21Янв

Сопротивление воздуха: Сопротивление воздуха (аэродинамическое)

Содержание

Сопротивление воздуха (аэродинамическое)

Автор: Юлиюс Мацкерле (Julius Mackerle)
Источник: «Современный экономичный автомобиль» [1]
64209 5

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

Pv = cx·S·v2·ρ/2,

где S – площадь фронтальной проекции автомобиля, м2; v – скорость движения автомобиля относительно воздуха, м/с; ρ – плотность воздуха, кг/м3; 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:

Nv = Pv·v/3600 (кВт),

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 автомобиля Коэффициент сопротивления воздуха cx Мощность, необходимая для преодоления аэродинамического сопротивления (кВт), при площади фронтальной проекции 2 м2 и скорости
40 км/ч 80 км/ч 120 км/ч
Открытый четырёхместный 0,7 – 0,9 1,18 – 1,47 9,6 – 11,8 31,0 – 40,5
Закрытый, с наличием углов и граней 0,6 – 0,7 0,96 – 1,18 8,0 – 9,6 26,4 – 30,8
Закрытый, с закруглением углов и граней 0,5 – 0,6 0,80 – 0,96 6,6 – 8,0 22,0 – 26,4
Закрытый понтонообразный
0,4 – 0,5
0,66 – 0,80 5,2 – 6,6 17,6 – 22,0
Закрытый, хорошо обтекаемый 0,3 – 0,4 0,52 – 0,66 3,7 – 5,2 13,2 – 17,6
Закрытый, аэродинамически совершенный 0,20 – 0,25 0,33 – 0,44 2,6 – 3,3 9,8 – 11,0
Грузовой автомобиль 0,8 – 1,5
Автобус 0,6 – 0,7
Автобус с хорошо обтекаемым кузовом 0,3 – 0,4
Мотоцикл 0,6 – 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 м2; 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:

N2 = N1·(v2/v1)3,

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.

Последнее обновление 02.03.2012
Опубликовано 16.03.2011

Читайте также

  • Двигатель Стирлинга

    Двигатель Стирлинга является новым возможным источником механической энергии для привода автомобиля.

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

Лобовое сопротивление воздуха подняло верхний конец вращающейся цепочки

Nicolas Taberlet et al. / Physical Review Letters, 2019

Французские физики объяснили, почему конец замкнутой вращающейся цепочки самопроизвольно поднимается: оказалось, что этот эффект возникает из-за лобового сопротивления воздуха. Кроме того, ученые исследовали образование волн в такой цепочке и предложили измерять с их помощью силу натяжения. По словам исследователей, полученные результаты могут пригодиться на практике — например, при расчете движения шланга дозаправки самолетов. Статья опубликована в Physical Review Letters, кратко о ней сообщает Physics.

Хотя подвешенная цепочка (или веревка, что в каком-то приближении одно и то же) кажется очень простым объектом, в действительности с ней связанно множество интересных эффектов. Вероятно, самый необычный из них — это так называемый «фонтан из цепочки»: если сложить цепочку в стакан и выдернуть свободный конец, то она изогнется дугой и будет сохранять приобретенную форму, пока полностью не «выльется» из стакана. В сущности, складывать цепочку в стакан даже не обязательно, можно просто разложить ее на плоскости. Кроме того, ученые часто исследуют, как цепочка скатывается с гладкой поверхности — оказывается, что в некоторых случаях это движение также происходит парадоксальным образом. Например, если скатывающаяся цепочка изначально была сложена пополам, то в какой-то момент ускорение сложенного участка превысит ускорение свободного падения.

Более того, некоторые современные технологии полагаются на движение тонких и гибких объектов, — фактически тех же цепочек, погруженных в жидкость или газ. В частности, такую форму имеют ультразвуковой дальномер, с помощью которого корабль контролирует глубину дна, и шланг, с помощью которого самолет можно дозаправить в воздухе. Движение такого объекта определяется соотношением между силами гравитационного притяжения, сопротивления среды, натяжения кабеля и изгибных напряжений. В общем случае теоретически рассчитать поведение цепочки, помещенной в такие условия, довольно сложно.

Поэтому группа физиков под руководством Николя Плиона (Nicolas Plihon) экспериментально исследовала движение цепочки в воздухе, и ухватила несколько общих закономерностей, которые ей управляют. Чтобы упростить задачу, ученые рассмотрели движение замкнутой цепочки, зажатой между вращающимися колесиками и разогнанной до постоянной скорости v (так как цепочка была почти нерастяжимой, модуль скорости всех ее точек совпадал). В качестве цепочки ученые выбирали тяжелые бусы или легкий хлопковый шнурок. Поскольку во время движения цепочка не покидает вертикальную плоскость, ее форму можно описать, задавая в каждой точке угол между бесконечно малым элементом цепочки и горизонталью. При этом естественно выделить точку, в которой цепочка поворачивает под углом 90 градусов к горизонтали (точка O на рисунке), и выделить в ней исходящую (кривая AO) и входящую (кривая OB) часть.

Схематическое изображение цепочки, разогнанной до скорости v

Nicolas Taberlet et al. / Physical Review Letters, 2019

Очевидно, что движением цепочки управляет три силы — вес цепочки, тянущий ее вниз, сила натяжения, направленная вдоль цепочки, и лобовое сопротивление воздуха, направленное против движения цепочки. Ученые подчеркивают, что из-за симметрии задачи подъемной силой можно пренебречь. Также авторы отмечают, что натяжение цепочки удобно разбить на кинетический вклад, связанный с движением, и дополняющий его до полного натяжения эффективный вклад. С помощью этих обозначений уравнения движения можно свести к безразмерным величинам, с которыми гораздо удобнее работать.

