Резвее ВЕТРА ЛЕЧУ .
Резвее ВЕТРА ЛЕЧУ...
КЛУБ Автовладельцев
Резвее ВЕТРА ЛЕЧУ...
В век огромных скоростей аэродинамика автомобиля стала небезразлична каждому автомобилисту. За плохие решения дизайнеров
и конструкторов рассчитываемся мы, потребители,
мирясь с ухудшенными высокоскоростными и экономическими
показателями машины, - и практически швыряем Энциклопедия грузовых автомобилей на ветер.
О неких качествах аэродинамики ведет беседу Андрей ЗАБЕЛИН.
НЕПРОСТЫЕ Задачки...
На нашей планетке все, что может мало-мальски стремительно двигаться, испытывает на для себя сопротивление атмосферы либо аква стихии. Для нас, автомобилистов, "противником" номер один является воздух (ЗР, 1997, № 7), при этом необыкновенную роль тут приобретает аэродинамика конкретно легкового автомобиля. Почему? Представте, что, не меняя форм машины, ее удалось сделать на третья часть легче. (В реальности это было бы очень тяжело!) И что все-таки? В расчете, который мы с вами делали в той статье, сопротивление качению колес снизилось бы на третья часть - с 24 до 14 кгс. И только! Аэродинамическое же сопротивление останется прежним.
Означает, признавая необходимость облегчения автомобиля (ему ведь приходится и разгоняться, и тормозить, и подъемы брать!), подчеркнем: главные характеристики легкового автомобиля на больших скоростях зависят сначала от его аэродинамических свойств.
Кстати, вопросами аэродинамики в нашу эру приходится заниматься даже строителям. От того, как хорошо спроектировано здание, зависит его способность противостоять ветру, эффективность вентиляции, отопления и т.д. Похожие задачки выслеживаются и в автомобиле. Дело ведь не только лишь в том, чтоб машина была очень "обтекаемой". Необходимо еще, чтоб действующие со стороны воздушного потока силы не усугубляли ее поведения на дороге, вызвав неустойчивость. Как обеспечить не плохое остывание мотора, агрегатов, функционирование климатической установки и тормозов - да чтоб расход воздуха на это был наименьшим, по другому опять-таки возрастет сопротивление? Если автомобиль обустроен спойлерами, антикрыльями, то тут своя задачка - обеспечить их наивысшую эффективность. От аэродинамики подкапотного места зависит... рассредотачивание пыли, а отсюда - срок службы фильтров, чистота воздуха в салоне и т.д. Очень важную роль играет конструкция стоек крыши, водосливных желобов и других схожих устройств (при неудачных решениях резко возрастает сопротивление, шум, вода попадает на боковые стекла). Степень загрязнения осветительных устройств также связана с аэродинамикой машины.
Другими словами, аэродинамическая наука в применении к автомобилю решает очень противоречивые задачки.
Физические законы беспристрастны - ни какой-то из них не может отменить даже Господь Бог (возможно, в этом его драма!..). Мы не раз уже гласили, что сопротивление воздуха пропорционально квадрату его скорости относительно автомобиля, а сопротивление качению шин от скорости (в узнаваемых границах) практически не зависит, зато определяется весом машины. Вот почему для грузовиков аэродинамика все-же вторична - тут важнее вес. Вообразим магистральный грузовик весом 40 тонн с хороший аэродинамикой - Сх = 0,5. При лобовой площади 8 м2 и скорости 90 км/ч сопротивление воздуха составит 165 кгс, а сопротивление качению - 600 кгс. Для чего же тогда обладатели таких машин оснащают их дополнительными обтекателями? Дело в том, что сила "600", по существу, оплачена заказчиком - она связана с полезной нагрузкой. Пустой "мастодонт" покатится легче, да и дохода не принесет... Сила же "165" - просто вредная, ее необходимо снижать. Установленный обтекатель "работает" повсевременно, независимо от нагрузки машины, - и равномерно себя оправдывает...
ДРУГИЕ Причины
Понятно, что, не считая формы автомобиля, важен и его размер - в известную вам формулу заходит лобовая ("миделева") площадь машины. Для легковых автомобилей она изменяется зависимо от класса приблизительно от 1,5 до 2,5 м2. У грузовиков может быть в 3-4 раза больше. Дальше в формуле бытует плотность воздуха. Величина, строго говоря, не неизменная. К примеру, на высокогорных дорогах она может быть раза в полтора меньше, чем на улицах городка.
