logo1

logoT

 

Аэродинамика автомобиля


Аэродинамика автомобиля - что такое коэффициент Cx и как определяется

Первые модели с улучшенной аэродинамикой сделаны в форме капли - она обрела свою форму именно ради проникновения сквозь воздух. Поговорим об аэродинамике автомобиля и узнаем что такое коэффициент Сх и на что влияет.

Основные факты аэродинамики

Главная проблема, которую решают при отработке аэродинамики, - снижение лобового аэродинамического сопротивления. C ростом скорости увеличивается сопротивление воздуха. Когда машина разгоняется с 60 до 120 км/ч аэродинамическое сопротивление возрастает вчетверо. Для примера, автомобилю массой 2 тонны при движении на максимальной скорости в 250 км/ч только на преодоление сопротивления воздуха нужно 180 л.с., а на 300 км/ч эта машина тратила бы - 310 л.с.

Коэффициент Cx

Определяется экспериментально и описывает аэродинамическое совершенство кузова. Когда-то его условно приравняли к 1,0 для круглой пластины. Как потом выяснилось на практике, из-за турбулентности за пластиной её Cx равен примерно 1,2. Самый низкий Cx у капли - примерно 0,05.

При нормальной эксплуатации авто важнее сопротивление: именно оно оказывает существенное влияние на расход топлива. Снизить его можно двумя способами: улучшить форму (снизить Cx) или уменьшить поперечное сечение машины. Вертикальные силы могут быть полезными, если действуют вниз, и вредными, если способствуют подъему машины. С боковыми сложнее. Они трудно предсказуемы, а их причины разнообразны: поворот, порыв ветра. Зато влияние оказывают небольшое.


Все автопроизводители обзавелись специальными лабораториями для изучения аэродинамики. Самый сложный и дорогостоящий элемент - аэродинамическая труба. В ней макеты и реальные машины обдуваются сильными потоками воздуха. Это позволяет изучить все особенности формы кузова авто.

У большинства современных машин коэффициент Cx равен 0,30-0,35, самые совершенные достигают значений 0,24-0,27. Он зависит от скорости, направления движения относительно воздуха или состояния поверхности кузова. Приведенные значения - идеал, которого может достичь данная модель.

Прижимная и подъемная силы

Подъемная сила - направлена перпендикулярно к скорости автомобиля. Частицы потока, обтекающие днище, проходят меньший путь, чем частицы, обтекающие капот, крышу и крышку багажника, т.е. более выпуклую поверхность. Согласно уравнению Бернулли давление среды больше там, где скорость частиц меньше. Автомобиль превращается в крыло. Если ситуацию «запустить», с ростом скорости колеса машина будет терять контакт с дорогой, что негативно скажется на управляемости и устойчивости.

Низкое лобовое сопротивление иногда не важно. Болиды "Формулы-1" имеют Cx от 0,75 до 1,0! Большую часть сопротивления создают открытые колёса. Для них важнее другие параметры и прежде всего - прижимная сила. Для реализации огромного крутящего момента двигателя необходимо хорошее сцепление колёс с дорогой и устойчивость в повороте.

Для гоночных автомобилей хорошая аэродинамика означает отсутствие подъемной силы и наличие прижимной. Обеспечить это формой кузова сложно, поэтому в ход идут дополнительные аэродинамические элементы: спойлеры и антикрылья.

Для снижения подъемной силы

Используют спойлеры под передним бампером и на крышке багажника. Отсекая часть потока, идущего под машину, передний спойлер снижает давление, и машина присасывается к дороге. Спойлер на крышке багажника ставят для организации срыва воздушного потока до того, как начнет образовывать вихри за машиной, которые увеличивают сопротивление воздуха. А антикрыло работает на создание прижимной силы. Заметный эффект они создают при скорости 120 км/ч и выше. Работающий на создание прижимной силы воздух создает заметное сопротивление, поэтому максимальная скорость машины с аэродинамическим обвесом будет ниже, а расход топлива - больше.

Для уменьшения прижимной силы

В автоспорте используют диффузоры – они способны присосать автомобиль к трассе. Появились болиды с днищем, имитирующим «трубку Вентури» – создающие резкий рост скорости воздушного потока под машиной. В результате создавалась мощная прижимная сила.

Но для максимально эффективной реализации т.н. «граунд-эффекта» нужны плоское днище и минимальный дорожный просвет. Значит диффузоры в задней части обычных машин не дают эффекта улучшения аэродинамики.

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 ми 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.

Аэродинамика – Автомобили – Коммерсантъ

&nbspАэродинамика

Больше хорошей аэродинамики

Аэродинамика авиационная и автомобильная
       Аэродинамические исследования — важнейшая часть проектирования летательных аппаратов тяжелее воздуха. Эта сравнительно молодая наука накопила обширную теоретическую базу, и математические модели обтекания реального самолета весьма совершенны. Машину рассматривают поэлементно — крылья, фюзеляж, хвостовое оперение, а потом сводят результаты воедино.
       Аэродинамические исследования в разработке автомобиля играют не столь важную роль, хотя заниматься ими стали почти одновременно с авиационными. Теория в данном случае не так важна, как эксперимент. Попытки использовать авиационные выкладки очень часто проваливались. Например, внутреннее обтекание объекта в авиации почти не рассматривается (корпус самолета герметичен), а в автомобиле постоянно циркулируют воздушные потоки. В авиации не нужно бороться с забрызгиванием окон и стекол фар. И наконец, никто в авиастроении не будет настаивать на сохранении габаритов и дизайна опытного образца, если его аэродинамические характеристики не устраивает конструкторов. Когда речь идет об автомобиле, маркетинговые соображения часто берут верх над другими.
       
Исторический аспект, дизайн
       До начала 20-х годов лишь немногие, преимущественно рекордные автомобили получали обтекаемые кузовы. Наиболее известные примеры — электромобиль Камилла Женатци (Camille Jenatzy) 1899 и Alfa Romeo с кузовом Рикотти 1913 года. Их дизайн был позаимствован не у самолетов, а, скорее, у кораблей и дирижаблей. Появлялось и множество псевдоаэродинамических кузовов, разработчики которых добивались скорее эстетических преимуществ, нежели лучшей обтекаемости. После первой мировой войны положение изменилось: Германии запретили разработку военных самолетов, и немецкие авиаконструкторы решили попробовать себя в автоконструировании.
       Представления о том, какой должна быть конструкция автомобиля (узкая рама, вынесенные за кузов колеса) не только ограничивали художников-кузовщиков, но и сбивали с толку аэродинамиков. Немецкие авиационные специалисты Клемперер (Klemperer), Нойманн-Неандер (Neumann-Neander) и Ярай (Jaray), комбинировали кузов из знакомых им самолетных элементов — профилей крыльев, тел вращения. Они совершенствовали форму, не трогая компоновку. Поток воздуха пускали по бокам кузова, как будто это был самолетный фюзеляж. Кузовы получались неимоверно высокими, узкими, у них была длинная заостренная задняя часть. В небольшой автомобиль Ярая, например, с трудом помещались пассажиры.
       Первым догадался изменить компоновку известный немецкий авиаконструктор Эдмунд Румплер (E. Rumpler). Его автомобиль 1924 года с несущим основанием и задним расположением двигателя имел сравнительно небольшие размеры. Румплер получил замечательный даже по сегодняшним меркам результат — Cx равнялся 0,28 (аэродинамические испытания закрытого автомобиля его конструкции 1924 года в 1979 году провел Volkswagen). Но автомобиль этот не пользовался успехом — конструкция была слишком непривычной.
       В 30-е годы сотрудник Мичиганского университета Лей (Lay) озаглавил одну из своих статей вопросом, который сегодня кажется наивным: "Можно ли проехать 50 миль на одном галлоне горючего, улучшив аэродинамику?". Экономичность автомобиля за прошедшие полвека улучшилась в большей степени благодаря совершенствованию двигателя и трансмиссии, а не аэродинамических показателей.
       Последовательно изменяя форму, Лей пришел к сенсационному выводу — заостренную заднюю часть, которая досталась первым обтекаемым автомобилям в наследство от самолета, можно обрезать, а основной поток направить не по бокам, а поверх кузова. Обтекаемость практически не ухудшится.
       Еще один немецкий исследователь, Кам (Kamm) создал на материале исследований Лея обтекаемый автомобиль "К-формы". В 1938 году был построен ходовой образец на базе шасси BMW. Он был вместительным и относительно компактным. С этого изделия и началась современная автомобильная аэродинамика. Конструкторы наконец поняли, что в результате аэродинамической проработки можно избежать шума, забрызгивания окон и стекол фар или попадания пыли в салон.
       В 70-е годы сделали еще одно важное открытие: улучшать аэродинамические показатели можно не только уменьшая сопротивление потоку, но и увеличивая — принудительно направляя его по нужному пути. Появились спойлеры (от to spoil — портить) и антикрылья.
       "Зализанные" кузовы, которые воздушный поток обтекает плавно, без завихрений, сегодня почти не применяются на серийных машинах, поскольку редко отвечают современным эксплуатационным и эстетическим требованиям. Вольный полет дизайнеров в клетке безотрывного обтекания, как метко охарактеризовал увлечение "зализанными" формами московский дизайнер Сергей Ивакин, автор формы концепткара АЗЛК "Истра", завершился.
       