В зависимости от соотношения между двумя внешними силами — силой тяжести и силой сопротивления — физики выделили две принципиально разных ситуации. В первом случае, когда силой сопротивления воздуха можно было пренебречь, профиль шнурка практически не зависел от скорости и сводился к обыкновенной цепной линии. Единственное отличие этого случая от статического заключалось в том, что натяжение цепной линии сдвигалось на кинетическое натяжение.

Зависимость формы цепочки от скорости в режиме, когда сопротивление воздуха меньше веса цепочки

Nicolas Taberlet et al. / Physical Review Letters, 2019

Во втором же случае поведение шнурка было контринтуитивным: несмотря на отсутствие подъемной силы, конец цепочки начинал приподниматься, причем тем заметнее, чем выше была ее скорость. По словам ученых, это поведение можно объяснить сопротивлением воздуха, которое направлено вверх на правом участке цепочки, вертикально падающем вниз. Во-первых, это предположение согласуется с аналитическими и численными расчетами. Во-вторых, эффект полностью исчезает, когда из камеры откачивают воздух.

Зависимость формы цепочки от скорости в режиме, когда сопротивление воздуха больше веса цепочки

Nicolas Taberlet et al. / Physical Review Letters, 2019

Зависимость формы цепочки от давления воздуха при одинаковой скорости

Nicolas Taberlet et al. / Physical Review Letters, 2019

Сравнение теоретически (красный пунктир) и численно (синие точки) рассчитанной формы цепочки с формой, измеренной на практике (черная линия)

Nicolas Taberlet et al. / Physical Review Letters, 2019

Кроме того, физики обнаружили, что из-за неоднородностей цепочки (например, узла, завязанного на шнурке) в ней самопроизвольно возбуждаются волны, движущиеся с переменной скоростью c(s)≈(T(s)/λ)½, где T(s) — полное натяжение цепочки, λ — ее линейная масса, а s — координата вдоль цепочки. В случае, когда натяжение цепочки слабо отличалось от кинетического натяжения, скорость волн практически совпадала со скоростью цепочки, поэтому для внешнего наблюдателя они выглядели как «медленные» волны (движущиеся вдоль кривой со скоростью vc) и «быстрые» волны (со скоростью v+c). Впрочем, «быстрые» волны быстро добегали до края цепочки и отражались, превращаясь в «медленные». Интересно, что по скорости волн можно однозначно восстановить натяжение цепочки во всех ее точках. Авторы предполагают, что это замечание может пригодиться при работе с реальными «цепочками» — шлангами и канатами.

Образование волн в первом (a) и втором (b) режиме

Nicolas Taberlet et al. / Physical Review Letters, 2019

Вообще говоря, аэродинамические свойства часто проявляются даже в неожиданно простых эффектах. Например, в сентябре 2015 года физики из Университета Калифорнии и Технологического университета Шарифа (Иран) обнаружили, что закрученное кольцо, лежащее на столе, стремится вернуться в исходное положение, словно бумеранг. В то же время, монетка, помещенная в те же условия, такими свойствами не обладает. Этот эффект ученые списали на то, что монетку отделяет от поверхности небольшая прослойка «запертого» воздуха, тогда как у кольца такой прослойки нет. Это увеличивает силу трения и в какой-то момент заставляет кольцо повернуть обратно.

Дмитрий Трунин

Пленка для снижения сопротивления воздуха

Автомобильное покрытие нового поколения может снижать лобовое сопротивление воздуха. Разработчики уверяют, что расход топлива при этом снижается на четверть.

Плохие аэродинамические показатели автомобиля напрямую связаны с большим расходом топлива и скоростными показателями машины. В компании FastSkinz (недавно организованное отделение фирмы SkinzWraps, которая делает виниловые пленки с рисунками для машин) надеются решить эту проблему за счет применения особого материала, покрывающего кузов автомобиля. Недавно компания представила виниловую пленку под названием MPG-Plus. Главная особенность пленки – это маленькие ямочки, которые равномерно покрывают весь кузов машины. Создатели объясняют, что тут действует тот же принцип, что и с шариком для гольфа (также покрыт небольшими ямочками), который при ударе клюшкой покрывает гигантские расстояния.

Когда поток воздуха попадает в ямочки, образуется вихрь и генерируется турбулентная воздушная прослойка.

За счет этого сила лобового сопротивления воздушной струи существенно снижается. По заверениям разработчиков, с этим материалом расход топлива уменьшается на 18–20% для автомобилей с бензиновыми двигателями и на 20–25% у автомашин на альтернативных источниках топлива.

Для аргументированного доказательства эффективности своего ноу-хау FastSkinz протестировали пленку на самом «квадратном» автомобиле американского рынка – японском хетчбэке xB Scion. Выяснилось, что обычный xB в городе расходует 10,7 литра на 100 км пути и 8,4 литра на сотню на загородной трассе. С пленкой тот же автомобиль потратил 8,4 литра в городе и 6,9 литров на хайвэе.

В компании с помощью своей технологии уже успели заручиться поддержкой известных спортсменов. «Я показала отличные результаты с этой пленкой на своих мотоциклах», — рассказывает Лесли Портерфилд, женщина-мотогонщик, обладательница трех наземных рекордов скорости. Лесли рассказала, что недавно тренировалась на своих мотоциклах Honda на знаменитом природном треке «Техасская миля». «Максимальная скорость увеличилась на 3 мили в час (примерно 5 км), — рассказывает женщина. –

На моем Hayabusa (название мотоцикла) я также отметила перемену управления. Обычно на скорости свыше 200 миль (более 320 км/ч) верхняя часть ветрового стекла значительно сгибается. С этой новинкой никакого движения стекла не было».

