценниками на АЗС многих стран, физика твердого тела, движущегося в воздухе, имеет фундаментальное значение для ускорения и повышения эффективности автомобилей.

 

Напомним, что коэффициент аэродинамического сопротивления воздуха влияет на то, как автомобиль потребляет топливо на скорости. Это же касается и электрических автомобилей, для которых аэродинамика играет первостепенную роль, поскольку чем меньше сопротивление воздуха, тем меньше расходуется электричество для питания электромотора. 

 

Благодаря развитию аэродинамики в автопромышленности многие автомобили стали обтекаемы по сравнению со своими предшественниками. Но в истории автомира было немало примеров, когда автомобильные компании пытались экспериментировать с необычными аэродинамическими формами. К сожалению, в большинстве случаев потребители не оценили то, что получалось, по причине того, что форма не соответствовала духу времени. 

 

Мы собрали для вас самые интересные и необычные автомобили, имеющие странные аэродинамические кузова. Некоторые проекты неудачны, некоторые вполне удивляют даже сегодня. 

 

ALFA 40-60 HP Aerodinamica Castagna

 

Первым в истории шоу-каром и первой попыткой применить принципы аэродинамики к автомобилям был аэродинамический автомобиль ALFA, выпущенный в 1914 году (в те годы марка еще не называлась Alfa Romeo).

 

Смотрите также: Необычные автомобили, которые приехали на техосмотр

Автомобиль был создан итальянской компанией Carrozzeria Castagna для графа Марио Рикотти. Кузов машины был выполнен в виде капли и опирался на классическую раму.

 

Благодаря алюминиевому кузову и отсутствию капота максимальная скорость этого концепта составляла 120 км/ч. Когда машина пошла в серийный выпуск, скорость уже составляла 139 км/ч. К сожалению, точное значение аэродинамического сопротивления воздуха этого автомобиля неизвестно. 

 

Rumpler Drop Car

 

На немецком автосалоне 1921 года в Берлине австрийский дизайнер Эдмунд Румплер представил свой необычный автомобиль, получивший имя «Drop Car». Коэффициент лобового сопротивления этого автомобиля составлял 0.28 cd. Для того времени это не просто сенсация. Вы не поверите, но всего несколько лет назад у многих современных автомобилей этот коэффициент был хуже!

 

К сожалению, значение аэродинамического сопротивления воздуха не гарантировало успех автомобиля. Спрос на машину был маленьким. Всего было произведено сто автомобилей. По всей видимости, людей напугала футуристическая внешность автомобиля.

 

Сегодня в мире сохранилось всего два таких автомобиля, один из которых находится в немецком музее в Мюнхене.

 

Tatra 87

 

Представленная в 1936 году, Tatra 87 сегодня является иконой дизайна. Благодаря хорошо спроектированной задней части машины значение аэродинамического сопротивления составляет 0,36. По традиции тех лет чешский автопроизводитель установил двигатель в заднюю часть машины.

 

Высокая скорость и низкое потребление топлива были сильной стороной Татры. Для того времени это был идеальный автомобиль для шоссе. К 1950 году было произведено 3000 автомобилей. 

 

Saab 92

 

Когда Saab проектировал первый автомобиль, им пригодился опыт авиастроения, где аэродинамика с самого начала играет важную роль. В 1949 году компания выпустила модель Saab 92, с превосходным коэффициентом аэродинамического сопротивления воздуха, составляющим 0,30.

 

Смотрите также: Вот насколько тратится больше топлива из-за груза на крыше автомобиля

 

Этот автомобиль легко преодолевал скорость в 100 км/ч, несмотря на небольшую мощность двухтактного 25-сильного двигателя. 

 

Citroën DS 

 

Впервые представленный на Парижском автосалоне в 1955 году, Citroën DS выглядел для многих посетителей как космический корабль пришельцев, приземлившийся на Землю.

 

Чтобы подтвердить уникальность автомобиля, в дополнение к инновационной технологии (машина имела гидропневматическую подвеску!) дизайнеры создали модели футуристический аэродинамический дизайн, коэффициент сопротивления воздуха которого составлял 0,37. Это выдающийся результат по сравнению с конкурентами того времени.

 

Alfa Romeo Giulia

 

Кто-то может не поверить, что этот автомобиль имеет отличные аэродинамические характеристики, так как внешность классической Alfa Romeo Giulia представлена в виде квадрата. Но легендарная Alfa Romeo Giulia 1962 года показала в аэродинамической трубе уникальные результаты. Коэффициент сопротивления составлял всего 0,34, что ниже даже у более бегло выглядящего NSU Ro 80 (0,355), который вышел на рынок только пять лет спустя.

 

Citroën GS

 

Вот еще один автомобиль, который при первом взгляде также не внушает доверия в аэродинамическое чудо, – это Citroën GS. На его премьере в 1970 году производитель объявил, что машина имеет коэффициент сопротивления воздуха всего 0,31 cd.

 

Семейный седан имел много места в комфортном салоне и оснащался гидропневматической подвеской. Было выпущено более 2,5 миллиона автомобилей. Выпуск продолжался до 1986 года.

 

Audi 80

 

Компания Audi, начиная с 1980-х, начала устанавливать свои высокие стандарты аэродинамических характеристик, навязав другим автопроизводителям новую планку. Так, сначала была представлена Audi 100 C3, которая в аэродинамической трубе показала коэффициент сопротивления воздуха 0,30 cd, а затем в 1986 году была представлена Audi 80 B3 («бочка»), показавшая коэффициент сопротивления 0,29. Для справки: уже в 1987 году новая модель Opel Omega A имела коэффициент аэродинамического сопротивления воздуха 0,28. 1980-е годы можно смело назвать десятилетием аэродинамики в автопромышленности. 

 

EV1 General Motors

 

Хотя компания General Motors официально и не продавала свою модель EV1, а только сдавала в аренду, этот автомобиль написал в автопромышленности свою историю. Этот автомобиль вместил в себя как и разочарования (проект был сырой, и машина была ненадежна), так и позитив. Этот автомобиль, начиная с 1996 года, стал первым электромобилем в автопромышленности. Всего было произведено 1000 автомобилей. 

 

Смотрите также: 11 GIF фото которые демонстрируют как работает аэродинамика в автомобилях

 

Машина оснащалась простыми свинцовыми или никель-металлогидридными батареями. Но, несмотря на это, запас хода у электрического транспортного средства был потрясающим – 230 км. И все это благодаря конструкции кузова, который имел невероятный коэффициент сопротивления воздуха, составляющий всего 0,19 cd. 

 

Tesla Model S

 

Tesla Model S представляет собой электрический автомобиль, который изменил историю автопромышленности, направив весь автомир развиваться по новому пути. И все это благодаря дальновидности главы компании Илона Маска и дизайнера Франца фон Хольцхаузена, который разработал пятиместный седан с коэффициентом аэродинамического сопротивления воздуха 0,24.

 

Для сравнения: в 2012 году это значение представляло собой общий мировой рекорд для массовых серийных автомобилей. Такой коэффициент имели автомобили Mercedes S-класса. Благодаря потрясающей форме кузова автомобили Тесла в идеальных условиях могут проехать 400-500 километров.

 

Mercedes-Benz А-Класс седан

 

К концу нынешнего десятилетия (на данный момент) самым аэродинамическим автомобилем на рынке является седан Mercedes A-класса (модельный ряд 2018 года) с исключительной аэродинамикой (коэффициент 0,22 cd).

 

Это стало возможным благодаря комплексной герметизации кузова автомобиля (включая герметизацию фар), включая полную герметизацию днища автомобиля. В том числе полностью изолирован моторный отсек, детали задней подвески и многое другое. Спойлеры колес сзади и спереди были специально оптимизированы, чтобы колеса могли вращаться с минимальными потерями. 

Коэффициент сопротивления воздуха автомобилей

На расход топлива, в особенности при больших скоростях движения, значительное влияние оказывает сопротивление воздуха (аэродинамическое сопротивление), сила аэродинамического сопротивления пропорциональна квадрату скорости и рассчитывается по формуле

где S – площадь фронтальной проекции автомобиля, м 2 ; v – скорость движения автомобиля относительно воздуха, м/с; ρ – плотность воздуха, кг/м 3 ; cх – коэффициент аэродинамического сопротивления.

Аэродинамическое сопротивление не зависит от массы автомобиля [2]. Площадь фронтальной проекции автомобиля определяется формой кузова и требованиям по обеспечению комфортного расположения водителя и пассажиров на сиденьях. Например, автомобиль большого класса может быть ниже, чем малого, так как сиденья у него зачастую располагаются ниже. У автомобиля малого класса из-за его небольшой массы и длины сиденья расположены выше над полом, и поэтому расстояние между передними и задними сиденьями меньше. Более прямое расположение водителя и пассажиров в автомобиле малого класса требует его большей высоты, но меньшей длины. Площади фронтальных проекций обоих автомобилей при этом почти одинаковы, но низкий и длинный кузов автомобиля большого класса аэродинамически более выгоден.

Мощность двигателя, необходимая для преодоления аэродинамического сопротивления, пропорциональна, следовательно, кубу скорости:

где v — относительная скорость движения автомобиля, км/ч.

Коэффициент аэродинамического сопротивления, как видно из таблицы, представленной ниже, изменяется в широком диапазоне в зависимости от формы кузова автомобиля.

Аэродинамическое сопротивление различных автомобилей
Кузов автомобиляКоэффициент сопротивления воздуха cxМощность, необходимая для преодоления аэродинамического сопротивления (кВт), при площади фронтальной проекции 2 м 2 и скорости
40 км/ч80 км/ч120 км/ч
Открытый четырёхместный0,7 – 0,91,18 – 1,479,6 – 11,831,0 – 40,5
Закрытый, с наличием углов и граней0,6 – 0,70,96 – 1,188,0 – 9,626,4 – 30,8
Закрытый, с закруглением углов и граней0,5 – 0,60,80 – 0,966,6 – 8,022,0 – 26,4
Закрытый понтонообразный0,4 – 0,50,66 – 0,805,2 – 6,617,6 – 22,0
Закрытый, хорошо обтекаемый0,3 – 0,40,52 – 0,663,7 – 5,213,2 – 17,6
Закрытый, аэродинамически совершенный0,20 – 0,250,33 – 0,442,6 – 3,39,8 – 11,0
Грузовой автомобиль0,8 – 1,5
Автобус0,6 – 0,7
Автобус с хорошо обтекаемым кузовом0,3 – 0,4
Мотоцикл0,6 – 0,7

Коэффициент аэродинамического сопротивления устанавливается продувкой автомобиля или его макета в аэродинамической трубе или приближенно в ходе эксплуатационных испытаний. При испытаниях в аэродинамической трубе на макетах получаются менее точные значения, чем при тех же испытаниях на реальных автомобилях. Это вызвано тем, что на изменение сопротивления воздуха оказывают влияние неточности изготовления некоторых узлов и деталей автомобиля: ручек дверей, днища кузова, бамперов, зеркал заднего вида и т. д. Кроме того, значительное влияние на величину сх оказывает воздух, проходящий в кузов для охлаждения и вентиляции.

При больших скоростях движения автомобиля аэродинамическое сопротивление является преобладающим.

На рисунке ниже показано изменение мощностей, необходимых для преодоления сопротивления качению Nf и аэродинамического сопротивления Nv в зависимости от скорости v для автомобиля среднего класса. При скорости 60 км/ч мощности, необходимые для преодоления сопротивления качению и сопротивления воздуха, равны, что характерно для данного вида автомобилей. По сумме потребляемых мощностей можно убедиться в важности сопротивления воздуха. При скорости 80 км/ч мощность, затрачиваемая на его преодоление, в 4 раза больше, чем при скорости 40 км/ч, а при скорости выше, чем 120 км/ч, общая мощность, необходимая для движения, растет почти пропорционально кубу скорости автомобиля.

Мощность, затрачиваемая на преодоление сопротивлений движению
Масса автомобиля 1350 кг, площадь фронтальной проекции S автомобиля 2 м 2 ; коэффициент сопротивления качению f равен 0,015; коэффициент аэродинамического сопротивления сх равен 0,456.

При определении мощности двигателя, необходимой для достижения максимальной скорости, большей той, которую обеспечивает номинальная мощность установленного на автомобиле двигателя, можно использовать без значительной ошибки следующее соотношение:

где N2 – требуемая мощность, кВт; N1 – достигнутая максимальная мощность, кВт; v2 – требуемая скорость, км/ч; v1 – достигнутая максимальная скорость, км/ч.

Через точку X – максимальная мощность N1 при максимальной скорости v1 – проведена кривая зависимости мощности от куба скорости. Разница между этой кривой и линией мощности, требуемой для движения при максимальной скорости, незначительна.

Показанная сумма мощностей сопротивления качению Nf и аэродинамического сопротивления Nv представляет собой мощность сопротивления равномерному движению автомобиля по горизонтальному участку дороги при безветрии.

Читайте также

Чтобы получить водородный двигатель в ДВС необходимо внести некоторые изменения. Однако они оправданы, так как двигатель на водороде обладает существенными преимуществами.

Для движения по мягкому грунту шины должны соответствовать особым требованиям.

Сноски

  1. ↺ Мацкерле Ю. Современный экономичный автомобиль/Пер. с чешск. В. Б. Иванова; Под ред. А. Р. Бенедиктова. — М.: Машиностроение, 1987. — 320 с.: ил.//Стр. 110 — 114 (книга есть в библиотеке сайта). – Прим. icarbio.ru

Комментарии

спасибо автору. все довольно просто рассказано:)

Понимаю, почему сопротивление имеет квадратичную зависимость от скорости, но никак не пойму, почему «мощность двигателя, необходимая для преодоления аэродинамического сопротивления, пропорциональна кубу скорости»?

График сопротивления неправильный. Сумма сопротивлений всегда будет больше сопротивления воздуха — параболы не будут пересекаться!

Все отлично только добавить про турбулентные и ламинарные потоки.

Коэффициент аэродинамического сопротивления

Коэффициент аэродинамического сопротивления (Cw) — безразмерная величина, отражающая отношение силы сопротивления воздуха движению автомобиля к силе сопротивления движению цилиндра:
Cw = Fauto / Fcylinder,
при условии, что наибольшее поперечное сечение автомобиля равно поперечному сечению цилиндра[источник не указан 1186 дней].
Другими словами, сила сопротивления воздуха, действующая на корпус автомобиля, равна силе, действующей на цилиндр с понижающим коэффициентом Cw:
Fauto = Cx * Fcylinder,
где Cw — безразмерный коэффициент, обычно меньший единицы (от С — coefficient, w — продольная ось цилиндра и автомобиля).
Cw не имеет единицы измерения и действует для всех геометрически подобных тел, вне зависимости от их конкретных размеров.
Чем меньше Cw, тем лучше проработана аэродинамика автомобиля. Для современных автомобилей Cw 6 лет Метки: просто так

В процессе проектирования и создания конструкторами очень тщательно прорабатывается аэродинамика автомобиля, поскольку она оказывает значительное влияние на технические показатели модели.

При движении автомобиля большая часть мощности силовой установки уходит на преодоление сопротивления, создаваемого воздухом. И правильно созданная аэродинамика автомобиля позволяет уменьшить это сопротивление, а значит на борьбу с противодействием находящего воздушного потока потребуется затратить меньше мощности, и соответственно – топлива.

Измерение аэродинамики автомобиля проводится для изучения сил, создаваемых воздушным потоком и воздействующих на транспортное средство. И таких сил несколько – подъемные и боковые, а также лобовое сопротивление.

Лобовое сопротивление и коэффициент Сх

По большей части все работы с кузовом авто направлены на преодоление лобового сопротивления, поскольку именно эта сила самая значительная.

Движение потоков воздуха

За основу при расчетах берется сила сопротивления воздуха. Для вычисления результата используются такие данные как плотность воздуха, площадь поперечной проекции авто, коэффициент аэродинамического сопротивления (Сх) — это важнейший показатель в аэродинамике автомобиля. При этом на силу сопротивления в значительной мере влияет также скорость движения. Так, увеличение скорости вдвое будет сопровождаться повышением сопротивлением в 4 раза. Скорость один из мощных факторов увеличения расхода.

Например, для хорошо обтекаемого авто с площадью проекции 2 м 2 и коэффициентом 0,3 при движении на скорости 60 км/ч для преодоления сопротивления воздуха необходимо 2,4 л.с., а при скорости 120 км/ч уже 19,1 л.с. Разница расхода топлива при таких условиях достигает 30% на 100 км.

Если вам, в данный момент, требуется максимальная экономия топлива, необходимо придерживаться постоянной скорости около 60 км/ч. В этом режиме движения расход будет минимальным даже у авто с большим Cx.

Рассмотрим все по-простому. У воздуха есть своя плотность, причем немалая. При движении автомобилю приходится проходить через имеющиеся воздушные массы, при этом создается поток, который обтекает кузов. И чем легче авто будет «резать» воздушную массу, тем меньше он затратит на это энергии.

Но не все так просто. Во время движения перед авто создается область увеличенного давления (машина сжимает воздушную массу), то есть спереди образуется такой себе невидимый барьер, осложняющий «разрезание» воздушной массы.

