Коэффициент лобового сопротивления автомобилей ваз
Нас не догонят! — журнал За рулем
Внешность обманчива
Многие из нас не задумываясь считают обтекаемым тот автомобиль, который таковым выглядит. И ошибаются. У весьма динамичного внешне ВАЗ-2109 коэффициент аэродинамического сопротивления чуть меньше, чем у «Жигулей», и больше, чем у коротенькой угловатой «Оки». У древней «Победы» такой же, как у ВАЗ-2106. Даже у стремительного на вид «Святогора» с точки зрения аэродинамики весьма неудачный задок. Срыв потока происходит как раз по нижней кромке двери, наклоненной на 27°. В итоге заднее стекло чистое, но коэффициент сопротивления наихудший из возможных.
Первый отечественный автомобиль, к которому инженеры подошли со всей серьезностью еще на этапе разработки макета — ВАЗ 2110. В результате на высоких скоростях «десятка» разгоняется гораздо охотнее «девятки» с таким же двигателем, а экономия топлива очевидна даже на глаз.
Чтобы снизить сопротивление воздуха, надо свести к минимуму лобовую площадь или коэффициент обтекаемости. Лобовая площадь уже устоялась и меняется в зависимости от класса машины примерно от 1,5 до 2,5 м2. Уменьшить ее можно, разве что усадив пассажиров в затылок друг другу. Хорошо, если их будет два. А пятерых гуськом? Как ни крути, остается обтекаемость. Существует несколько разновидностей, разбитых по осям координат. Поскольку автомобиль обычно движется вперед, конструкторов интересует прежде всего та, что идет вдоль оси машины, по координате «х». Потому коэффициент обтекаемости так и называется — Сх.
Подноготная Сх
Чтобы уяснить, что это такое, разберемся, из чего складывается воздействие воздуха на автомобиль. До 13% всех потерь вносит сопротивление выступов. Это любая выступающая часть машины (зеркало, антенна, брызговики, дверные ручки и т.д.). Именно поэтому на современных машинах нет ни форточек, ни водосточных желобков. Внутреннее сопротивление съедает до 10% всех потерь. Создается при прохождении воздуха через систему охлаждения и вентиляцию. Снизить его без ущерба для двигателя и комфорта невозможно.
«Прилипанию» струй воздуха к поверхности кузова (сопротивление трения) принято отводить до 11% потерь. Действует только в очень тонкой, прилежащей к стенкам зоне, называемой пограничным слоем, и потому зависит от качества покраски автомобиля. Сопротивление трения грязной машины может быть в 2–4 раза больше, чем свежевымытой.
Разность давлений на верхнюю и нижнюю части кузова называют индуктивным сопротивлением. Это сила, которая стремится оторвать машину от дороги. Ее доля — около 8%.
Самый большой вклад (до 58% всех потерь) приходится на профильное сопротивление, задаваемое самой формой кузова. Поскольку автомобиль движется, воздух перед ним уплотнен. Поток, идущий по верхней части кузова, многократно отрывается от него, создавая области пониженного давления. В задней части поток окончательно отрывается. Там образуется мощный вихревой след и область больших отрицательных давлений. Именно совершенствованием формы кузова и достигают наибольшего снижения Сх.
Неподдающаяся
К сожалению, обтекаемость формы кузова расчету не поддается. Все знания о воздушном сопротивлении получены экспериментально, обдувом в аэродинамических трубах.
Передняя часть автомобиля должна быть низкая и широкая, без острых углов, чтобы не было отрыва потоков воздуха. Оптимальный наклон ветрового стекла 48–55°. Больший угол улучшает аэродинамику незначительно.
Наибольшее влияние на коэффициент обтекаемости оказывает задняя часть автомобиля по той простой причине, что там поток обрывается и — главное — образуются завихрения. Эти самые завихрения и приносят основные потери, причем наибольшее влияние на Сх оказывает угол наклона задней части. На графике показано влияние этого угла на коэффициент сопротивления воздуха и положение линии отрыва. На автомобилях с круто срезанной задней частью, с углом от 40 до 90 градусов, линия отрыва идет по задней кромке крыши, и вихри не возникают.
Если наклон уменьшать, то можно получить граничное значение угла, при котором линия отрыва переходит с кромки крыши на нижнюю кромку наклонной поверхности задка. Образуются два вращающихся вовнутрь продольных вихря, которые порождают сильное разрежение.
Дальнейшее уменьшение наклона задка вновь снижает аэродинамическое сопротивление, поскольку продольные вихри ослабляются. При угле в 23° получается значение Cв=0,40, такое же, как у автомобиля с круто срезанной задней частью. Наилучший угол с точки зрения аэродинамики близок к 10°, однако по соображениям компоновки и безопасности так сильно наклонить стекло невозможно.
Дурилки
Противотуманки, фартуки, длинная антенна, намордники с кокетливыми ушками и багажник на крыше могут поднять Сх обычной «шестерки» с 0,46 до 0,58, а то и больше.