По некоторым данным, спецматериал уже начали испытывать в аэродинамической трубе команды NASCAR. Для этих американских гонок с характерными затяжными овалами умелое использование воздушных потоков является одним из важнейших навыков. Обладание такой технологией одной из команд сразу предоставит ей весомые преимущества над другими спортсменами. То же самое касается и чемпионата F1.

Впрочем, пока достоверных независимых экспертиз эффективности разработанного материала никто не проводил. И говорить о революционности изобретения рано, но даже если средство покажет незначительное снижение сопротивления воздуха, все равно технология найдет применение в автомобилестроении и спорте, потому что цена полимерной пленки невелика.

Желание уменьшить трение с поверхностью за счет особой структуры поверхности не ново для науки.

В настоящее время схожие технологии применяются в космической отрасли и спорте.

Так, обладатель нескольких мировых рекордов и олимпийского золота американский пловец Майкл Фелпс признавался, что многих достижений ему удалось добиться за счет своего костюма. Создатели его костюма нашли вдохновение в шкуре акулы, особенное строение чешуек которой позволяет хищнице развивать колоссальную скорость. Костюм Фелпса не имеет швов, его различные детали скреплены при помощи ультразвука, а специальные панели в материи придают телу максимально обтекаемую форму.

Ученые создади математическую модель рекордсмена мира по бегу Усейна Болта

Мексиканские математики решили понять природу рекордного забега Усейна Болта, который пробежал стометровку за 9,58 секунды. Расчеты показали, что атлету, несмотря на высокий рост, удалось развить небывалое ускорение и мощность.

Рекордный забег ямайского атлета Усейна Болта, установленный на чемпионате мира по легкой атлетике 2009 года в Берлине, не дает покоя ни функционерам от спорта, ни ученым. Математики из Национального автономного университета Мексики решили создать математическую модель бегуна и выяснить, какие факторы позволили атлету пробежать стометровку за 9,58 секунды и установить рекорд, не превзойденный до сих пор.

В 1960 году немец Армин Хари поразил мир, впервые одолев стометровку за 10 секунд. Многие тогда считали, что этот показатель является пределом человеческих возможностей в беге. Однако уже в 1968 году Джим Хайнс пробежал дистанцию за 9,9 секунды, и лишь через 31 год Карл Льюис улучшил это время на 0,14 секунды. Сегодняшний рекорд в 9,58 секунды, установленный Болтом, вызывает интерес тем, что атлету удалось развить небывалые до этого скорость и ускорение.

Предыдущие теоретические работы, описывающие бег человека, предполагали, что сила сопротивления воздуха пропорциональна либо первой, либо второй степени скорости. В нынешнем исследовании ученые под руководством Хорхе Хернандеса приняли, что

сопротивление воздуха пропорционально и квадратичной, и линейной степени скорости, что наиболее соответствует природе этой силы трения.

При росте 195 сантиметров, Болт считается весьма высоким атлетом. При беге, с одной стороны, это дает преимущество, позволяя делать большие шаги, но, с другой, спортсмен испытывает большее сопротивление воздуха. Основываясь на данных Международной ассоциации легкоатлетических федераций, эксперты которой с помощью лазера измеряли позицию спортсмена каждые 0,1 секунды, ученые рассчитали, что на протяжении своего рекордного забега более 92% затрачиваемой энергии Болт тратил на преодоление силы сопротивления воздуха.

Приняв во внимание высоту берлинской дорожки над уровнем моря, температуру воздуха и площадь поперечного сечения самого Болта, мексиканцы подсчитали коэффициент аэродинамического сопротивления бегуна.

Он оказался равен 1,2, то есть аэродинамика Болта хуже, чем аэродинамика среднего человека.

Максимальную мощность 2619,5 ватт Болт развил уже в конце первой секунды после старта, развив всего лишь половину от максимальной скорости. «Подсчитанный нами коэффициент сопротивления подчеркивает выдающиеся способности Болта. Ему удалось побить сразу несколько рекордов, будучи не лучшим среди людей в плане аэродинамики. Затраченная им работа, учитывая то, сколько ушло на преодоление сопротивления воздуха, чрезмерна», — считает Хернандес.

Расчеты показали, что на всю стометровку Болт затратил 81,6 килоджоулей, создавая во время бега среднее усилие в 815 ньютонов.

«В наши дни слишком тяжело перекрывать спортивные рекорды даже на тысячные доли секунды. Ведь бегунам надо выкладываться, преодолевая огромную силу сопротивления, быстро растущую с увеличением скорости. Все это из-за физического барьера, накладываемого земными условиями: если бы Болт бежал на планете с менее плотной атмосферой, он мог бы поставить фантастические рекорды», — считает ученый.

Спортивные эксперты заинтересовались выводами мексиканских ученых, опубликованными в журнале European Journal of Physics, относительно влияния на результат попутного ветра, который может меняться от забега к забегу. Чтобы продемонстрировать применимость своих уравнений, математики сравнили результат Болта, показанный на Пекинской олимпиаде (9,69), с рекордом 2009 года. По их расчетам, без попутного ветра в Берлине, который составлял 0,9 метра в секунду, Болт прибежал бы позднее, но все равно установил бы новый мировой рекорд – 9,68 секунды.

the ideal aerodynamic setup for every driving situation

Теперь система активной аэродинамики Porsche (PAA) еще точнее адаптирует аэродинамические качества автомобиля к дорожным условиям, скорости и выбранному режиму движения. Впервые система PAA появилась у прошлого поколения 911 Turbo, представленного в 2014 году. А сейчас элементы системы активной аэродинамики имеются у всех модельных рядов от 718 до Panamera и Taycan.