Как определяют коэффициент аэродинамического сопротивления? Хотя тут вероятны различные подходы, более подходящим для этого "инвентарем" признана аэродинамическая труба, при этом - довольно большая, позволяющая испытывать натурный автомобиль, а не его модель. Инструмент, заметим, очень дорогой... Ведь некие современные трубы, применяемые для "продувок" авиационных объектов, потребляют энергию, сопоставимую с мощностями огромных электрических станций. Авто трубы, кстати, часто не достаточно им уступают.
Почему коэффициент нередко обозначают Сх? Буковкой "х" обозначают продольную ось автомобиля, самолета, корабля. Таким макаром, индекс "х" при коэффициенте показывает на то, что машина обдувается строго симметричным потоком, с углом скоса, равным нулю. Если машину поставить под неким углом к сгустку, итог станет другим. Кстати, аэродинамика занимается и этим: нам же небезразлично, как поведет себя машина при боковом ветре! "Углубляться" дальше в эту область не будем, но заметим, что суровое исследование аэродинамики машины просит учета иногда самых внезапных деталей.
Конкретно эти исследования иногда дают очень любопытную картину! Так, компания "Фольксваген", изучив аэродинамические свойства 86 (!) европейских легковых автомобилей выпуска 1971-1978 гг., обусловила для их "среднее" значение Сх = 0,44 - другими словами в те годы он был близок к показателю наших "жигулей". Куда увлекательнее другое: разброс меж большими и меньшими значениями Сх составил... 40%! Если учитывать, что сравнивались авто 1-го класса, а многие очень похожи по форме, то таковой "смешный" итог по сути означал, что коэффициент сопротивления может варьироваться в широких границах зависимо от того, как кропотливо отработаны, казалось бы, незначительные Ремонт и эксплуатация. Это щели меж капотом, дверцами и кузовом, метод установки остекления, конструкция внешних зеркал, бамперов, дисков колес и т.д. Очень важную роль играют малозаметные различия в углах наклона стекол, сужении задней части кузова, конфигурации крышки багажника...
Наружность ОБМАНЧИВА...
Рассуждая чисто прозаически, многие из нас именуют обтекаемым тот автомобиль, который таким только кажется. Если сопоставить "Татру-87" 40-х годов с современной нашей "девяткой", то какой из 2-ух отдадите предпочтение? Но поначалу отметим, что, скажем, VAZ 21099 с его быстрой, оживленной наружностью имеет коэффициент сопротивления около... 0,41. Другими словами не так далековато удрал от "Жигулей", для которых различные источники называли Сх от 0,45-0,46 до 0,5 (рис. 2).
Интересно, что, рассчитав, исходя из динамических характеристик, значение Сх для VAZ 2110, как мы это делали в ЗР, 1997, № 7, вы получите около 0,35... И данную величину нам не так давно подтвердили спецы ВАЗа.
Со времен возникновения первых аэродинамических труб через их много воздуха утекло. Некие "азбучные" числа спецам известны, как нам - таблица умножения. На рис. 1, а показаны примеры геометрических тел и результаты их продувок. Более обтекаемое - тело вращения, напоминающее вытянутую каплю, его Сх= 0,04. Заменив же его сферой, мы получаем Сх = 0,47. Рост сопротивления более чем в 10 раз!
Настолько большая разница разъясняется тем, что у "шарика" нет вытянутого хвоста, позволяющего сгустку сойтись за ним плавненько, без образования вихрей (рис. 1, б).
Но куда больше озабочивает неподготовленного человека конус! Для него Сх=0,5. Куб - разумеется - плохо обтекаем. Вправду, для него Сх=0,8 - 1,05 зависимо от направления оси "х". Плоские пластинки (поперек потока) дают значения Сх до 1,17 - 1,19. Не случаем так смотрятся воздушные тормоза на самолетах (рис. 3)! Но заметьте: многие грузовики как будто сконструированы из схожих "тормозов" - видны кубы, конусы, цилиндры, плоские пластинки. Вот где резервы для совершенствования.