Несведущий в аэродинамике может поверить, что пластиковые дефлекторы на передней кромке капота сдувают комаров с ветрового стекла. На самом деле эта «мухобойка» своими острыми краями лишь завихряет воздух, и больше ничего. Другая модная безделушка — дефлектор на вентиляционные отверстия — будет работать лучше, если... его перевернуть задом наперед. Антикрыло почему-то чаще всего устанавливают в зоне аэродинамической тени. Возможно, так красивее, но толку никакого. За редким исключением, любой обвес несет лишь одну функцию: кроме расходов за покупку и установку, он заставит раскошелиться за лишние литры бензина.
Предлагаем сравнить разные Сх:
0,46 «Победа»
0,5 ВАЗ-2105
0,46 ВАЗ-2109
0,44 ВАЗ-21099
0,40 «Ока»
0,39 «Святогор»
0,34 ВАЗ-2110
0,37 ВАЗ-2111
0,32 ВАЗ-2112
Ошибка в тексте? Выделите её мышкой! И нажмите: Ctrl + Enter
Аэродинамический тест кузова автомобиля
Задумывались когда-нибудь о том, какой кузов автомобиля лучше с точки зрения аэродинамики ? Чтобы ответить на этот вопрос, были проведены тесты в аэродинамической трубе Дмитровского полигона, в котором участвовали три автомобиля: седан ВАЗ 2110, универсал ВАЗ 2111 и хэтчбек ВАЗ 2112.Помните, когда мы размышляли, какой кузов автомобиля лучше ? Теперь этот же вопрос рассмотрим с точки зрения аэродинамических характеристик кузова.
Для того, чтобы результаты тестов были наиболее точными, было решено сравнивать разные типы кузовов машин одного "десятого" семейства (дизайн выполнен в одном стиле). Кроме того, все тестируемые автомобили имели одинаковую комплектацию (стальные штампованные диски, брызговики и т.д.).
Одним из важных параметров аэротрубы является коэффициент аэродинамического сопротивления Сх. Это безразмерная величина, отражающая отношение силы сопротивления воздуха движению автомобиля к силе сопротивления движению цилиндра. Чем меньше Cx, тем лучше проработана аэродинамика автомобиля. Для современных автомобилей Cx < 0,3.
Результаты аэродинамических тестовов ВАЗ 2110-12:
| Параметры\Тип кузова | ВАЗ-2110 (седан) | ВАЗ-2111 (универсал) | ВАЗ-2112 (хэтчбек) |
| Площадь фронтальной проекции, м2 | 1,931 | 1,962 | 1,944 |
| Сила лобового сопротивления Рх, Н | 536 | 598 | 521 |
| Коэффициент аэродинамическогосопротивления Сх | 0,347 | 0,381 | 0,335 |
| Подъемная сила Pz, Н | 332 | -33 | 295 |
| Опрокидывающий момент Му, Нм | –229 | 21 | -264 |
| Момент крена Мх, Нм | 406 | 661 | 498 |
| Поворачивающий момент Mz, Нм | 571 | 339 | 499 |
Обтекаемость седана
Аэродинамический тест седана показал, что его коэффициент аэродинамического сопротивления Сх находится между хэтчбека и универсала. Проигрывает хэтчбеку из-за небольшой зоны разрежения, возникающей над крышкой багажника, а обходит универсал из-за меньшей зона пониженного давления в задней части кузова.Параметры аэродинамических характеристик можно изменить путем установки различных аэродинамических обвесов.
Обтекаемость универсала
Аэродинамический тест универсала показал, что его обтекаемость заметно хуже, чем у седана. (Сх 0,347 против 0,381). Почему так ? При движении за автомобилем возникает зона разрежения, которая зависит от вертикальной задней части автомобиля. Чем больше эта часть, тем больше зона пониженного давления и тем сильнее машину оттягивает назад и увеличивает Cx.Что интересно, на моменте проектировки универсала, дизайнеры АвтоВаза могли выбрать более удачный вариант заднего спойлера в виде дефлектора, который отсекает часть воздуха с крыши на дверь багажника. Этот дефлектор уменьшал зону разрежения, и заднее стекло становилось менее марким. Почти такой же дефлектор можно наблюдать на Volvo V70. Почему их выбор пал на более проигрышный по параметрам вариант спойлера, остается загадкой.
Благодаря большей "парусности" боковин, универсал лучше "держит дорогу" на высокой скорости, чем седан и хэтчбек. Это хорошо заметно по малому значению поворачивающего момента Mz у ВАЗ-2111.
Обтекаемость хэтчбека
Аэродинамический тест хэтчбека показал хорошие результаты. Сх ВАЗ 2112 оказался равным 0,335, это немного меньше, чем у седана. Секрет успеха в наклоне заднего стекла хэтчбека. Оно установлено с гораздо большим наклоном, поэтому воздух стекает с машины ровно и безотрывно. Стоит заметить, что если установить задний дворник хэтчбека в вертикальное положение, то значение Сх получится немного снизить.Поворачивающий момент хэтчбека в большей степени зависит от угла наклона заднего стекла. Если заднее стекло будет иметь угол наклона близким к универсалу, то лобовое сопротивление такой машины будет больше, чем у седана. Примером может служить VW Golf IV. А если стекло пятой двери хэтчбека будет установлено под углом, как у ВАЗ 2112, то обтекаемость будет такой же, как у седана, или лучшей.