Суть дела
       Существует несколько формул расчета силы сопротивления воздуха. Различаются они, главным образом, методикой оценки обтекаемости — учетом тех или иных факторов. Например, немецкая, ее приводит в книге "Аэродинамика автомобиля" Вольф-Хейнрих Гухо (Wolf-Heinrich Hucho). Выглядит она так: W=Cw•A•(p/2)•V2. Сопротивление воздуха W возрастает в квадратичной зависимости от скорости V: скорость увеличивается в 2 раза, а сопротивление — в четыре. С увеличением сопротивления воздуха растет расход топлива. На скорости 100 км/ч автомобиль затрачивает 75% мощности и около 75% горючего именно на преодоление сопротивления воздуха.
       Скорость — показатель, который в данном случае можно только учитывать. В обычных расчетах за постоянную величину принимается и плотность воздуха p. То есть специалист по аэродинамике может работать лишь с двумя составляющими формулы: A — наибольшей площадью поперечного сечения автомобиля, и Cw — коэффициентом аэродинамического сопротивления, который обозначают и как Ca, K, Cl или Cx.
       Как только ни боролись за уменьшение площади поперечного сечения компоновщики, дизайнеры и специалисты по аэродинамике! Сокращали ширину и высоту автомобилей, уточняли профиль поперечного сечения. В результате появились гнутые боковые стекла, узкие продольные поручни на крыше для крепления багажника, скрытые водосточные желоба в полостях дверей и зеркала заднего вида на тонких кронштейнах. Все это, так сказать, разумные изобретения. Но были и другие. Например, в 60-80-х годах появлялись машины, по крышам которых между голов пассажиров проходил широкий продольный желоб. В этом случае площадь поперечного сечения уменьшалась приблизительно на 150 см кв. А пассажиры чувствовали себя, как в кабине истребителя. Самые смелые проекты предлагали делать автомобиль двухкорпусным — объединять 2 зализанные "сигары" наподобие катамарана.
       Сокращением площади поперечного сечения увлекались до тех пор, пока стремление экономить топливо за счет аэродинамичной формы не вошло в противоречие с требованиями комфорта и безопасности. Новые нормативы по защищенности автомобилей от столкновений заставляют делать кузов с развитыми силовыми элементами, а они "съедают" внутреннее пространство. Поэтому, чтобы не создавать дискомфорта, площадь поперечного сечения современных автомобилей оставляют достаточно большой.
       Другое дело — коэффициент аэродинамического сопротивления. Он — единственное свидетельство того, насколько компетентные специалисты в области аэродинамики работают в фирме. Рекордный коэффициент — у Opel Calibra: 0,20. Правда, машина эта создана в 1989 году, когда еще увлекались "безотрывным" обтеканием.
       На обтекаемость влияет положение автомобиля относительно дороги в зависимости от дорожного просвета и угла продольного наклона (уместно вспомнить авиационный термин "угол атаки"). У машин с положительным углом атаки подъемная сила набегающего воздушного потока настолько разгружает передние колеса, что способна ухудшить управляемость. Особенно опасно это для переднеприводных машин. В зависимости от нагрузки коэффициент аэродинамического сопротивления автомобиля может возрасти на 4-6%
       Иногда автоконструкторы все же используют авиационные теоретические выкладки. Например, чтобы уменьшить влияние бокового ветра, отклоняющего автомобиль от заданного курса. Меньше отклоняется каплевидное тело с сильно вытянутой задней частью. Вот тут-то, наверное, специалисты и вспомнили Румплера и его автомобиль-каплю.
       В современной машине набегающий воздушный поток активно эксплуатируется. Профилированные решетки облицовки радиатора в зависимости от скорости дозируют объем воздуха, поступающего в подкапотное пространство; дефлекторы препятствуют попаданию пыли в салон; форма стекол фар и задних фонарей не дает оседать на них пыли и грязи. Даже щетки стеклоочистителя снабжаются аэродинамическими элементами, иначе на больших скоростях они отлипают от поверхности стекла. На быстроходные автомобили ставят антикрылья, спойлеры, воздухозаборники для охлаждения тормозов. Средние значения Сх за последние 20 лет улучшены приблизительно на 25% — причем при попутном увеличении объема салона, вместимости багажника и габаритов автомобиля.
       
Дело — труба
       Когда-то прототипы ездили по шоссе, обклеенные множеством бумажных полосок. Рядом следовала машина с фотографом, который снимал поведение ленточек на разных скоростях. В 30-е годы немногим автомобилям довелось побывать в аэродинамической трубе. Она считалась привилегией самолетов. В СССР была построена одна из самых больших в мире труб в ЦАГИ, но автоконструкторы долго эксплуатировали прямой участок шоссе к северо-западу от Москвы.
       Большинство фирм начали "дуть" машины лишь в 60-70-е годы. В настоящее время около 25 труб принадлежит крупным автомобильным фирмам и независимым исследовательским институтам. Неплохая труба есть на автополигоне в Дмитрове. Специальные автомобильные трубы компактнее авиационных, скорость воздушного потока в них меньше. Самая серьезная установка принадлежит Mercedes-Benz, ее огромный вентилятор разгоняет воздух до 270 км/ч. Мощность его привода — 3000 кВт.
       Рабочую часть трубы делают достаточно длинной и широкой, чтобы воздушные вихри, возникающие возле ее стен, не нарушали картины обтекания автомобиля. Стены обшивают стальными пластинами толщиной 1 см, чтобы исключить любую вибрацию. Отклонение потока регистрируют с помощью специальных ленточек, наклеенных на поверхность кузова в определенном порядке, а так же — пуская "дымы". "Дымы" — это аэрозоли парфюмерного масла. Специалисты визуально оценивают характер обтекания и стараются уменьшить завихрения воздуха в зонах разрежения, чтобы снизить аэродинамические потери. Там, где дымовой след отклоняется от кузова, расположена зона низкого давления (разрежения). Где след прижимается — наоборот. В зоне разрежения на кузове имеет смысл размещать вытяжные вентиляционные отверстия, в зоне высокого давления — воздухозаборники. Ленточки, искривляясь под действием потока, подсказывают характер завихрений. Можно увидеть, куда из-под колес полетит грязь и будет ли она попадать на стекла и зеркала заднего обзора.
       Учитывая, что законы обтекания тела в воде и воздухе схожи, фирма Mercedes-Benz стала обдувать пузырьками воздуха макеты в масштабе 1/5 в водном потоке. Установка для таких исследований компактнее аэродинамической трубы и потребляет меньше энергии (из-за большей плотности воды можно снизить скорость потока).
       Процесс доводки автомобиля в аэродинамической трубе называется оптимизацией. Даже самые мощные компьютерные программы не в состоянии просчитать поведение потока в области дверной ручки или зеркала заднего обзора. Между тем именно отработкой таких нюансов сегодня и добиваются улучшения коэффициента сопротивления. А обдув подкапотного пространства можно оптимизировать только экспериментальным путем.
       Труба "разрушила" многие дизайнерские проекты якобы обтекаемых автомобилей: интуиция в данном случае — плохой подсказчик. Поэтому сейчас фирмы стремятся подвести математическую базу под эксперименты. Так что сходство кузовов автомобилей разных фирм — следствие не стандартизации, а физических законов.
       
       Денис Орлов
       

Зачем автомобилю аэродинамика

Одной из важнейших характеристик, которую производители автомобилей указывают при выпуске новой модели или нового поколения уже известной модели, является ее аэродинамика. Вернее, указывается коэффициент аэродинамического сопротивления, показатель которого влияет на динамические характеристики и экономичность машины. Что же такое аэродинамика, как она влияет на скорость и экономичность автомобиля, и можно ли улучшить аэродинамику стандартной машины, мы разберемся в этом материале. От самолетов до автомобилей Первоначально знания об аэродинамике применялись исключительно в военной промышленности – особенно в авиации. Но уже в начале ХХ века автомобилестроители решили перенять опыт самолетостроителей в конструировании машин, которые бы обладали выдающимися динамическими характеристиками. Rumpler Tropfenwagen — спортивный автомобиль 1921 года с коэффиционетом аэродинамического сопротивления Сх (0,28) Именно это, а отнюдь не экономия топлива, лежало в основе создания первых автомобилей, где за счет придания машине определенной формы и, тем самым, снижения сопротивления встречному потоку воздуха, удавалось добиваться увеличения скорости движения. Первые испытания автомобилей, чьи кузова были построены с учетом аэродинамических характеристик, проводились в 1920 годах в Германии. Инженерам удавалось построить машины, напоминавшие по форме кузова фюзеляжи самолетов. Эти прототипы обладали лучшими, чем стандартные модели того времени, динамическими характеристиками. Но гиганты автомобилестроения не спешили воплощать находки энтузиастов в серийные образцы, полагаясь на принцип «тише едешь, дальше будешь». Впрочем, развивающийся параллельно «гражданскому» автомобилестроению автомобильный спорт требовал от известных производителей строительства более скоростных автомобилей, поэтому прототипы созданных по аэродинамическим законам модели рассматривались ими внимательно. Дебютной «аэродинамической» моделью, которая пошла в серийное производство, стала Tatra 77, которая производилась с 1937 по 1950 годы. Tatra T77 1934 года Она обладала выдающимися по тем временам динамическими характеристиками — максимальная скорость — 160 км/час (самые скоростные модели на тот момент развивали не более 130 км/час), расход топлива при этом составлял 14 л/100 км (у остальных авто – от 17л/100 км и выше). Такие результаты вдохновили и других автопроизводителей, и постепенно все большее количество машин строились с учетом аэродинамических характеристик. Сегодня ни один производитель не игнорирует этого важнейшего аспекта при проектировке кузова новой модели, а усилия инженеров направлены на то, чтобы уменьшить коэффициент аэродинамического сопротивления автомобиля. Какой коэффициент лучше для авто Коэффициент аэродинамического сопротивления является составной часть формулы, по которой рассчитывается сила сопротивления воздуха, воздействующего на какой-либо объект. Обозначается он символом Сw. Помимо потока встречного воздуха, существует еще одно препятствие для развития высокой скорости автомобиля – сила поверхностного трения, которая возникает из-за неровностей кузова. Придание ему обтекаемой формы, а также использование различных дополнительных конструкций (спойлеров, диффузоров, специальных вентиляционных отверстий) позволяет значительно снизить эти естественные препятствия, что в итоге положительно сказалось как на динамике, уменьшения шума в салоне, увеличении прижимной силы машины, так и на показателях расхода топлива. Испытания аэродинамических свойств автомобиля проводились в специально обустроенных трубах. В настоящее время применяется метод компьютерного моделирования условий, близкий к тем, что создаются в аэродинамической трубе. Оба метода признаны эффективными и применяются сегодня в автомобилестроении. Аэродинамика автомобиля Первые автомобили, построенные с учетом аэродинамического коэффициента, имели значение лобового сопротивления воздух 0.5. Постепенно конструкторам, применявшим все более прогрессивные материалы при создании автомобиля, удалось снизить до 0.28. Первым автомобилем, достигшим такого эффекта, стал Audi 100. Audi 100 Этот показатель стал эталоном аэродинамики пассажирских автомобилей на долги годы, пока в 1990 году еще немецкая компания, Opel, не выпустила модель с более прогрессивным коэффициентом аэродинамического сопротивления – 0.26. Этой моделью стала Calibra. Opel Calibra Конечно, конструкторы могли снизить коэффициент еще больше, но в таком случае это отражалось на комфорте водителя и пассажиров. Ведь конструкция кузова автомобиля с коэффициентом аэродинамического сопротивления ниже 0.2 предполагает низкий клиренс, неудобную посадку в авто для водителя и пассажиров. Также автомобили с такими показателями нерентабельны для серийного выпуска: технология их производства дорогостояща, что сказывается и на последующем обслуживании. Поэтому автомобили с низким коэффициентом аэродинамического сопротивления в основном используются в автоспорте. Впрочем, добиться приблизительно похожего эффекта можно и для стандартного автомобиля. Конечно, заводские показатели аэродинамики в значительной мере скорректировать не удастся, но при использовании аэродинамического обвеса повлиять на динамические и расходные характеристики – можно. Множество компаний, занимающихся тюнингом автомобилей, изготавливают различные приспособления, при грамотной установке которых можно добиться улучшения аэродинамических характеристик практически любой машины. Porsche Cayman (981C) ’2013 от тюнинг-ателье TechArt. Вот такие вот бамперы, вентиляционные отверстия в крыльях могут улучшить аэродинамику авто.