Также после обтекания кузова происходит отрыв воздушного потока от поверхности, что становиться причиной появления завихрений и разрежения за авто. В сочетании с повышенным давлением возникающее разрежение еще больше увеличивает сопротивление.

Поскольку повлиять на плотность воздуха невозможно, то конструкторам остается только вносить коррективы в две другие расчетные составляющие – площадь авто и коэффициент аэродинамического сопротивления.

Но уменьшить проекцию авто не представляется особо возможным без ущерба для полезных пространств кузова (просто невозможно сделать авто меньше, чем он есть), поэтому остается только изменение коэффициента Сх.

Этот коэффициент устанавливается экспериментальным путем (в аэродинамической трубе) и характеризует он соотношение лобового сопротивления к скоростному напору и площади поперечного сечения кузова. Величина его безразмерная.

Наименьший коэффициент аэродинамического сопротивления имеет каплевидное тело. При движении в воздушной массе такое тело плавно перед собой разводит поток, не создавая области повышенного давления, а имеющийся «хвост» позволяет за собой сомкнуть поток без обрывов и завихрений, то есть разрежение тоже отсутствует. Получается, что воздух просто обтекает тело, создавая минимальное сопротивление. Для такого тела коэффициент Сх составляет всего 0,05.

Конструкторам, работая с аэродинамикой автомобиля добиться, таких показателей пока не удается. И все потому, что при движении сопротивление создается несколькими факторами:

  • Формой кузова;
  • Трением потока о поверхности при обтекании;
  • Попаданием потока в подкапотное пространство и салон.

Поэтому для современных авто коэффициент аэродинамического сопротивления считается отличным, если его значение ниже 0,3. К примеру, у Peugeot 308 коэффициент составляет 0,29, у Audi A2 он равен 0,25, а у Toyota Prius – 0,26. Но стоит отметить, что это расчетные показатели в идеальных условиях. На практике же во время движения на авто воздействуют множество разнообразных факторов, которые негативным образом сказываются на сопротивлении кузова.

Примечательно, что на коэффициент оказывает наибольшее влияние не передок авто, а его задняя часть. И виной этому становится создание разрежения и завихрений в результате отрыва потока от кузова. Поэтому конструкторы по большей части занимаются приданием необходимой формы именно задней части.

Коэффициент сопротивления Volkswagen XL1 составляет всего 0,19

Снизить коэффициент Сх позволяет также уменьшение количества выступающих частей, причем везде на авто (бока, крыша, днище, передок), а тем элементам, которые не удается убрать с поверхности придается максимально возможная обтекаемая форма.

Подъемная и прижимная сила

В результате неравномерного обтекания потоком воздуха автомобиля с разных сторон возникает разница в скорости его движения.

Действующие подъемная и прижимная силы

Автомобиль движется и рассекает поток воздуха, при этом часть этого потока уходит под авто и проходит под днищем, то есть движется практически по прямой. А вот верхней части потока приходится повторять форму кузова, и ей приходится проходить большее расстояние. Из-за этого возникает разница в скорости воздуха – верхняя часть движется быстрее нижней, проходящей под авто. А поскольку увеличение скорости сопровождается снижением давления, то под днищем образуется зона повышенного давления, которая приподнимает машину.

Проблем добавляет и лобовое сопротивление. Область повышенного давления воздушной массы перед машиной прижимает передок к дороге, в то время как разрежение и завихрения позади наоборот – способствуют приподнятию кузова. Подъемная сила, как и лобовое сопротивление, возрастает при увеличении скорости движения.

Но эта сила может оказывать и положительное действие. При внесении корректив в конструкцию авто возможно преобразование подъемной силы в прижимную, которая будет обеспечивать лучшее сцепление с дорогой, устойчивость авто, его управляемость на высоких скоростях.

При этом для получения прижимной силы не требуется каких-либо отдельных решений. Все разработки, направленные на снижение коэффициента Сх также сказываются и на прижиме. К примеру, оптимизация формы задней части приводит к уменьшению завихрений и разрежения, из-за чего подъемная сила тоже снижается, а прижимная — повышается. Установка заднего спойлера действует таким же образом.

Уменьшение завихрений при установке спойлера

Боковые же силы при установлении аэродинамики автомобиля, особо в расчет не берутся, в силу того, что они не постоянны, а также значительного влияния на показатели авто не оказывают.

Но это все теория аэродинамики автомобиля. На практике все можно пояснить одним предложением — чем хуже аэродинамика, тем выше расход топлива.

Что ещё влияет на аэродинамику?

Конечно, конструкторы стараются по максимуму снизить сопротивление авто при движении и повысить прижимную силу. Но особенности эксплуатации авто и свой взгляд автовладельцев на внешние особенности машины вносят свои коррективы, причем в некоторых случаях – значительны.

Аэродинамическое сопротивление разных автомобилей в зависимости от скорости

К примеру, установка багажника на крышу, даже с аэродинамической формой увеличивает поперечную проекцию авто и сильно влияет на обтекаемость, это сразу сказывается на потреблении топлива.

Также расход повышается от езды с открытыми окнами и люком, использование защитных и декоративных обвесов, перевозка негабаритных грузов, выступающих за авто, нарушение положения конструктивных элементов, расположенных под днищем, повышение клиренса.

Но автовладелец также может и внести коррективы, которые положительно повлияют на аэродинамику автомобиля. К ним относится использование аэродинамических обвесов, установка спойлера, уменьшение клиренса.

Коэффициенты лобового сопротивления автомобилей таблица

На чтение 8 мин. Просмотров 25 Обновлено

Коэффициент аэродинамического сопротивления

Коэффициент аэродинамического сопротивления (Cw) — безразмерная величина, отражающая отношение силы сопротивления воздуха движению автомобиля к силе сопротивления движению цилиндра:
Cw = Fauto / Fcylinder,
при условии, что наибольшее поперечное сечение автомобиля равно поперечному сечению цилиндра[источник не указан 1186 дней].
Другими словами, сила сопротивления воздуха, действующая на корпус автомобиля, равна силе, действующей на цилиндр с понижающим коэффициентом Cw:
Fauto = Cx * Fcylinder,
где Cw — безразмерный коэффициент, обычно меньший единицы (от С — coefficient, w — продольная ось цилиндра и автомобиля).
Cw не имеет единицы измерения и действует для всех геометрически подобных тел, вне зависимости от их конкретных размеров.
Чем меньше Cw, тем лучше проработана аэродинамика автомобиля. Для современных автомобилей Cw 6 лет Метки: просто так

Снижение расхода топлива, пожалуй, наиболее актуальная проблема в современном автомобилестроении. Расход этот зависит прежде всего от объективного фактора — различных сил сопротивления движению, на преодоление которых затрачивается энергия сгорания топлива. Уменьшение их — один из путей его экономии. Наша статья посвящена резервам, заключенным в улучшении аэродинамических свойств автомобиля.
В общем сопротивлении движению автомобиля аэродинамические силы могут составлять существенную часть. Если при езде по городскому циклу (средняя скорость 40—50 км/ч) они достигают 8%, при движении в пригородной зоне (средняя скорость 80—90 км/ч) — 29%, то на автострадах — 53%. Отметим, что чем выше скорость, тем быстрее растут потери «на ветер»: уже при 60 км/ч они отнимают больше энергии, чем любая другая составляющая. Дело в том, что мощность, расходуемая на преодоление аэродинамического сопротивления, пропорциональна кубу скорости; значит, если скорость удваивается, то мощность должна увеличиться в восемь раз.
Чтобы уяснить, как возникает и воздействует на автомобиль сопротивление воздуха, рассмотрим, из чего оно складывается. Взаимодействие воздуха и автомобиля можно представить как сумму сопротивлений: профильного, индуктивного, внутреннего, а также сопротивлений трения и выступов. Наибольший «вклад» (около 58%) приходится на профильное. Оно обусловлено самой формой кузова. Воздух, обтекающий автомобиль, как бы сжимается впереди него, создавая значительное положительное давление. Поток, идущий по верхней части кузова, неоднократно отрывается от его поверхности, что создает в этих местах области пониженного давления. В задней же части поток окончательно отрывается от кузова. Там образуется мощный вихревой след и область больших отрицательных давлений. Положительное давление впереди автомобиля и отрицательное сзади препятствуют движению, создавая сопротивление давлений, или профильное сопротивление воздуха.
Индуктивное сопротивление (8% в общем балансе) вызывается разностью давлений на верхнюю и нижнюю части кузова. В результате их взаимодействия возникает сила, отжимающая автомобиль от земли, — подъемная. Хотя она и сокращает сопротивление качению, ее влияние на ходовые качества машины в целом отрицательно — это уменьшение силы сцепления колес с дорогой, которое влечет за собой ухудшение управляемости.
Сопротивление выступов (13% всех потерь). Очевидно, что свой вклад в полное аэродинамическое сопротивление вносит любая выступающая деталь автомобиля (зеркало, антенна, ручки дверей и т. д.). Так, багажник на крыше при скорости 60 км/ч увеличивает его на 10—12%, из-за чего на 2—3% растет расход топлива. Специалисты ряда фирм считают, что только изменение подобных деталей может улучшить топливную экономичность на 3—4%.
Сопротивление трения (11% всех потерь) обусловлено «прилипанием» к поверхности кузова слоев воздуха, вследствие чего поток вблизи нее теряет скорость. Потери энергии на поверхностное трение зависят главным образом от качества отделки кузова. Во всяком случае, эксперименты показали, что если у нового полированного автомобиля оно составляет около 8% общего сопротивления воздуха, то у плохо покрашенного, с грубой поверхностью возрастает в 2—2,5 раза. В частности, поверхностное трение заметно увеличивается в случае, когда крыша обтянута модным гранулированным виниловым кожзаменителем.
Внутреннее сопротивление (10% всех потерь) возникает при прохождении воздуха через системы охлаждения и вентиляции. Природа этих потерь такова, что возможность снизить их в настоящее время весьма проблематична.
Количественной характеристикой суммарного аэродинамического сопротивления служит так называемый коэффициент лобового сопротивления — Сх, который, как правило, определяют экспериментальным путем. Для этого автомобиль или его уменьшенный макет устанавливают в аэродинамическую трубу и моделируют его обтекание воздушным потоком. Меньшую точность дают некоторые методы дорожных испытаний.
Коэффициент лобового сопротивления у легковых автомобилей, выпущенных разными фирмами в 70-х и 80-х годах, колеблется (см. таблицу) от 0,30 до 0,60.

Вернемся к вопросу о затратах мощности и топлива на преодоление сопротивления воздуха. Приведенный на вкладке график показывает, как влияет на них изменение коэффициента лобового сопротивления при разных скоростях… Теперь, когда мы представляем, что значит Сх для экономии топлива, небезынтересными окажутся и такие данные: дополнительные фары перед облицовкой радиатора увеличивают его на 0,04, грязезащитные фартуки у всех колес — на 0,03, выдвинутая антенна — на 0,02, наружное зеркало заднего вида — на 0,01, неубранные стеклоочистители — на 0,007. Все это дополнительное оборудование плюс багажник на крыше могут поднять суммарную величину Сх, скажем, для ВАЗ—2105 с 0,43 до 0,58, и это означает расход лишних 1—1,5 л бензина на 100 километров. Цифра достаточно убедительная для того, чтобы учитывать аэродинамические характеристики автомобиля как в эксплуатации, так и, прежде всего, на стадии проектирования…

Коэффициент лобового сопротивления Сх:
«Ауди-100» (0,30), ВАЗ-2101 (0,46), ВАЗ-2103 (0,45), ВАЗ-2105 (0,43), ГАЗ-20 (0,46), ГАЗ-24 (0,45), ГАЗ-24 (0,41), ЗАЗ-968 (0,48), «Москвич-2140» (0,41), СИМКА-1307 (0,38), «Ситроен-ЖСА-Икс-3» (0,32), «Ситроеи-ЦИкс» (0,35), «Фольксваген-жук» (0,60), «Фольксваген-гольф» (0,42), «Фольксваген-пассат» (0,38), «Форд-фиеста» (0,42).

Ф. УЗБЕКОВ, инженер («За Рулем» №4, 1983)

Литература:
Михайловский Е. Аэродинамика автомобиля. М., Машиностроение, 1973.
Павловский Я. Автомобильные кузова. М., Машиностроение, 1977.
«За рулем», 1978, № 1, № 7; 1981, № 4, № 8.
«Автомобильная промышленность», 1979, № 11.

Для решения поставленной задачи были проведены параметрические испытания крупномасштабной модели автомобиля в аэродинамической фубе. Модель имела полное геометрическое подобие с натурным автомобилем. Для соблюдения кинематического подобия, параметрические испытания проводились в зоне «автомодельное™», где аэродинамические характеристики модели практически не зависят от числа Рсйнольдса (Re). Методика модельных аэродинамических исследований включала получение опытных данных, устанавливающих влияние каждого из рассмотренных выше параметров кузова на величину коэффициента Сд. модели автомобиля.

Результаты проведенных аэродинамических испытаний представлены ниже в виде графических зависимостей.

На рисунках 6.7 — 6.11 представлены зависимости снижения коэффициента сопротивления Сх модели автомобиля от угла наклона облицовки радиатора, крышки капота, ветрового стекла, радиуса закругления фронтальных кромок капота и удлинения кузова.

Рис. 6.7. Зависимость приращения коэффициента Сх автомобиля от угла наклона облицовки радиатора

Рис. 6.Н. Зависимость приращения коэффициента (автомобиля от угла наклона крышки капота

Рис. 6.11. Зависимость приращения коэффициента Сх автомобиля от его относительного удлинения

Па рисунке 6.12 приведена зависимость коэффициента Сх автомобиля от угла наклона задней панели кузова.

Рис. 6.12. Зависимость коэффициента С, автомобиля от угла наклона задней панели кузова: линия — расчет. точки — эксперимент

Имеющие место на рис. 6.12 характерные точки перегиба кривой, зависимости коэффициента аэродинамического сопротивления от угла наклона задней панели кузова, соответствуют строго зафиксированным значениям угла у лишь тогда, когда переход от крыши к поверхности задней панели выполнен в виде острой кромки (без закругления). Если же этот переход выполнен со округлением радиусом R’k, то переходная область, характеризующаяся пульсирующим изменением положения линии отрыва. перемещающейся с задней кромки крыши на нижнюю кромку задней наклонной панели, ограничивается диапазоном 25° 0) углом тангенса — установке

кузова таким образом, что минимальный дорожный просвет приходится на заднюю ось, наблюдается интенсивное торможение потока в кормовой части подднищевой зоны, вызывающее повышение аэродинамического сопротивления автомобиля и действующей на задок подъемной силы. Размещение кузова горизонтально относительно поверхности дороги с увеличенным дорожным просветом делает эпюру торможения скорости равномерной и несколько улучшает характер протекания потока в подднищевой зоне автомобиля. Однако наиболее правильным для обеспечения оптимального течения потока под автомобилем является расположение кузова с отрицательным (а < 0) углом тангенса и минимальным дорожным просветом в зоне за передней осью в сочетании с применением плоского днища. В этом случае благодаря известному эффекту Вентурри происходит ускорение потока к кормовой части с соответствующим уменьшением давления на него. Величина отрицательного угла тангажа кузова при проектировании современных автомобилей составляет а = -1° -г -2°. Оптимальная с точки зрения получения минимального коэффициента Сх величина относительного дорожного просвета находится в пределах 0,10

Заметное влияние на обтекаемость кузова оказывают местные перетекания воздушного потока из зон повышенного давления в зоны пониженного. Г лавной причиной таких перетеканий является недостаточное уплотнение по периметру облицовки радиатора, дверей, крышек капота и багажника. Местные перетекания наблюдаются также в зонах переднего и заднего бамперов. Для устранения местных перетеканий повышают степень уплотнения панелей в местах стыка и прилегания их к кузову, а также устанавливают специальные уплотнения, как это показано на рис. 6.29.

Рассмотренные ранее конструктивные предпосылки для безотрывного обтекания элементов кузова трехобъемного и двухобъемного типа полностью реализуются в аэродинамически оптимизированном однообъемном кузове, что подтверждается эпюрой скорости обтекающего его воздушного потока (рис. 6.30). Такая форма и установка кузова, дополненные плоским днищем с конфузорным эффектом, обеспечивают автомобилю наилучшие аэродинамические характеристики, и в первую тановка переднего спойлера оказывает определенное влияние на характер протекания внутренних потоков и охлаждение двигателя и его агрегатов, поскольку при этом меняются условия забора воздуха в подкапотное пространство автомобиля.

11а рисунке 6.32 приведены зависимости коэффициентов аэродинамического сопротивления и подъемной силы автомобиля от угла атаки переднего спойлера. На рис. 6.33 показаны зависимости этих коэффициентов от угла атаки заднего спойлера.

Навесные аэродинамические элементы, рекомендуемые _для установки на легковых автомобилях_

Зона установки аэродинамических элементов на автомобиле

Наименование аэродинамического элемента

Эффект, обеспечиваемый данным аэродинамическим элементом

Аэродинамические сопротивления и самотяга

В процессе проектирования и создания конструкторами очень тщательно прорабатывается аэродинамика автомобиля, поскольку она оказывает значительное влияние на технические показатели модели.