Тут же, на рисунке показано полутело вращения (половина "капли"), приближенное к основанию. Это очень принципиальная для нас модель. Исследования проявили, что даже у "капли" по мере приближения к основанию сопротивление возрастает, так как симметричная картина обтекания нарушается. К тому же реальный автомобиль должен, как минимум, иметь к тому же колеса, не вписывающиеся в обводы тела вращения. Такая модель имеет поблизости основания Сх=0,09. Это - одна из "безупречных" моделей, к которой стремятся конструкторы автомобилей. Естественно, стопроцентно воплотить ее не удается - хотя бы поэтому, что автомобиль при данном габарите должен быть довольно малогабаритным, без искусственно удлиненного "хвоста". Исследования ряда компаний демонстрируют, но, что возникновение автомобиля с коэффициентом аэродинамического сопротивления около 0,15 в дальнейшем полностью реально... Поживем - увидим!
Много увлекательного можно выяснить из специальной литературы об аэродинамике грузовиков, к примеру очень фаворитных в наше время седельных тягачей и автопоездов. Выше мы уже упоминали дополнительные обтекатели, устанавливаемые на кабину тягача либо на переднюю стену выступающего над кабиной кузова. Подобные устройства в неких случаях очень эффективны - вы сможете судить об этом по рис. 4. Опытный подбор таких "затратных частей" может привести к понижению аэродинамического сопротивления машины (при симметричном обтекании) практически на третья часть.
Более увлекателен вопрос об обтекании автопоезда - с учетом того, как оказывают влияние друг на друга его составные части. Кстати, это касается и автовладельца, если он эксплуатирует автомобиль с прицепом. Последний, находясь в "спутной струе" за тягачом, не непременно должен резко прирастить общее сопротивление, как многие задумываются. Потому некое увеличение расхода горючего при буксировке прицепа определяется, в главном, увеличением веса по сопоставлению с одиночным автомобилем и большей нагрузкой на движок при разгоне либо на подъемах дороги. Вот такая это увлекательная наука - аэродинамика!
Ну как насчет "Татры-87"? Когда Ледвинка сделал эту машину, в 40-х годах, для нее именовался прямо-таки умопомрачительный показатель: Сх=0,244! По-видимому, сыграло роль то событие, что испытание проводилось на модели в масштабе 1:5, а при всем этом ряд причин тяжело учитывать. Позже, при оценках по практически приобретенным тяговым показателям, именовался Сх=0,31. И исключительно в 1979 году в трубе компании "Фольксваген" изучили, в конце концов, "натурный" объект, взяв его из авто музея. Оказалось, что у "старушки" "Татры-87" Сх=0,36. Видите ли, совершенно хороший даже по нынешним меркам. Правда, "Татра-87", при некой угловатости отдельных частей, все таки очевидно подражает упоминавшейся "полукапле": движок сзади, в "хвосте", миделево сечение несколько смещено вперед. Ледвинка знал, чего добивался.
Сейчас у наилучших легковых автомобилей коэффициент аэродинамического сопротивления стал ниже 0,3 и приближается к 0,25 (купе " Опель Калибра" - 0,26!). Похоже, мы вступаем в эру все более совершенных, быстро развивающихся в этом направлении машин. Довольно сопоставить хотя бы сегодняшние " Audi А6" либо " Фольксваген Пассат" с их предшественниками, выпускавшимися всего 5-6 годов назад, чтоб это узреть. Гости Автосалона-97 в Москве имели эту возможность...
Рис. 1. Коэффициенты аэродинамического сопротивления разных тел (см. "Аэродинамика автомобиля" под ред. В.Гухо, М., Машиностроение, 1987).
Рис. 2. Коэффициенты аэродинамического сопротивления неких автомобилей (по разным оценкам).
0,56-0,57 "Нива"
0,45-0,5 "Жигули"
0,41-0,46 VAZ 2109
0,4 "Ока"
0,38-0,43 "Moskvich 2141"
0,36 "Татра-87"
0,34-0,35 VAZ 2110
Рис. 3. Аэродинамический тормоз самолета - большой щиток "поперек потока".
Рис. 4. Уменьшение коэффициента аэродинамического сопротивления за счет установки "затратных частей" на кабину либо переднюю стену кузова.