«Такой аэродинамической гибкости, как у нового 911 Turbo S, нет ни у одного другого спортивного автомобиля” Dr Thomas Wiegand

«Такой аэродинамической гибкости, как у нового 911 Turbo S, нет ни у одного другого спортивного автомобиля. Ни один из них не может так точно реагировать на изменение условий движения. Обычно специалисты по аэродинамике стоят перед одной главной дилеммой: низкое аэродинамическое сопротивление положительно сказывается на максимальной скорости и расходе топлива, а высокая прижимная сила важна для динамики движения. Однако эти качества противоречат друг другу, – разъясняет доктор Томас Виганд, руководитель отдела аэродинамических разработок в компании Porsche. – PAA позволяет устранить эти аэродинамические противоречия. Масштабная модернизация интеллектуальной системы у 911 Turbo S позволяет добиться еще более широкого диапазона настроек, способствующих оптимальной динамике и при этом гарантирующих минимальное аэродинамическое сопротивление. Кроме того, расширяются возможности аэродинамических компонентов по адаптации аэродинамики к конкретным требованиям в различных условиях.

Среди новых решений – активные воздушные заслонки. Вместе с регулируемой кромкой переднего спойлера и выдвижным антикрылом с изменяемым углом атаки новая топ-модель обладает в итоге тремя компонентами активной аэродинамики. Тем самым аэродинамические конфигурации PAA Speed и PAA Performance, знакомые по предшественнику 911 Turbo, дополняются еще одной эко-конфигурацией.

Также РАА была расширена режимом Wet, который обеспечивает больше устойчивости на мокрой дороге путем смещения аэродинамического баланса к задней оси, и функцией воздушного тормоза, которая при экстренном торможении на высокой скорости увеличивает аэродинамическое сопротивление и прижимное усилие и тем самым способствует сокращению тормозного пути и большей устойчивости. Кроме того, РАА используется для компенсации изменений в обтекании автомобиля воздухом при открытом люке или мягком верхе кабриолета. В общем и целом, имеется восемь аэродинамических конфигураций, которые определяются специфическими комбинациями компонентов системы активной аэродинамики.

Новый 911 Turbo S Coupé

Улучшениям подверглись не только возможности адаптации к условиям движения, но и сами аэродинамические качества: так, новый дизайн активного переднего спойлера и заднего антикрыла обеспечивает увеличение прижимной силы на 15 процентов, что способствует еще большей устойчивости и динамике движения на высоких скоростях. В положении Performance (включен режим Sport Plus) максимальная прижимная сила составляет теперь около 170 килограммов.


Коэффициент аэродинамического сопротивления (cW) 911 Turbo S варьируется в зависимости от выбранных настроек. Самая эффективная конфигурация с минимальным значением cW 0,33 достигается с закрытыми воздушными заслонками и убранными передним и задним спойлерами

Воздушные заслонки: бесступенчатая регулировка

Новые регулируемые воздушные заслонки снижают сопротивление воздуха и тем самым способствуют сокращению расхода топлива. Заслонки располагаются в левом и правом воздухозаборниках переднего фартука. Они имеют бесступенчатую регулировку и позволяют менять объем охлаждающего воздуха, проходящего через радиаторы.

Интеллектуальная система управления энергопотреблением обеспечивает оптимальный баланс между потребностью в охлаждении, электрической мощностью, необходимой для привода вентилятора, и аэродинамическими преимуществами, обеспечиваемыми заслонками. По достижении скорости 70 км/ч и выше воздушные заслонки закрываются, насколько это возможно. Тем самым обеспечивается сокращение расхода топлива в условиях повседневной эксплуатации.

Со скорости 150 км/ч заслонки линейно открываются с целью достижения аэродинамического баланса на высокой скорости. В режимах Sport, Sport Plus и Wet, а также при отключенной системе Porsche Stability Management (PSM) или нажатой кнопке спойлера приоритет отдается динамике движения, и поэтому заслонки открываются.

Передний спойлер: пневматический привод отдельных сегментов

Активный передний спойлер 911 Turbo был значительно усовершенствован. По сравнению с предшественником его рабочая поверхность была увеличена. Процессом выдвижения и возврата в исходное положение можно управлять быстрее и при меньшем давлении. Исполнительные элементы позволяют по отдельности надувать три сегмента. Оба боковых исполнительных элемента всегда работают синхронно. Передний спойлер изготовлен из эластичного полимера (эластомер) и может скручиваться так, что средний сегмент при выдвинутых сегментах может оставаться в убранном положении или же тоже быть выдвинутым. Имеется несколько возможностей регулировки:

• В исходном положении спойлерная кромка полностью убрана и фиксируется благодаря предварительному натяжению эластомера, а также магнитам на днище 911 Turbo S.
• В положении Speed выдвигаются оба боковых сегмента кромки. Благодаря этому воздух в большей степени направляется мимо кузова, снижая подъемную силу на передней оси.
• В положении Performance выдвинуты все три сегмента кромки. Это положение обеспечивает аэродинамику, ориентированную на максимальную динамику, при наиболее высокой прижимной силе на передней оси. В этом положении в середине спойлерной кромки видна тисненая надпись "911 turbo S".