Подъемная сила кузова
На этапе проектирования модель хэтчбека имела несколько видов антикрыльев. Некоторые были совсем небольшого размера, другие же напротив имели большую площадь крыла. В серию пошла такая аэродинамическая конструкция, которая больше снижает подъемную силу. В результате чего удалось добиться того, что подъемная сила хэтчбека ВАЗ 2112 проигрывает седану ВАЗ 2110 лишь чуть-чуть.На универсале ВАЗ 2111 действует не подъемная сала, а прижимающая. Кроме того, она хорошо распределена между передними и задними колесами. В чем причина такого успеха ? Весь секрет в длинной крыше. Если на лобовое стекло машины пустить тонкую струйку дыма, то получим визуализацию воздушного потока. По этой струйке хорошо заметно, как протекает воздух над седаном и хэтчбеком. Сперва взметнувшись за лобовым стеклом, он огибает крышу и падает на заднее стекло. В этой дугообразной зоне над крышей автомобиля создается разрежение, как и над крылом самолета. А под днищем, напротив образуется зона повышенного давления. Эта разница давлений согласно закону Бернулли и объясняет появление подъемных сил.
Подъемная сила универсала меньше, потому что длинная крыша универсала не позволяет воздуху создать дугу воздуха, таким образом уже не образуется такой обширной зоны разрежения.
В заключении хотелось бы отметить, что полученные соотношения аэродинамических характеристик тестируемых машин можно распространять и на другие семейства автомобилей, но только если речь будет идти о седане или универсале. Практически всегда они будут иметь худшую обтекаемость и большее значение Сх, в случае с хэтчбеком однозначных выводов сделать нельзя.
xn--2111-43da1a8c.xn--p1ai
Аэродинамический тест кузова автомобиля
Задумывались когда-нибудь о том, какой кузов автомобиля лучше с точки зрения аэродинамики ? Чтобы ответить на этот вопрос, были проведены тесты в аэродинамической трубе Дмитровского полигона, в котором участвовали три автомобиля: седан ВАЗ 2110, универсал ВАЗ 2111 и хэтчбек ВАЗ 2112.Помните, когда мы размышляли, какой кузов автомобиля лучше ? Теперь этот же вопрос рассмотрим с точки зрения аэродинамических характеристик кузова.
Для того, чтобы результаты тестов были наиболее точными, было решено сравнивать разные типы кузовов машин одного "десятого" семейства (дизайн выполнен в одном стиле). Кроме того, все тестируемые автомобили имели одинаковую комплектацию (стальные штампованные диски, брызговики и т.д.).
Одним из важных параметров аэротрубы является коэффициент аэродинамического сопротивления Сх. Это безразмерная величина, отражающая отношение силы сопротивления воздуха движению автомобиля к силе сопротивления движению цилиндра. Чем меньше Cx, тем лучше проработана аэродинамика автомобиля. Для современных автомобилей Cx < 0,3.
Результаты аэродинамических тестовов ВАЗ 2110-12:
| Параметры\Тип кузова | ВАЗ-2110 (седан) | ВАЗ-2111 (универсал) | ВАЗ-2112 (хэтчбек) |
| Площадь фронтальной проекции, м2 | 1,931 | 1,962 | 1,944 |
| Сила лобового сопротивления Рх, Н | 536 | 598 | 521 |
| Коэффициент аэродинамическогосопротивления Сх | 0,347 | 0,381 | 0,335 |
| Подъемная сила Pz, Н | 332 | -33 | 295 |
| Опрокидывающий момент Му, Нм | –229 | 21 | -264 |
| Момент крена Мх, Нм | 406 | 661 | 498 |
| Поворачивающий момент Mz, Нм | 571 | 339 | 499 |
Обтекаемость седана
Аэродинамический тест седана показал, что его коэффициент аэродинамического сопротивления Сх находится между хэтчбека и универсала. Проигрывает хэтчбеку из-за небольшой зоны разрежения, возникающей над крышкой багажника, а обходит универсал из-за меньшей зона пониженного давления в задней части кузова.Поворачивающий момент Mz у седана ВАЗ 2110 является самым большим, что говорит о том, что его устойчивость на дороге будет хуже, чем у соперников.
Параметры аэродинамических характеристик можно изменить путем установки различных аэродинамических обвесов.
Обтекаемость универсала
Аэродинамический тест универсала показал, что его обтекаемость заметно хуже, чем у седана. (Сх 0,347 против 0,381). Почему так ? При движении за автомобилем возникает зона разрежения, которая зависит от вертикальной задней части автомобиля. Чем больше эта часть, тем больше зона пониженного давления и тем сильнее машину оттягивает назад и увеличивает Cx.Что интересно, на моменте проектировки универсала, дизайнеры АвтоВаза могли выбрать более удачный вариант заднего спойлера в виде дефлектора, который отсекает часть воздуха с крыши на дверь багажника. Этот дефлектор уменьшал зону разрежения, и заднее стекло становилось менее марким. Почти такой же дефлектор можно наблюдать на Volvo V70. Почему их выбор пал на более проигрышный по параметрам вариант спойлера, остается загадкой.