При движении автомобиля большая часть мощности силовой установки уходит на преодоление сопротивления, создаваемого воздухом. И правильно созданная аэродинамика автомобиля позволяет уменьшить это сопротивление, а значит на борьбу с противодействием находящего воздушного потока потребуется затратить меньше мощности, и соответственно – топлива.

Измерение аэродинамики автомобиля проводится для изучения сил, создаваемых воздушным потоком и воздействующих на транспортное средство. И таких сил несколько – подъемные и боковые, а также лобовое сопротивление.

Лобовое сопротивление и коэффициент Сх

По большей части все работы с кузовом авто направлены на преодоление лобового сопротивления, поскольку именно эта сила самая значительная.


Движение потоков воздуха

За основу при расчетах берется сила сопротивления воздуха. Для вычисления результата используются такие данные как плотность воздуха, площадь поперечной проекции авто, коэффициент аэродинамического сопротивления (Сх) — это важнейший показатель в аэродинамике автомобиля. При этом на силу сопротивления в значительной мере влияет также скорость движения. Так, увеличение скорости вдвое будет сопровождаться повышением сопротивлением в 4 раза. Скорость один из мощных факторов увеличения расхода.

Например, для хорошо обтекаемого авто с площадью проекции 2 м2 и коэффициентом 0,3 при движении на скорости 60 км/ч для преодоления сопротивления воздуха необходимо 2,4 л.с., а при скорости 120 км/ч уже 19,1 л.с. Разница расхода топлива при таких условиях достигает 30% на 100 км.

Если вам, в данный момент, требуется максимальная экономия топлива, необходимо придерживаться постоянной скорости около 60 км/ч. В этом режиме движения расход будет минимальным даже у авто с большим Cx.

Рассмотрим все по-простому. У воздуха есть своя плотность, причем немалая. При движении автомобилю приходится проходить через имеющиеся воздушные массы, при этом создается поток, который обтекает кузов. И чем легче авто будет «резать» воздушную массу, тем меньше он затратит на это энергии.

Но не все так просто. Во время движения перед авто создается область увеличенного давления (машина сжимает воздушную массу), то есть спереди образуется такой себе невидимый барьер, осложняющий «разрезание» воздушной массы.

Также после обтекания кузова происходит отрыв воздушного потока от поверхности, что становиться причиной появления завихрений и разрежения за авто. В сочетании с повышенным давлением возникающее разрежение еще больше увеличивает сопротивление.

Поскольку повлиять на плотность воздуха невозможно, то конструкторам остается только вносить коррективы в две другие расчетные составляющие – площадь авто и коэффициент аэродинамического сопротивления.

Но уменьшить проекцию авто не представляется особо возможным без ущерба для полезных пространств кузова (просто невозможно сделать авто меньше, чем он есть), поэтому остается только изменение коэффициента Сх.

Этот коэффициент устанавливается экспериментальным путем (в аэродинамической трубе) и характеризует он соотношение лобового сопротивления к скоростному напору и площади поперечного сечения кузова. Величина его безразмерная.


Аэродинамическая труба

Наименьший коэффициент аэродинамического сопротивления имеет каплевидное тело. При движении в воздушной массе такое тело плавно перед собой разводит поток, не создавая области повышенного давления, а имеющийся «хвост» позволяет за собой сомкнуть поток без обрывов и завихрений, то есть разрежение тоже отсутствует. Получается, что воздух просто обтекает тело, создавая минимальное сопротивление. Для такого тела коэффициент Сх составляет всего 0,05.

Конструкторам, работая с аэродинамикой автомобиля добиться, таких показателей пока не удается. И все потому, что при движении сопротивление создается несколькими факторами:

  • Формой кузова;
  • Трением потока о поверхности при обтекании;
  • Попаданием потока в подкапотное пространство и салон.

Поэтому для современных авто коэффициент аэродинамического сопротивления считается отличным, если его значение ниже 0,3. К примеру, у Peugeot 308 коэффициент составляет 0,29, у Audi A2 он равен 0,25, а у Toyota Prius – 0,26. Но стоит отметить, что это расчетные показатели в идеальных условиях. На практике же во время движения на авто воздействуют множество разнообразных факторов, которые негативным образом сказываются на сопротивлении кузова.

Примечательно, что на коэффициент оказывает наибольшее влияние не передок авто, а его задняя часть. И виной этому становится создание разрежения и завихрений в результате отрыва потока от кузова. Поэтому конструкторы по большей части занимаются приданием необходимой формы именно задней части.


Коэффициент сопротивления Volkswagen XL1 составляет всего 0,19

Снизить коэффициент Сх позволяет также уменьшение количества выступающих частей, причем везде на авто (бока, крыша, днище, передок), а тем элементам, которые не удается убрать с поверхности придается максимально возможная обтекаемая форма.

Аэродинамические испытания ВАЗ-2110

АЭРОДИНАМИЧЕСКАЯ ДУЭЛЬ

Начало теста для команды Тимерхан Восток-Лада выдалось весьма драматичным. Тольяттинцы чуть было не потеряли свою машину!

Дело было так. Желтый болид Виталия Дудина, который прибыл в Дмитров первым, был аккуратно сгружен с прицепа, чисто вымыт и приведен механиками команды в состояние полной боевой готовности. В моторном отсеке были сняты все защитные чехлы, установлены на место патрубки подвода воздуха к тормозным дискам, выставлено рабочее давление в шинах. Тольяттинцы и антенну на крыше закрепили — чтобы все было «как в жизни».

После кропотливой и неспешной процедуры измерения миделя (площади поперечной проекции) автомобиль перекатили в рабочую часть трубы на платформу прецизионных весов. Теперь машину надо зафиксировать, затянув стояночный тормоз и включив первую передачу, — что два механика команды и сделали, для верности по очереди нырнув внутрь машины. Можно начинать!

Плавно увеличивая частоту вращения гигантского вентилятора, оператор аэродинамической трубы постепенно увеличивает скорость воздушного потока: 10 метров в секунду, 20, 30… Но внезапно под растущим напором воздуха машина поползла назад! Хорошо, что наблюдатели вовремя среагировали, и оператор успел остановить разгон вентилятора. Иначе сдуло бы «десятку»! В Дмитрове помнят случай, когда «улетел» Ford Transit: автомобиль так приложило о решетку в конце трубы, что его потом собирали по частям…

После того, как эмоции поулеглись, выяснилось, что все дело в конструкции гидравлического «ручника». И включается, и выключается он одинаково — однократным подъемом рукоятки. Поэтому после того, как первый механик «ручник» включил, второй таким же движением его выключил! И машина оказалась только на передаче…

Красно-белый болид ЛУКОЙЛ Рейсинг, на котором выступает первый пилот московской команды Николай Мезенцев, был продут без подобных сюрпризов. Любопытно, что лукой-ловцы, помимо обычных приготовлений, еще и заклеили скотчем щели между дверьми и кузовными панелями. Неужели они это делают перед каждой гонкой? «Конечно!» — без колебаний ответили москвичи. И чуть менее уверенно добавили: «Если время позволяет…»

Кокова аэродинамика кольцевых болидов? За рубежом эти данные тщательно скрывают, а у нас… А у нас этого попросту никто не знает! Ведь пока ни одна из отечественных команд не «продувала» свои машины в аэродинамической трубе. Поэтому немудрено, что две команды российского «кольца» -Тимерхан Восток-Лада из Тольятти и ЛУКОЙЛ Рейсинг из Москвы — сразу согласились на аэродинамическую дуэль своих автомобилей, построенных на базе «десятки» для участия в гоночной серии Туризм-1600.

Действие подъемной силы на заднюю ось автомобилей

А теперь взгляните на результаты измерений. Во-первых, величина Сх у кольцевых болидов оказалась на одном уровне со стандартной «десяткой». Во-вторых, по этому параметру победа — у лукойловской машины: ее коэффициент аэродинамического сопротивления (0,345) практически один в один совпадает с характеристикой стандартной «десятки» и почти на 10% меньше, чем у машины из Тольятти (0,376). А это значит, что на кузов красно-белого болида Мезенцева действует меньшая сила лобового сопротивления, и при прочих равных условиях он сможет развить более высокую скорость.

Но величина Сх — лишь одна сторона медали. А как обстоят дела с подъемной силой? Ведь для спортивного болида это ничуть не менее важно. Именно дополнительный прижим машины к полотну трассы может позволить гонщику с большей скоростью проходить повороты. Естественно, у обоих спортивных автомобилей действующая подъемная сила оказалась намного меньше, чем у стандартного ВАЗ-2110.

Съемная поперечная планка (показана стрелкой) на задней кромке антикрыла тольяттинской машины создает дополнительный подпор воздуха на его рабочей плоскости, значительно уменьшая подъемную силу
Аэродинамические характеристики автомобилей, предназначенных для участия в шоссейно-кольцевых гонках

ВАЗ-21103 Тимерхан Восток-Лада ВАЗ-21103 ЛУКОЙЛ Рейсинг Стандартный ВАЗ-2110
Площадь миделя, м2 1,951 1,916 1,931
Сила лобовогосопротивления Рх, И 587 529 535
Коэффициент аэродинамического сопротивления Сх 0,376 0,345 0,347
Подъемная сила, действующая на заднюю ось Pz2, Н -181 29 245
Момент крена Мх (при угле поворота платформы 15̊), Нм 397 402 406
Поворачивающий момент М2 (при угле поворота платформы 15°), Нм 301 455 571

Кстати…

Выдержка из технических требований к легковым автомобилям, подготовленным для участия в кольцевых гонках в зачетной группе Туризм-1600.

Пункт 5.7.2. Внешний вид.

— Бамперы могут быть заменены деталями, имеющими омологацию РАФ и не выступающими за контур автомобиля при виде сверху.

— Разрешается установка аэродинамических приспособлений ниже горизонтальной плоскости, проходящей через центр ступиц колес. Эти аэродинамические приспособления не должны выступать за периметр стандартного автомобиля, видимый сверху.

— Разрешается устанавливать заднее аэродинамическое приспособление, имеющее омологацию РАФ и не выступающее за габариты кузова на видах спереди и сзади. Площадь таких приспособлений на виде сбоку не должна превышать 800 см2.

Оценить влияние задних анти-крыльев на изменение подъемной силы оказалось несложно. Кстати, их конструкции у болидов различны. У автомобиля из Тольятти оно с фиксированным углом атаки. А для изменения прижимной силы предусмотрена съемная поперечная планка, которая создает дополнительный подпор воздуха на рабочей плоскости антикрыла. Как оказалось, это нехитрое устройство вполне работоспособно: без планки прижим задней оси машины к дороге уменьшается, зато лобовое сопротивление при этом заметно снижается. А вот антикрыло лукойловской «десятки» с изменяемым углом атаки специалисты дмитровской трубы признали малоэффективным и очень удивились его необычному ковшеобразному профилю. Но главное, что антикрыло частично попадает в «аэродинамическую тень» крыши. Поэтому и изменение угла атаки здесь практически ничего не дает.

А вот корректно оценить эффективность передних спойлеров нам, к сожалению, не удалось, и вот почему. Во всех аэродинамических трубах, аналогичных по конструкции дмитровской, существует проблема так называемого пограничного слоя. Ее суть в том, что поток воздуха вблизи пола замедляется из-за трения, и это в значительной степени искажает картину обтекания элементов автомобиля, расположенных на высоте 100—110 мм от поверхности пола. При продувке обычных автомобилей с дорожным просветом140 мм и выше эффектом пограничного слоя обычно пренебрегают. Но на гоночных машинах передние спойлеры расположены очень низко — всего в 60—70 мм от дорожного полотна. И, увы, при продувке в обычной трубе они оказываются в пограничном слое.

Антикрыло на лукойловской «десятке» расположено слишком низко, поэтому его эффективность мало

Андрей Рузанов Автор дизайна автомобиля команды Тимерхан Восток-Лада:

— У меня уже есть опыт аэродинамических исследований — в начале 90-X я работал на ВАЗе в составе дизайнерской группы, ответственной за разработку внешности «десятки». Тогда мы провели в аэродинамической трубе Дмитровского полигона сотни часов — «продували» макеты, много экспериментировали, зачастую прямо в трубе. Жаль, что многие найденные тогда действительно интересные решения так и не пошли в серию…

Приступая по заказу команды Тимерхан Восток-Лада к созданию облика шоссейно-кольцевой «десятки», я постарался решить несколько задач. Во-первых, нужно было аэродинамически «облагородить» передний бампер и разработать эффективное антикрыло на крышке багажника. А во-вторых, я не хотел забывать о внешнем виде и постарался привнести в облик спортивной машины побольше динамизма и индивидуальности. Да и о жестких требованиях технического регламента нельзя было забывать — иначе автомобиль не допустят к соревнованиям.

В перспективе я хочу продолжить работу со спортивной машиной и более детально проработать элементы ее обвеса. Тут масса возможностей: ведь по-хорошему для каждой трассы необходимо отдельно подбирать размер и угол атаки переднего спойлера, положение антикрыла, «продувать» машины до начала сезона в аэродинамической трубе… Проблема в том, что бюджет ни одной из команд, участвующих в чемпионате России по шоссейно-кольцевым гонкам, не вынесет расходов на проведение полноценных аэродинамических исследований. Думаю, что, как только такие возможности появятся, скорости на трассах возрастут.

С этим борются по-разному. Например, в трубе Porsche воздух пограничного слоя отсасывают вниз, что почти восстанавливает скорость протекания потока вблизи пола. Специалисты трубы английского полигона MIRA, услугами которой, кстати, пользуются некоторые команды Формулы З000, поступают иначе. На точно рассчитанном расстоянии перед автомобилем они устанавливают на полу стальную пластину-турбулизатор, которая завихряет нижнюю часть воздушного потока, сводя к минимуму влияние пограничного слоя. А самым действенным вариантом является бегущая дорожка — такое дорогостоящее решение используют в своих трубах команды Формулы-1.

До нынешней «дуэли» в трубе Дмитровского автополигона с проблемой пограничного слоя сталкивались лишь однажды, когда в начале 90-х годов продували болид Восток-1600. Может быть, теперь картина изменится? Ведь инженеры обеих ко-манд-дуэлянтов отнеслись к результатам нашего теста с огромным интересом. Для них аэродинамика собственных машин — все еще terra incognita. А ведь при весьма близкой степени форсировки гоночных моторов у ведущих команд настройка обтекаемости машин может стать решающим условием победы.

Между прочим, несмотря на худшую обтекаемость желтого болида, на трассах чемпионата России по шоссейно-кольцевым гонкам тольяттинский пилот Виталий Дудин был чуть быстрее, чем Николай Мезенцев. Поэтому можно осторожно предположить, что уменьшение подъемной силы, а значит, и устойчивость в быстрых поворотах, для кольцевого болида все-таки важнее. Впрочем, многое здесь зависит от характера трассы, состояния покрытия и еще массы факторов. Поэтому ведущие зарубежные команды, особенно выступающие в классах различных «формул», уделяют аэродинамике огромное внимание. И под разные трассы подбирают разные аэродинамические настройки машины.

Кстати, в итоговом протоколе чемпионата Дудин оказался на строчку ниже Мезенцева: техника подвела…

Начиная работу над нашей машиной, мы собрали стопку российских и зарубежных автожурналов и стали изучать фотографии спортивных автомобилей. Больше всего нам понравился стиль машин британского чемпионата ВТСС. Его и приняли за основу нашего обвеса — сначала для «восьмерки», а теперь и для «десятки».

Со спойлерами и порогами было просто. Сначала сделали несколько эскизов на бумаге, а затем воплотили в пластике тот вариант, который показался наиболее удачным директору нашей команды.

А вот с задним антикрылом вышла заминка — никак не могли выбрать его форму и размер. Решение пришло неожиданно.. Бросив взгляд на выступавшую в прошлом году в составе нашей команды Хонду Аккорд, мы заметили, что линии заднего стекла и крышки багажника у этой машины очень похожи на «десяточные». И действительно, антикрыло от Prodrive отлично вписалось в облик ВАЗ-2110! Вышло не только красиво, но и недорого.

Но, по нашему мнению, наибольшую эффективность для кольцевой машины приносит не игра углами атаки антикрыльев, а грамотное использование «граунд-эффекта» — прижима автомобиля к дороге за счет разрежения воздушного потока под машиной. Специально для этого мы не просто сделали днище автомобиля гладким, но и тщательно выверили размеры накладок на порогах и диффузора под задним бампером.

А проверку результатов нашей работы мы проводим с помощью телеметрии. Используя датчики в подвеске, мы убедились, что кузов автомобиля с доработанным днищем действительно лучше прижимается к полотну трассы. И, конечно же, прислушиваемся к отзывам гонщиков. Например, по их просьбе сейчас разрабатываем модификацию переднего спойлера для медленных или мокрых трасс. На его углах мы разместим по одной или по две дополнительных горизонтальных плоскости, которые должны помочь прижать передок машины к полотну трассы.