Статья по физики на тему "Аэродинамика автомобиля"

СОДЕРЖАНИЕ

 

Введение……………………………………………………………………..…….3

Актуальность проекта………………………………………………………………………..……3

Цели……………………………………………………………………….……….4

Задачи………………………………………………………………….………..…4

ГЛАВА 1.  Основные определения аэродинамики и зарождение ее в автомобилестроении.

1.1.          Что такое аэродинамика?..............................................................................6

1.2.          История появления первых аэродинамических автомобилей…………………………………………………………….…..6

1.3.          Основные понятия в аэродинамике……………………………………………………...………..8

1.4.          За счет каких элементов достигается изменение аэродинамики автомобиля?……………………………………………………….……..…9

ГЛАВА 2. Аэродинамика современных автомобилей.

2.1.          Влияние отдельных элементов на аэродинамику современных городских автомобилей…………………………………………………………….…11

2.2.          Влияние отдельных элементов и форм кузова на аэродинамику современных спортивных автомобилей…………………………………………………………….…14

Опрос……………………………………………………………………………..19

Вывод………………………………………………………………………..……20

Источники………………………………………………………………...……...21

Приложения………………………………………………………...……………22

 

 

 

 

 

АКТУАЛЬНОСТЬ

Проблема аэродинамики автомобиля, к сожалению, не так остро стоит в современном обществе. Но мы уже столкнулись с ней лицом к лицу, ведь каких-то сто лет назад автомобили и близко не могли приблизиться к тем показателям, которые демонстрируют современные автомобили. Такой стремительный рост требований к аэродинамике заставил производителей начать придумывать все новые и новые решения различных проблем.

Но как я уже говорил ранее, подобные автомобили стали стоить огромных денег, но все же были несовершенными и не пользовались популярностью среди населения. В настоящее время практически ничего не изменилось. Поэтому я бы хотел выявить наиболее лучшие способы улучшения аэродинамики, потому что данная тема является достаточно перспективной и активно развивающийся в настоящее время.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ВВЕДЕНИЕ

В настоящее время аэродинамика автомобиля играет огромную роль во множестве аспектах и решает множество задач. Ведь нынешние спортивные автомобили могут развивать скорость, подобную скорости отрыва самолетов от земли. И поэтому специалистам необходимо учесть множество факторов, влияющих на максимальную скорость автомобиля, его управляемость, возникновение подъемных сил, температуру двигателя и тормозных дисков. Но не подумайте, что расчеты аэродинамики необходимы только спортивным автомобилям, ведь и в городских версиях автомобилей тоже важны подобные расчеты, так как аэродинамика оказывает влияние на расход топлива автомобиля, уровень шума в салоне, загрязнение стекол, ручек дверей и других поверхностей, вентиляцию салона. Каждый современный автопроизводитель стремится к тому, чтобы автомобиль имел наилучшую аэродинамику и счет идет на долю значений, но есть место где можно поработать с аэродинамикой достаточно эффективно. В принципе, весь корпус автомобиля подчинен действию аэродинамических сил, и инженеры стараются создавать кузова с максимально зализанными формами. Но к сожалению, нынешним производителям автомобилей среднего класса не всегда удается достичь высоких показателей. Во многом это из-за того, что производители пытаются максимально удешевить выпускаемые автомобили, ведь подобные расчеты могут сильно завысить конечную стоимость, а для потенциального клиента такая покупка будет невыгодной, следовательно, и для компании производителя тоже.  Именно поэтому я бы хотел сам разобраться в этом вопросе, изучив историю применения расчетов аэродинамики для автомобиля, за счет чего ее можно улучшить и т.д. Из полученной информации сделать вывод о наиболее лучшие способах улучшения аэродинамики автомобиля.

 

 

ГЛАВА 1.  Основные определения аэродинамики и зарождение ее в автомобилестроении.

1.1.          Что такое аэродинамика?

Аэродинамика - (от греческого аer — воздух и dynamis — сила) - раздел механики сплошных сред, в котором изучаются закономерности движения газов (преимущественно воздуха), а также механическое и тепловое взаимодействие между газом и движущимися в них телами. Эта наука является одной из древнейших естественных наук, она возникла и развивалась под непосредственным воздействием запросов практики. При этом во все времена основное внимание привлекали две фундаментальные проблемы: проблема аэродинамического сопротивления и проблема подъёмной силы.

1.2.          История появления первых аэродинамических автомобилей.

В начале прошлого века, когда автомобили только зарождались, их скорость едва превышала 40км/ч, а форма походила на карету, об аэродинамике, естественно, не задумывались – при величине Cx около единицы те модели едва ли могли поспорить по обтекаемости даже с пресловутым кирпичом. Однако все же находились энтузиасты, уделявшие этому внимание. Главным образом, то были разработчики рекордных автомобилей и тех, что мы бы сейчас назвали «концепт-карами».

Над формой долго не думали – её перенимали из других областей техники, таких как мореплавание или авиация. Соответственно, автомобили напоминали корабли, дирижабли, торпеды и другие тела вращения. Самым же первым представителем этой плеяды была машина La Jamais Contente Камилла Дженатци, на которой сам создатель впервые в истории преодолел рубеж в 100км/ч – произошло это аж в 1899 году. Cx того автомобиля, конечно, не известен, но, учитывая немалую мощность в 67 л.с., можно предположить, что его аэродинамика все же была далека от совершенства – сопротивление увеличивал водитель, возвышавшийся над кузовом, и совершенно неприкрытые элементы подвески и шасси. (приложение 1)

Более удачной попыткой создать обтекаемый автомобиль стала Alfa Romeo 40-60 HP – спортивная машина 1913 года, на шасси которой был установлен кузов в форме дирижабля. Полностью укрывающий пассажиров корпус, интегрированное шасси и компактные узлы подвески позволили при мощности 70 л.с. достигать уже 139 км/ч, что свидетельствует о весьма неплохой, а по тем временам и вовсе выдающейся, аэродинамике (приложение 2).

Но постепенно подход к проектированию обтекаемых кузовов менялся. Опыт в самолетостроении, накопленный за время Первой мировой войны, помог разработчикам взглянуть на проблему шире - они уже не стремились просто перенять удачные с точки аэродинамики формы, а начали их комбинировать, совмещать, пытаясь получить приемлемое для автомобиля решение. И быстро преуспели в этом деле. В 1921 году инженером Эдмундом Румплером был создан Tropfenwagen – «машина-капля». Необычный автомобиль имел сильно зауженную в горизонтальной проекции переднюю и заднюю части, плавный изгиб крыши и овальную, вытянутую кабину – набегающий воздух он направлял не вверх и вниз, а в стороны (приложение 3). Проведенные в последствии, в 1979 году, компанией Volkwagen испытания показали, что Cx Tropfenwagen равнялся 0,28. И это при том, что выступающие за габариты колеса увеличивали сопротивление примерно на 50%. К сожалению, спросом экстравагантный автомобиль не пользовался – не помогал ни низкий расход топлива, ни появление удлиненной версии. Идеальная форма - Сх =0,16. Надо отметить, что все упомянутые наработки почти не коснулись серийных автомобилей 20-40-ых годов. Конечно, за этот период Сх в среднем снизился с 0,8 до 0,55, но в основе этого лежали лишь компоновочные и стилистические изменения – сохраняя выступающие крылья и фары, автомобили становились более вытянутыми и округлыми. Те же модели, что внешне казались обтекаемыми, только подражали реально эффективным кузовам. Не сильно изменилась ситуация и послевоенные годы. Целенаправленные работы по созданию обтекаемых автомобилей почти остановились, а Cx серийных моделей снижался в основном за счет объединения отдельно выступающих фар и крыльев в единую форму кузова. И все же к 60-ому году некоторые автопроизводители обратили внимание на аэродинамику. Так, в 1955-ом вышел Citroen DS (приложение 4), потрясший мир не только множеством неординарных конструктивных решений, но и великолепной обтекаемостью – Cx составлял всего 0,38. Отличился и Porsche со своей моделью 356 (приложение 5), второе поколение которой в 1959 году достигло Cx равного 0,39. И это в то время, когда для большинства автомобилей была характерна величина около 0,5.

Постепенно стали подтягиваться и остальные автопроизводители – росла мощность моторов, увеличивались скорости, и к 70-ому году вместе с модой на угловатые кузова окончательно утвердилась и роль аэродинамики, как одной из приоритетных областей совершенствования автомобилей.

 

1.3.        Основные понятия в аэродинамике.

Коэффициент аэродинамического сопротивления (Сх) – безразмерная величина, обычно меньше единицы. Определяется экспериментальным путем в аэродинамической трубе или с помочью расчетов. Физический смысл — отношение аэродинамической силы к скоростному напору и характерной площади. У современных автомобилей значение Сх в районе 0,30. Внедорожники имеют чуть больший коэффициент Сх из-за большей площади кузова.

Сила аэродинамического сопротивления (Рх) — сила, с которой поток воздуха «давит» на движущийся автомобиль. Всегда действует в сторону, противоположную движению. Чем больше, тем ниже максимальная скорость и динамика автомобиля при прочих равных условиях.

Подъемная сила (Рz) — направлена перпендикулярно к скорости автомобиля. При обтекании автомобиля частицы потока, обтекающие днище, проходят меньший путь, чем частицы, обтекающие капот, крышу и крышку багажника, то есть более выпуклую поверхность. А согласно уравнению Бернулли давление среды больше там, где скорость частиц меньше. Автомобиль превращается в крыло. Если ситуацию «запустить», с ростом скорости колеса машина будет терять контакт с дорогой, что негативно скажется на управляемости и устойчивости.