КЛУБ Автовладельцев
Резвее ВЕТРА ЛЕЧУ...
В век огромных скоростей аэродинамика автомобиля стала небезразлична каждому автомобилисту. За плохие решения дизайнеров
и конструкторов рассчитываемся мы, потребители,
мирясь с ухудшенными высокоскоростными и экономическими
показателями машины, - и практически швыряем Энциклопедия грузовых автомобилей на ветер.
О неких качествах аэродинамики ведет беседу Андрей ЗАБЕЛИН.
НЕПРОСТЫЕ Задачки...
На нашей планетке все, что может мало-мальски стремительно двигаться, испытывает на для себя сопротивление атмосферы либо аква стихии. Для нас, автомобилистов, "противником" номер один является воздух (ЗР, 1997, № 7), при этом необыкновенную роль тут приобретает аэродинамика конкретно легкового автомобиля. Почему? Представте, что, не меняя форм машины, ее удалось сделать на третья часть легче. (В реальности это было бы очень тяжело!) И что все-таки? В расчете, который мы с вами делали в той статье, сопротивление качению колес снизилось бы на третья часть - с 24 до 14 кгс. И только! Аэродинамическое же сопротивление останется прежним.
Означает, признавая необходимость облегчения автомобиля (ему ведь приходится и разгоняться, и тормозить, и подъемы брать!), подчеркнем: главные характеристики легкового автомобиля на больших скоростях зависят сначала от его аэродинамических свойств.
Кстати, вопросами аэродинамики в нашу эру приходится заниматься даже строителям. От того, как хорошо спроектировано здание, зависит его способность противостоять ветру, эффективность вентиляции, отопления и т.д. Похожие задачки выслеживаются и в автомобиле. Дело ведь не только лишь в том, чтоб машина была очень "обтекаемой". Необходимо еще, чтоб действующие со стороны воздушного потока силы не усугубляли ее поведения на дороге, вызвав неустойчивость. Как обеспечить не плохое остывание мотора, агрегатов, функционирование климатической установки и тормозов - да чтоб расход воздуха на это был наименьшим, по другому опять-таки возрастет сопротивление? Если автомобиль обустроен спойлерами, антикрыльями, то тут своя задачка - обеспечить их наивысшую эффективность. От аэродинамики подкапотного места зависит... рассредотачивание пыли, а отсюда - срок службы фильтров, чистота воздуха в салоне и т.д. Очень важную роль играет конструкция стоек крыши, водосливных желобов и других схожих устройств (при неудачных решениях резко возрастает сопротивление, шум, вода попадает на боковые стекла). Степень загрязнения осветительных устройств также связана с аэродинамикой машины.
Другими словами, аэродинамическая наука в применении к автомобилю решает очень противоречивые задачки.
Физические законы беспристрастны - ни какой-то из них не может отменить даже Господь Бог (возможно, в этом его драма!..). Мы не раз уже гласили, что сопротивление воздуха пропорционально квадрату его скорости относительно автомобиля, а сопротивление качению шин от скорости (в узнаваемых границах) практически не зависит, зато определяется весом машины. Вот почему для грузовиков аэродинамика все-же вторична - тут важнее вес. Вообразим магистральный грузовик весом 40 тонн с хороший аэродинамикой - Сх = 0,5. При лобовой площади 8 м2 и скорости 90 км/ч сопротивление воздуха составит 165 кгс, а сопротивление качению - 600 кгс. Для чего же тогда обладатели таких машин оснащают их дополнительными обтекателями? Дело в том, что сила "600", по существу, оплачена заказчиком - она связана с полезной нагрузкой. Пустой "мастодонт" покатится легче, да и дохода не принесет... Сила же "165" - просто вредная, ее необходимо снижать. Установленный обтекатель "работает" повсевременно, независимо от нагрузки машины, - и равномерно себя оправдывает...
ДРУГИЕ Причины
Понятно, что, не считая формы автомобиля, важен и его размер - в известную вам формулу заходит лобовая ("миделева") площадь машины. Для легковых автомобилей она изменяется зависимо от класса приблизительно от 1,5 до 2,5 м2. У грузовиков может быть в 3-4 раза больше. Дальше в формуле бытует плотность воздуха. Величина, строго говоря, не неизменная. К примеру, на высокогорных дорогах она может быть раза в полтора меньше, чем на улицах городка.