А к следующему сезону будем строить новый автомобиль. Хотя вряд ли его внешность сильно изменится. Мы — за преемственность стиля.

Д. Шевцов, Фото автора и Г. Голышева

Подъемная и прижимная сила

В результате неравномерного обтекания потоком воздуха автомобиля с разных сторон возникает разница в скорости его движения.


Действующие подъемная и прижимная силы

Автомобиль движется и рассекает поток воздуха, при этом часть этого потока уходит под авто и проходит под днищем, то есть движется практически по прямой. А вот верхней части потока приходится повторять форму кузова, и ей приходится проходить большее расстояние. Из-за этого возникает разница в скорости воздуха – верхняя часть движется быстрее нижней, проходящей под авто. А поскольку увеличение скорости сопровождается снижением давления, то под днищем образуется зона повышенного давления, которая приподнимает машину.

Проблем добавляет и лобовое сопротивление. Область повышенного давления воздушной массы перед машиной прижимает передок к дороге, в то время как разрежение и завихрения позади наоборот – способствуют приподнятию кузова. Подъемная сила, как и лобовое сопротивление, возрастает при увеличении скорости движения.

Негативным фактором от воздействия такой силы является ухудшение устойчивости авто при увеличении скорости и повышение вероятности ухода в занос.

Но эта сила может оказывать и положительное действие. При внесении корректив в конструкцию авто возможно преобразование подъемной силы в прижимную, которая будет обеспечивать лучшее сцепление с дорогой, устойчивость авто, его управляемость на высоких скоростях.

При этом для получения прижимной силы не требуется каких-либо отдельных решений. Все разработки, направленные на снижение коэффициента Сх также сказываются и на прижиме. К примеру, оптимизация формы задней части приводит к уменьшению завихрений и разрежения, из-за чего подъемная сила тоже снижается, а прижимная — повышается. Установка заднего спойлера действует таким же образом.


Уменьшение завихрений при установке спойлера

Боковые же силы при установлении аэродинамики автомобиля, особо в расчет не берутся, в силу того, что они не постоянны, а также значительного влияния на показатели авто не оказывают.

Но это все теория аэродинамики автомобиля. На практике все можно пояснить одним предложением — чем хуже аэродинамика, тем выше расход топлива.

Что ещё влияет на аэродинамику?

Конечно, конструкторы стараются по максимуму снизить сопротивление авто при движении и повысить прижимную силу. Но особенности эксплуатации авто и свой взгляд автовладельцев на внешние особенности машины вносят свои коррективы, причем в некоторых случаях – значительны.


Аэродинамическое сопротивление разных автомобилей в зависимости от скорости

К примеру, установка багажника на крышу, даже с аэродинамической формой увеличивает поперечную проекцию авто и сильно влияет на обтекаемость, это сразу сказывается на потреблении топлива.

Также расход повышается от езды с открытыми окнами и люком, использование защитных и декоративных обвесов, перевозка негабаритных грузов, выступающих за авто, нарушение положения конструктивных элементов, расположенных под днищем, повышение клиренса.

Но автовладелец также может и внести коррективы, которые положительно повлияют на аэродинамику автомобиля. К ним относится использование аэродинамических обвесов, установка спойлера, уменьшение клиренса.

Коэффициент аэродинамического сопротивления фрамуг

Этим материалом редакция журнала „Мир Климата“ продолжает публикацию глав из книги „Системы вентиляции и кондиционирования. Рекомендации по проектированию для произ- водственных и общественных зданий“. Автор Краснов Ю.С.

Аэродинамический расчет воздуховодов начинают с вычерчивания аксонометрической схемы (М 1: 100), проставления номеров участков, их нагрузок L (м 3 /ч) и длин I (м). Определяют направление аэродинамического расчета — от наиболее удаленного и нагруженного участка до вентилятора. При сомнениях при определении направления рассчитывают все возможные варианты.

Расчет начинают с удаленного участка: определяют диаметр D (м) круглого или площадь F (м 2 ) поперечного сечения прямоугольного воздуховода:

Рекомендуемую скорость принимают следующей:

в начале системывблизи вентилятора
Административные здания45 м/с812 м/с
Производственные здания56 м/с10/16 м/с

Скорость растет по мере приближения к вентилятору.

По приложению Н из [30] принимают ближайшие стандартные значения: DCT или (а х b)ст (м).

Рис. 1. Аксонометрическая схема воздуховода

Фактическая скорость (м/с):

Гидравлический радиус прямоугольных воздуховодов (м):

Критерий Рейнольдса:

(для прямоугольных воздуховодов Dст=DL).

Коэффициент гидравлического трения:

λ=0,3164 × Re-0,25 при Re≤60000,

λ=0,1266 × Re-0,167 при Re 3 /ч

длина L, мυрек, м/ссечение а × b, мυф, м/сDl,мReλKmcпотери на участке Δр, па
решетка рр на выходе0,2 × 0,43,11,810,4
17204,240,2 × 0,254,00,222569000,02050,488,4
210303,050,25× 0,254,60,25737000,01950,48,1
321302,760,4 × 0,255,920,3081169000,01800,4813,4
4348014,870,4 × 0,46,040,401549000,01721,4445,5
568301,280,5 × 0,57,60,502340000,01590,28,3
6104206,4100,6 × 0,59,650,5453370000,01510,6445,7
104200,8ю.Ø0,648,990,643690000,01490,9
7104203,250,53 × 1,065,150,7072340000,0312 ×n2,544,2
Суммарные потери: 185
Таблица 1. Аэродинамический расчет
Примечание. Для кирпичных каналов с абсолютной шероховатостью 4 мм и υф = 6,15 м/с, поправочный коэффициент n = 1,94 ( 32 , табл. 22.12.)

Воздуховоды изготовлены из оцинкованной тонколистовой стали, толщина и размер которой соответствуют прил. Н из [30]. Материал воздухозаборной шахты — кирпич. В качестве воздухораспределителей применены решетки регулируемые типа РР с возможными сечениями: 100 х 200; 200 х 200; 400 х 200 и 600 х 200 мм, коэффициентом затенения 0,8 и максимальной скоростью воздуха на выходе до 3 м/с.

Сопротивление приемного утепленного клапана с полностью открытыми лопастями 10 Па. Гидравлическое сопротивление калориферной установки 100 Па (по отдельному расчету). Сопротивление фильтра G-4 250 Па. Гидравлическое сопротивление глушителя 36 Па (по акустическому расчету). Исходя из архитектурных требований проектируют воздуховоды прямоугольного сечения.

Сечения кирпичных каналов принимают по табл. 22.7 [32].

Коэффициенты местных сопротивлений

Участок 1. Решетка РР на выходе сечением 200×400 мм (рассчитывают отдельно):

KMC решетки (прил. 25.1) = 1,8.

Падение давления в решетке:

Δр — рД × KMC = 5,8 × 1,8 = 10,4 Па.

Расчетное давление вентилятора р:

Δрвент = 1,1 (Δраэрод + Δрклап + Δрфильтр + Δркал + Δрглуш)= 1,1 (185 + 10 + 250 + 100 + 36) = 639 Па.

Lвент= 1,1 х Lсист = 1,1 х 10420 = 11460 м 3 /ч.

Выбран радиальный вентилятор ВЦ4-75 № 6,3, исполнение 1:

L = 11500 м 3 /ч; Δрвен = 640 Па (вентагрегат Е6.3.090- 2а), диаметр ротора 0,9 х Dпом., частота вращения 1435 мин-1, электродвигатель 4А10054; N = 3 кВт установлен на одной оси с вентилятором. Масса агрегата 176 кг.

Проверка мощности электродвигателя вентилятора (кВт):

По аэродинамической характеристике вентилятора nвент = 0,75.

№ участковВид местного сопротивленияЭскизУгол α, град.ОтношениеОбоснованиеКМС
F/F1L/Lстfпрох/fств
1Диффузор200,62Табл. 25.10,09
Отвод90Табл. 25.110,19
Тройник-проход0,30,8Прил. 25.80,2
∑ =0,48
2Тройник-проход0,480,63Прил. 25.80,4
3Тройник-ответвление0,630,61Прил. 25.90,48
42 отвода250 × 40090Прил. 25.11
Отвод400 × 25090Прил. 25.110,22
Тройник-проход0,490,64Табл. 25.80,4
∑ =1,44
5Тройник-проход0,340,83Прил. 25.80,2
6Диффузор после вентилятораh=0,61,53Прил. 25.130,14
Отвод600 × 50090Прил. 25.110,5
∑=0,64
Конфузор перед вентиляторомDг=0,42 мТабл. 25.12
7Колено90Табл. 25.11,2
Решетка жалюзийнаяТабл. 25.11,3
∑ =1,44
Таблица 2. Определение местных сопротивлений

Краснов Ю.С.,

„Системы вентиляции и кондиционирования. Рекомендации по проектированию для производственных и общественных зданий“, глава 15. „Термокул“

3 Для навесов с волнистыми покрытиями аэродинамический коэффициент трения cf

= 0,04.

Аэродинамические коэффициенты лобового сопротивления сх

сферы при
z g>d
/2 (рисунок
Д.13
) приведены на рисунке
Д.14
в зависимости от числа Рейнольдса
Re
и относительной шероховатости d = D /
d
, где D , м, – шероховатость поверхности (см.
Д.1.15
). При
zgd
/2 коэффициент
сх
следует увеличить в 1,6 раза.

Коэффициент подъемной силы сферы сz

принимается равным:

При определении коэффициента v

в соответствии с
11.1.11
следует принимать

Число Рейнольдса Re

определяется по формуле

где d

, м, – диаметр сферы;

w

, Па, – определяется в соответствии с
11.1.4
;

ze

, м, – эквивалентная высота;

k

(
ze
) – определяется в соответствии с
11.1.6
;

Д.1.12 Сооружения и конструктивные элементы с круговой цилиндрической поверхностью

Аэродинамический коэффициент се1

внешнего давления определяется по формуле

Распределение коэффициентов с b по поверхности цилиндра при d = D / d

5 × 10 -4 (см.
Д.1.16
) приведено на рисунке
Д.16
для различных чисел Рейнольдса
Re
. Значение указанных на этом рисунке углов b min и b
b
, а также соответствующее им значение коэффициентов
с
min и
сb
приведены в таблице
Д.5
.

Значения аэродинамических коэффициентов давления се

2 и
сi
(рисунок
Д.14
) приведены в таблице
Д.6
. Коэффициент
сi
следует учитывать для опущенного покрытия («плавающая кровля»), а также при отсутствии покрытия.

Аэродинамические коэффициенты лобового сопротивления определяются по формуле

где k

l – определено в
Д.1
в зависимости от относительного удлинения сооружения (см.
Д.1.15
). Значения коэффициентов
cx
¥ приведены на рисунке
Д.17
в зависимости от числа Рейнольдса
Re
и относительной шероховатости D = d /
d
(см.
Д.1.16
).

Для проводов и тросов (в том числе покрытых гололедом) сх

= 1,2.

Аэродинамические коэффициенты наклонных элементов (рисунок Д.18

) определяются по формуле

где сх

– определяется в соответствии с данными рисунка
Д.17
;

ось х

параллельна скорости ветра
V
;

ось z

направлена вертикально вверх;

При определении коэффициента v

в соответствии с
11.1.1
:

Число Рейнольдса Re

определяется по формуле, приведенной в
Д.1.11
, где
z е
= 0,8
h
для вертикально расположенных сооружений;

ze

равно расстоянию от поверхности земли до оси горизонтально расположенного сооружения.

Д.1.13 Призматические сооружения

Аэродинамические коэффициенты лобового сопротивления призматических сооружений определяются по формуле

где k

l определено в
Д.1.15
в зависимости от относительного удлинения сооружения l
е
.

Значения коэффициента cX

¥ для прямоугольных сечений приведены на рисунке
Д.19
, а для
n
-угольных сечений и конструктивных элементов (профилей) – в таблице
Д.7
.

Эскизы сечений и направлений ветра

Д.1.14 Решетчатые конструкции

Аэродинамические коэффициенты решетчатых конструкций отнесены к площади граней пространственных ферм или площади контура плоских ферм.

Направление оси х

для плоских ферм совпадает с направлением ветра и перпендикулярно плоскости конструкции; для пространственных ферм расчетные направления ветра показаны в таблице
Д.8
.

12 автомобилей с самым низким коэффициентом лобового сопротивления (с фотографиями)

Аэродинамика стала огромным преимуществом для автомобилей.

Чем выше аэродинамика автомобиля, тем легче он движется по воздуху и тем выше топливная экономичность.

Аэродинамические качества автомобиля обычно измеряются коэффициентом лобового сопротивления, обозначаемым как Cd.

Более низкий Cd означает, что у транспортного средства низкое лобовое сопротивление и требуется минимальное количество топлива для проталкивания воздуха.

В этой статье мы рассмотрим популярные автомобили с самым низким коэффициентом лобового сопротивления (Cd).Давайте погрузимся в это!

1. Tesla Model S

Ненавидите их или любите, нельзя отрицать, что автомобили Tesla являются одними из самых технологически продвинутых автомобилей.

В частности, автомобили компании рассчитаны на максимальные аэродинамические характеристики.

При разработке электрического седана Model S инженеры Tesla позаботились о высокой аэродинамике автомобиля. Это, вероятно, уменьшит лобовое сопротивление и, как следствие, мощность, необходимую для движения транспортного средства по воздуху.

Если вы хотите узнать, почему Model S входит в число самых экономичных автомобилей на рынке, то вот оно.

Согласно нашим исследованиям, Tesla Model S имеет рейтинг 0,24 кд. Эта цифра также согласуется с результатами известных журналов и веб-сайтов.

2. Toyota Prius

В мире экологичных автомобилей Toyota Prius — легенда.

Это был первый гибрид для массового рынка, который показал превосходные, невиданные ранее показатели расхода бензина.

Prius продолжает оставаться одним из самых эффективных автомобилей на рынке, отчасти из-за его аэродинамического дизайна.

Согласно отчетам исследования, Prius имеет официальный рейтинг Cd 0,24.

Это один из самых низких на рынке значений коэффициента лобового сопротивления (Cd), который объясняет умеренный расход топлива Prius.

Как и другие автомобили в списке, Prius обладает функциями, улучшающими его аэродинамические качества.

Например, Prius имеет уникальную каплевидную форму, которая позволяет ему рассекать воздух с минимальным сопротивлением.

Хорошо продуманная линия крыши и панели днища также способствуют низкому коэффициенту лобового сопротивления Prius.

3. Тесла Модель X

В среднем за день вы вряд ли найдете внедорожники в таких списках, как этот. Благодаря своему большому квадратному дизайну внедорожники являются одними из наименее аэродинамических транспортных средств на планете.

Но Model X — не обычный внедорожник. Помимо того, что Model X является одним из первых полностью электрических внедорожников, он очень аэродинамичен.

Аэроэффективность Model X сводится к отсутствию большого двигателя, нуждающегося в охлаждении.

В нем также используется язык дизайна Tesla, ориентированный на аэродинамику. Кузов Model X очень обтекаемый, так что у него минимальное сопротивление.

Чтобы дать конкретное значение, модель X имеет номинальное значение 0,25 кд. Это особенно впечатляет для внедорожника такого размера.

Для сравнения: показатель Cd у Model X лишь немного ниже, чем у Model S, несмотря на разницу в размерах.

4. Киа Оптима Гибрид

Гибридные автомобили часто стремятся к максимальному расходу топлива, и Kia Optima Hybrid не исключение.

Optima позволяет водителям преодолевать большие расстояния только от аккумулятора, что снижает расход топлива.

Еще одна причина эффективности Optima Hybrid — низкий коэффициент лобового сопротивления. Этот автомобиль входит в число самых аэродинамических автомобилей с рейтингом 0,25 Cd.

Опять же, язык дизайна является ключом к низкому коэффициенту лобового сопротивления Optima. Седан имеет активную переднюю решетку и уникальную переднюю воздушную завесу для улучшения воздушного потока.

Он также оснащен специальным задним бампером, который снижает сопротивление при движении.Все эти особенности способствуют снижению коэффициента лобового сопротивления.

5. Hyundai Ioniq

Ioniq — это ответ Hyundai на самый продаваемый гибридный автомобиль Toyota Prius.

Он может похвастаться такими же (и впечатляющими) показателями экономии топлива, как Prius, а также отличной аэродинамической эффективностью.

Модели Ioniq имеют несколько изгибов и складок, предназначенных для лучшего направления воздушного потока вокруг автомобиля.

Также имеется трехступенчатая активная передняя решетка, которая усиливает воздушный поток во время движения.В совокупности эти особенности помогают Ioniq достичь более низкого коэффициента лобового сопротивления.

Наше исследование показывает, что Hyundai Ioniq имеет коэффициент лобового сопротивления 0,24 — такой же, как у Toyota Prius.

Если вам когда-нибудь понадобится альтернатива Prius, Ioniq может стать отличным выбором.

6. BMW 5 серии EfficientDynamics Edition

BMW имеет долгую историю создания автомобилей с высокими аэродинамическими характеристиками. На самом деле, этот список, скорее всего, увидит больше, чем модели BMW.