Мидель (от middel — средняя) – наибольшая площадь сечения автомобиля, перпендикулярная направлению движения.

Опрокидывающий момент (Му) — определяет перераспределение нагрузок между передними и задними осями автомобиля. Возникает из-за того, что Рх всегда действует под углом к продольной оси автомобиля. По Му можно судить о возможном изменении управляемости на высоких скоростях, а нулевое значение говорит о том, что независимо от скорости автомобиля тот будет управляться одинаково, а заложенный производителем баланс нагрузок на колеса не нарушится.

Момент крена (Мх) и разворачивающий момент (Мz) – характеризуют способность автомобиля противостоять порывам бокового ветра. Чем меньше абсолютные значения, тем меньше водитель чувствует влияние капризов природы.

1.4.          Элементы, за счет которых можно усовершенствовать аэродинамику автомобиля.

Задача специалистов по аэродинамике состоит в уменьшении паразитных сил и моментов (Рх, Рz, Му, Мх и Мz). 

 Добиться можно с помощью дополнительных аэродинамических элементов, что ведет к увеличению площади миделя и как следствие – к увеличению силы лобового сопротивления. Но оказывается, грамотно сконструированные и тщательно продутые в аэродинамической трубе элементы позволяют уменьшить Сх.

 

Антикрыло. Создано для борьбы с подъемной силой. Первостепенная задача – создать прижимную силу, чтобы колеса не теряли контакт с дорогой ни при каких условиях. Взгляните на болиды Ф1 (приложение 6). Вот где антикрылья – усилия работы специалистов по аэродинамике. Но перебарщивать с размерами нельзя – резко растет аэродинамическое сопротивление, а значит – падает скорость, увеличивается расход топлива. Практически на всех спортивных автомобилях рабочая часть крыла выполнена регулируемой для возможности изменения угла атаки и возможности настройки. (приложение 7)

Спойлер (от spoil — портить). Аэродинамический элемент с одной рабочей поверхностью для изменения направления движения воздушного потока. Основная задача «правильного» спойлера – организация безотрывного и «плавного» обтекания воздушным потоком всей поверхности автомобиля, что повышает устойчивости при движении с высокими скоростями. Спойлер может бороться с подъемной силой, отсюда его сложные формы. Но эта деталь всегда примыкает к кузову автомобиля. (приложение 8)

Диффузор. Часть или элемент обвеса, преобразующая кинетическую энергию набегающего потока воздуха под авто в повышение давления равное атмосферному. При взаимодействии воздушного потока в диффузоре с дорожным полотном, образуется отрицательное давление, прижимающее автомобиль к дороге. (приложение 9)

 

 

 

 

 

 

 

 

ГЛАВА 2. Аэродинамика современных автомобилей

 

2.1. Влияние отдельных элементов на аэродинамику современных городских автомобилей.

Главные цели улучшения аэродинамических показателей – увеличение скоростей и экономия топлива, как я уже и говорил, основным направлением улучшения аэродинамики автомобиля является оптимизация обтекания кузова автомобиля, другими словами – уменьшение Сх. Первыми с этим столкнулись спортивные автомобили, именно там стали появляться обтекаемые формы. Позволившие снизить сопротивление внешней среды, благодаря чему повысились скорости движения. Надо сразу отметить, что в тот момент именно скоростные характеристики стояли на первом месте, об экономичности речи не шло. Но со временем именно топливная экономичность, вопросы безопасности и управляемости современных автомобилей стали решающими. За счет оптимальных форм кузова, а также обтекаемости внешних элементов отделки и дизайна (фар, ручек, решеток и т.д.) удалось поднять скорость движения и повысить топливную эффективность автомобиля. Сейчас, на примере городских автомобилей мы рассмотрим эти способы и как они влияют на аэродинамику.

2.2.          Наружные зеркала заднего вида.

Виртуальные наружные зеркала на Audi e-tron не просто удивительная техническая новинка. (приложение 10). Они дают не только множество практических преимуществ в части комфорта и безопасности, но и значительно увеличивают показатели обтекаемости, примерно на 5%, уменьшает показатель Сх на 0,05 по сравнению с обычными зеркалами. Что позволяет экономить топливо в поездках на большие расстояния.  В горизонтальный кронштейн встроена небольшая камера, изображение с которой оцифровывается и передается на контрастный 7 дюймовый дисплей OLED в салоне. Все это занимает намного меньше площади, чем у привычных нам зеркал, а, следовательно, и увеличивает показатели Сх. Касаясь сенсорного дисплея, водитель может смещать кадр и изменять область обзора. В настоящее время такое нововведение присутствует только в этом автомобили, но я считаю, что это достаточно полезная технология, которую в скором времени могут применить в своих автомобилях и другие компании, ведь это не только достаточно удобно и безопасно, но и заметно снижает расход топлива и увеличивает аэродинамику автомобиля.

2.3 Дверные ручки.

В настоящее время некоторые автопроизводители начали внедрять в свои автомобили выезжающие из дверей ручки, например, Range Rover, Tesla и несколько других производителей устанавливают ручки, которые выезжают прямо из дверной панели, когда ты подходишь к автомобилю и уезжают обратно, когда автомобиль начинает движение (приложение 11). Это хоть немного, но позволяет улучшить аэродинамику автомобиля, примерно на 0,001, а, следовательно, и все вытекающие из этого плюсы. Я считаю, что это тоже достаточно полезная разработка, потому что это влияет не только на внешней вид автомобиля, но и приносит много действительно полезного.

2.4.          Зазоры между деталями кузова.

Зазоры между отдельными элементами кузова тоже являются немаловажным фактором, влияющим на аэродинамику автомобиля. По расчетам специалистов, мы можем увидеть, что неправильно подогнанные детали при сборке автомобиля, могут заметно влиять на Сх. Например, у двух одинаковых автомобилей, с различием только в зазорах, разница Сх составляет около 0,05. С первого взгляда может показаться, что это незначительная разница, но нет, в этом деле специалисты борются за доли значений. Следовательно, в современных автомобилях при сборке стараются подогнать детали как можно ближе друг к другу, а в концепт карах и вовсе, сделать кузов автомобиля монолитным, что позволяет значительно увеличить скорость на спортивных автомобилях (приложение 12).

 

 

2.5.          Отдельные и выступающие элементы.

Очень большую роль в аэродинамике автомобиля оказывают выступающие элементы, такие как выезжающие фары (более не используются из-за новых правил дорожного движения, запрещающих установку выступающих элементов на капоте (для безопасности пешеходов)), но они увеличивали показатели Сх от 0,02 до 0,09, что достаточно существенно, высокие стабилизирующие ребра увеличивали показатели Сх на 0,03, стеклоочистители до 0,09, передние крылья с фронтальной поверхностью выше буфера до 0,04, а также передние и задние отдельные бампера до 0,15 и антенны до 0,02 – все это огромным образом влияет на аэродинамику, поэтому современные автопроизводители пытаются усовершенствовать автомобили и исключают эти элементы кузова (приложение 13).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2.1.1 Влияние отдельных элементов и форм кузова на аэродинамику современных спортивных автомобилей.

Мы рассмотрели основные элементы, влияющие на аэродинамику городских автомобилей, но что касается спортивных автомобилей? А в спортивных автомобилях по мимо всех этих элементов есть еще и антикрылья, спойлера, диффузоры, в целом более обтекаемые формы кузова, также продумывают системы отвода воздуха и убирают выступающие элементы. Сейчас мы рассмотрим все эти элементы и их влияние на аэродинамику автомобиля. 2.2.2.  Антикрыло и спойлер

Кузов автомобиля при движении испытывает точно такие же процессы, как и крыло самолета, но в гораздо меньших величинах. Это значит, что на верхней части кузова образуется низкое давление, ввиду ускорения потока воздуха, относительно потока, проходящего под автомобилем, так как первому необходимо преодолеть большее расстояние, за то же время. И это низкое давление стремится поднять автомобиль, как крыло поднимает самолёт, при этом развивается подъёмная сила. Подъемная сила ухудшает сцепления колес автомобиля, и на больших скоростях, может привести к потере управления. И вот как раз с ней, и борются при помощи различных аэродинамических элементов. Одними из наиболее ключевых элементов являются спойлеры и антикрылья (спойлер отличается антикрыла тем, что спойлер вплотную прилегает к кузову и жестко закреплен, он может быть расположен в передней части кузова, как обтекатель (часто называют сплиттер) боковые пороги и сам спойлер, расположенный в задней части кузова, либо на кромке багажника (у заднемоторных автомобилей – это кромка капота (приложение 7)), либо в продолжение линии крыши), а антикрыло имеет зазор с кузовом автомобиля и обычно расположен в задней части автомобиля (приложение 6)). Сделано это неспроста, достаточно крутой наклон кузова в этих местах может приводить к разделению набегающего потока воздуха – он становится турбулентным, создавая зону низкого давления, увеличивая сопротивление и нестабильность воздуха. Спойлер позволяет увеличить давление воздуха, наращивая прижимную силу. А сплиттеры (приложение 13) выполняют ту же функцию, но в отношении днища автомобиля. Технически спойлеры и антикрылья можно разделить на две основные категории – это жестко зафиксированные или стационарные и подвижные или активные (наиболее часто используются у современных автомобилей, они выдвигаются автоматически при достижении автомобилем определенной скорости). Самой наглядной иллюстрации важности спойлера стал спорткар Audi TT первого поколения (приложение 14). Автомобиль получил очень яркий дизайн кузова, и инженеры не стали портить его дополнительными аэродинамическими элементами, но вскоре выяснилось, что красота в прямом смысле требует жертв. На скорости свыше 180 км/ч в поворотах или просто при смене полосы движения TT теряла устойчивость, что приводило к серьёзным авариям, череда инцидентов, в том числе со смертельными исходами, вынудило Audi отзывать уже проданные автомобили и вносить доработки. Одним из элементов доработок стал спойлер. Данный элемент существенно улучшил стабильность движения машины на высоких скоростях. Именно поэтому в современных спортивных автомобилях устанавливают подобные элементы, во избежание подобных ситуаций и увеличения уровня устойчивости автомобиля.