Блок управления и компрессор находятся сбоку в багажнике. Пневматический модуль стал более компактным, чем у предшественника. Это позволило увеличить объем багажника на три литра. Регулируемая спойлерная кромка позволяет кроме того увеличить угол въезда и обеспечивает тем самым более высокую пригодность к условиям повседневной эксплуатации. В исходном положении увеличивается дорожный просвет, что особенно удобно при маневрировании на парковке или проезде "лежачих полицейских".

Заднее антикрыло: еще больше функций

В конструкции заднего антикрыла широко используются облегченные материалы. Этот эффектный отличительный признак моделей Turbo весит на 440 граммов меньше, чем у предшественника, но при этом его рабочая поверхность возросла на восемь процентов. Основу антикрыла образует сердечник из вспененного материала с коваными вставками. Конструкция состоит из верхней части с двумя слоями пластмассы с углеволоконным усилением (двухосевая карбоновая ткань) и нижней части с одним слоем пластмассы со стекловолоконным усилением (трехосевой стеклопластик). Электропривод обеспечивает выдвижение и наклон антикрыла и действует в зависимости от скорости и выбранного режима движения.

В зависимости от режима в дополнение к известным вариантам Speed и Performance предлагаются следующие настройки.
• Положение Eco с убранным антикрылом теперь можно использовать в широком диапазоне скоростей, чтобы добиться минимального сопротивления воздуха.
• Положение Performance II с меньшим углом атаки при достижении скорости 260 км/ч сокращает сопротивление воздуха и нагрузку на шины задних колес: это позволяет предотвратить повышение давление воздуха в шинах. Преимуществом этого варианта является возможность шин выдерживать высокие продольные и поперечные нагрузки ради высокой динамики, что дает положительный эффект, например, в ходе кольцевых гонок. Оптимальное давление воздуха также положительно сказывается на комфортабельности движения и практичности автомобиля в повседневных условиях.
• Если антикрыло занимает второе положение Wet, то оно находится в максимально выдвинутом состоянии, но оно не наклонено. При задействованном режиме Wet в сочетании с полностью выдвинутой передней спойлерной кромкой аэродинамический баланс смещается в направлении задней оси. Результатом является более высокая устойчивость задней части и тем самым всего автомобиля, что обеспечивает больше безопасности на мокрой дороге.

Новые функции: режим Wet и воздушный тормоз
Главная задача нового режима Wet заключается в обеспечении устойчивости движения на мокрой дороге. Если входящие в базовую комплектацию датчики распознают в передних колесных арках брызги воды, что свидетельствует о мокрой дороге, то на приборной панели появляется соответствующее предупреждение. Тогда водитель может включить режим Wet переключателем на руле. Наряду с описанной выше адаптацией аэродинамики на максимальную устойчивость движения настраиваются все основные регулировочные системы.

Новая функция воздушного тормоза автоматически задействуется при экстренном торможении на высокой скорости. При этом передний спойлер и заднее антикрыло занимают положение Performance. Увеличение сопротивления воздуха и более высокое прижимное усилие позволяют сократить тормозной путь. Кроме того, при торможении улучшается устойчивость автомобиля

Стратегия регулирования: широкий диапазон аэродинамических настроек

Обзор конфигураций:

Стратегия регулирования PAA с помощью кнопки спойлера точно такая же, что и в режиме Sport Plus.

В дополнение к уже описанным положениям РАА реагирует также на открывание люка или мягкого верха у кабриолета. В общем и целом, у заднего антикрыла имеется семь положений. Кроме того, в настройке некоторых положений учитываются особенности комплектации автомобилей. Также в расчет принимается тип кузова - купе или кабриолет - и наличие пакета Sport Design, придающего особый дизайн в передней и задней части кузова.

Аэродинамические инновации Porsche

С каждым новым поколением компания Porsche совершенствовала аэродинамику 911. При этом производитель спорткаров зачастую предлагал абсолютно новые решения в области аэродинамики. Ниже приведены основные этапы развития:
• Уже в 1971 году компания Porsche использовала для 911 S первый передний спойлер. Он ускорял поток воздуха под днищем, направлял часть воздуха мимо кузова и сокращал тем самым подъемную силу, воздействовавшую на переднюю часть автомобиля.
• В 1972 году вместе с созданным для автоспорта Carrera RS 2.7 на рынке появилась еще одна эпохальная разработка в области аэродинамики: автомобиль получил не только сильно загнутый вниз передний фартук, но и большой спойлер над задней крышкой – легендарный "утиный хвост". 
• В 1975 году состоялась премьера первого 911 Turbo. Его важным отличительным признаком был большой неподвижный задний спойлер с черной отделкой из полиуретана. 
• Первая модель с электроприводным задним спойлером дебютировала в 1989 году: это был 911 Carrera 4 поколения 964. Тем самым был сделан первый шаг на пути к адаптивной аэродинамике.
• В 2014 году Porsche представила 911 Turbo с адаптивной аэродинамикой. У него передний и задний спойлер выдвигались в зависимости от скорости и выбранного режима движения.

 

Дополнительная информация, а также фото- и видеоматериалы предлагаются в Porsche Newsroom: https://newsroom.porsche.com/ru.html

Быстрее ветра, или Может ли исследование сопротивления воздуха помочь создать модель нового транспортного средства

Цель

Изучение характера влияния сопротивления воздуха на скорость движения транспортных средств, а также способов уменьшения этого влияния.