Автомобиль имеет лучший в классе коэффициент лобового сопротивления 0.22 Кд.

Автомобиль серии 5 серии EfficientDynamics Edition создан для снижения расхода топлива и выбросов углекислого газа.

Таким образом, в нем используются элементы аэродинамической конструкции, которые также снижают коэффициент лобового сопротивления.

Одним из таких элементов дизайна является специальная решетка радиатора с активными жалюзи.

В седане 5-й серии также используется уникальный дизайн легкосплавных дисков для лучшей аэродинамики.

В отличие от своих стальных аналогов, легкосплавные диски легче и уменьшают вес автомобиля для повышения аэродинамической эффективности.

7. Honda Insight

Многие этого не знают, но Honda Insight предшествовала Toyota Prius.

Единственная разница между ними?

Prius завоевал популярность и стал мейнстримом, в то время как Insight считался второстепенным автомобилем.

Honda вернула Insight после долгого перерыва, а новый гибрид может похвастаться улучшенным дизайном и лучшей аэродинамикой.

Insight имеет рейтинг 0,25 Cd, что всего на 0,01 выше, чем у Prius.

Обязательно прочтите нашу статью об автомобилях с адаптивным круиз-контролем.

8. Mazda Mazda3

Иногда автопроизводители жертвуют характеристиками и впечатляющим внешним видом ради улучшенной аэродинамики.

Не Mazda Mazda3; этот автомобиль обладает высокой аэродинамической эффективностью благодаря своему уникальному дизайну.

Элементы аэродинамического дизайна Mazda3 включают эффективную нижнюю часть кузова и обтекаемые компоненты подвески.

У среднего автомобиля Mazda3 0.Рейтинг 26 Cd. Хотя это самый высокий автомобиль в списке, он лучше, чем у большинства автомобилей.

9. BMW 7 серии L

Как мы уже говорили ранее, философия дизайна BMW делает упор на аэродинамическую эффективность.

7-я серия, как и ее сестра 5-й серии, имеет несколько конструктивных элементов, обеспечивающих впечатляющий коэффициент лобового сопротивления.

Согласно исследованиям, рейтинг BMW 7 серии составляет 0,24 кд. Это настоящий подвиг, поскольку 7-я серия больше большинства седанов, включая 5-ю серию.

Одним из факторов, определяющих низкий показатель Cd BMW 7 серии, является активная пневмоподвеска.

Изменение настроек подвески снижает высоту автомобиля и улучшает аэродинамические характеристики.

У 7-й серии также есть жалюзи радиатора и передние воздушные завесы, которые помогают улучшить его аэродинамические качества.

Также читайте нашу статью о популярных автомобилях с сильными фарами.

10. Мерседес-Бенц CLA BlueEfficiency

На данный момент можно предположить, что немецкие автопроизводители имеют особое отношение к аэродинамическим характеристикам.

Подобно конкурирующему BMW, Mercedes-Benz подвергает свои автомобили многочасовым испытаниям в аэродинамической трубе для улучшения аэродинамики.

После выпуска в 2013 году автомобиль CLA BlueEfficiency имел один из самых низких показателей коэффициента лобового сопротивления (Cd) на рынке.

Показатель 0,22 Кд у этого автомобиля был намного лучше, чем у большинства серийных моделей, что послужило вдохновением для создания аналогичных аэродинамических автомобилей.

Среди прочего, модель BlueEfficiency отличается уникальным дизайном решетки радиатора Mercedes-Benz.Он также использует глушитель выхлопа и задний спойлер для улучшения аэродинамических характеристик.

Также читайте нашу статью о популярных автомобилях с двигателями Ванкеля.

11. Audi A4 2.0 TDI Ultra

Линейка Audi A4 Ultra предназначена для владельцев автопарков, которые хотят минимизировать расход топлива и выбросы CO2.

В отчетах говорится, что автомобили Ultra были разработаны с использованием технологий гоночных автомобилей Audi, которые отдают предпочтение аэродинамической эффективности.

Audi A4 Ultra имеет 0.Рейтинг 23 Cd. Это делает его одним из самых аэродинамических автомобилей в списке.

12. Mercedes-Benz A-Class седан

По разным данным, седан Mercedes-Benz A-Class, пожалуй, самый аэродинамичный из доступных автомобилей.

Он имеет коэффициент лобового сопротивления 0,22 Cd и компактную площадь лобовой части 2,19 м. 2 .

Тщательный анализ седана A-Класса раскрывает причины его потрясающей аэродинамической эффективности.

Благодаря новейшим компьютерным технологиям моделирования, A-Class имеет исключительно аэродинамический экстерьер.

Он отличается полностью герметичным днищем и значительно уменьшенной передней площадью, что позволяет ему рассекать воздух с самым низким сопротивлением среди всех автомобилей в своем классе.

Спойлеры на передние и задние колеса отлично справляются с направлением воздуха вокруг колес, а аэродинамически настроенные колеса и шины помогают снизить трение.

Вы даже можете купить дополнительную систему заслонок, которая уменьшает поток воздуха, проходящий через моторный отсек, для создания автомобиля с великолепными аэродинамическими характеристиками и самым низким коэффициентом лобового сопротивления в отрасли.

Эта статья была полезной? Вы нашли неверную информацию или чего-то не хватало?

Мы будем рады услышать ваши мысли! (PS: читаем ВСЕ отзывы)

Самые аэродинамичные новые автомобили в мире

  • Born Slppy — Самая аэродинамичная новинка 2021 года

    © Мерседес-Бенц

    Mercedes-Benz вернул себе титул самого аэродинамичного нового автомобиля в мире с EQS.Постоянная потребность в улучшении топливной экономичности и производительности означает, что производители автомобилей придают еще большее значение аэродинамике.

    Разработчики электромобилей

    также уделяют большое внимание тому, чтобы максимально использовать каждую последнюю милю от полностью заряженной батареи.

    Чтобы сравнить аэродинамику каждого автомобиля, мы рассмотрели их значение Cd. Это показатель коэффициента лобового сопротивления автомобиля, меньшее значение которого означает, что он будет более аэродинамичным. Существуют и другие меры, но значение Cd чаще всего публикуется производителями.

    Присоединяйтесь к нам, чтобы познакомиться с самыми аэродинамическими автомобилями, которые продаются по всему миру.

  • Mercedes-EQ EQS — 0.202 КД

    © Mercedes-EQ

    Создавая EQS, Mercedes не только создает роскошный электрический флагман, но и запускает новый бренд Mercedes-EQ.Это означает, что при проектировании этого большого седана компания сделала все возможное. Теперь он может претендовать на приз как самый аэродинамичный новый автомобиль в мире.

    Несмотря на то, что EQS является родственником обычного S-класса, он построен на совершенно новой платформе. Это позволило дизайнерам с самого начала обеспечить максимальную аэродинамическую эффективность, одержимо оттачивая форму EQS в аэродинамической трубе.

    Mercedes разработал переднюю стойку для снижения шума и улучшения аэродинамики, установил специальную облицовку днища для максимальной эффективности, а также установил спойлеры на колеса спереди и сзади.Для оптимальной обтекаемости также выбраны различные варианты колес.

  • Tesla Model S Плед — 0.208 Cd

    © Тесла

    Tesla любит попадать в заголовки новостей и постоянно улучшать свои продукты. Последней высокопроизводительной версии Model S удалось сделать и то, и другое, и она могла похвастаться лучшим коэффициентом компакт-диска, пока Mercedes-EQ бесшумно не въехал в город.

    Показанная ранее в этом году модель Plaid использует три электродвигателя для выработки более 1000 лошадиных сил. Tesla заявляет, что максимальная скорость составляет 200 миль в час, при этом Model S также может обеспечить дальность действия 390 миль при полной зарядке.

    Помогают Plaid рассекать воздух — изготовленный на заказ передний сплиттер, новый задний диффузор и расширяющиеся колесные арки для уменьшения сопротивления колес. В багажник также был добавлен новый тонкий спойлер.

  • Lucid Air — 0.21 кд

    © Lucid

    Мотивация для усовершенствований Tesla Model S могла исходить от Lucid Air. Компания-стартап заявила, что ее будущий электромобиль устанавливает новый стандарт аэроэффективности со значением 0,21 Cd.

    Lucid наняла бывших дизайнеров Формулы-1 для улучшения аэродинамики своего роскошного электромобиля. Особенности включают боковые воздухозаборники для плавного обдува передних колес, а также гладкую нижнюю часть кузова.

    Говорят, что прототип Lucid Air достиг максимальной скорости 235 миль в час.

  • Порше Тайкан Турбо — 0,22 КД

    © Porsche

    Первый полностью электрический спортивный автомобиль Porsche не только выглядит футуристично, но и обладает хорошей аэродинамической эффективностью.Улучшение формы Taycan для уменьшения лобового сопротивления дает преимущества как с точки зрения производительности, так и с точки зрения запаса хода аккумулятора.

    Хотя это и не самая быстрая версия Taycan, разгон от 0 до 100 км / ч за 3,2 секунды по-прежнему достаточно быстрый. Несмотря на это, согласно официальным тестам, он может преодолеть до 280 миль.

  • Mercedes-Benz A-Class седан — 0.22 Кд

    © Мерседес-Бенц

    Выпущенный всего два года назад, A-Class получил приз как самый аэродинамичный автомобиль в продаже. Темпы прогресса, особенно со стороны производителей электромобилей, привели к снижению рейтинга.

    Однако значение Cd, равное 0,22, по-прежнему впечатляет. От закрытого днища кузова, чтобы избежать нарушения воздушного потока, до обеспечения плотного прилегания фар к кузову, инженеры приложили огромные усилия.

  • Мерседес-Бенц S-Класс — 0,22 КД

    © Мерседес-Бенц

    От самого маленького седана Mercedes-Benz до самого большого — стремление немецкой компании к аэродинамике не остановится. Анонсированный в прошлом году новый флагман S-класса седьмого поколения показал впечатляюще низкую отметку 0.Значение 22 Кд.

    Mercedes сконцентрировался на управлении воздушным потоком вокруг переднего бампера, наряду с бесчисленными небольшими улучшениями. К ним относятся «аэростаты» под боковыми зеркалами и даже изменение формы облицовки рычагов задней подвески.

  • BMW 5 серии Efficient Dynamics Edition — 0,22 кд

    © BMW

    Как и многие автомобили, представленные в этом списке, те, которые возглавляют диаграммы по аэроэффективности, часто являются специальными моделями, построенными с пониженным уровнем выбросов CO2.Стремление к большей экономии топлива и выбросу углекислого газа вынудило производителей проводить в аэродинамической трубе еще больше времени.

    Такие разработки, как активные жалюзи для фирменной решетки радиатора и аэродинамически улучшенные конструкции легкосплавных дисков, являются одними из инструментов, используемых BMW для снижения лобового сопротивления в новейшем седане 5-й серии.

  • Alfa Romeo Giulia Advanced Efficiency — 0.23 кд

    © Альфа Ромео

    Несмотря на то, что это, несомненно, красиво, отметка в поле с правильными опциями также может сделать последний седан Alfa еще более скользким, когда дело доходит до резкости в воздухе.

    Основные изменения включают снижение дорожного просвета Giulia для повышения аэродинамики, а также специально разработанные 16-дюймовые легкосплавные диски. Завершают пакет шины, выбранные для снижения сопротивления качению.

    Все эти меры помогают автомобилю Advanced Efficiency Giulia повышать топливную экономичность и запас хода.

  • Тесла Модель 3 — 0,23 Кд

    © Тесла

    Как самый маленький Tesla, Model 3 имеет все аэротехнологии своих старших братьев, но в сжатом виде. Отсутствие обычного двигателя внутреннего сгорания для охлаждения и подачи кислорода дает специалистам по аэродинамике автомобилей гораздо большую свободу в проектировании.

    Больше никаких зияющих решеток означает более плавный воздушный поток, что важно, когда вам нужно извлечь каждую последнюю милю из батареи. В комплектации Long Range Model 3 официально может проехать до 353 миль при полной зарядке.

  • Mercedes-Benz E-Class седан — 0,23 Cd

    © Мерседес-Бенц У

    Mercedes-Benz есть аэродинамическая труба, и они явно не боятся ее использовать, когда дело доходит до улучшения своего модельного ряда седанов.Фактически, именно E-Class 1984 года ознаменовал начало одержимости Штутгарта снижением лобового сопротивления. Этот автомобиль, выпущенный почти четыре десятилетия назад, достиг показателя Cd 0,27. Это произошло из-за сужающейся задней части и тонкого спойлера на багажнике.

    Несмотря на то, что последний E-Class заметно больше, достижения в аэродинамике означают, что он превосходит своего исторического предшественника с впечатляющим показателем 0,23.

  • BMW 3 серии — 0.23 кд

    © BMW

    BMW 3 серии — один из самых популярных компактных представительских седанов в мире. Будучи таким важным автомобилем для бренда, BMW упорно трудилась, чтобы обеспечить его отличную аэродинамику. В последней версии «G20» коэффициент лобового сопротивления 3-й серии упал с 0,26 до 0,23 в некоторых комплектациях.

    В частности, BMW выделяет дизельный 320d как наиболее выгодный благодаря улучшениям аэродинамики.К ним относятся активные заслонки передней решетки, почти полностью плоское днище и «воздушные завесы» для прямого воздушного потока.

  • Mercedes-Benz C-Class седан — 0,24 Cd

    © Мерседес-Бенц

    Еще один новый седан Mercedes-Benz? Да, действительно, и C-Класс — самый новый из всех.Влияние стиля явно было взято от меньшего четырехдверного A-класса, наряду с стремлением сохранить аэродинамику.

    Mercedes-Benz отмечает, что, несмотря на то, что новый C-Class существенно вырос в размерах, он сохранил то же значение 0,24 Cd, что и предыдущая модель.

  • Audi E-tron GT Quattro — 0,24 КД

    © Audi

    Audi расширила ассортимент электромобилей, представив впечатляющий новый E-tron GT.С двумя электродвигателями и мощным аккумулятором под полом E-tron GT обещает запас хода до 300 миль.

    Эквивалент девяти миллионов рабочих часов было потрачено на компьютерное моделирование для улучшения аэродинамики E-tron GT. Это включает использование активных жалюзи решетки радиатора, колес с аэродинамическими лопастями и активного заднего спойлера.

  • Toyota Prius — 0.24 кд

    © Toyota

    Каплевидная форма последнего Prius не является чем-то новым, но автомобиль четвертого поколения претерпел значительные изменения, чтобы стать лучше своего предшественника. Линия крыши была сдвинута вперед, и были установлены дополнительные панели днища, чтобы обеспечить дополнительную аэродинамическую эффективность.

    Это сработало, а это означает, что, несмотря на агрессивные линии и углы, новый Prius лучше старой версии на 0,02 кд. В мире максимальной экономии топлива это крошечное число может означать огромную разницу в дальности полета.

  • Hyundai Ioniq — 0,24 Кд

    © Hyundai

    Неудивительно, что главный конкурент Hyundai Prius имеет форму слезинки. Разработанный для эффективного направления воздуха через кузов хэтчбека, Ioniq имеет множество тщательно подобранных контуров и складок.

    В наличии трех различных версий Ioniq компания Hyundai различает гибридную и чисто электрическую модели. Гибриды имеют трехступенчатую активную переднюю решетку, в то время как электрическая версия использует более гладкую прочную панель.

  • BMW 7 серии — 0,24 КД

    © BMW

    К настоящему времени вы должны почувствовать тему, особенно если речь идет о немецких автомобилях того же производителя.Идеи, использованные в текущей 7-й серии, были скопированы для 5-й серии меньшего размера, что позволило снизить уровень сопротивления.

    Примечательным атрибутом 7-й серии является активная пневмоподвеска. Включение спортивного режима означает, что дорожный просвет самого большого BMW снижается, что способствует аэродинамической эффективности. Также присутствуют необходимые решетчатые жалюзи и воздушные завесы, помогающие большому четырехдверному автомобилю.

  • Mercedes-Benz B-Class — 0.24 кд

    © Мерседес-Бенц

    Поскольку автомобиль Mercedes-Benz A-класса является компактной версией MPV, пространство и практичность являются основными причинами для покупки B-класса. Тем не менее, несмотря на квадратный корпус, он обеспечивает впечатляющее значение 0,24 Кд.

    Мелкие детали, такие как уплотнение в местах соединения фар с кузовом, а также новый задний спойлер, внесли свой вклад. Активные жалюзи на передней решетке также способствуют экономии аэродинамики.

    Наряду с уменьшенным расходом топлива это означает меньший шум ветра для пассажиров B-Класса.

  • Tesla Model X — 0,25 Кд

    © Тесла

    Вы заметите, что помимо Tesla Model X в этом списке отсутствуют роскошные внедорожники.Их более высокие и квадратные формы затрудняют рассечение воздуха. В результате, естественно, страдает аэродинамическая эффективность. Hummer h3 смог достичь только значения 0,57 Cd.

    Модель X без двигателя внутреннего сгорания не требует вентиляционных отверстий для охлаждения. Гладкое днище и обтекаемый стиль, вдохновленный остальной линейкой Tesla, завершают работу.