Благодаря большей "парусности" боковин, универсал лучше "держит дорогу" на высокой скорости, чем седан и хэтчбек. Это хорошо заметно по малому значению поворачивающего момента Mz у ВАЗ-2111.
Обтекаемость хэтчбека
Аэродинамический тест хэтчбека показал хорошие результаты. Сх ВАЗ 2112 оказался равным 0,335, это немного меньше, чем у седана. Секрет успеха в наклоне заднего стекла хэтчбека. Оно установлено с гораздо большим наклоном, поэтому воздух стекает с машины ровно и безотрывно. Стоит заметить, что если установить задний дворник хэтчбека в вертикальное положение, то значение Сх получится немного снизить.Поворачивающий момент хэтчбека в большей степени зависит от угла наклона заднего стекла. Если заднее стекло будет иметь угол наклона близким к универсалу, то лобовое сопротивление такой машины будет больше, чем у седана. Примером может служить VW Golf IV. А если стекло пятой двери хэтчбека будет установлено под углом, как у ВАЗ 2112, то обтекаемость будет такой же, как у седана, или лучшей.
Подъемная сила кузова
На этапе проектирования модель хэтчбека имела несколько видов антикрыльев. Некоторые были совсем небольшого размера, другие же напротив имели большую площадь крыла. В серию пошла такая аэродинамическая конструкция, которая больше снижает подъемную силу. В результате чего удалось добиться того, что подъемная сила хэтчбека ВАЗ 2112 проигрывает седану ВАЗ 2110 лишь чуть-чуть.На универсале ВАЗ 2111 действует не подъемная сала, а прижимающая. Кроме того, она хорошо распределена между передними и задними колесами. В чем причина такого успеха ? Весь секрет в длинной крыше. Если на лобовое стекло машины пустить тонкую струйку дыма, то получим визуализацию воздушного потока. По этой струйке хорошо заметно, как протекает воздух над седаном и хэтчбеком. Сперва взметнувшись за лобовым стеклом, он огибает крышу и падает на заднее стекло. В этой дугообразной зоне над крышей автомобиля создается разрежение, как и над крылом самолета. А под днищем, напротив образуется зона повышенного давления. Эта разница давлений согласно закону Бернулли и объясняет появление подъемных сил.
Подъемная сила универсала меньше, потому что длинная крыша универсала не позволяет воздуху создать дугу воздуха, таким образом уже не образуется такой обширной зоны разрежения.
В заключении хотелось бы отметить, что полученные соотношения аэродинамических характеристик тестируемых машин можно распространять и на другие семейства автомобилей, но только если речь будет идти о седане или универсале. Практически всегда они будут иметь худшую обтекаемость и большее значение Сх, в случае с хэтчбеком однозначных выводов сделать нельзя.
xn--2111-43da1a8c.xn--p1ai
Аэродинамические характеристики (Сх) Калины 2
Ни для кого не секрет, что чем быстрее машина может ехать — тем приятнее, или чем меньше шумов в салоне — тем комфортнее. А знаете ли вы что на скоростные качества (а также на расход топлива) автомобиля влияет кроме мощности двигателя еще и коэффициент аэродинамического сопротивления (Сх)?
Что такое аэродинамическое сопротивление?
Дело в том, что при движении автомобиля спереди происходит сжатие встречного воздуха и тем самым, создается область с повышенным давлением воздуха. Из-за давления происходит переход потока воздуха в заднюю часть автомобиля, который скользит по контуру. Так как сзади воздух сходит с кузова автомобиля, там образуется область с низким давлением, куда постоянно происходит подсос воздуха от окружающего пространства. Наглядным примером такого образования является пыль, преобладающая в задней части машины.
Примечательно то, что чем дальше и позже получается срыв воздуха с кузова (чем длиннее кузов), тем меньше области пониженного давления.
Интересный факт: при езде двух автомобилей (в основном скоростных суперкаров) вплотную друг за другом происходит уменьшение области пониженного давления воздуха, и составляя одно единое целое, оба автомобиля получают меньшее лобовое сопротивление, и как следствие могут набрать скорость выше. Наглядно это можно наблюдать в играх Need For Speed и других.
Коэффициент аэродинамического сопротивления (Сх)
Коэффициент аэродинамического сопротивления (Сх) проверяется опытным путем в ходе испытаний. Он представляет собой отношение силы сопротивления воздуха движению автомобиля к силе сопротивления этому движению.
Мы уже упомянули, что для уменьшения лобового сопротивления воздуха необходимо делать кузов обтекаемым и не препятствующим движению воздуха. Помимо кузова на это могут влиять такие элементы, как дверные ручки, стеклоочистители, колпаки колес, выпирающие радиоантенны, мухобойники.
Старые автомобили имеют плохие показатели по аэродинамике, что нельзя сказать о современных. Тип кузова также оказывает влияние на коэффициент аэродинамического сопротивления. Традиционно меньшее значение имеют автомобили в кузове седан.