2.2.3.   Диффузор

Диффузор кузова – часть дополнительного обвеса автомобиля, которая выполняет функцию перераспределения встречного воздушного потока между днищем и дорожным покрытием. Диффузорами называют любые детали, которые перераспределяют воздушные потоки. В автомобиле носить название диффузор могут три элемента. Корпус вентилятора, который так и называют – «диффузор вентилятора», деталь в карбюраторе, о котором так и пишут – «диффузор карбюратора» и часть дополнительного обвеса кузова автомобиля – «диффузор кузова», сейчас о нем мы и поговорим. Основным назначением диффузора является улучшение аэродинамических характеристик автомобиля. Он преобразует кинетическую энергию набегающего потока воздуха и создает под днищем область разрежения, которая стремится прижать автомобиль к дороге. Рост прижимной силы повышает качество сцепления покрышек с дорожным покрытием. За счет этого автомобиль получает улучшенную маневренность, эффективный разгон, безопасное торможение. Дополнительной функцией диффузора может быть распределение воздушного потока для дополнительного обдува тормозных механизмов. Чаще всего диффузор монтируется под днищем в задней части автомобиля. Также он может быть установлен прямо под бампером. Диффузор состоит из нескольких конструктивных элементов. Продольные ребра, образующие каналы для воздуха, которые разбивают поток и увеличивают его скорость. Также они ограничивают воздушный поток с боков. Иногда такие ребра могут еще и направлять воздух на диски и тормозные колодки. Современные диффузоры изготавливают из высокопрочного и легкого углепластика (карбона). Диффузор вне зависимости от конструкции содержит пустоты, которые увеличиваются в объеме по всей его длине – для легкости конструкции. Действие диффузора кузова основано на законе Бернулли. Объем воздуха, проходя через узкие каналы устройства, разбивается на несколько отдельных потоков. При этом скорость среды возрастает, что приводит к снижению давления. На выходе из диффузора давление сравнивается с атмосферным, а под днищем оно будет ниже. Благодаря возникающему разрежению воздуха прижимная сила увеличивается. Данный эффект позволяет повысить общую прижимную силу и снизить подъемную силу задней части автомобиля. Большое значение имеет соблюдение правильного угла наклона стенок диффузора, который не должен резко изменяться. Поток воздуха не должен отделяться от верхних и боковых плоскостей. Вертикальные перегородки помогают повысить его эффективность и гарантировать, что воздух будет выбираться из-под днища и не влиять на верхнюю часть кузова автомобиля. В зависимости от конструкции и места размещения различают несколько типов диффузоров: задний диффузор, который заканчивается под бампером автомобиля передний диффузор или сплиттер, который создает зону пониженного давления в носовой части; задний двухуровневый или вторичный диффузор, который имеет повышенный объем и позволяет вытягивать большее количество воздуха из-под днища.

2.2.4.   Формы кузова современного спортивного автомобиля.

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. 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. Фольксваген XL1. Коэффициент сопротивления Volkswagen XL1 (приложение 15) 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. Сейчас очертания автомобилей приближаются к этому идеалу. Конструкторы заглаживают поверхности, изменяют плоскости и углы легкими выпуклостями и округлениями, убирают с поверхности и утапливают в корпусе кузова фары, фонари, ручки. Проведенные в большом масштабе аэродинамические исследования позволили найти правильную обтекаемую форму автомобиля. Конструкторам удалось, используя результаты исследований довести эту форму до ее сегодняшнего вида. Автомобили не только приобрели более изящный и стремительный вид, но и более удобное расположение пассажирских сидений и механизмов, а также приблизились к желаемой обтекаемой форме кузова, обеспечивающей большую быстроту движения при меньших потерях мощности на преодоление сопротивления воздуха. В современных автомобилях это очень важно, именно поэтому ученые пытаются усовершенствовать формы автомобиля. 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Вывод

Аэродинамика всегда будет занимать лидирующие позиции значимости в автомобильном мире. Так как аэродинамика имеет огромные перспективы в своем дальнейшем развитии. Ведь как мы уже поняли она решает множество задач, связанных с экономичностью, экологичностью и безопасностью.  Я изучил основные аэродинамические факторы, влияющие на увеличение скорости автомобиля, снижение расхода топлива и несколько других показателей. Также в своём проекте я рассмотрел историю применения расчётов аэродинамики в автомобилестроении, изучили материалы по испытаниям автомобиля.

Отсюда следует вывод: в будущем будут разрабатываться новые корпуса для автомобилей для улучшения скорости, снижения расхода топлива, одним словом, улучшения аэродинамики.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Приложения

Приложение 1

 

 


Приложение 2

 

 

 

Приложение 3

 

 

 

Приложение 4

 

Приложение 5

 

Приложение 6

 

Приложение 7

 

 

Приложение 8

                                               

 

Приложение 9

 

                                                       

 

Приложение 10

 

Приложение 11

 

 

 

Приложение 12

 

Приложение 13

 

                                                      

 

 

 

Приложение 14

 

 

Приложение 15

 

Приложение 16

 

 

 

Аэродинамика автомобиля - презентация онлайн

1. Аэродинамика автомобиля

Государственное бюджетное профессиональное образовательное учреждение
«Заволжский автомоторный техникум»
II научно-практическая конференция
«Проектно - исследовательская деятельность обучающихся как основа
их профессионального становления»
Разработал: студент группы АТ-17
Колоколов Дмитрий
Руководитель: преподаватель
Кувырков Роман Александрович

2. Актуальность

Аэродинамика автомобиля имеет
отношение практически ко всему спектру
вопросов существования современного ТС.
Во многих случаях аэродинамика играет
едва ли не решающую роль в управляемости
и безопасности движения.

3. Цели

1) Изучить аэродинамику автомобилей;
2) Разобрать основные конструктивно
аэродинамические конфигурации кузова на
примере автомобиля ВАЗ 2101

4. Задачи

1) Провести сравнительный анализ аэродинамики
автомобиля ВАЗ с другими видами машин;
2) Рассмотреть способы улучшения
Обтекаемости данного транспорта
Что такое аэродинамика?
Раздел механики, в котором изучаются законы движения
газообразной среды (например, воздуха) и ее взаимодействие
с движущимися в ней обтекаемыми твердыми телами.

6. Задачи конструктора

Если раньше инженеры трудились над созданием
оптимальной аэродинамической формы, то в настоящее их
работа заключалась в оптимизации предложенного
дизайнерами проекта. То есть в последовательном изменении
отдельных частей кузова, таких, как переходы, выступы,
спойлеры, с целью снижения сопротивления воздуха при
минимальном вмешательстве в дизайн

7. Автомобиль и воздушная среда

Значительное сопротивление
транспортные средства: оно
увеличения скорости.
воздуха испытывают
возрастает по мере
Для достижения лучшей аэродинамики автомобилям
придают обтекаемую форму. Особенно это актуально
для спорткаров.
Машина движущаяся в воздушной среде, преодолевает
сопротивление. Оно во многом определяется формой
автомобиля, наличием и конструкцией внешних
устройств.

8. Основные конфигурации

Эффект лучшей обтекаемости достигнут за счет:
- выбора оптимальных углов наклона панелей удалении с
поверхности кузова мелких выступающих
- придание оставшимся выступающим деталям,
аэродинамических форм
- сглаживания острых углов кузова
Кузов современного легкового автомобиля в профиль
напоминает самолетное крыло. Поэтому при движении на
автомобиль действует аэродинамическая подъемная
сила, которая ухудшает управляемость, устойчивость и
безопасность движения.

9. Силы аэродинамики

При движении автомобиля поток воздуха под его днищем
идет по прямой, а верхняя часть потока огибает кузов, т.е,
проходит больший путь. Поэтому скорость верхнего потока
выше, чем нижнего. А согласно законам физики, чем выше
скорость воздуха, тем ниже давление.
Подъемная сила

11. Кузов автомобиля ВАЗ 2101

12. Обтекаемость автомобиля

13. Анализ

а) спереди воздушный поток встречает на своем пути практически
перпендикулярную плоскую поверхность, вследствие чего в этом
месте возникает область повышенного давления и сопротивления, а
также создает область повышенного давления в области картера, что,
в свою очередь, частично разгружает переднюю ось;
б) слабый угол подъема капота и большой угол лобового стекла
создают вихрь а области дворников и решетки капота (вот почему нет
смысла устанавливать там пластиковые дефлекторы), практически
аналогичная ситуация с задним стеклом и багажником, потому
целесообразнее была б форма лифтбека;
в) резкий переход на плоскую заднюю часть создает срыв потока и
огромную область завихрений;
г) поток под автомобилем идет гладко, что способствует хорошему
охлаждению основных узлов и агрегатов.
Обтекаемость хэчбека заметно хуже, нежели у седана.
Сравнение коэффициента лобового сопротивления
1. Лада Приора Cx — 0,32
2. ВАЗ 2110 Cх — 0,347
3. ВАЗ 2112 Cx — 0,335
4. ВАЗ 2111 Cx — 0,381
5. ВАЗ 21106 Cx — 0,385
6. ВАЗ 21103М Cx — 0,333
7. Лада Калина ''Норма'' Сх — 0,378
8. Лада Калина "Люкс" Cx — 0,347
9. ВАЗ 2108 Cx — 0,463
10. ВАЗ 2109 Сх — 0,463
11. ВАЗ 2114 Cx — 0,445
12. ВАЗ 21099 Cx — 0,453
13. ВАЗ 2115 Cx — 0,429
14. ВАЗ 2107 Cx — 0,546
15. ВАЗ 2101 Cx — 0,52
16. ВАЗ 2121-213, 214 Cx — 0,536
17. ВАЗ 2123 Шнива Cx — 0,455
18. ГАЗ 21 Cx — 0,497
19. ГАЗ 3110 Cx — 0,461
20. nexia — 0,3

16. Способы улучшения

Необходимо увеличить скругления бортов автомобиля, бампера
сделать плавно переходящими в кузов, и уменьшить углы атаки
лобового и заднего стекол.

17. Способы улучшения (экономия расхода топлива)

Зеленый цвет – сопротивление ниже
Красный – выше
1)
2)
3)
4)
Пустой верхний багажник
Закрытые окна
Использовать прицепы
Длинномеры постарайтесь разместить в салоне, сложив заднее сиденье

18. Заключение

Аэродинамика автомобиля безусловно является
одним из важнейших экономических факторов
машиностроения, а так же огромная роль
падает на управляемость автомобиля, а
следствие и безопасность движения.
Поэтому большинство автомобильных
корпораций большое внимание уделяют форме
и структуре кузова изготавливаемого
автомобиля.