  • Audi A4 — 0.25 кд

    © Audi

    Выиграв гонку «24 часа Ле-Мана» 13 поразительных раз, Audi кое-что знает об аэродинамике. Это означает, что последний седан A4 может максимально чисто прорезать воздух.

    Предыдущие версии A4 могли предложить значение Cd всего 0,23. Тем не менее, самая последняя модель с фейслифтингом по-прежнему обеспечивает респектабельные 0,25 Кд.

  • Mercedes-Benz A-Class Хэтчбек — 0.25 кд

    © Мерседес-Бенц

    Новый хэтчбек A-класса, возможно, обогнал своего седана на рынке, но по аэродинамике он не может сравниться с четырехдверным автомобилем. Более коренастый хвост хэтчбека мешает воздуху больше, чем гладкий седан, вызывая большее сопротивление.

    Тем не менее, новый A-Class по-прежнему остается одним из лучших хэтчбеков в этом списке, поэтому мы уверены, что Mercedes-Benz не слишком обеспокоен.

  • Ford Focus Седан — 0.25 кд

    © Форд

    Еще раз доказательством того, что седаны превосходят люки по коэффициенту лобового сопротивления, является новый Ford Focus. Он превосходит более обычную модель хэтчбека по аэродинамике, которая может зафиксировать значение Cd только 0,275.

    Ford представил такие технологии, как активные жалюзи передней решетки радиатора на Focus предыдущего поколения, и явно приложил немало усилий, чтобы эта модель еще больше улучшила ситуацию.

  • Порше Тайкан Турбо S — 0,25 КД

    © Porsche

    Флагманский Taycan не такой скользкий, как (немного) более медленный Turbo, но кто жалуется? По официальным данным, при полной зарядке он может проехать более 200 миль.

    Команда разработчиков

    Porsche провела около 1500 часов в аэродинамической трубе, и среди новаторских функций — большие воздухозаборники вокруг фар.Говорят, что они «направляют воздух, как занавес над арками передних колес».

  • Audi E-tron Sportback — 0,25 КД

    © Audi

    Модель Sportback, являющаяся версией купе обычного электрического внедорожника Audi E-tron, отличается улучшенной аэродинамикой.Стандартный набор мер по снижению сопротивления включает плоское днище, активные вентиляционные отверстия в решетке и колеса, выбранные с учетом аэродинамики и эстетики.

    На некоторых рынках покупатели также могут выбрать виртуальные наружные зеркала заднего вида. В этих опорах в форме крыла используются небольшие камеры, заменяющие более громоздкие обычные зеркала.

  • Skoda Octavia — 0.25 кд

    © Шкода

    Форма лифтбэка Skoda Octavia четвертого поколения помогает ей добиться больших успехов в аэродинамике. По сравнению с аналогичным Volkswagen Golf, он показывает похвальное значение 0,25 Cd при округлении в большую сторону.

    Активные вентиляционные отверстия в решетке радиатора, впервые использованные в Skoda, помогают Octavia добиться максимальной аэродинамической эффективности. Особый дизайн легкосплавных дисков и даже установка дворника заднего стекла в качестве опции — все это внесло свой вклад.

    Более просторная Octavia Estate также демонстрирует респектабельные 0,26 кд.

  • Audi A6 TFSI e — 0,26 КД

    © Audi

    Помимо создания всех версий мягких гибридов нового седана A6, Audi также позаботилась о том, чтобы он по аэродинамическим способностям приближался к конкурентам из BMW и Mercedes-Benz.

    Повышение топливной экономичности имеет значение для руководителей высшего звена, но не менее важен и тихий салон. Обеспечение плавного обтекания автомобиля воздухом помогает снизить шум ветра, делая пребывание в салоне более комфортным.

  • Ауди А8

    — 0,26 КД

    © Audi

    Последний флагман Audi наполнен новыми технологиями.Возможности автономного вождения могут быть большой покупкой для A8, но чистота аэродрома по-прежнему важна.

    Несмотря на смелую переднюю решетку, новому A8 все же удается сохранять аэродинамику благодаря ряду детальных настроек, таких как специально разработанные наружные зеркала заднего вида.

  • Audi Q4 Sportback E-tron — 0,26 КД

    © Audi

    Мы закончили с другой Audi, новым Q4 Sportback E-tron.Компания поставила перед собой задачу выпустить несколько новых электрических моделей, причем Q4 E-Tron предлагается как в обычном внедорожнике, так и в более стильном облике Sportback.

    Q4 Sportback E-tron демонстрирует лучшие аэродинамические характеристики благодаря гладкой нижней части кузова и регулируемым воздухозаборным решеткам. Узкие полосы под фарами направляют воздушный поток по краям автомобиля.

    Обычный внедорожник Q4 SUV немного хуже, но все же впечатляет — 0,28 Кд.

  • Air Resistance: The Invisible Enemy in Vehicle Design

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

    Сопротивление воздуху

    Измерение сопротивления воздуха

    Источник: Автор TheOtherJesse, Wikimedia Commons Ниже приведено уравнение сопротивления, которое представляет силу сопротивления, испытываемую телом при движении через воздух (или любую другую жидкость).Он состоит из плотности жидкости (которую мы не можем изменить), контрольной площади (лобовая область в случае автомобилей или мотоциклов), коэффициента лобового сопротивления (определяемого формой тела) и скорости потока ( относительно объекта)

    Уравнение показывает, что единственные параметры, которые может изменять дизайнер, — это опорная область объекта и коэффициент сопротивления. Для автомобилей и многих других объектов эталонной областью является проецируемая фронтальная область транспортного средства.

    Коэффициент лобового сопротивления находится в диапазоне от 0, а более низкий коэффициент лобового сопротивления указывает на то, что транспортное средство будет менее воздухонепроницаемым, что снижает коэффициент лобового сопротивления и улучшает характеристики транспортного средства в части скорости и топливной экономичности. Это два значения, на которые необходимо обратить внимание, чтобы снизить аэродинамическое сопротивление транспортного средства.


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


    Конструкция с воздушным сопротивлением

    Эволюция упрощенной конструкции автомобиля Геометрия автомобилей в зависимости от сопротивления воздуха (Источник: By Eshaan 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 неуклонно улучшали аэродинамику, стремясь сделать каждую новую модель более гладкой и «скользкой», чем предыдущая, позволяя воздуху легко обтекать ее с наименьшим возможным сопротивлением.

    Современные методы проектирования транспортных средств, которые помогают снизить сопротивление воздуха, включают, помимо гладкости общей формы транспортного средства, углубление дворников и дверных ручек ветрового стекла, оптимизацию наружных зеркал, устранение выступов по краям крыши и многое другое — все которые помогают уменьшить лобовое сопротивление и предотвратить потерю эффективности.

    Аэродинамические трубы и воздушное сопротивление

    Внедрение аэродинамических труб в конструкцию транспортных средств

    Однако это все еще относительно недавние разработки.До 1980-х годов обтекаемая конструкция автомобилей была ограничена гоночными и высококлассными спортивными автомобилями до тех пор, пока не были введены испытания в аэродинамической трубе, в результате которых на рынок были выведены аэродинамически оптимизированные потребительские автомобили. Вскоре аэродинамические трубы стали одним из важнейших инструментов улучшения аэродинамики транспортных средств.

    В аэродинамической трубе прототип транспортного средства фиксируется на месте, когда на него направляется поток воздуха, чтобы имитировать воздушный поток, с которым транспортное средство столкнется при движении по реальной дороге.Затем измеряется величина создаваемого сопротивления для оценки коэффициента сопротивления и оценки общих аэродинамических характеристик транспортного средства.

    Улучшение сопротивления воздуха

    Улучшение аэродинамики конструкции автомобиля с помощью моделирования Аэродинамический анализ автомобиля Perrinn F1 с помощью SimScale

    Физические аэродинамические трубы были отраслевым стандартом для производителей и конструкторов автомобилей до внедрения моделирования потоков 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 разработки продукта.С другой стороны, инструменты вычислительной гидродинамики (CFD) значительно более эффективны, они в значительной степени сокращают затраты и время на проектирование, позволяя инженерам тестировать свои проекты в гораздо большем разнообразии рабочих условий.

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

    В автомобильной промышленности наиболее целенаправленное применение оптимизации аэродинамики автомобилей можно найти в Формуле 1. С конца 60-х инженеры F1 работали над аэродинамикой своих автомобилей с двойной целью: минимизировать аэродинамическое сопротивление и максимизировать прижимную силу. . Для достижения обеих целей инженеры создали множество разных и экстравагантных решений. Например, конструкция Brabham BT46B, которая создавала высокий уровень прижимной силы с помощью вентилятора, не только увеличивала охлаждение, но и удаляла воздух из-под автомобиля.

    Сопротивление воздуху

    Вывод

    Сведение к минимуму сопротивления воздуха и оптимизация аэродинамических характеристик остается одной из ключевых задач для конструкторов автомобильной промышленности. Это больше не является исключительной прерогативой инженеров гоночных автомобилей и оказывает реальное 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.Если вы хотите узнать больше о том, как минимизировать сопротивление воздуха с помощью инженерного моделирования, запустите бесплатную пробную версию SimScale и используйте функциональные возможности платформы CFD для оптимизации ваших собственных проектов.

    Чтобы узнать, как использовать SimScale, посмотрите вебинар «Как оптимизировать гоночные автомобили с помощью облачных вычислений CFD», проведенный в партнерстве с журналом Racecar Engineering. Просто заполните эту короткую форму, и она начнется автоматически.


    Эти обтекаемые модели — самые аэродинамичные автомобили в мире

    • В 1980 году Volkswagen построил концепт-кар ARVW, самый аэродинамичный автомобиль, который он когда-либо создавал.Коэффициент аэродинамического сопротивления (Cd) составляет всего 0,15. Напротив, у большинства дорожных автомобилей Cd составляет 0,3-0,4.

      Volkswagen

    • ARVW смог достичь 225 миль в час (362 км / ч) на высокоскоростной чаше Nardo.

      Volkswagen

    • Модель 3 (а теперь и Модель Y) имеет КД 0,23, но только при наличии крышек аэродинамических колес.

      Шон Гэллап / Getty Images

    • Когда колесо вращается, оно сильно мешает воздуху, что вызывает аэродинамическое сопротивление.Вот почему у электромобилей часто есть колеса, которые максимально приближены к сплошному диску, но при этом позволяют тормозам остыть.

      Кристиан Марквардт / Getty Images

    • У Porsche Taycan 4S (на фото) и Taycan Turbo Cd равен 0.22 с этими колесами.

      Порше

    • В 2013 году Mercedes-Benz изменил форму своего дизельного двигателя CLA 180 BlueEfficiency, чтобы добиться Cd равного 0.22.

      Мерседес-Бенц

    • Четыре года спустя BMW смогла добиться того же Cd 0,22 с дизельным двигателем 520d EfficientDynamics.

      BMW

    • В 1996 году электромобиль GM EV1 имел Cd 0.19. К сожалению, почти все эти автомобили попали в дробилку.

      Дженерал Моторс

    • В 2013 году VW построил XL1, который может потреблять более 200 миль на галлон.

      Volkswagen

    • Покрытие колес снижает сопротивление даже больше, чем продуманная конструкция колес.

    • Lightyear One — это электромобиль на солнечных батареях, который разрабатывается в Нидерландах, и если он поступит в производство, он должен превзойти XL1 и EV1 с точки зрения сопротивления.

      Световой год

    • Для автомобилей с еще меньшим лобовым сопротивлением нам нужно забыть о законности дорожного движения. Это JCB Dieselmax, самый быстрый дизельный автомобиль на земле.В 2006 году он разогнался до 350 миль в час, а его показатель Cd составил 0,147.

      Руи Виейра — PA Images / PA Images via Getty Images

    • Самый скользкий концепт-кар, который я могу найти, — это Ford Probe V.Его Cd равен 0,137.

      Борис Низон / RDB / ullstein bild via Getty Images

    • Что касается гоночных автомобилей, я не думаю, что кто-то создал автомобиль с меньшим сопротивлением, чем Panhard CD LM64 1964 года.Его форма — с Cd 0,12 — была разработана с учетом трехмильной трассы Mulsanne Straight в Ле-Мане.

      Библиотека GP / Группа универсальных изображений через Getty Images

    • Другой автомобиль с наземной скоростью даже более гладкий, чем JCB Dieselmax — это Goldenrod, который с 1965 по 1991 год являлся самым быстрым колесным автомобилем на земле.

    • Но даже Золотарник должен поклониться этой торпеде на колесах. Он называется Eco-Runner 8, а его форма имеет Cd всего 0,048!

      Команда Эко-Бегунов Делфт

    Поскольку из-за COVID-19 запуск автомобилей не ведется, пресс-службы некоторых автопроизводителей заполняют пробел, копаясь в архивах, чтобы поделиться интересными материалами с остальными.В четверг представители Volkswagen North America рассказали нам о самом аэродинамичном автомобиле компании за всю историю. Он назывался Aerodynamic Research Volkswagen и был построен в 1980 году для демонстрации того, как сделать автомобиль максимально скользким с коэффициентом лобового сопротивления (Cd) всего 0,15. Оснащенный рядным шестицилиндровым двигателем объемом 2,4 л, мощностью 177 л.с. (132 кВт), ARVW достиг скорости 225 миль в час (362 км / ч) на испытательном треке Nardo на юге Италии. Но ARVW — это не автомобиль с наименьшим сопротивлением из когда-либо построенных, а просто VW с наименьшим сопротивлением.Так какая же машина самая аэродинамичная?

    Серийные автомобили

    Когда Tesla представила свой седан Model 3 несколько лет назад, компания по праву гордилась своим Cd, равным 0,23, что на 0,01 лучше, чем у моделей S и X. Тесла оптимизировал аэродинамику Model 3 не только для того, чтобы похвастаться. Чем меньше лобовое сопротивление автомобиля, тем дальше он может проехать на единицу энергии, потому что ему не нужно прилагать столько усилий, чтобы проложить себе путь по воздуху. Тем не менее, Model 3 настолько скользкая в воздухе, когда 18-дюймовые колеса автомобиля оснащены кожухами для аэродинамических колес, что Car and Driver проверили в конце прошлого года.(Если вы владелец Model 3 и увлекаетесь гипермайлингом, вы можете снизить сопротивление своего автомобиля — и тем самым увеличить его дальность — еще больше, установив послепродажные передний и задний спойлеры.)

    Но Model 3 — не самый дешевый автомобиль, запущенный в производство. Аккумуляторный электромобиль Porsche Taycan превзошел лучшие модели Tesla, когда он поступил в продажу в прошлом году. И Taycan Turbo, и Taycan 4S имеют Cd равный 0,22, хотя, опять же, только с самыми аэродинамическими колесами. Taycan Turbo S использует другую конструкцию, а в аэродинамической трубе добавляется 0.03 на компакт-диск.

    Это число довольно низкое, и это одна из причин, по которой Autoblog, Car and Driver, The Drive, Inside EVs, MotorTrend, Road and Track, Roadshow и другие сочли их диапазон EPA ужасно пессимистичным. Но Porsche не был первым автопроизводителем, продавшим автомобиль с Cd всего 0,22. И BMW, и Mercedes-Benz прибыли первыми, каждый с дизельным седаном. В 2013 году Mercedes оптимизировал и без того скользкий CLA 2013 года — Cd 0.23 — немного дальше для CLA 180 BlueEfficiency, установив различные зеркала, колпаки колес, зубчатые спойлеры и несколько других настроек, чтобы достичь Cd равного 0.22. Четыре года спустя BMW получила такой же номер за свой дизельный седан 520d EfficientDynamics.

    Реклама Но мы еще не закончили. Еще в 1996 году недавно оплаканный General Motors EV1 BEV пролетел сквозь воздух с Cd всего 0,19. Примерно так было в 2013 году, когда VW, основываясь на уроках, извлеченных с ARVW, выпустил XL1. Этот двухместный автомобиль был построен по приказу Фердинанда Пиеха, который сказал инженерам VW, что ему нужен «1-литровый автомобиль», способный проехать 100 км всего на 1 литре, что составляет 235.1 миль на галлон, если вы говорите по-американски. Фактически, XL1, подключаемый гибрид, который сочетал в себе двухцилиндровый дизельный двигатель мощностью 47 л.с. (45 кВт) и электродвигатель мощностью 27 л.с. (20 кВт), смог лучше достичь цели Пиеха, достигнув 0,89 л / 100 км (265 миль на галлон) в европейском испытательном цикле. .