Задачи

  • Определить объект и предмет исследования.
  • Установить цели исследования.
  • Оценить актуальность исследования о влиянии сопротивления воздуха на скорость движения транспортных средств.
  • Изучить сопротивление воздуха теоретически.
  • Изучить процесс движения с учётом сопротивления воздуха.
  • Разработать план исследования.
  • Собрать необходимое оборудование.
  • Провести эксперименты.
  • Анализировать данные, полученные в ходе экспериментов.
  • Сделать выводы о том, как результаты наших экспериментов могут быть использованы в реальных устройствах.

Описание

На данный момент самым оптимальным и наиболее используемым способом снижения сопротивления воздуха во время движения транспортных средств является создание обтекаемой формы. Второй способ – нанесение на поверхность тела особых покрытий. Но если рассматривать движение тела в ограниченном объёме, то можем влиять и на плотность воздуха.

Авторы собрали установку для проведения экспериментов. Трубку Ньютона открыли, вынули камень, перо и ткань. Во всех опытах по трубке вертикально вниз движется мяч для настольного тенниса. На расстоянии 0,7 метра друг от друга напротив трубки закреплены датчики освещённости. Напротив них (с другой стороны трубки) – фонарики. При движении мячика по трубке он перекрывает световой поток от фонарика, и это позволяет очень точно определить время, за которое мячик проходит расстояние между датчиками. Верхний датчик располагается практически рядом с начальным положением мячика в трубке. Таким образом, можно считать начальную скорость мячика при его движении между двумя датчиками равной нулю.

Для контроля характера движения мячика (поступательного или вращательного) на мячик были нанесены линии чёрным маркером, и видеокамера фиксировала положение этих линий во время падения. Воздух из трубки откачивался с помощью электрического насоса.

Проведённые эксперименты:

  • «Поступательное движение тела в вакууме».

Вывод: после проведения эксперимента авторы выяснили, что при движении тела в вакууме скорость больше, чем при движении в воздухе.

  • «Эффект подушки».

Вывод: время падения увеличилось по сравнению с экспериментом № 1 в вакууме для обоих опытов. При движении тела с воздушной подушкой средняя скорость движения шара меньше, чем при движении с открытым концом. Воздушная подушка увеличивает время падения, уменьшает скорость. Таким образом, получается, что наличие воздушной подушки влияет на скорость и время движения тела (условия начала падения и размеры установки не меняются).

  • «Вращательное движение».

Сравнивая результаты этого опыта с результатами эксперимента № 1, видим, что вращающееся тело движется медленнее, чем в вакууме. Но движется заметно быстрее, чем при поступательном характере движения. Таким образом, можно сделать вывод о влиянии характера движения на скорость. Благодаря вращению тела скорость увеличивается, а значит, сила сопротивления воздуха уменьшается, так как во время эксперимента авторы меняют только характер движения, а остальные условия не изменяются. Это можно объяснить тем, что за счёт вращательного движения мы можем уменьшить силы инерции, которые создаются вследствие отрыва пограничного слоя обтекающего тело воздуха. Таким образом, уменьшается вихреобразование, не влияя на силу вязкого трения.

Результат

Авторами был сделан анализ влияния сопротивления воздуха на скорость движения транспортных средств. После этого были проведены необходимые эксперименты для изучения влияния сопротивления воздуха и оценки зависимости этого влияния от характера движения. Проведены необходимые расчёты, оценка погрешности измерений. Экспериментальные данные сравнили с результатами математического и компьютерного моделирования.

Благодаря вращательному движению скорость увеличивается почти на 30 %. Таким образом, можно использовать этот эффект для минимизации сопротивления. Авторы предлагают создать транспортное средство с вращающимся модулем в передней части. Такой транспорт будет иметь большую скорость движения и при этом расходовать меньшее количество топлива, что приведёт к уменьшению затрат.Сконструирован прототип: модель поезда, шар, тоннель.

Оснащение и оборудование

  • Трубка Ньютона
  • Цифровая лаборатория
  • Датчики освещённости
  • Штатив
  • Фонарики
  • Насос
  • Шланги
  • Шарики для настольного тенниса
  • Магнит подковообразный
  • Линейка метровая
  • Видеокамера с режимом замедленной съёмки

Движение тела в поле тяжести с учётом сопротивления воздуха

Это творческое задание для мастер-класса по информатике для школьников при ДВФУ.
Цель задания - выяснить, как изменится траектория тела, если учитывать сопротивление воздуха. Также необходимо ответить на вопрос, будет ли дальность полёта по-прежнему достигать максимального значения при угле бросания в 45°, если учитывать сопротивление воздуха.
В разделе "Аналитическое исследование" изложена теория. Этот раздел можно пропустить, но он должен быть, в основном, понятным для вас, потому что большую часть из этого вы проходили в школе.
В разделе "Численное исследование" содержится описание алгоритма, который необходимо реализовать на компьютере. Алгоритм простой и краткий, поэтому все должны справиться.

Аналитическое исследование

Введём прямоугольную систему координат так, как показано на рисунке. В начальный момент времени тело массой m находится в начале координат. Вектор ускорения свободного падения направлен вертикально вниз и имеет координаты (0, -g).
 - вектор начальной скорости. Разложим этот вектор по базису: . Здесь , где - модуль вектора скорости, - угол бросания.

Запишем второй закон Ньютона: .
Ускорение в каждый момент времени есть (мгновенная) скорость изменения скорости, то есть производная от скорости по времени: .