Аэродинамика Калины второго поколения
Новый дизайн Калины получился более дерзким, но существенных изменений в аэродинамику вложено не было.
Приведем сравнение коэффициента аэродинамического сопротивления Калины 2 с другими автомобилями.
Из таблицы видно, что у универсала коэффициент ниже, поэтому даже максимальная скорость у него выше чем у кузова хэтчбек. Также отметим, что эти значения не являются критичными и соответствуют современным требованиям общественности.
Уменьшаем аэродинамическое сопротивление
Мы показали, что такое аэродинамическое сопротивление, от чего он зависит, но не указали, как можно самому влиять на эту характеристику в лучшую или худшую сторону.
Помимо дверных ручек, противотуманных фар, радиоантенны и боковых зеркал есть следующие элементы автомобиля, влияющие на аэродинамику:
- открытые окна ухудшают характеристики на 5%
- доп. установленные грязезащитные фартуки колес на 3%
- багажник на крыше на 10-12%
- шины с широким профилем на 3%
- открытый люк на крыше на 5%
- выпирающие колпаки колес также ухудшают аэродинамику.
От грамотно сбалансированной аэродинамики зависят не только скорость и разгон, но и устойчивость автомобиля, плавность движения.
Оцените статью:
пожалуйста, при копировании информации с сайта kalina-2.ru установите обратную ссылку
kalina-2.ru
Практическая аэродинамика
Снижение расхода топлива, пожалуй, наиболее актуальная проблема в современном автомобилестроении. Расход этот зависит прежде всего от объективного фактора — различных сил сопротивления движению, на преодоление которых затрачивается энергия сгорания топлива. Уменьшение их — один из путей его экономии. Наша статья посвящена резервам, заключенным в улучшении аэродинамических свойств автомобиля.
В общем сопротивлении движению автомобиля аэродинамические силы могут составлять существенную часть. Если при езде по городскому циклу (средняя скорость 40—50 км/ч) они достигают 8%, при движении в пригородной зоне (средняя скорость 80—90 км/ч) — 29%, то на автострадах — 53%. Отметим, что чем выше скорость, тем быстрее растут потери «на ветер»: уже при 60 км/ч они отнимают больше энергии, чем любая другая составляющая. Дело в том, что мощность, расходуемая на преодоление аэродинамического сопротивления, пропорциональна кубу скорости; значит, если скорость удваивается, то мощность должна увеличиться в восемь раз.
Чтобы уяснить, как возникает и воздействует на автомобиль сопротивление воздуха, рассмотрим, из чего оно складывается. Взаимодействие воздуха и автомобиля можно представить как сумму сопротивлений: профильного, индуктивного, внутреннего, а также сопротивлений трения и выступов. Наибольший «вклад» (около 58%) приходится на профильное. Оно обусловлено самой формой кузова. Воздух, обтекающий автомобиль, как бы сжимается впереди него, создавая значительное положительное давление. Поток, идущий по верхней части кузова, неоднократно отрывается от его поверхности, что создает в этих местах области пониженного давления. В задней же части поток окончательно отрывается от кузова. Там образуется мощный вихревой след и область больших отрицательных давлений. Положительное давление впереди автомобиля и отрицательное сзади препятствуют движению, создавая сопротивление давлений, или профильное сопротивление воздуха.
Индуктивное сопротивление (8% в общем балансе) вызывается разностью давлений на верхнюю и нижнюю части кузова. В результате их взаимодействия возникает сила, отжимающая автомобиль от земли, — подъемная. Хотя она и сокращает сопротивление качению, ее влияние на ходовые качества машины в целом отрицательно — это уменьшение силы сцепления колес с дорогой, которое влечет за собой ухудшение управляемости.
Сопротивление выступов (13% всех потерь). Очевидно, что свой вклад в полное аэродинамическое сопротивление вносит любая выступающая деталь автомобиля (зеркало, антенна, ручки дверей и т. д.). Так, багажник на крыше при скорости 60 км/ч увеличивает его на 10—12%, из-за чего на 2—3% растет расход топлива. Специалисты ряда фирм считают, что только изменение подобных деталей может улучшить топливную экономичность на 3—4%.
Зависимость расхода топлива (л/100 км) от скорости (км/ч) при разных коэффициентах лобового сопротивления для легкового автомобиля снаряженной массой 1000 кг и мощностью 75 л.с./55 кВт.Сопротивление трения (11% всех потерь) обусловлено «прилипанием» к поверхности кузова слоев воздуха, вследствие чего поток вблизи нее теряет скорость. Потери энергии на поверхностное трение зависят главным образом от качества отделки кузова. Во всяком случае, эксперименты показали, что если у нового полированного автомобиля оно составляет около 8% общего сопротивления воздуха, то у плохо покрашенного, с грубой поверхностью возрастает в 2—2,5 раза. В частности, поверхностное трение заметно увеличивается в случае, когда крыша обтянута модным гранулированным виниловым кожзаменителем.