Как определяют коэффициент аэродинамического сопротивления? Хотя тут вероятны различные подходы, более подходящим для этого "инвентарем" признана аэродинамическая труба, при этом - довольно большая, позволяющая испытывать натурный автомобиль, а не его модель. Инструмент, заметим, очень дорогой... Ведь некие современные трубы, применяемые для "продувок" авиационных объектов, потребляют энергию, сопоставимую с мощностями огромных электрических станций. Авто трубы, кстати, часто не достаточно им уступают.
Почему коэффициент нередко обозначают Сх? Буковкой "х" обозначают продольную ось автомобиля, самолета, корабля. Таким макаром, индекс "х" при коэффициенте показывает на то, что машина обдувается строго симметричным потоком, с углом скоса, равным нулю. Если машину поставить под неким углом к сгустку, итог станет другим. Кстати, аэродинамика занимается и этим: нам же небезразлично, как поведет себя машина при боковом ветре! "Углубляться" дальше в эту область не будем, но заметим, что суровое исследование аэродинамики машины просит учета иногда самых внезапных деталей.
Конкретно эти исследования иногда дают очень любопытную картину! Так, компания "Фольксваген", изучив аэродинамические свойства 86 (!) европейских легковых автомобилей выпуска 1971-1978 гг., обусловила для их "среднее" значение Сх = 0,44 - другими словами в те годы он был близок к показателю наших "жигулей". Куда увлекательнее другое: разброс меж большими и меньшими значениями Сх составил... 40%! Если учитывать, что сравнивались авто 1-го класса, а многие очень похожи по форме, то таковой "смешный" итог по сути означал, что коэффициент сопротивления может варьироваться в широких границах зависимо от того, как кропотливо отработаны, казалось бы, незначительные Ремонт и эксплуатация. Это щели меж капотом, дверцами и кузовом, метод установки остекления, конструкция внешних зеркал, бамперов, дисков колес и т.д. Очень важную роль играют малозаметные различия в углах наклона стекол, сужении задней части кузова, конфигурации крышки багажника...
Наружность ОБМАНЧИВА...
Рассуждая чисто прозаически, многие из нас именуют обтекаемым тот автомобиль, который таким только кажется. Если сопоставить "Татру-87" 40-х годов с современной нашей "девяткой", то какой из 2-ух отдадите предпочтение? Но поначалу отметим, что, скажем, VAZ 21099 с его быстрой, оживленной наружностью имеет коэффициент сопротивления около... 0,41. Другими словами не так далековато удрал от "Жигулей", для которых различные источники называли Сх от 0,45-0,46 до 0,5 (рис. 2).
Интересно, что, рассчитав, исходя из динамических характеристик, значение Сх для VAZ 2110, как мы это делали в ЗР, 1997, № 7, вы получите около 0,35... И данную величину нам не так давно подтвердили спецы ВАЗа.
Со времен возникновения первых аэродинамических труб через их много воздуха утекло. Некие "азбучные" числа спецам известны, как нам - таблица умножения. На рис. 1, а показаны примеры геометрических тел и результаты их продувок. Более обтекаемое - тело вращения, напоминающее вытянутую каплю, его Сх= 0,04. Заменив же его сферой, мы получаем Сх = 0,47. Рост сопротивления более чем в 10 раз!
Настолько большая разница разъясняется тем, что у "шарика" нет вытянутого хвоста, позволяющего сгустку сойтись за ним плавненько, без образования вихрей (рис. 1, б).
Но куда больше озабочивает неподготовленного человека конус! Для него Сх=0,5. Куб - разумеется - плохо обтекаем. Вправду, для него Сх=0,8 - 1,05 зависимо от направления оси "х". Плоские пластинки (поперек потока) дают значения Сх до 1,17 - 1,19. Не случаем так смотрятся воздушные тормоза на самолетах (рис. 3)! Но заметьте: многие грузовики как будто сконструированы из схожих "тормозов" - видны кубы, конусы, цилиндры, плоские пластинки. Вот где резервы для совершенствования.