Следовательно, 2-й закон Ньютона можно переписать в следующем виде:
, где - это равнодействующая всех сил, действующая на тело.
Так как на тело действуют сила тяжести и сила сопротивления воздуха, то
.

Мы будем рассматривать три случая:
1) Сила сопротивления воздуха равна 0: .
2) Сила сопротивления воздуха противоположно направлена с вектором скорости, и её величина пропорциональна скорости: .
3) Сила сопротивления воздуха противоположно направлена с вектором скорости, и её величина пропорциональна квадрату скорости: .

Вначале рассмотрим 1-й случай.
В этом случае , или .
Запишем это равенство в скалярном виде:

Из следует, что (равноускоренное движение).
Так как (r - радиус-вектор), то .
Отсюда .
Эта формула есть не что иное, как знакомая вам формула закона движения тела при равноускоренном движении.
Так как , то .
Учитывая, что и , получаем из последнего векторного равенства скалярные равенства:

Проанализируем полученные формулы.
Найдём время полёта тела. Приравняв y к нулю, получим
Дальность полёта равна значению координаты x в момент времени t0:
Из этой формулы следует, что максимальная дальность полёта достигается при .
Теперь найдём уравнение трактории тела. Для этого выразим t через x
    и подставим полученное выражение для t в равенство для y.
Полученная функция y(x) -- квадратичная функция, её графиком является парабола, ветви которой направлены вниз.
Про движение тела, брошенного под углом к горизонту (без учёта сопротивления воздуха), рассказывается в этом видеоролике.

Теперь рассмотрим второй случай: . Второй закон приобретает вид ,
отсюда .
Запишем это равенство в скалярном виде:
Мы получили два линейных дифференциальных уравнения.
Первое уравнение имеет решение
в чём можно убедиться, подставив данную функцию в уравнение для vx и в начальное условие .
Здесь e = 2,718281828459... -- число Эйлера.
Второе уравнение имеет решение
Так как , , то при наличии сопротивления воздуха движение тела стремится к равномерному, в отличие от случая 1, когда скорость неограниченно увеличивается.
В следующем видеоролике говорится, что парашютист сначала движется ускоренно, а потом начинает двигаться равномерно (даже до раскрытия парашюта).


Найдём выражения для x и y.
Так как x(0) = 0, y(0) = 0, то Отсюда
Нам осталось рассмотреть случай 3, когда .
Второй закон Ньютона имеет вид
, или .
В скалярном виде это уравнение имеет вид:
Это система нелинейных дифференциальных уравнений. Данную систему не удаётся решить в явном виде, поэтому необходимо применять численное моделирование.

Численное исследование

В предыдущем разделе мы увидели, что в первых двух случаях закон движения тела можно получить в явном виде. Однако в третьем случае необходимо решать задачу численно. При помощи численных методов мы получим лишь приближённое решение, но нас вполне устроит и небольшая точность. (Число π или квадратный корень из 2, кстати, нельзя записать абсолютно точно, поэтому при расчётах берут какое-то конечное число цифр, и этого вполне хватает.)

Будем рассматривать второй случай, когда сила сопротивления воздуха определяется формулой. Отметим, что при k = 0 получаем первый случай.

Скорость тела подчиняется следующим уравнениям: Полученные формулы позволяют нам вычислить значения функций в следующем узле сетки, если известны значения этих функций в предыдущем узле сетки. При помощи описанного метода мы можем получить таблицу приближённых значений компонент скорости.

Как найти закон движения тела, т.е. таблицу приближённых значений координат x(t), y(t)? Аналогично!
Имеем

Заменив мгновенную скорость на среднюю скорость на промежутке времени , получим

Отметим, что в правых частях уравнений можно взять полусумму значений vx (vy) в точках t и t + Δt. Возможно, так точность будет выше.

Отсюда
По этим формулам мы можем вычислить таблицу приближённых значений функций x(t) и y(t) в узлах сетки.

Как теперь реализовать полученный алгоритм? Да очень просто!
Заведём массивы
vx, vy: array[0..MAX_N] of extended;
x, y: array[0..MAX_N] of extended;
Значение vx[j] равняется значению функции , для других массивов аналогично.
Теперь остаётся написать цикл, внутри которого мы будем вычислять vx[j+1] через уже вычисленное значение vx[j], и с остальными массивами то же самое. Цикл будет по j от 1 до N.
Не забудьте инициализировать начальные значения vx[0], vy[0], x[0], y[0] по формулам , x0 = 0, y0 = 0.

В Паскале и Си для вычисления синуса и косинуса имеются функции sin(x), cos(x). Обратите внимание, что эти функции принимают аргумент в радианах.

Вам необходимо построить график движения тела при k = 0 и k > 0 и сравнить полученные графики. Графики можно построить в Excel.
Отметим, что расчётные формулы настолько просты, что для вычислений можно использовать один только Excel и даже не использовать язык программирования.
Однако в дальнейшем вам нужно будет решить задачу в CATS, в которой нужно вычислить время и дальность полёта тела, где без языка программирования не обойтись.

Обратите внимание, что вы можете протестировать вашу программу и проверить ваши графики, сравнив результаты вычислений при k = 0 с точными формулами, приведёнными в разделе "Аналитическое исследование".

Поэкспериментируйте со своей программой. Убедитесь в том, что при отсутствии сопротивления воздуха (k = 0) максимальная дальность полёта при фиксированной начальной скорости достигается при угле в 45°.
А с учётом сопротивления воздуха? При каком угле достигается максимальная дальность полёта?

На рисунке представлены траектории тела при v0 = 10 м/с, α = 45°, g = 9,8 м/с2, m = 1 кг, k = 0 и 1, полученные при помощи численного моделирования при Δt = 0,01.

