Аэродинамика автомобиля

Аэродина́мика автомоби́ля — это раздел аэродинамики, изучающий аэродинамику автомобилей и другого дорожного транспорта. К числу первых автомобилей с кузовами удобообтекаемых форм следует отнести автомобили, построенные Женетти, Бергманом, Альфа-Ромео, Румплером и Яраем, появившиеся не столько в связи с изучением законов аэродинамики, сколько в результате чисто механического заимствования форм, используемых в снарядо-, корабле-, дирижабле- и самолетостроении. Наибольшего внимания заслуживает автомобиль конструкции инженера Ярая, который считал, что для тела, движущегося в непосредственной близости к поверхности дороги, в качестве теоретически наивыгоднейшей формы может служить разделенный пополам корпус дирижабля со слегка выпуклой нижней стороной и тщательно закругленными краями.

Содержание

Главные цели

Главные цели автомобильной аэродинамики это:

• Уменьшение сопротивления воздуха и, как следствие, увеличение максимальной скорости и снижение расхода топлива.
• Снижение уровня шума.
• Предотвращение появления поднимающих сил (обеспечение прижимной силы) и других проявлений аэродинамической неустойчивости.

Особенности

Есть отличия в аэродинамике автомобилей и аэродинамике воздушного транспорта. Во-первых, характерная форма дорожного транспорта намного менее обтекаемая в сравнении с воздушным транспортом. Во-вторых, для автомобилей необходимо учитывать влияние дорожного покрытия на потоки воздуха. В-третьих, скорости наземного транспорта намного меньше. В-четвертых, у наземного транспорта меньше степеней свободы чем у воздушного, и его движение меньше зависит от аэродинамических сил. В-пятых, Наземный транспорт имеет особые ограничения во внешнем виде, связанные с высокими требованиями безопасности. И, наконец, большинство водителей наземного транспорта менее обучены чем пилоты и обычно водят, не стремясь достичь максимальной экономичности.

Сила сопротивления воздуха

Сила сопротивления воздуха вычисляется по формуле:

— плотность воздуха, S — площадь поперечной проекции автомобиля, — коэффициент аэродинамического сопротивления. Из формулы видно, что сила сопротивления воздуха пропорциональна квадрату скорости. На больших скоростях сила сопротивления воздуха превосходит другие силы сопротивления. Из формулы также видно, что уменьшить силу сопротивления можно путем уменьшения коэффициента C_x и уменьшения площади поперечной проекции. Наличие силы сопротивления воздуха объясняется тем, что при движении автомобиль сжимает воздух, находящийся перед ним, и там образуется область повышенного давления, и разрежает воздух позади себя, где образуется область пониженного давления.

Существует также сила поверхностного трения, возникающая из-за трения между неровностями поверхности автомобиля и воздухом.

Внутренние объемы автомобиля также оказывают влияние на коэффициент сопротивления, и, следовательно, на силу сопротивления воздуха.

Способы изучения аэродинамики автомобиля

Аэродинамика автомобилей изучается двумя основными методами — испытаниями в аэродинамической трубе и компьютерным моделированием. Аэродинамические трубы для испытания автомобилей иногда оснащаются подвижной дорожкой, имитирующей движущееся дорожное полотно. Кроме того, колеса испытываемого автомобиля приводятся во вращение. Эти меры принимаются для того, чтобы учесть влияние дорожного полотна и вращающихся колес на потоки воздуха.

Что влияет на расход топлива авто

Воздух обладает ощутимой плотностью: более килограмма на кубометр. Сила аэродинамического сопротивления увеличивается по квадрату скорости, соответственно растет расход топлива.

Влияние груза, аксессуаров и состояния авто на аэродинамическое сопротивление. Зеленый цвет – сопротивление ниже, красный – выше: 1 – бокс, багажник с вещами; 2 – люк в крыше; 3 – открытые окна; 4 – спойлер; 5 – антикрыло; 6 – длинномеры в открытом багажнике; 7 – увеличенный клиренс; 8 – отсутствие колпаков колес; 9 – накладки порогов; 10 – нарушение расположения элементов под днищем; 11 – уменьшенный клиренс; 12 – гладкие колпаки колес; 13, 14 – передний аэродинамический обвес; 15 – «кенгурятник»; 16 – дополнительные фары; 17 – «мухобойка»; 18 – закрытые окна.

На автомобилях среднего класса с двигателем 1,3-1,6 литра при снижении скорости движения со 130 до 120 км/ч расход топлива падает на 15%. А разница во времени на 100 км пути – менее четырех минут. Так что, если топливо на исходе – снижайте скорость до 60–80 км/ч. В этом режиме даже «классика» с квадратным кузовом потребляют менее 6 л/100 км.

Прицеп или бокс на крыше

Скорость – далеко не единственное, что влияет на «аэродинамический» расход. Он ещё зависит от коэффициента лобового сопротивления – коэффициента Сх, и от площади проекции автомобиля. Изменить оба фактора под силу владельцу, причем в лучшую или худшую сторону. Быстрее всего опустошает топливный бак верхний багажник или пластиковый бокс, несмотря даже на «аэродинамическую» форму. Велосипед или лыжи на крыше тоже потребуют «литр на сотню».

Если часто приходится возить груз на крыше, подумайте о прицепе: по сравнению с загруженным багажником он почти не увеличивает аэродинамическое сопротивление. Если без багажника не обойтись, помните, что расход на трассе будет как у «Газели»! Велосипеды также лучше перевозить сзади. Длинномеры постарайтесь разместить в салоне, сложив заднее сиденье авто, а не возить в приоткрытом багажнике.

Смотрим снизу

Немалый резерв экономии скрыт под днищем автомобиля. Многие неоригинальные глушители – нередко провисают чуть ниже. «Чуть» к расходу топлива добавляют оторванные пластиковые кожухи на днище, еще немного – потерянные колпаки колес. А любителям задирать кузов – отдельный счет, готовьтесь к увеличенному расходу горючего.

Заделываем щели

Снижению расхода топлива способствует грамотный аэродинамический «обвес». Низкий передний бампер и его юбка отсекает поток под днищем авто, накладки порогов сглаживают выступание колес, а спойлер организует поток – не позволяет возникать мощным тормозящим вихрям.

Источник http://dic.academic.ru/dic.nsf/ruwiki/1736932
Источник http://amastercar.ru/articles/body_of_car_1.shtml