Тут же, на рисунке показано полутело вращения (половина "капли"), приближенное к основанию. Это очень принципиальная для нас модель. Исследования проявили, что даже у "капли" по мере приближения к основанию сопротивление возрастает, так как симметричная картина обтекания нарушается. К тому же реальный автомобиль должен, как минимум, иметь к тому же колеса, не вписывающиеся в обводы тела вращения. Такая модель имеет поблизости основания Сх=0,09. Это - одна из "безупречных" моделей, к которой стремятся конструкторы автомобилей. Естественно, стопроцентно воплотить ее не удается - хотя бы поэтому, что автомобиль при данном габарите должен быть довольно малогабаритным, без искусственно удлиненного "хвоста". Исследования ряда компаний демонстрируют, но, что возникновение автомобиля с коэффициентом аэродинамического сопротивления около 0,15 в дальнейшем полностью реально... Поживем - увидим!
Много увлекательного можно выяснить из специальной литературы об аэродинамике грузовиков, к примеру очень фаворитных в наше время седельных тягачей и автопоездов. Выше мы уже упоминали дополнительные обтекатели, устанавливаемые на кабину тягача либо на переднюю стену выступающего над кабиной кузова. Подобные устройства в неких случаях очень эффективны - вы сможете судить об этом по рис. 4. Опытный подбор таких "затратных частей" может привести к понижению аэродинамического сопротивления машины (при симметричном обтекании) практически на третья часть.
Более увлекателен вопрос об обтекании автопоезда - с учетом того, как оказывают влияние друг на друга его составные части. Кстати, это касается и автовладельца, если он эксплуатирует автомобиль с прицепом. Последний, находясь в "спутной струе" за тягачом, не непременно должен резко прирастить общее сопротивление, как многие задумываются. Потому некое увеличение расхода горючего при буксировке прицепа определяется, в главном, увеличением веса по сопоставлению с одиночным автомобилем и большей нагрузкой на движок при разгоне либо на подъемах дороги. Вот такая это увлекательная наука - аэродинамика!
Ну как насчет "Татры-87"? Когда Ледвинка сделал эту машину, в 40-х годах, для нее именовался прямо-таки умопомрачительный показатель: Сх=0,244! По-видимому, сыграло роль то событие, что испытание проводилось на модели в масштабе 1:5, а при всем этом ряд причин тяжело учитывать. Позже, при оценках по практически приобретенным тяговым показателям, именовался Сх=0,31. И исключительно в 1979 году в трубе компании "Фольксваген" изучили, в конце концов, "натурный" объект, взяв его из авто музея. Оказалось, что у "старушки" "Татры-87" Сх=0,36. Видите ли, совершенно хороший даже по нынешним меркам. Правда, "Татра-87", при некой угловатости отдельных частей, все таки очевидно подражает упоминавшейся "полукапле": движок сзади, в "хвосте", миделево сечение несколько смещено вперед. Ледвинка знал, чего добивался.
Сейчас у наилучших легковых автомобилей коэффициент аэродинамического сопротивления стал ниже 0,3 и приближается к 0,25 (купе " Опель Калибра" - 0,26!). Похоже, мы вступаем в эру все более совершенных, быстро развивающихся в этом направлении машин. Довольно сопоставить хотя бы сегодняшние " Audi А6" либо " Фольксваген Пассат" с их предшественниками, выпускавшимися всего 5-6 годов назад, чтоб это узреть. Гости Автосалона-97 в Москве имели эту возможность...
Рис. 1. Коэффициенты аэродинамического сопротивления разных тел (см. "Аэродинамика автомобиля" под ред. В.Гухо, М., Машиностроение, 1987).
Рис. 2. Коэффициенты аэродинамического сопротивления неких автомобилей (по разным оценкам).
0,56-0,57 "Нива"
0,45-0,5 "Жигули"
0,41-0,46 VAZ 2109
0,4 "Ока"
0,38-0,43 "Moskvich 2141"
0,36 "Татра-87"
0,34-0,35 VAZ 2110
Рис. 3. Аэродинамический тормоз самолета - большой щиток "поперек потока".
Рис. 4. Уменьшение коэффициента аэродинамического сопротивления за счет установки "затратных частей" на кабину либо переднюю стену кузова.