    XL1 может слишком долго не удерживать корону среди серийных автомобилей с самым низким сопротивлением. В Нидерландах стартап под названием Lightyear разрабатывает солнечный электромобиль под названием Lightyear One. Если ему удастся запустить его в производство, он должен быть равен или лучше EV1 и XL1 — на данный момент Lightyear просто заявляет, что Cd «ниже 0».2. «

    Концепты и гонщики

    Cd 0,19 действительно скользкий, но, как показывает ARVW, если вам не нужно соблюдать какие-либо правила омологации дорожных автомобилей, можно еще больше снизить сопротивление. Как и JCB Dieselmax: в 2006 году этот дизельный автомобиль с рекордом наземной скорости был спроектирован Роном Эйерсом, также ответственным за автомобили с наземной скоростью Thrust 2, Thrust SSC и Bloodhound SSC (теперь Bloodhound LSR). (Кроме того, Enfield 8000, который был превращен в конденсатор потока Джонни Смита.) JCB Dieselmax не был таким быстрым, как реактивные автомобили с наземной скоростью, которыми управлял командир крыла ВВС Великобритании Энди Грин, но он установил мировой рекорд для дизельного топлива. -мощные транспортные средства, достигающие скорости 350 миль в час (563 км / ч).Его компакт-диск? 0,147.

    В области чисто концептуальных автомобилей Ford Probe V 1986 года может быть самым аэродинамичным из когда-либо созданных. Как следует из названия, это пятая в серии концепций Probe, разработанных еще в конце 1970-х годов. Двигатель был установлен в задней части, что позволило установить очень низкий капот, а все четыре колеса были закрыты обтекателями, что означало, что при испытаниях в аэродинамической трубе Probe V зафиксировал Cd всего 0,137.

    Реклама

    Но есть еще более скользкие машины.Хотя в наши дни гоночные автомобили оптимизированы для создания прижимной силы, до того, как аэродинамики пришли к выводу, что воздух можно использовать для увеличения сцепления с дорогой, их усилия были в основном сосредоточены на снижении лобового сопротивления. Это было особенно верно в Ле-Мане, где трасса включала трехмильную (4,8 км) прямую Mulsanne. Похоже, что ни одна машина Ле-Мана не восприняла это более серьезно, чем Panhard CD LM64. Его кузов был разработан аэродинамиками Чарльзом Дойчем и Люсьеном Романи, и он использовал покрытые колеса и гладкий пол, чтобы мчаться по прямой Mulsanne с Cd равным 0.12

    Но даже Panhard превосходит другой автомобиль с наземной скоростью — Goldenrod. Построенный братьями Бобом и Биллом Саммерсами, в 1965 году он установил мировой рекорд скорости самого быстрого колесного автомобиля на земле — 409 миль в час (659 км / ч). Этот рекорд сохранялся до 1991 года и был обусловлен комбинацией четырех двигателей Chrysler Hemi и отточенной в Калтехе формы с Cd 0,1165.

    Но рекорд самого низкого колесного транспортного средства всех времен достается машине гораздо более странного вида, чем любая из других, представленных в галерее выше.Он называется Eco-Runner 8, и это одна из серии автомобилей, построенных командой Делфта для эко-марафона Shell. Торпедообразное тело Eco-Runner 8 с лежачим сиденьем и всего тремя колесами, вероятно, является самым аэродинамически эффективным дорожным транспортным средством из когда-либо существовавших, с едва ли правдоподобным Cd 0,045.

    Изображение объявления Volkswagen

    Не тащите меня: 10 машин, освоивших аэродинамику

    С коэффициентом лобового сопротивления 0.20, Mercedes-Benz утверждает, что его будущий роскошный электромобиль EQS является самым аэродинамически эффективным серийным автомобилем в мире. Как вы вскоре узнаете, это утверждение может быть сделано только в сочетании с рядом оговорок, но оно имеет большие шансы превзойти продажи небольших автомобилей, чтобы удержать полный титул.

    EQS (на фото ниже) будет флагманским электромобилем Mercedes, фактически электрическим эквивалентом S-класса, и даже будет производиться на том же заводе.Но он построен на специальной платформе, и без необходимости устанавливать трансмиссию внутреннего сгорания, компания нашла свободу максимизировать аэродинамику автомобиля — отсюда и заголовок.

    Сколько стоит застраховать машину? Узнайте, выполнив четыре простых шага.

    Получить расценки

    История аэродинамических серийных автомобилей, тем не менее, увлекательна, и ниже мы исследовали десять моделей, создающих волны (или должны ли они создавать минимальные волны?) В аэродинамическом прогрессе, и перечислили их коэффициент сопротивления (Cd).

    1947 Saab 92-КД 0,30

    Фото: Saab

    Если вам когда-либо понадобились доказательства того, что ранние модели Saab строились по тому же принципу, что и самолеты компании, вам не нужно искать дальше самого первого серийного автомобиля компании, Saab 92 1949 года.

    Благодаря коэффициенту лобового сопротивления 0,30 его способность эффективно пробивать дыры в воздухе остается лучше, чем у некоторых современных серийных автомобилей. Его форма сочетает в себе элегантные идеалы обтекаемости 1940-х годов с практичными пропорциями, которые позволили его преемнику, 96, просуществовать вплоть до 1980 года.

    Несмотря на то, что инженеры Saab не знакомы с технологиями, которые используют современные компании для повышения аэродинамической эффективности своих автомобилей, они явно извлекли из учебного пособия по воздухоплаванию пару уловок. Боковые поверхности 92-го были штампованы из цельного куска листового металла, фары были на одном уровне с кузовом, а линия крыши имела характерные черты более поздних обвесов. Для 1940-х годов это было действительно замечательно.

    1962 Альфа Ромео Джулия — КД 0,34

    Фото: Stellantis

    Теоретически, самая аэродинамически эффективная форма автомобиля — это слеза.Гладкая форма сводит к минимуму сопротивление, а профиль, если он правильно настроен, удерживает воздушный поток, прикрепленный к поверхности, а не вырывается наружу и вызывает турбулентность.

    Это немного непрактично, так как вам нужно было бы сделать каждую машину на несколько футов длиннее, чтобы закончить форму капли. Однако в 1930-х годах инженер по имени Вунибальд Камм, опираясь на работы нескольких других инженеров, продемонстрировал, что резкое отрезание хвоста может быть столь же эффективным, быстро прерывая воздушный поток и уменьшая вероятность турбулентности.

    Доказав свою эффективность в гонках, Alfa Romeo применила его и к автомобилям, включая седан Giulia 1962 года. На слезу он не был похож — на самом деле, он был на удивление квадратным. Но благодаря аэродинамической трубе, уменьшению лобового сопротивления из-за лишних деталей, тщательной формовке поверхностей, изогнутой кромке у основания ветрового стекла и, конечно же, «хвосту Камма», Giulia стала самым элегантным седаном в своем классе. эры, с Cd всего 0,34.

    1970 Citroën GS — Cd 0.31

    Фото: Citroën

    Citroën GS 1970-х годов был еще одним сторонником хвоста Камма, но с почти десятилетним аэродинамическим прогрессом по сравнению с Giulia Alfa — и немалой долей индивидуализма Citroën — GS 1970 года был еще одной звездой аэродинамики с коэффициентом лобового сопротивления всего 0,31.

    Citroën DS 1955 года был относительно гладким для своего времени — 0,36, но GS, предназначенный для установки ниже DS, был значительным достижением. Как и в случае с Giulia, ключевым моментом была простота: практически ничто не мешало потоку воздуха по бокам или над верхней частью автомобиля, в то время как пологая крыша и обрезанная хвостовая часть позволяли воздуху выходить наружу с максимальной эффективностью.

    Конечно, у GS было много других уникальных характеристик, поэтому о его аэродинамической эффективности часто забывают. С четырехцилиндровым оппозитным двигателем с воздушным охлаждением, самовыравнивающейся гидропневматической подвеской и, вкратце, с роторным двигателем Ванкеля, его низкое лобовое сопротивление было почти второстепенным.

    Audi 100 1982 года — КД 0,30

    Dynamic photo

    Аэродинамические автомобили в прошлом были откровенно обтекаемыми, с сужающимися профилями и органично плавными изгибами, но Audi 100 третьего поколения 1982 года использовала предсказуемо ингольштадтский подход к искусству скольжения в воздухе: наука.

    На первый взгляд, 100 не выглядит особенно гладким, но по сравнению с предыдущими 100 было несколько очевидных отличий. Бамперы, молдинги кузова и оконные стекла теперь примыкали к кузову, уменьшая возможные области турбулентности. Дворники ветрового стекла были частично скрыты за задней кромкой капота, а базовые модели получили чистые, заподлицо планки колес, чтобы минимизировать турбулентность.

    Cd 0,30 сегодня не выглядит впечатляющим — современный Audi A4 получает всего 0.23. Но по сравнению с другими большими семейными автомобилями он был на несколько шагов впереди. Ford Sierra, который сам по себе является большим улучшением по сравнению со старой Cortina, был всего 0,34. И подход Audi, согласно которому обычные автомобили могут быть такими же аэроэффективными, как и более явно обтекаемые модели, все еще используется с хорошими результатами сегодня.

    1989 Opel / Vauxhall Calibra-Cd 0,26

    Фото: Stellantis

    . Opel и Vauxhall Calibra открыли новую тенденцию к более чистому стилю для 90-х, когда он дебютировал в 1989 году. Это был и остается довольно красивый автомобиль — с минимальным орнаментом, с хорошими пропорциями и как оказалось, действительно очень аэродинамичный.

    Calibra — одна из тех машин, о аэродинамике которых можно было догадаться, просто взглянув на нее. В профиль он низкий и гладкий, а его отверстия для решетки спереди кажутся не больше, чем это абсолютно необходимо, изгоняя тенденцию 80-х годов к плоским фасадам и решеткам, занимающим всю ширину между фарами автомобиля.

    Его поверхности тоже были аккуратными — обратите внимание на гладкое стекло и дверные ручки — и обеспечили коэффициент лобового сопротивления всего 0,26. Некоторые современные купе сегодня едва ли превосходят этот показатель.Версии, ориентированные на производительность, были не такими уж скользкими, и основы Cavalier делали его средним в управлении, но Calibra всегда имел элегантный стиль на своей стороне.

    1996 General Motors EV1 — КД 0,19

    Фото: General Motors

    Технология аккумуляторов в середине 1990-х была не совсем той, на которой стоит сегодня, поэтому первым электромобилям приходилось усердно работать для своего диапазона. Или просто работайте с умом, как General Motors сделала с EV1 в 1996 году.

    Как и в случае с Honda Insight, появившейся несколько лет спустя, у EV1 было всего два сиденья, что означало, что линию крыши можно было адаптировать, не уменьшая места для пассажиров.Электрическая трансмиссия означала отсутствие необходимости в создающих сопротивление воздуховодах охлаждения спереди, задние колеса были закрыты простынями, а хвост был резко обрезан в том же стиле Камма, что и у Alfa Giulia 1960-х годов.

    Работавший сначала на свинцово-кислотных аккумуляторах, а затем на никель-металлогидридных элементах (что почти удвоило дальность действия до 105 миль), EV1 боролся бы за полезный запас хода, если бы не был самым аэродинамичным серийным автомобилем из когда-либо созданных. К сожалению, GM уничтожила проект в начале 2000-х — буквально, вернув арендованные автомобили и раздавив их.

    1999 Honda Insight — КД 0,25

    Фото: Honda

    Первый гибрид Honda мог бы выглядеть хитрой копией EV1, если бы он не был эффективным переосмыслением CR-X, который впервые был выпущен в 1984 году. Четкие линии, линия крыши, идеально скошенная для обеспечения притока воздуха, и резкий разрез. Без хвостового оперения CR-X уже достиг Cd 0,32, но Insight продвинул его еще дальше.

    Полтора десятилетия опыта в области аэродинамики сгладили самые очевидные поверхности Insight, но, помимо сужения профиля, Honda сузила Insight и в плане, его задняя гусеница на 110 мм уже, чем передняя.На задние колеса также были накладки, а большая часть нижней части была покрыта для минимального сопротивления.

    Это позволило получить коэффициент лобового сопротивления значительно ниже, чем у любого автомобиля аналогичного размера, хотя Insight использовал это в своих интересах без необходимости (или места) для задних сидений. Обладая крошечной передней частью, аэродинамический обвес Insight сочетал в себе легкий вес (850 кг) и эффективную гибридную трансмиссию, что сделало его одним из самых экономичных автомобилей в мире.

    1999 Audi A2 — КД 0,28

    Фото: Audi

    Если Insight показал, что возможно, доведя вещи до крайностей, Audi продемонстрировала, как и в случае с 100 в начале 1980-х годов, что с помощью продуманного дизайна можно значительно снизить сопротивление даже при необходимости упаковать пассажиров. и багаж.

    Стало банально называть Audi A2 «опередившим свое время», но на самом деле нет другого способа раскрутить его. Дебютировав в том же году, что и Insight, в нем тоже использовалась алюминиевая конструкция, но, в отличие от Honda, в нем было удобное место для четырех человек. Он также предвосхитил нынешнюю тенденцию к премиум-классу — Audi уже давно является премиальным брендом, но, кроме Mercedes A-класса, немногие другие принесли высококачественное качество на нижний сегмент рынка.

    Его аэродинамика сводилась к продуманному внешнему виду и продуманным деталям.Эта крайне важная сужающаяся линия крыши присутствовала и была правильной (с небольшим спойлером для уменьшения подъемной силы), в то время как передняя «решетка» была фактически гладкой панелью, которая также откидывалась вниз, чтобы позволить водителям долить масло и стеклоомыватель.

    2013 Volkswagen XL1 — КД 0,19

    Фото: Volkswagen

    Ни один другой серийный автомобиль не пользовался таким целеустремленным вниманием к топливной экономичности, как Volkswagen XL1, выпущенный в 2013 году. Honda Insight приблизилась, но если Honda можно сравнить со спортивным автомобилем S2000, у него общий завод. XL1 предназначен для экономичных автомобилей, как Bugatti Veyron — для суперкаров.

    Сюда входит цена, которая в Великобритании не превышала 100 000 фунтов стерлингов. Вы можете подумать, что это немного дорого для чего-то с двухцилиндровым дизельным двигателем объемом 800 куб.

    Это делает его по сей день самым аэродинамичным серийным автомобилем из когда-либо созданных — если он не построен в тех же объемах, что и новый Mercedes EQS — и хотя его совокупный показатель экономии в 313 миль на галлон основан на его электрическом запасе хода в 31 милю, тестеры все же вернули цифры в высокие сотни в реальном вождении.

    2021 Тесла Модель S — КД 0.208

    Фото: Tesla Motors

    Когда Model S дебютировала в 2012 году, она имела коэффициент лобового сопротивления 0,24. Совсем неплохо, потому что, хотя его значительные размеры означали большую лобовую площадь, низкое сопротивление фактически делало его более скользким, чем Toyota Prius в форме пилюли.

    Но Tesla упорно работала на протяжении многих лет, и последняя итерация Model S, если верить веб-сайту компании, уступает только Volkswagen XL1, GM EV1 и новому Mercedes с точки зрения серийного автомобиля. тащить, тянуть.

    Размер Tesla здесь на самом деле играет в его пользу, потому что длинный корпус означает меньше компромиссов при сжатии пассажиров до максимально аэродинамической формы. Но Tesla остроумно поступила и в других областях, улучшив форму автомобиля и максимально используя преимущества таких вещей, как дверные ручки заподлицо и абсолютно ровный пол. Мы бы вложили деньги в то, что Tesla проведет еще несколько доработок, чтобы подорвать новый Mercedes.

    Подробнее

    Future Classic: Honda Insight
    Super S-Class: Mercedes-Benz 450 SEL 6.9
    11 альтернатив Jaguar E-type

    стр.8

    стр.8 Требования к мощности автомобиля Сколько мощности нужно, чтобы разогнаться до 100 км / ч? 80 миль в час? Вес Автомобиль и его скорость — все это факторы, которые влияют на количество необходимой мощности. Баланс сил транспортного средства показан на Рисунок 4.
    Рисунок 4. Баланс сил

    Силы, действующие на автомобиль, вызваны внутренними силами, шинами и воздухом. сопротивление.Результирующую этих сил, полную силу сопротивления, F D , можно оценить следующим образом: уравнение:

    Где:

      c R = коэффициент сопротивления качению
      c D = коэффициент сопротивления
      м = масса автомобиля [кг]
      A = фронтальная поверхность площадь [м 2 ]
      г = 9,8 РС
      г = плотность сотки, 1 кв.2 кг / м 3 @STP
    Коэффициенты сопротивления качению и сопротивления определяются экспериментально. Типичное значение коэффициента сопротивления качению составляет 0,015. Коэффициент лобового сопротивления у автомобилей разный, обычно используется значение 0,3.

    Требуемая выходная мощность может быть определена по приведенной выше силе сопротивления. и скорость транспортного средства.

    P = F D V

    Учитывая массу автомобиля и площадь его лобовой поверхности, участок может быть нарисованным, показывающим требования к мощности для диапазона скоростей.В Апплет требований к питанию отображает эту взаимосвязь.

    Сила требуемый для разгона до заданной скорости также представляет интерес. Для большего ускорения требуется больше мощности. Ускорение Апплет сравнивает мощность, необходимую для разгона от 0 до 60 миль в час. разное время.

