Даже беглое сравнение любых популярных и горячо любимых моделей, выпущенных с середины 80-х годов прошлого века и современных, по спортивному «заряженных», современных красавцев поражает насколько изменился стиль и концепция формирования внешнего вида автомобиля.
Сквозь рекламно-маркетинговую мишуру, установленную на автомобиль для усиления произведенного впечатления на потенциальных покупателей, проглядываются результаты серьезной работы по совершенствованию аэродинамики кузова. К витиеватым фантазиям дизайнеров и стилистов современные разработчики новых авто подходят с изрядной долей прагматизма.
Кузов должен обеспечивать безопасность и минимальные потери от сопротивления потоков воздуха, а уж потом иметь признание стилистов.
Коэффициент аэродинамического сопротивления уже почти 90 лет используется для оценки уровня совершенства формы объекта при взаимодействии с набегающими потоками воздуха.
Фактически автомобиль достиг своего расцвета в конструктивных формах прошлого века примерно во второй половине восьмидесятых годов. Двигатель получил электронный впрыск и управление трансмиссией, появились каталитические системы дожигания газа, борьба с коррозией могла гарантировать долговечность кузова до 20лет. Вот только внешние формы кузовов еще очень сильно напоминали своих былых предшественников «тяжелым» угловатым дизайном.
В те года системной работой экономии расхода практически никто всерьез не занимался. Коэффициент сопротивления лучших моделей не опускался ниже 0.6. По мере увеличения скорости движения до 150-200км, при которых потери от несовершенной аэродинамики кузова достигли катастрофических величин.
Для современных автомобилей коэффициент находится в пределах 0.35-0.8, для отдельных экспериментальных образцов может составлять 0.12-0.20. И все равно - это очень много. Для сравнения, тело каплевидной формы, двигаясь в невозмущенном потоке, имеет коэффициент аэродинамического сопротивления равным 0.04.
Современный автомобиль движется в турбулентных потоках воздуха, испытывает возмущения от набегающих потоков, в том числе отраженных от дорожного полотна и встречных машин. Его показатели аэродинамического совершенства не смогут, даже в теории, соответствовать идеальным значениям.
Во многом аэродинамикой автомобиля жертвовали сознательно для обеспечения необходимого уровня комфорта водителя и пассажиров, без значительного увеличения габаритов машины. Ширину и длину кузова увеличивать возможности не было (ограничение систем безопасности), поэтому для обеспечения необходимого объема салона автомобиля и как следствие уровня комфорта, увеличивали высоту авто. Такая модификация неизбежно приводила к дополнительным потерям экономичности.
Изучением законов аэродинамики давно было установлено, что сила аэродинамического сопротивления увеличивается пропорционально квадрату скорости автомобиля. Если на скорости в 20кмч сила сопротивления воздуха будет составлять порядка 20 Ньютонов, то при скорости в 100кмч эта величина возрастет в 25раз и составит 500 Ньютонов. Пропорционально силе сопротивления возрастают потери и перерасход топлива.
Принято считать, что для современного автомобиля потери, связанные с преодолением аэродинамического сопротивления воздуха становятся равными потерям, обусловленным сопротивлением качения. Примерно с 50кмч эти величины уравниваются, далее следует катастрофический рост потерь преодоления сопротивления воздуха.
Экспериментально была установлена следующая зависимость – уменьшение аэродинамического сопротивления на 10% приводить к улучшению топливной экономичности автомобиля, в среднем на 3,5%. Для изменения коэффициента сопротивления от 0.6 до 0.4, т.е. на 30% необходимо кардинально менять геометрию кузова автомобиля.
Аэродинамическое совершенство автомобиля определяется не одной лишь формой кузова. Огромное влияние оказывают множество фактором. Например, стали уже классическими специальные аэродинамические тоннели, расположенные в передней части автомобиля. Их предназначение – правильно отводить потоки воздуха от радиаторной решетки для уменьшения торможения воздушных масс и возникновения завихрений и турбулентности. Радиатор и капот машины избавили от резко выступающих частей, дающих множество завихрений. Носовая часть и капот автомобиля плавно переходили в лобовое стекло без резких изменений угла наклона.
Среди специальных рекомендаций повышения экономичности движения неоднократно звучат совет закрывать боковые окна, тем самым уменьшать турбулентность и завихрения воздуха. Практические испытания подтвердили правомерность подобных советов, за одним маленьким исключением – при определенном положении (приоткрытом) стекла боковых дверей сопротивление не только не увеличилось а и уменьшилось на 11%. Подобный факт лишний раз подтверждает всю сложность ситуации с установлением наиболее выгодных условий движения.
Что касается наиболее выгодной, в аэродинамическом отношении, формы задней части автомобиля, был сделан вывод, что наиболее удачной формой кузова является седан, за ним следует лифтбек и хетчбек. Самыми затратными оказались все варианты c открытым верхом, варианты с увеличенными и выступающими колесными арками, модели всех видов внедорожников, любые модели с багажниками на крыше. В последнем случае, величина аэродинамических потерь была выше обычных моделей на 20-25%, даже в случае установки обтекателей.
Кроме основного, слабо завихренного, потока воздуха, отбрасываемого поверхностью капота лобового стекла и крыши вверх, кузов автомобиля обтекает еще один поток – придонный. Он формируется в области радиаторной решетки, частично проникает через сам радиатор. Поток сжимается и направляется в пространство между днищем и дорожным покрытием.
Если спойлеры и обвесы машины сконструированы без достаточно продуманного учета характеристик мощного воздушного потока, при движении возникает подъемная аэродинамическая сила, из-за которой автомобиль может потерять управление.
В отличие от гладкой непрерывной поверхности от капота до заднего стекла, днище легкового автомобиля изобилует выступающими частями и нишами. Двигаясь под днищем автомобиля, словно в трубе с многочисленными препятствиями, воздух генерирует мощные колебания, благодаря которым сопротивление возрастает в разы. Для его уменьшения выступающие агрегаты разработчиками закрываются специальными экранами, улучшающие условия обтекания и уменьшающие сопротивление примерно на 10%.
Еще один фактор, могущий серьезно увеличить аэродинамическое сопротивление, определяется конструкцией задней части автомобиля. Оба потока, основной и придонный, обтекая кузов, сталкиваются и образуют мощную турбулентную область с повышенным давлением. В 60-е годы прошлого века конструкторы пытались придать кузову автомобиля удлиненную каплеобразную форму. Но оказалось, что при наличии определенного положительного эффекта такая форма кузова была абсолютно непрактична. Мало того, при правильно подобранных параметрах «обрубленная» форма задней части практически не ступает по эффективности вытянутой классической форме, но в достаточно узком диапазоне скоростей.
Еще одно интересное устройство для уменьшения сопротивления придонного потока было предложено установить в передней части автомобиля вентилятор, направляющий часть воздуха из-под днища в направлении основного потока воздуха. Эффективность устройства была подтверждена многочисленными испытаниями, но затраты мощности двигателя на привод вентилятора компенсировались достигнутым эффектом только на достаточно высоких скоростях.
Правильно подобранный скоростной режим движения позволяет удерживать расход бензина в пределах 6-7 литров на сотню для машин класса «С» или «В». Отклонение от оптимальной скорости движения расход топлива возрастает, благодаря росту аэродинамического сопротивления, на 10% на каждые 5 процентов превышения оптимальной скорости.
20.09.2015
Отправить новый комментарий