19. Источники информации

https://www.drive2.ru/l/6515913/
https://www.drive2.ru/b/1284218/
https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%90%D1%8D%D1%80%D0%BE%D0%B4%D0
%B8%D0%BD%D0%B0%D0%BC%D0%B8%D0%BA%D0%B0_%D0%B0%D0%
B2%D1%82%D0%BE%D0%BC%D0%BE%D0%B1%D0%B8%D0%BB%D1%8F
https://avtonov.info/ajerodinamika-avtomobilja
https://studref.com/621079/tehnika/aerodinamicheskie_harakteristiki_avtomobil
ya

На что влияет аэродинамика автомобиля

Загрузка...

Аэродинамика — наука, вроде бы, авиационная, в самолетостроении без неё никуда. Но оказывается, она важна и при создании машин. От аэродинамики автомобиля зависит множество технических показателей, а также управляемость и комфорт. Сегодня требования, предъявляемые к автомобилю, очень высоки, конкуренция на рынке растет, а покупатели становятся все более искушенными, в т.ч. в вопросах аэродинамики.

Всем нам хочется, чтобы машина была не только мощной и «адреналинной», но при этом и экономичной. Да еще и экологи говорят свое слово. Так, как же совместить все наши желания с техническими возможностями, не упустив, при этом, вопрос экологичности?

Аэродинамика очень важна при создании автомобиля, ведь она влияет не только на максимальную скорость автомобиля, на внешние и внутренние шумы, но и на способность охлаждения тормозных механизмов, движение воздушных потоков в системе вентиляции салона, охлаждение двигателя и т.д. и т.п.

Создавая новую модель, аэродинамику обязательно «продувают» в специальной аэродинамической трубе, определяя и фиксируя все проблемные места. Ведь, примерно, половина расходуемого топлива уходит на преодоление сопротивления воздуха, и касается это не только спорткаров, но и обыкновенных машин.

Уже на скорости 60-70 км/ч начинают работать законы аэродинамики, что уж говорить про большие скорости. Поэтому понятно, что при равных условиях и технических характеристиках, автомобиль, угловатый как кирпич, будет медленнее и прожорливее, чем автомобиль с более плавными, обтекаемыми формами.

Конструкторы вместе с дизайнерами добавляют порой не заметные, на первый взгляд, штрихи, которые улучшают аэродинамические свойства машины. Например, задний козырек, передние обтекатели, утапливаемые дверные ручки, многое другое. Все эти, казалось бы, не существенные мелочи в сумме дают достойный результат.

Правда есть одно но. Если все это разрабатывается профессионалами, тогда проблем нет. Совсем другая история с «самопальным тюнингом автомобиля«. Неправильно установленный спойлер, может изменить распределение сил сопротивления, от чего передние или задние колеса могут недополучить нагрузку, или наоборот, нагрузка превысит свое оптимальное значение, соответственно изменится баланс, и в повороте автомобиль может уйти в неконтролируемое скольжение.

Поэтому никакой самодеятельности с изменением аэродинамики автомобиля. В лучшем случае, такой тюнинг ничего не даст, в худшем — сами понимаете, чем это грозит. Правда, данное правило не касается внедорожников с их багажниками на крыше. Там и скорости ниже, и моторы по-мощнее. Соответственно купить багажник на УАЗ Хантер и установить его может каждый, не думая о негативных последствиях.

Еще одно проявление аэродинамики. Есть, так называемые, «автомобили грязнули», для которых мойка — непривычное дело. Замечали, как при движении на мокром участке дороги за таким авто метров на 20-40 тянется облако воды и грязи, тогда как за другими такого нет? Вот об этом и речь…

Сегодня автомобильные бренды не жалеют денег на улучшение аэродинамических характеристик выпускаемых машин независимо от класса. Ведь в конечном итоге это не что иное как борьба за клиента, т. е. за нас с вами.

ПОХОЖИЕ СТАТЬИ:

Вы знаете, от чего зависит аэродинамика автомобиля?

Во времена строгих норм выбросов выхлопных газов снижение сопротивления воздуха становится еще более важным, чем раньше. На примере новой Skoda Octavia мы показываем, как обстоят дела у автомобильных дизайнеров сегодня.

Чем ниже сопротивление воздуха, тем ниже расход топлива. Дизайнеры десятилетиями работали над ограничением коэффициента лобового сопротивления (известного как Cd или Cx); Примером многовекового автомобиля с исключительно обтекаемым силуэтом являются довоенные Татры, которые в свое время гордились тем, что после отпускания педали газа они не тормозились сопротивлением воздуха так сильно, как другие современные транспортные средства.Другим примером является Volkhart V2 Sagitta 1947 года выпуска, автомобиль на базе Beetle с рекордно низким коэффициентом лобового сопротивления 0,217.

В последние десятилетия автомобильный дизайн подчиняется в том числе и аэродинамике — и высокая точность изготовления кузова также способствует достижению хороших результатов. Он мог похвастаться впечатляющим результатом, в том числе Volkswagen XL1 (Cd = 0,19), хотя его конструкторы ушли очень далеко в плане функциональности — отказались, например, отот традиционных боковых зеркал, заменив их камерами.

Однако аэродинамику определяет не только коэффициент аэродинамического сопротивления, зависящий от формы и гладкости объекта, но и передняя поверхность - из-за чего высокие тела находятся в проигрышном положении. Наконец, сопротивление зависит от скорости движения и плотности воздуха. На его величину влияет не только топливная экономичность (предполагается, что снижение Cd на 0,01 при 130 км/ч позволяет сэкономить 0,1 л топлива на 100 км), но и ускорение на высокой скорости и максимальная скорость.Усовершенствованная аэродинамика также важна для звукоизоляции кузова. Воздушный поток, однако, не является панацеей от всего – особенно в спортивных автомобилях необходима надлежащая аэродинамическая прижимная сила для обеспечения надлежащей устойчивости движения.

Современные рекордсмены по коэффициенту аэродинамического сопротивления имеют результаты Cd=0,22-0,23 (включая Mercedes CLA, Tesla Model 3). В сегменте компактных автомобилей недавно к группе лидеров присоединилась новая Skoda Octavia с Cd = 0,24 в версии лифтбек и 0,26 в кузове универсал.

Skoda Octavia четвертого поколения – один из самых обтекаемых компактных автомобилей.

На примере Octavia видно, как в настоящее время совершенствуется аэродинамика автомобилей большого объема. Большая часть работы выполняется компьютером в виртуальной среде программ моделирования. - Приблизительно 80% нашей работы мы выполняем этим методом. Он настолько точен, что мы можем принимать важные решения на основе результатов моделирования , — говорит Павла Полика, координирующая разработку аэродинамики в Skoda.

Одним из все более популярных решений для улучшения аэродинамики являются жалюзи воздухозаборника радиатора.Это элемент так называемого активная аэродинамика - в зависимости от условий автомобиль решает, перекрыть ли доступ к радиатору и улучшить приток воздуха (и тем самым уменьшить расход топлива), или обеспечить доступ воздуха к радиатору. На новой Octavia жалюзи входят в стандартную комплектацию всех версий.

Другое решение , известное, например. У многих современных спортивных автомобилей по бокам бампера есть воздушные шторки. Они улучшают обтекание колес воздухом, создавая своего рода аэродинамическую завесу.

Вскоре после запуска моделирования начинается фаза прототипирования, но изначально они сделаны из пенопласта, так как многое может измениться. Однако они должны быть должным образом подготовлены, например, иметь оборудованный моторный отсек, ведь размещенные там элементы во многом влияют на аэродинамику автомобиля.

Помимо компьютерного моделирования, Skoda использует уникальное решение для разработки формы колесных дисков. Он позволяет быстро тестировать диски, напечатанные на 3D-принтере, в аэродинамической трубе. Каждый рисунок и размер обода по-разному влияют на аэродинамику автомобиля. Стандарт WLTP требует, чтобы все типы были протестированы на предмет измерения выбросов выхлопных газов.

Сплав, изготовленный на 3D-принтере — для аэродинамических испытаний новых конструкций ободов.

Следующим шагом являются испытания полных прототипов в аэродинамической трубе. В тесте используются специальные контрастные оттенки, позволяющие проверить, как вода движется по кузову автомобиля во время движения автомобиля. Цель: гарантировать, что водители могут рассчитывать на достаточную видимость в боковые окна и зеркала заднего вида при любых условиях.

В рамках аэроакустических испытаний проверяется, чтобы вода, обтекающая автомобиль во время дождя, не мешала обзору.

Последний этап работы группы аэродинамики — окончательный обмер прототипов в туннеле для утверждения всех версий. Эти испытания проводятся в туннелях, принадлежащих Volkswagen Group и Audi, а также в туннеле Штутгартского университета.

.