Внутреннее сопротивление (10% всех потерь) возникает при прохождении воздуха через системы охлаждения и вентиляции. Природа этих потерь такова, что возможность снизить их в настоящее время весьма проблематична.
Количественной характеристикой суммарного аэродинамического сопротивления служит так называемый коэффициент лобового сопротивления — Сх, который, как правило, определяют экспериментальным путем. Для этого автомобиль или его уменьшенный макет устанавливают в аэродинамическую трубу и моделируют его обтекание воздушным потоком. Меньшую точность дают некоторые методы дорожных испытаний.
Коэффициент лобового сопротивления у легковых автомобилей, выпущенных разными фирмами в 70-х и 80-х годах, колеблется (см. таблицу) от 0,30 до 0,60. В среднем он составляет в настоящее время 0,43. Для сравнения: среднее значение Сх у машин выпуска 1938 года — 0,58. Наименьшим коэффициентом отличаются автомобили, предназначенные для установления рекордов скорости — 0,2 («Звезда—6», СССР) и 0,15 («Фольксваген-АРФВ», ФРГ).
Формирование вихрей при обтекании воздухом передней части кузова.Вернемся к вопросу о затратах мощности и топлива на преодоление сопротивления воздуха. Приведенный на вкладке график показывает, как влияет на них изменение коэффициента лобового сопротивления при разных скоростях. В современных моделях явно заметна тенденция к его снижению, достигаемому конструктивными мерами (см. вкладку). Согласно проведенным за рубежом расчетам, при уменьшении Сх лишь на 0,01 экономия топлива в пересчете на весь парк легковых автомобилей Англии (около 10 миллионов) составит почти 70 миллионов литров в год (рабочий объем двигателя принят равным 1200 см3, а средний годовой пробег каждой машины — 16 тысяч километров). Теперь, когда мы представляем, что значит Сх для экономии топлива, небезынтересными окажутся и такие данные: дополнительные фары перед облицовкой радиатора увеличивают его на 0,04, грязезащитные фартуки у всех колес — на 0,03, выдвинутая антенна — на 0,02, наружное зеркало заднего вида — на 0,01, неубранные стеклоочистители — на 0,007. Все это дополнительное оборудование плюс багажник на крыше могут поднять суммарную величину Сх, скажем, для ВАЗ—2105 с 0,43 до 0,58, и это означает расход лишних 1—1,5 л бензина на 100 километров. Цифра достаточно убедительная для того, чтобы учитывать аэродинамические характеристики автомобиля как в эксплуатации, так и, прежде всего, на стадии проектирования. Не случайно внимание к исследованиям в этой области за последнее время значительно возросло.
Аэродинамические исследования ведут не только с целью снизить расход топлива. Они помогают добиваться прогресса в области активной безопасности автомобиля, положительно влиять и на такие составляющие комфортабельности, как эффективность вентиляции, шум в салоне, загрязнение стекол и фонарей.
Схема образования вихрей в задней части кузова.Результаты перспективных разработок говорят о больших резервах, скрытых в улучшении аэродинамики автомобиля. Так, известные итальянские кузовные фирмы «Пининфарина» и «Итал Дизайн» создали несколько экспериментальных моделей, имеющих Сх 0,23—0,26. Правда, из-за технологических сложностей и, соответственно, высокой стоимости производства такие машины пока не выпускаются серийно.
Важную роль в улучшении аэродинамических качеств играют различные обтекатели, дефлекторы («За рулем», 1982, № 8), спойлеры, антикрылья, юбки («За рулем», 1981, № 4). Наиболее широко на легковых автомобилях в последнее время применяется передний спойлер (см. вкладку).
Это профилированный щиток — чаще всего продолжение передней панели кузова вниз, под бампер, или элемент самого бампера. Он служит для уменьшения нежелательной разгрузки колес, вызываемой повышенным давлением, которое образуется в зоне между днищем автомобиля и полотном дороги при движении. На скорости около 100 км/ч отрицательная (направленная вверх) нагрузка на передние колеса может превысить 100 кгс. В результате ухудшаются характеристики прямолинейного движения («держание» дороги), а также снижается боковая устойчивость при поворотах с большими скоростями.
Кроме того, протекание воздуха под автомобилем сопровождается значительным ростом сопротивления выступающих деталей подвески, системы выпуска и других — до 20% общего профильного сопротивления. Очевидно, идеальным было бы ровное или закрытое щитом днище, но практически достичь этого невозможно, хотя частично подобные нежелательные эффекты можно устранить установкой переднего спойлера. Изменяя направление потоков, обтекающих нижнюю часть машины, он создает под кузовом разрежение. Минимум же полного сопротивления достигается тогда, когда допустимая максимальная высота спойлера обеспечивает уменьшение аэродинамического сопротивления расположенных снизу деталей настолько, насколько увеличится сопротивление кузова. Испытания показали, однако, что установка спойлера может ухудшить охлаждение двигателя, системы выпуска, агрегатов трансмиссии. Вот почему его подбор — сложная задача, решаемая на основе многочисленных экспериментов для каждой конкретной модели автомобиля. Хорошо подобранный спойлер может снизить Сх на 6—7%.