    Основное определение силы ускорения (без учета сопротивления!) Дается следующим образом:

    F = ma

    Предполагая, что сила, необходимая для разгона транспортного средства от 0 до 60 миль в час можно определить из приведенного выше уравнения, тогда мощность, необходимая для ускорения к заданной скорости:

    P = мАВ

    Где:

      м = масса автомобиля
      a = ускорение = DV / DT
      DV = 60 — 0 = 60 миль / ч = 26.82 м / с
      V = конечная скорость, 60 миль / ч

    Aerodynamic Drag — обзор

    4.2 Аэродинамическое сопротивление на маховиках

    Момент аэродинамического сопротивления с обеих сторон вращающегося диска может быть выражен как:

    (4.1) Ma = ρgω2ro5Cm

    Безразмерный коэффициент C m является функцией трех других безразмерных параметров, а именно числа Рейнольдса R e , числа Маха M и числа Кнудсена K n .

    Число Рейнольдса настолько широко используется в технике, что не требует объяснения. В случае вращающихся устройств его значение обычно выражается как:

    (4.2) Re = ro2ω / v = ρgro2ω / η

    Также число Маха:

    (4.3) M = roω / Vs

    , где V s — скорость звука в пояснениях не нуждается.

    Число Кнудсена — это отношение длины свободного пробега молекул λ к размеру рассматриваемого объекта.В случае вращающихся дисков используется значение

    (4.4) Kn = λ / ro

    .

    Если число Кнудсена очень низкое, как в случае маховика, работающего при атмосферном давлении, газ, окружающий диск, можно рассматривать как непрерывную среду. Если, наоборот, значение K n высокое, можно предположить поток свободных молекул.

    Соответствующее уравнение газа используется для расчета трех вышеупомянутых безразмерных параметров.Если газ ведет себя как «идеальный газ», можно использовать уравнение:

    (4.5) p = ρgR * T

    .

    Значение константы R * = R / m m для некоторых газов, которые могут использоваться для маховиков, указано в таблице 4.1 вместе со значениями молекулярной массы m m . Значение универсальной газовой постоянной R составляет:

    ТАБЛИЦА 4.1. Параметры для расчета чисел Рейнольдса, Маха и Кнудсена с воздухом и другими газами

    79 4,89 1,509 −5 909
    Газ R * (Дж / кг К) м м (кг / моль) м (кг) a (20 ° C) (м) a (м) T c (K) λ (20 ° C) , 1 торр) (m = 032) η (20 ° C) (кг / мс) = (Pl)
    Воздух 287.2 0,028 8 4,782 × 10 −26 3,68 × 10 −10 113 4,56 × 10 −5 1.81 × 10 −5 O 2 259,9 0,032 5,313 × 10 −26 3,60 × 10 −10 2,96 × 10 −10 132 2,03 × 10 −5
    N 2 296.8 0,028 016 4,652 × 10 −26 3,70 × 10 −10 3,20 × 10 −10 112 4,50 × 10 −5
    H 2 4124,5 0,002 016 3,347 × 10 −27 2,70 × 10 −10 2,42 × 10 9017 909 76 8,81 × 10 −5 0.91 × ​​10 −5
    He 2077,2 0,004 003 6,646 × 10 −27 2,26 × 10 −10 1.94 × 10 13,32 × 10 −5 0,84 × 10 −5

    R = 8,315 Дж / моль K

    Плотность газа можно легко вычислить из уравнения (4.5).

    Динамическая вязкость газа η может быть рассчитана как функция длины свободного пробега молекул по соотношению:

    (4.6) η = 13ρgυ¯λ

    , полученное в предположении, что равновесное распределение скоростей является максвелловским. Поскольку это не совсем так для реальных газов, уравнение (4.6) может быть изменено как :

    (4.7) η≃12ρgυ¯λ

    Средняя длина свободного пробега λ определяется как:

    (4.8) λ = m / (2a2ρgπ)

    , а средняя скорость по:

    (4.9) υ¯ = 8KTπm

    , где м — масса молекул ( м = м м / N a , т.е. N a постоянная Авогадро

    Na = 6.023 × 1023 моль − 1

    и K — постоянная Больцмана

    K = R / Na = 1,38 × 10−23J / K

    Эффективный диаметр молекулы a не совсем постоянная, но немного изменяется с температурой . Значения a при 20 ° C для различных газов приведены в Таблица 4.1 вместе со значением a , относящимся к бесконечно высокой температуре и постоянной Сазерленда T c , необходимой для расчета. из и при разных температурах по формуле:

    (4.10) a = a∞ (1 + Tc / T)

    Средняя длина свободного пробега для различных газов при 20 ° C показана как функция температуры на Рис. 4.1 . Такие значения можно использовать для быстрого вычисления числа Кнудсена и вязкости, а следовательно, и числа Рейнольдса. Вязкость рассчитывается по формуле:

    Рисунок 4.1. Зависимость длины свободного пробега некоторых газов от давления. Значения, рассчитанные для температуры 20 ° C

    (4.11) η≃λρg (2KTπm) = KmTa2π3 / 2

    Уравнение (4.11) выводится из уравнения (4.7) и исправлено отклонение распределения скоростей от максвелловского.

    Другой формулой, которая позволяет рассчитать вязкость газа, является формула Сазерленда:

    (4,12) η = AT3 / 2 / (B + T)

    , где константы A и B зависят от типа газа. газ. Вязкость некоторых обычных газов при 20 ° C приведена в Таблица 4.1 .

    Когда поток представляет собой реальный свободномолекулярный поток , т.е. когда число Кнудсена превышает единицу, вязкость зависит как от давления, так и от температуры.Эта зависимость становится важной, однако, для значений давления, которые ниже, чем те, которые обычно встречаются в технологии маховиков.

    Скорость звука, необходимая для вычисления числа Маха, составляет:

    (4,13) Vs = (kR * T)

    , где постоянная k — это отношение между удельной теплотой при постоянном давлении и удельная теплоемкость при постоянном объеме газа и принимает значение 1,4 для двухатомного газа и 1,66 для одноатомного.

    В случае малых значений числа Кнудсена ( K n ≪ 1), т.е.е. когда газ можно рассматривать как сплошную среду, можно легко получить значение коэффициента крутящего момента C м . Если можно предположить ламинарный поток в пограничном слое, следующая формула обычно принимается для тонких дисков постоянной толщины.

    Если течение в пограничном слое является турбулентным, приближенная формула, полученная фон Карманом, имеет следующий вид:

    (4,15) Cm = 0,146Re − 1/5

    Эти уравнения построены на рис. 4.2 вместе с уравнением:

    Рисунок 4.2. Коэффициент крутящего момента для тонкого диска постоянной толщины как функция числа Рейнольдса. Сообщалось также о некоторых экспериментальных точках.

    (Шлихтинг Х., «Теория пограничного слоя», VI Ed., McGraw-Hill, New York, 1968) Copyright © 1968

    (4,16) 1Cm = 1,97log (ReCm) +0,03

    , которое можно использовать вместо уравнения (4.15) для случая турбулентного пограничного слоя. Также сообщается о некоторых экспериментальных результатах.

    Переход между двумя типами течения в пограничном слое происходит при числе Рейнольдса 5 × 10 4 , но ламинарный поток может существовать во многих случаях даже при более высоких значениях, и экспериментальные результаты в переходной области вполне приемлемы. разбросанный.

    Аэродинамическое сопротивление не зависит от числа Маха, но это верно только для маховика с тонкими дисками. Если число Кнудсена велико ( K n > 10), поток можно рассматривать как свободномолекулярный поток, и была предложена следующая формула [74–6]:

    (4,17) Ma = ρgωr4 / 2KTm

    Отношение между «крутящим моментом» сопротивления (вычисленным с помощью уравнения (4.16) для ламинарной области и уравнения (4.15) для турбулентной области) и моментом, получаемым из уравнения (4.17) был нанесен на рис. 4.3 как функция числа Кнудсена.

    Рисунок 4.3. Отношение между аэродинамическим крутящим моментом на тонком диске при различных значениях числа Кнудсена и крутящим моментом, вычисленным с помощью уравнения (4.17) для свободномолекулярного потока. Параметр кривых — M *, определяемый уравнением (4.19).

    (Gu, A. [74–6])

    В области, где число Кнудсена принимает значения 0,1 < K n <10, поток нельзя рассматривать ни как непрерывный, ни как поток свободных молекул.В [74–6] пунктирные линии, нанесенные на рис. 4.3 , показаны для этой промежуточной области.

    Кривые приведены с параметром M *, который строго связан с числами Маха:

    (4,18) M * = roω / R * T = M / √k

    Число Маха, по-видимому, влияет на сопротивление крутящий момент в области непрерывного потока, но это связано с тем, что момент в свободномолекулярной зоне, используемый для нормализации значений, полученных для различных условий, зависит от числа Маха.

    На практике обтекание маховика является турбулентным при более высоких давлениях в корпусе и ламинарным в области среднего вакуума: 130 Па> p > 0,13 Па (1 Торр> p > 10 −3 Торр). Только при очень низких значениях давления становится важным определенный эффект свободномолекулярного потока. Рисунок 4.3 дает первое приближение сопротивления.

    Уравнение (4.1) часто перестраивается, чтобы позволить прямой расчет сопротивления, по крайней мере, при комнатной температуре.Вводя уравнения (4.15) и (4.16) в уравнение (4.1), можно получить следующие формулы:

    (4.19) Ma = 3.87ro4√ (ρgηω3) (ламинарный, Re <5 × 104)

    (4.20) Ma = 0,146ρg4 / 5ω9 / 5ro23 / 5η1 / 5 (турбулентный, Re≥5 × 104)

    Приведенные выше уравнения действительны только в том случае, если диск вращается на открытом воздухе. Если, с другой стороны, диск заключен в кожух, то обычно можно предположить более низкое значение тормозящего момента.

    Если зазор между диском и стенками корпуса очень мал, т.е.е. меньше толщины пограничного слоя, а число Рейнольдса достаточно низкое, чтобы предположить ламинарный поток, можно предположить течение Куэтта, и выражение коэффициента момента сопротивления становится очень простым:

    (4,21) Cm = 2πrod1Re

    где d — ширина зазора между боковыми поверхностями диска и стенками корпуса.

    Это уравнение нанесено на рис. 4.2 и, похоже, согласуется с экспериментальными результатами в полевых условиях вплоть до числа Рейнольдса, равного примерно 1.6 × 10 4 .

    Линия и это значение R o были получены с учетом значения d / r o = 0,02 и зависят от значения этого отношения. В случае, показанном на рис. 4.21 , наличие корпуса снижает аэродинамическое сопротивление, если число Рейнольдса превышает 7 × 10 3 .

    Рисунок 4.21. Система маховика для автомобильного применения, в которой весь корпус подвешен таким образом, что вращение после удара не сдерживается.

    (1) Обод из композитного материала; (2) ступица; (3) Вал; (4) подшипники и корпус уплотнения; (5) втулка; (6) Монтажные кронштейны; (7) Стороны вакуумного кожуха; (8) Шов для уплотнения и разборки; (9) Радиальные элементы жесткости / аэродинамические тормоза. (10) Защитное кольцо из спиральной стальной ленты.

    (Sapowith, AD и др. . [80–68])

    Толщина пограничного слоя для случая диска в набегающем потоке с ламинарным пограничным слоем составляет:

    (4,22) δ = √ (v / ω )

    и, следовательно, не зависит от радиуса.

    Если число Рейнольдса больше, чем ранее вычисленное, и зазор между диском и контейнером меньше, чем толщина пограничного слоя, значение коэффициента C м можно вычислить с использованием простых формул :

    (4,23) Cm = 2,67Re − 1/2 (ламинарный поток, Re <3 × 105)

    (4,24) Cm = 0,0622Re − 1/5 (турбулентный поток, Re> 3 × 105)

    значение числа Рейнольдса, при котором происходит переход между течением Куэтта (уравнение (4.21)) и имеет место ламинарный поток (уравнение (4.23)), можно получить из пересечения двух линий (, рис. 4.2, ).

    Эти уравнения соответствуют экспериментальным результатам, за исключением ошибки около 17% при высоких значениях числа Рейнольдса; это можно отнести к сделанным предположениям.

    Следует отметить, что сопротивление не зависит от ширины зазора d при условии, что зазор меньше толщины пограничного слоя.В случае турбулентного пограничного слоя его толщина составляет:

    (4,25) δ = r3 / 5 (v / ω) 1/5

    Толщина пограничного слоя в этом случае не зависит от радиуса, а увеличивается мощностью 3/5.

    Следует отметить, что пограничный слой, который довольно тонкий при высоких значениях числа Рейнольдса, становится толще, если диск эксплуатируется в вакууме. Тогда можно получить зазор, который меньше толщины пограничного слоя, даже если между ротором и корпусом должен быть оставлен большой зазор, например.грамм. если ротор подвешен на системе с низкой жесткостью.

    Вводя плотность энергии маховика и отношение ζ между радиусом инерции r j и внешним радиусом маховика, уравнения (4.19) и (4.20) дают момент сопротивления как функцию энергии плотность:

    (4,26) млн лет = 3,87 (ro5ρgηζ3) (2em) 3/4

    (4,27) млн лет = 0,146 (ro14ρ4ηζ) 1/5 (2em) 9/10

    Уравнения (4.26) и (4.27), которые справедливы только в случае тонкого диска в набегающем потоке с числом Кнудсена меньше примерно 0.1, показывают, что момент сопротивления увеличивается почти линейно с плотностью энергии и сильно зависит от радиуса (с мощностью 5/2 для ламинарного пограничного слоя и 14/5 для турбулентного потока).

    С точки зрения аэродинамического сопротивления предпочтительны небольшие быстрые маховики. Если диск имеет постоянную толщину, но не очень тонкий, необходимо учитывать аэродинамическое сопротивление боковой поверхности цилиндра. Простой способ учесть влияние боковой поверхности диска — это умножить коэффициент момента, полученный при допущении о тонкости диска, на коэффициент:

    (ro + 52h) / ro

    , где h — толщина диск (55–1).

    Все эти уравнения относятся к дискам постоянной толщины, и, похоже, очень мало работы было сделано с дисками определенной формы. Если изменения толщины не очень велики, в расчетах можно принять диск постоянной толщины с таким же внешним радиусом и толщиной. Роторы со спицами или частями, выступающими из обода, представляют более серьезные проблемы; но насколько известно, этот случай не изучался в контексте технологии маховиков.

    Необходимо экспериментально измерить коэффициент момента сопротивления в каждом конкретном случае и исследовать его зависимость от всех трех параметров — чисел Рейнольдса, Кнудсена и Маха.Это может быть довольно сложно в случае работы в высоком вакууме, когда необходимо измерять очень малые значения сопротивления. Один из методов проведения этих испытаний — контролировать замедление вращения маховика в контролируемых условиях. Из измеренного закона скорости-времени можно оценить аэродинамическое сопротивление:

    (4,28) Ma = dωdt (Jf + Js) −Ms

    M s и J s соответственно, общий момент сопротивления, действующий на систему, кроме аэродинамического (из-за подшипников, уплотнений и т. д.), и момент инерции всех вращающихся частей, соединенных с маховиком. Насколько известно в настоящее время, основные проблемы связаны с точностью, с которой можно выполнить функцию производной уравнения (4.28), и, прежде всего, с оценкой момента сопротивления M s .

    M s можно оценить, выполнив серию тестов на замедление вращения системы без маховика. Однако необходимо использовать некоторый балласт, чтобы нагружать подшипники с силой, равной той, которая присутствует во время фактического испытания.Однако в этом испытании энергия, рассеиваемая в амортизаторах, не учитывается точно, поскольку динамическое поведение системы с маховиком не совпадает с поведением системы с балластом, и легко могут быть внесены другие ошибки. Обычно они не имеют большого значения, если аэродинамическое сопротивление намного больше, чем сопротивление из-за других компонентов системы, но может стать настолько большим, что результаты будут совершенно бесполезными в случае работы в высоком вакууме.

    Результаты некоторых тестов на замедление вращения, проведенных автором на маховике, аналогичном показанному на Рис. 3.34 показаны в Рис. 4.4 (a) . Значения являются результатом наилучшего соответствия по многим экспериментальным точкам. Следует отметить, что точность можно считать хорошей в турбулентной области, в то время как линия, полученная в ламинарной области, должна рассматриваться только для оценки порядка величины, особенно при низких значениях числа Рейнольдса. Для сравнения приведены теоретические кривые для тонкого диска постоянной толщины.

    Рисунок 4.4. Крутящий момент аэродинамического сопротивления на субциркульном маховике, аналогичном показанному на рис. 3 .34 .

    (a)

    Экспериментальные значения, полученные в результате испытаний на замедление вращения при очень малых значениях числа Кнудсена и M a ≪ 1. Эффект стенки не учитывается. Из-за использованной экспериментальной техники значения для очень малых чисел Рейнольдса являются только ориентировочными.

    (b)

    Потери мощности из-за аэродинамического сопротивления, вакуумных насосов и системы управления, измеренные на экспериментальной установке для выравнивания пиков Pirelli-CNR ( Рисунок 2.6 ). Устройство рассчитано на 100 кВт и хранит 5 кВтч. Поскольку система не оптимизирована, потери, кроме аэродинамических, могут быть уменьшены.

    Мощность, теряемая из-за аэродинамического сопротивления ротора Pirelli – C.N.R. Экспериментальная система выравнивания нагрузки на маховике (см.