Здесь вы можете ознакомиться с замечательной работой 10-классников из г. Троицка, представленной на конференции "Старт в науку" в 2011 г. Работа посвящена моделированию движения теннисного шарика, брошенного под углом к горизонту (с учетом сопротивления воздуха). Применяется как численное моделирование, так и натурный эксперимент.

Таким образом, данное творческое задание позволяет познакомиться с методами математического и численного моделирования, которые активно используются на практике, но мало изучаются в школе. К примеру, данные методы использовались при реализации атомного и космического проектов в СССР в середине XX века.

определение ветра по The Free Dictionary

Однажды отлитая деталь должна быть расточена с большой точностью, чтобы исключить любую возможную деформацию. Таким образом, не будет никаких потерь газа, и вся расширяющая сила пороха будет задействована в двигательной установке ». Несмотря на то, что его маневром« Аранджи »был подвешен, он знал, что ветер и дрейф моря будут быстро отправь ее подальше от плывущего щенка. «Семь ярдов ветра, Хэл», - сказал один, у которого в волосах были серые прожилки.Корни все еще держались, в то время как дерево было лишено ветров. Он начал подниматься наверх. Чтобы разобрать целик, сначала сделайте несколько измерений с помощью «хвоста» цифрового штангенциркуля или небольшой машинистской шкалы, чтобы получить представление о текущих настройках высоты и горизонтальной оси. У моего прицела FORGE матовая поверхность. черная отделка (некоторые модели FORGE предлагаются в отделке Terrain, которая представляет собой своего рода медно-оливково-зеленый цвет), она имеет длину 14 дюймов, вес 27,9 унции и имеет регулировку угла наклона и угла наклона 60 MOA.Монтажный кронштейн позволяет выполнять значительную регулировку по вертикали, а также обеспечивает некоторую регулировку по высоте с помощью кронштейна и бочкообразной опоры. Например, вся оптика Prime имеет 1-дюймовые основные трубки, которые ограничивают угол наклона и горизонтальный ход в прицеле, а также Регулируемые прицельные приспособления MKAD211 и GLAD211 полностью регулируются по горизонтали и вертикали с положительной регулировкой щелчка и имеют стальную конструкцию с вороненой отделкой. Varmint Light 730 включает в себя микронастройку вертикальной и вертикальной сторон Пикатинни, а также прижим катушки. переключатель с функцией диммера, 25-миллиметровое крепление для прицела, зарядное устройство переменного / постоянного тока с аккумулятором и прочный чехол для переноски.Затем - будьте готовы к этому - цифровая баллистическая сетка прицела загорится с задержкой и поправкой на ветер. Удерживайте точку на цели и --бинго. Система SIG Lockdown на турелях работала хорошо, поднимаясь и опускаясь, а щелчки на турелях возвышения и бокового обзора были плавными и точными.

windage - определение и значение

  • Следовательно, необходимо сделать соответствующую поправку для парусности , что очень сложно рассчитать с высоты.

    Самолеты и дирижабли

  • Некоторые из этих химикатов попадают в окружающую среду в результате процесса, называемого windage , когда некоторые капли воды вместе с растворенными в них химическими веществами вылетают из градирен.

    Блог Atomic Insights

  • При введении в граватану набухание ваты точно заполняло трубку - не настолько сильно, чтобы препятствовать прохождению стрелки, и не настолько свободно, чтобы допускать « windage » при продувании через мундштук.

    Лесные изгнания Опасности перуанской семьи в дебрях Амазонки

  • При введении в граватану набухание хлопка точно заполняло трубку - не настолько сильно, чтобы препятствовать прохождению стрелки, и не настолько свободно, чтобы допускать « windage » при продувании через мундштук.

    Популярные приключенческие сказки

  • Еще одна концепция, перенесенная из дизайна MotoGP и впервые предложенная публике с линейкой мотокросса Honda CRF®, - это применение герметичной системы картера, которая поддерживает умеренное отрицательное давление для минимизации механической перекачки или потерь « на ветер ».

    WebWire | Последние заголовки

  • И их FIA разрешила "модификации надежности" за последние несколько лет, которые решились на эту проблему, а также усовершенствовали систему очистки / распыления масла и уменьшили " ветров на ".

    F1Central.net Последние новости

  • Прицел для луговых собачек должен иметь большое увеличение (например, 6,5-25x), большую четкость, точку в миллиметрах или сопоставимую сетку, минимальный параллакс и хорошее отслеживание для регулировки угла возвышения / ветра . .

    Best: Прицел луговых собачек $ 150–400

  • Подойдет простой выстрел в сердце и легкое сразу за плечом, и это даст вам больше места для ошибки по ветру .

    "Непогрешимый" выстрел в плечо

  • Подойдет простой выстрел в сердце и легкое сразу за плечом, и это даст вам больше места для ошибки по ветру .

    "Непогрешимый" выстрел в плечо

  • Я просто хотел бы испытать этих уродов и посмотреть, как они пытаются объяснить нюансы , парусности , скорости нарезов и средних траекторий.

    Think Progress »Коричневая победная вечеринка с флагом, призывающим к« второй »революции, гражданской войне, вдохновленной чаепитием.

  • ветров | Примеры предложений

    windage еще нет в Кембриджском словаре. Ты можешь помочь!

    Стойка мушки регулируется по ветру и по высоте, а задний визир имеет шесть положений для стрельбы с шагом от 100 до 600 метров.Из

    Википедия