Задний спойлер и обтекатель перед задним колесом. Помогают упорядочить потоки воздуха на автомобиле «Форд-эскорт-XR3».Конструкторы ищут возможности использовать аэродинамические устройства на серийных машинах. Так, на особо скоростных моделях («Порше», «Альфа-ромео» и др.) ставят антикрылья. На чем основан их эффект? Если крыло самолета создает подъемную силу, то, перевернув его (отсюда и приставка «анти»), получим силу прижимающую, которой обычно так недостает автомобилю. Вплоть до 80-х годов антикрыло было принадлежностью лишь гоночных машин, где создает вертикальное усилие до 3000 кгс. Теперь его устанавливают и на серийных моделях. Помимо увеличения прижимающей силы антикрыло на крышке багажника так организует поток воздуха за автомобилем, что снижает лобовое сопротивление примерно на 6%.
Наряду с поисками наивыгоднеишего (в отношении снижения аэродинамических потерь) сочетания элементов кузова конструкторы уделяют серьезное внимание снижению потерь вокруг отдельных выступающих деталей.
Выдвижные фары («Порше-928», «Мазда-РИкс-7», «Матра-багира»), убирающиеся в «пазуху» между задней кромкой капота и лобовым стеклом «дворники» (ГАЗ—14, «Мерседес-Бенц-С», «Ровер-3500», «Додж-магнум-78»), отказ от выступающих дверных ручек («Рено-5», «ФИАТ-панда», «Рено-фуэго») помогают сгладить обводы кузова. Немалое значение для снижения общего аэродинамического сопротивления имеет замена выступающих водосточных желобов над дверными проемами водосгонными ребрами на крыше, как сделано у «Рено-18», «Мицубиси-кольт», «Хонде-аккорд».
В заключение можно сказать, что внешний облик автомобиля претерпел в последнее время серьезные изменения, обусловленные прежде всего стремлением полнее учесть особенности обтекания его воздухом. Улучшение аэродинамики автомобиля способствует повышению динамических качеств и при минимуме конструктивных изменений дает заметную экономию топлива. А потому можно с уверенностью предсказать прогресс в области аэродинамики. По прогнозам, к 1990 году аэродинамическое сопротивление автомобиля снизится в среднем на 10%, что даст уменьшение расхода бензина на 3,5%, а дизельного топлива — на 4,5%. В перспективе считают возможным сократить таким путем расход топлива на 15%.
Ф. УЗБЕКОВ, инженер («За Рулем» №4, 1983)
ЛитератураМихайловский Е. Аэродинамика автомобиля. М., Машиностроение, 1973.Павловский Я. Автомобильные кузова. М., Машиностроение, 1977.«За рулем», 1978, № 1, № 7; 1981, № 4, № 8.«Автомобильная промышленность», 1979, № 11.
Коэффициент лобового сопротивления Сх
| «Ауди-100» | 0,30 |
| ВАЗ-2101 | 0,46 |
| ВАЗ-2103 | 0,45 |
| ВАЗ-2105 | 0,43 |
| ГАЗ-20 | 0,46 |
| ГАЗ-24 | 0,45 |
| ГАЗ-24-02 | 0,41 |
| ЗАЗ-968 | 0,48 |
| «Москвич-2140» | 0,41 |
| СИМКА-1307 | 0,38 |
| «Ситроен-ЖСА-Икс-3» | 0,32 |
| «Ситроеи-ЦИкс» | 0,35 |
| «Фольксваген-жук» | 0,60 |
| «Фольксваген-гольф» | 0,42 |
| «Фольксваген-пассат» | 0,38 |
| «Форд-фиеста» | 0,42 |
own.in.ua
Аэродинамика. ВАЗ-2114 и ВАЗ-21103М - Ваз 2114
Мы захлопнули крышку багажника обновленной «десятки» — и из антикрыла тут же вывалился дополнительный стоп-сигнал. Да, ВАЗ в своем репертуаре... Но мы взяли на тест модернизированный ВАЗ-21103М и рестайлинговую «девятку» с индексом ВАЗ-2114 вовсе не для того, чтобы анализировать качество сборки на опытно-промышленном производстве, где пока делают эти машины. Нам интересно, насколько улучшилась аэродинамика обновленных вазовских автомобилей после рестайлинга. И улучшилась ли?
Хэтчбек ВАЗ-2114 был создан в середине 90-х годов в рамках разработки семейства Самара-2 — это «девятка» с передком от известной нам модели ВАЗ-2115 и с немного измененным дизайном задней части кузова. В те времена тольяттинская аэродинамическая труба еще не действовала, и доводку обтекаемости вазовцы вели здесь, на Дмитровском полигоне. Причем работали «по старинке» — дизайнеры загоняли в трубу обычную «девятку» и прямо на кузове лепили из пластилина разные варианты передней части капота, фальшрадиаторной решетки, переднего бампера... Задача была, как водится, компромиссной — угодить и дизайнерам, и специалистам по аэродинамике. И, конечно же, технологам — все изменения во внешности должны были производиться при неизменных основных кузовных панелях.