Аэродинамика

Его значение - в зависимости от автомобиля - около 0,3.- Это среднее значение. Еще несколько лет назад этот коэффициент был 0,34? 0,36. Сегодня благодаря компьютерному проектированию кузова автомобиля можно разработать очень обтекаемые формы, значительно снизить коэффициент Сх до 0,26? 0,27. А прототипы автомобилей часто имеют Cx 0,15. - Какая форма автомобиля с точки зрения аэродинамики оптимальна? - Форма перевернутой на 90 градусов капли воды. Но тут мы приходим к противоречию. Оптимальная с точки зрения аэродинамики форма кузова автомобиля не обязательно должна быть оптимальной с точки зрения комфорта, безопасности и эргономики.Поэтому конструктор должен учитывать многие факторы, а не только сопротивление воздуха. Если бы было иначе, то форма машин была бы похожа на носовую часть самолета. Кроме того, необходимо помнить, что аэродинамику автомобиля можно улучшить, добавив спойлеры и кожухи. Таким образом, вы можете снизить свой Cx до 7 процентов. - Какое сопротивление оказывает воздух движущемуся транспортному средству? - Автомобиль, преодолевая сопротивление воздуха, отдает ему кинетическую энергию, но теряет эту часть самой энергии. При низких скоростях сопротивление воздуха незаметно.Но она растет в квадрате скорости. До 40 км/ч энергия, которую теряет автомобиль на преодоление сопротивления воздуха, невелика, всего 0,5 кВт. Но уже при 120 км/ч она составляет 16 кВт, а это почти 22 л.с. Одним из последствий этого явления является увеличение расхода топлива. - Что такое подъемная сила автомобиля? - Нужно вспомнить закон Бернулли из физики, который показывает, что чем быстрее течет воздух или жидкость, тем меньше давление. Что касается автомобиля, то он таков, что его форма должна быть такой, чтобы сцепление с дорогой не ухудшалось на высоких скоростях.Подъемник должен придавливать автомобиль, а не отрывать его от поверхности. Это достигается, в том числе, за счет такой формы задней части автомобиля, что поток обтекающего ее воздуха прерывается. Этого можно добиться соответствующей формой задней части автомобиля (поэтому крышка багажника в компактных автомобилях часто располагается достаточно высоко) или установкой сзади спойлера особой формы. - Спойлеры в моде у некоторых водителей; Могут ли они улучшить аэродинамику? - Могут, но в обычной машине, на которой мы ездим на малых скоростях, спойлеры мало помогают, они используются для украшения автомобиля, чтобы подчеркнуть характер автомобиля, а не для реального улучшения аэродинамики .А вот в гоночных и раллийных автомобилях, которые ездят на высоких скоростях (даже 200 км/ч и более), они увеличивают прижимную силу. Роль спойлеров наиболее очевидна в автомобилях Формулы 1. Без них ни одна машина Формулы 1 не проехала бы и одного круга на полной скорости. - Водитель не имеет никакого влияния на аэродинамику автомобиля. Так он должен что-то об этом знать? - Действительно, на форму самой машины это не влияет. Но это может ухудшить его аэродинамику при езде, увеличить сопротивление воздуха. Как? Например, возить на крыше багажник с какими-то вещами, пакетами или модными в последнее время горными велосипедами.Такой багаж на крыше сильно искажает поток обтекающего автомобиль воздуха, увеличивает сопротивление, а значит, увеличивает расход топлива. Наиболее заметно, когда скорость автомобиля превышает 100 километров в час Беседовал Роман Дембецки

.

Аэродинамика - Воздушная резка

В поисках идеальной формы. Аэродинамика оказывает огромное влияние на производительность и экономичность, и с учетом современных автомобильных тенденций она становится одной из ведущих областей.

Без воздуха не было бы проблем. Проблема в том, что он решил сопротивляться всему, что движется внутри него. На малых скоростях, примерно до 70-80 км/ч, это сопротивление имеет небольшую долю в сопротивлении движению, затем оно начинает возрастать в ускоренном темпе и при 120 км/ч уже настолько велико, что все остальные сопротивления можно игнорировать.

Автомобильная аэродинамика и связанные с ней явления обтекания слишком сложны для чисто теоретических исследований, которые в основном являются экспериментальными. Каждая деталь влияет на другие и бесполезно рассматривать, например, кузов в отрыве от колесных арок, ведь последствия происходящего в них разбросаны по всему автомобилю. У самолетов все проще, их фюзеляж и крылья можно рассматривать отдельно. Машину нужно только проверить в целом.

Как объясняет глава отдела аэродинамики BMW Ганс Кершбаум, все сводится к перепадам давления.«Это начинается с колес и колесных арок, скажем, вы там что-то подправили. Это влияет на поток воздуха под шасси, поэтому вы меняете что-то под машиной. В этот момент сразу меняется распределение давления за задней частью автомобиля, поэтому вы возвращаетесь к форме кузова и, наконец, возвращаетесь к колесным аркам. Это то, что происходит каждый раз».

Каждый автомобиль имеет три основных параметра: коэффициент аэродинамического сопротивления и подъемную силу на передней и задней осях.Коэффициент аэродинамического сопротивления определяет аэродинамическое качество автомобиля, а подъемная сила определяет склонность тела к плаванию в движении.

Ханс Кершбаум говорит, что сегодня невозможно разделить стиль и аэродинамику. Иногда они танцуют свое танго в гармонии, но часто и как два противоречия. «Воздушный поток должен контролироваться в каждой точке кузова. Для любого инженера важно обеспечить плавный, нежный поток воздуха в углах и по бокам кузова, чтобы контролировать турбулентность, возникающую в передних стойках, и свести к минимуму помехи, вызванные зеркалами (которые с аэродинамической точки зрения) представляют собой небольшую катастрофу) и получить правильные точки прерывания воздушного потока в задней части кузова», — объясняет Кершбаум.Кроме того, есть очень приземленные вещи, ведь нужно формировать поток так, чтобы стекла и фары покрывались грязью как можно меньше и чтобы поток воздуха не был источником лишнего шума. И конечно стилисты хотят аккуратный кузов с длинным передом и короткой задней частью, ведь такие пропорции привлекательны и динамичны. Однако было бы более аэродинамически эффективно, если бы передняя часть была короче, а задняя немного длиннее.

ОТКУДА ВОЗНИКАЕТ

Здравый смысл подсказывает, что сопротивление возникает при столкновении автомобиля с воздухом.Но некто Альберт Эйнштейн заметил, что здравый смысл — это набор суеверий и суеверий, которые вырабатываются у человека до 18 лет. Реальность такова:

40% сопротивление воздуха обусловлено формой и пропорциями кузова

30% происходит от того, что происходит в колесных арках

20% происходит от воздушного потока под шасси

10 % от обусловлено потоком воздуха через моторный отсек

.

Крышка двигателя - аэродинамика и защита днища

Сегодня конкуренция в автомобильном секторе в основном связана с деталями. Однако нельзя опускать более крупные элементы — кожух двигателя является ключевым компонентом, параметры которого оказывают огромное влияние на поведение автомобиля на дороге. Поэтому стоит позаботиться об использовании конструкции, которая будет полностью удовлетворять потребности водителя.

Каждый компонент, составляющий общую физику автомобиля, оказывает определенное влияние на физику вождения.Стоит обратить внимание, в том числе, и на такие элементы, как кожух двигателя — это деталь, важная для вождения и безопасности.

Функция защиты днища: защита двигателя, а также улучшение аэродинамики автомобиля

Основное назначение защитной пластины — эффективная защита важных частей трансмиссии и системы рулевого управления, но это не единственная функция этого типа. Учитывая важность опыта вождения для удовлетворенности клиентов, безусловно, стоит учитывать этот аспект при проектировании и производстве автомобилей. Защита днища оказывает значительное влияние на ходовые качества, особенно на акустический комфорт . Этот элемент должен поглощать удары, создаваемые ходовой частью и двигателем во время движения, благодаря чему уровень шума в салоне будет ниже.

См. также: Knauf Automotive Литые автомобильные компоненты

Еще одним важным аспектом кожуха двигателя является поддержка аэродинамики шасси . Использование этого компонента значительно улучшает воздушный поток и снижает влияние лобового сопротивления на управляемость автомобиля.Благодаря этому автомобиль может развивать более высокую скорость и меньший расход топлива, а водитель может рассчитывать на лучшее рулевое управление и более точную реакцию на движения руля при входе в поворот. Хотя оптимизация параметров кузова не менее важна, нельзя недооценивать важность шасси с точки зрения физики вождения.

В конструкции автомобиля почти все параметры отдельных систем влияют на другие детали. Поэтому, чтобы обеспечить наилучшие результаты, их следует рассматривать в комплексе.Это особенно важно, когда речь идет о бурно развивающемся рынке электромобилей — в этом случае стоит обратить внимание на менее очевидные аспекты, связанные с кожухами двигателя на днище.

Управление теплом — важная стратегия проектирования автомобилей в эпоху электромобилей

Эволюция рынка предъявляет высокие требования к некоторым аспектам дизайна, которые некоторое время назад не учитывались. В настоящее время кожух двигателя служит не только компонентом, улучшающим характеристики автомобиля и комфорт в кабине, но и отвечающим потребностям сектора электромобилей .Теплоизоляция здесь имеет решающее значение из-за физических параметров установленных в настоящее время компонентов.

Аккумулятор является наиболее важным компонентом оборудования электромобиля. Поэтому эта часть должна быть надлежащим образом защищена. Крышки аккумуляторных батарей для электрических и гибридных автомобилей производства Knauf Automotive отлично справляются с поглощением тепла и ударов, благодаря чему элементы аккумуляторной батареи могут работать более эффективно вне зависимости от сезона или специфики пройденного маршрута.Использование дополнительной опоры для конструкции мягкого гибрида или электромобиля, что позволит, в том числе, снизить вес автомобиля (имеет ключевое значение для энергопотребления при движении), безусловно, является удачным выбором.

См. также: Производство литий-ионных аккумуляторов для электромобилей в сравнении с компонентами из EPP

Брызговики — литье под давлением как эффективный метод производства

Чтобы нижний кожух двигателя оптимально поддерживал конструкцию автомобиля, он должен быть изготовлен из достаточно прочного материала, обеспечивающего защиту от механических повреждений и звукоизоляцию.Использование литья под давлением в процессе изготовления кожухов двигателей — решение, которое набирает все большую популярность у компаний, заинтересованных в оптимизации производства и повышении точности изготовления данного типа компонентов.

Вот самые важные преимущества деталей, изготовленных этим методом:

  • очень хорошие свойства для физики вождения - отлитые под давлением детали легкие, а это значит, что они не нарушают давление сил, действующих на автомобиль. При этом они сохраняют оптимальную жесткость и обтекаемость, что держит аэродинамику шасси и других элементов на высоком уровне; высокая износостойкость – детали, изготовленные таким методом, устойчивы к основным механическим повреждениям, например, столкновениям с легкими камнями или пылью.Их долговечность позволяет сохранять оптимальные физические параметры на протяжении длительного времени эксплуатации автомобиля;
  • хорошие изоляционные свойства – элементы этого типа обеспечивают эффективную защиту от низких температур, а также дополнительно способствуют улучшению акустического комфорта внутри салона. Отлитая под давлением крышка двигателя позволяет эффективно поглощать неприятные удары, что, в свою очередь, значительно улучшает впечатления от вождения;
  • возможность свободно адаптировать конструкцию к потребностям проекта - из-за значительной важности кожуха двигателя для аэродинамики стоит создать проект, который обеспечит наилучшую поддержку конструкции автомобиля.В случае с компонентами, изготовленными методом литья под давлением, производство высокоточных деталей обходится относительно дешево, что дает большой простор для маневра инженерам-физикам.