Мы уже исследовали аэродинамику седана ВАЗ-2115, который был создан одновременно с «четырнадцатой» (см. АР № 22, 2000). Напомним, что у обновленного седана немного снизился Сх, уменьшилась подъемная сила и заметно улучшилось ее распределение по осям. Достижения хэтчбека ВАЗ-2114 оказались аналогичными. Коэффициент лобового сопротивления Сх у обновленного хэтчбека снизился лишь чуть-чуть — 0,45 против 0,46 у обычной «девятки». Зато баланс подъемных сил изменился коренным образом! На большой скорости передок «девятки» стремится приподняться под действием возникающей немалой подъемной силы, а задние колеса, наоборот, прижимаются к дороге. В случае с обновленным хэтчбеком все иначе — суммарная подъемная сила чуть возросла, но по осям она теперь распределена равномерно. А это сулит более сбалансированное поведение автомобиля на высокой скорости. А знаете, какой из элементов новой внешности наиболее «аэродинамически активен»? Нет, не антикрыло на крышке пятой двери. Это как раз скорее декоративный элемент — плоскость антикрыла практически не нагружается воздушным потоком, утопая в аэродинамической тени наклоненного стекла пятой двери. Округлая «мордочка» — вот что изменяет аэродинамику! Стоило чуть больше наклонить «клюв» капота, как сразу же изменилось положение так называемой точки деления набегающего воздушного потока. Меньшая его часть уходит под днище, большая — наверх на капот, на лобовое стекло и далее растекается по кузову. Именно объемное соотношение этих потоков, а также скоростей течения воздуха в них и определяют величины подъемных сил. Так как теперь наверх уходит больше воздуха, то пропала зона разрежения над капотом — и уменьшилась подъемная сила передней оси. Более быстрый поток над крышей заставил эффективнее работать кузов в роли «взлетающего» крыла — разгрузилась задняя ось.Обновленный седан ВАЗ-21103М — это недавняя разработка ВАЗа. Соответственно, все «аэродинамические» работы по этой машине проводились в Тольятти. Что покажет продувка? Коэффициент Сх по сравнению с обычной «десяткой» снизился с 0,35 до 0,33 — модернизированный седан по этому параметру догнал хэтчбек ВАЗ-2112, который мы долгое время считали самым обтекаемым серийным отечественным автомобилем!Но подобное улучшение было достигнуто достаточно интересным способом. Назовем его «математическим». Обратите внимание — в таблице результатов продувки силы лобового сопротивления у старой и обновленной «десяток» примерно равны. А вот площади поперечного сечения разные. У обновленной машины «мидель» заметно больше — в основном за счет расширенных передних крыльев. А ведь Сх — это производная от деления силы лобового сопротивления на площадь миделя. Делим ту же силу на большее значение площади — получаем меньший Сх.Этот прием, кстати, достаточно распространен. Обратите внимание на Volkswagen Passat или на New Beetle. У них очень выпуклые крыши. На увеличение лобового сопротивления такое решение существенно не влияет (крыша все равно находится в зоне разрежения), а вот площадь миделя увеличивает заметно. В результате — уменьшение пресловутого Сх и увеличение пространства над головами передних седоков...
А подъемная сила у обновленной «десятки» снижена почти вдвое — при весьма благоприятном характере ее распределения по осям (опрокидывающий момент остался практически неизменным). На уменьшение отрыва передних колес «заработал» больший угол наклона новой фальшрадиаторной решетки — воздух с нее стал перетекать на капот плавнее, снижая разрежение. А на уменьшение подъемной силы задней оси благотворно повлияло антикрыло на крышке багажника. Во-первых, его плоскость нагружается ниспадающим с крыши воздушным потоком. А во-вторых, антикрыло задерживает часть воздуха перед собой, благодаря чему уменьшается зона разрежения на стыке заднего стекла и крышки багажника.Так что в случае с модернизированной «десяткой» антикрыло — это не бутафория, а реально действующий аэродинамический элемент. Еще бы качество сборки подтянуть, чтобы стоп-сигнал не вываливался... Справка АР. Автомобили на тест предоставил салон Автомир.
| Аэродинамические характеристики автомобилей на скорости 144 км/ч | ||
| ВА3-2109 | ВАЗ-2114 | |
| Площадь фронтальной проекции, м2 | 1,88 | 1,87 |
| Сила лобового сопротивления, Н | 697 | 667 |
| Коэффициент аэродинамического сопротивления Сх | 0,463 | 0,445 |
| Подъемная сила, Н | –6 | 53 |
| Опрокидывающий момент, Нм | 381 | 98 |
| ВА3-2110 | ВАЗ-21103М | |
| Площадь фронтальной проекции, м2 | 1,93 | 1,98 |
| Сила лобового сопротивления, Н | 536 | 528 |
| Коэффициент аэродинамического сопротивления Сх | 0,347 | 0,333 |
| Подъемная сила, Н | 324 | 190 |
| Опрокидывающий момент, Нм | –206 | –193 |
Источник: Авторевю, Дмитрий ШЕВЦОВ
www.2114.ru
Коэффициент аэродинамического сопротивления
a-dat.ru