Как вы можете ясно видеть, сумма этих характеристик идеально подходит как для обычных транспортных средств с двигателем внутреннего сгорания, так и особенно для электромобилей, гибридных автомобилей и автомобилей с другими потенциальными силовыми установками. Долговечность, повышающая комфорт в поездке, положительное влияние на аэродинамику вождения – это то, что оценит каждый покупатель, а свобода реализации современных решений и формы компонентов в соответствии с потребностями конкретной конструкции ценится производителями и дизайнерами.

См. также: Как уменьшить углеродный след автомобильного сектора?

Универсальные решения для автомобилей будущего с Knauf Automotive

Как компания, влияющая на развитие рынка электромобилей в Европе и во всем мире, мы предлагаем эффективные литые решения, позволяющие добиться еще лучших результатов во время вождения. Мы производим кожухи двигателя, а также разрабатываем и производим различные продукты, поддерживающие изоляцию, снижающие вес автомобиля и поддерживающие высокий уровень безопасности.Широкий ассортимент амортизаторов и отдельных компонентов в сочетании со значительным опытом реализации решений такого типа означает, что сотрудничество с Knauf Automotive позволяет добиться максимального удовлетворения клиентов. Пожалуйста свяжитесь с нами!

Хотите больше специальных знаний?

.

Что такое Cx-фактор

Коэффициент Cx обозначается как коэффициент аэродинамического сопротивления , а конкретно это совершенство сопротивления, то есть формы объекта.

В случае легковых автомобилей числовое значение коэффициента Сх определяет сопротивление кузова движущегося автомобиля обтекающему его воздуху (оно колеблется в пределах от 0,3 до 0,6). На практике это означает, что чем обтекаемее кузов автомобиля, тем меньшее сопротивление он оказывает и тем меньше энергии требуется (читайтопливо), чтобы преодолеть это сопротивление.

Коэффициент Сх измеряется в аэродинамической трубе , где поток воздуха направляется на неподвижный автомобиль. Затем измеряется сила воздуха, действующая на предмет. Чем больше сила, тем хуже коэффициент лобового сопротивления. В заключение, значение Cx зависит только от формы данного объекта. Лобовая поверхность автомобиля является не менее важным компонентом. Только оба эти значения говорят об аэродинамическом сопротивлении конкретной конструкции.

Cx может быть обманчивым

Проанализируем формулу силы сопротивления воздуха (Fa), которую необходимо преодолеть, чтобы привести автомобиль лицом (А) в движение со скоростью V.

Fa = 0,048 * Cx * A * V * V

Получается, что все составляющие приведенной выше зависимости, кроме скорости, для данного автомобиля постоянны (Сх и А). Исключением является скорость, которая линейно влияет на аэродинамическое сопротивление (Fa). Сила сопротивления воздуха (Fa) прямо пропорциональна квадрату скорости автомобиля.Проще говоря, можно предположить, что с увеличением скорости автомобиля сопротивление воздуха (и расход топлива) увеличиваются в геометрической прогрессии (хотя это тоже не совсем верно, так как потребность в топливе зависит от гораздо большего числа факторов, чем просто скорость автомобиля). машина).

Поэтому указание производителями только значений Cx может ввести в заблуждение. На этом рисунке показана только аэродинамика формы конкретного автомобиля. Может случиться так, что автомобиль с более низким Cx имеет большую лобовую площадь, что требует больше энергии для достижения той же скорости или расходует больше топлива при постоянной скорости.

Что влияет на аэродинамическое сопротивление?

  • Наклон крышки моторного отсека (46,5%)
  • наклон переднего ремня (17,0%)
  • переднее и заднее сужение (11,7%)
  • наклон заднего стекла (11,5%)
  • подрез задней стойки (3,9%)
  • соотношение наклона заднего стекла и спойлера (1,9%)
  • соотношение наклона переднего и заднего стекол (1,7%)
.

Веселье с аэродинамикой автомобиля начинается с самых низов

Аэродинамика в автомобилях ассоциируется у нас с овальными формами кузова, диффузорами, спойлерами или воздуховодами, которые имеют решающее значение, когда речь идет о прижатии чертовски сильных моделей к земле, но и само шасси тоже многое может сказать в этом вопросе .

Читайте также: Появились первые инциденты с функцией Tesla Smart Summon

Изначально большинство производителей не задумывались о том, «что невидимо», но в настоящее время большинство автомобилей оснащаются большими шасси, обеспечивающими гладкую поверхность обдува.Все это для того, чтобы нижние поверхности были такими же "гладкими", как и верхние... но это еще не все.

Пространство под автомобилем также играет еще одну важную роль в уменьшении или увеличении подъемной силы. По мере увеличения скорости воздуха давление падает, а когда это происходит «на машине», создается подъемная сила. Если, с другой стороны, это происходит под автомобилем, создается отрицательное значение, которое создает прижимную силу, если ее больше, чем «выше по течению».Таким образом, золотой серединой было бы поддерживать достаточную прижимную силу, чтобы автомобиль не отрывался от трассы, но не слишком большую, чтобы выдерживать ненужные нагрузки.

В дополнение к сглаживанию поверхности под автомобилем для уменьшения сопротивления существует несколько способов борьбы с сопротивлением, вызванным потоком воздуха под автомобилем. Глубокая передняя решетка на большинстве гоночных автомобилей блокирует поток воздуха под автомобилем и создает дополнительное давление на переднюю часть.Это хорошо для подачи охлаждающего воздуха к радиатору и воздуховодам. Сегодня дизайнеры и специалисты по аэродинамике тесно сотрудничают, не в последнюю очередь для минимизации лобового сопротивления и повышения устойчивости на высоких скоростях.

Читайте также: Аккумулятор с пробегом в миллион миль

Источник: AutoCar

.90 000 Шпионить за природой в автомобильной промышленности. Фактор CX и... рыба!

Хотя компьютерный дизайн, используемый в настоящее время, значительно ускорил процесс проектирования новых продуктов, идеал все еще не достигнут. Этот идеал создан только природой, в течение миллионов лет эволюции….

Задумывались ли вы, почему несколько лет назад произошла бурная революция в очертаниях кузова Мерседес? Это может показаться странным, но… инженеры Мерседес, помимо современных вычислительных технологий, потянулись к совершеннейшим аэродинамическим образцам из области природы, то есть… мира рыб.

Команда, работавшая несколько лет назад над этим проектом (предварительно названным BIONIC из-за сочетания немецких слов Biologie и Technik), начала поиск морского существа с силуэтом, подходящим для использования в качестве модели автомобиля. Хотя акулы и дельфины имеют наиболее обтекаемую форму, к сожалению, их силуэт не может служить образцом для семейной модели. Также такие рыбы, как форель, карп, лосось или треска, не подходят для данной модели автомобиля из-за неправильного соотношения длины/ширины/высоты и вытекающей из этого невозможности посадки пассажиров.Однако оказалось, что существо было найдено в форме, которая может послужить основой для дальнейших исследований. Найденная рыба - Ostracion cubecus с характерной коробчатой ​​​​формой (по-польски Kostera Gruzełkowata, но немецкое название Kofferfisch, что означает «рыба-коробка», и английское Yelow Boxfish, что означает «желтая рыба-коробка»).

Также было замечено, что, несмотря на большую «переднюю поверхность» и мало обтекаемую форму, рыба может очень быстро менять направление движения, а кроме того, она устойчива к сильным течениям воды.Проанализировав его строение, выяснилось, что эволюция приспособила его к жизни в определенных условиях, построив кожу из множества костных пластин, которые, соединяясь между собой, образуют жесткое покрытие, предохраняющее от ссадин, а по краям на верхней и нижняя часть туловища у этой рыбы имеет небольшие перепрофили. Благодаря этим профилям создаются мини-водовороты, обеспечивающие стабилизацию движения при сильном течении воды, а кроме того, рыбе не приходится энергично шевелить плавниками, что позволяет ей экономить энергию.

Поэтому были начаты испытания аэродинамического совершенства и оказалось, что, несмотря на большую лобовую площадь, у рыбы коэффициент аэродинамического сопротивления Сх=0,06.Так что это близко к идеалу капли воды.

Чтобы использовать эти знания, была создана «Карта силуэта рыбы Кофферфиша» и на ее основе построен аналогичный силуэт автомобиля. Для этого была изготовлена ​​глиняная модель в масштабе 1:4 обычного транспортного средства. Модель имеет характерные волнистости на боку и на крыше, а задняя часть выполнена в виде рыбьего хвоста.

Прототип прошел испытания в аэродинамической трубе в воде и… модель превзошла все ожидания.Полученный коэффициент Сх = 0,095 является значением, лучшим, чем предлагаемые в настоящее время силуэты компактных автомобилей, на целых 65%.

Этот удивительный результат заложил основу для дальнейшей работы и постройки двухдверного компактного хэтчбека с четырьмя удобными сиденьями, большим лобовым стеклом, силуэтом, представлявшим собой компромисс между «рыбьим дизайном» и нормальным коммерческим автомобилем. Так была создана модель BIONIC длиной 424 см, шириной 182 см и высотой 159 см. Характерными формами в этом прототипе являются, кроме бокового перепрофилирования, напоминающего плывущую рыбу, полное устранение рассеивания потока задним колесом (профиль из листового металла направляет поток воздуха за пределы этой части) и устранение выступающих дверных ручек. и зеркала (в данном случае использовались фотоаппараты).

Принимая во внимание, что соответствующая форма рыбы позволяет ей двигаться быстро, не прилагая больших усилий, в транспортном средстве используется двигатель мощностью всего 140 л.с. Однако благодаря ему автомобиль мог двигаться со скоростью 190 км/ч и разгоняться до 100 км/ч за 8,2 секунды. Горение также имеет большое значение. Средний расход топлива у прототипа составил 4,3 л/100 км, что на 20 % меньше, чем у серийных версий. Кроме того, модель BIONIC прошла испытания по американским тестам FTP75, проверяя пройденное расстояние на одном галлоне топлива.Результат 70 миль / галлон на 30% лучше, чем у современных серийных автомобилей.

Этот автомобиль похож на Mercedes B-класса? А в Mercedes E-класса вы не видите элементов кузова, заимствованных у прототипа BIONIC? Так что можно не сомневаться, что на самом деле природа – самый совершенный конструктор, человек только пытается подражать ее замыслам, и если ему это удается… замысел опережает достижения конкурентов.

Богуслав Корженевский

.

Смотрите также

     ico 3M  ico armolan  ico suntek  ico llumar ico nexfil ico suncontrol jj rrmt aswf