Аэродинамика автомобиля — основы

Описание

Подъёмная сила представляет собой полезную составляющую аэродинамической силы, которая поддерживает летательный аппарат в воздухе. Лобовое сопротивление, напротив, приводит к дополнительному расходу энергии летательного аппарата и является вредной составляющей. Таким образом, их отношение позволяет характеризовать качество летательного аппарата. Большему аэродинамическому качеству соответствует большая подъёмная сила и (или) меньшее сопротивление движению.

Максимальное значение аэродинамического качества для самолёта соответствует наивыгоднейшему углу атаки для осуществления планирования на максимальную дальность в спокойной атмосфере.
Аэродинамическое совершенство самолёта определяется меньшим лобовым сопротивлением при данной подъёмной силе.

На поляре, которая представляет собой объединённый график зависимости коэффициентов лобового сопротивления и подъёмной силы от угла атаки, аэродинамическое качество для каждого угла атаки является тангенсом угла наклона линии, соединяющей начало координат, с точкой поляры, соответствующей этому углу атаки.

В более простом представлении аэродинамическое качество можно расценивать как расстояние, которое может пролететь летательный аппарат с некоторой высоты в штиль с выключенным двигателем (если он вообще есть). Например, на планере качество обычно около 30, а на дельтаплане — 10). То есть с высоты в 1 километр спортивный планер сможет пролететь в идеальных условиях приблизительно 30 км, а дельтаплан — 10.

От теории к практике

В 19 веке изобретатели взглянули на крыло с научной точки зрения. И благодаря исследованиям механизма полета птиц была изучена аэродинамика в действии, которую позже применили к искусственным летательным аппаратам.

Особо в исследованиях механики крыла преуспел Отто Лилиенталь. Немецким авиаконструктором создано и испытано 11 типов планеров, в том числе биплан. Им же совершен первый полет на аппарате тяжелее воздуха. За относительно недолгую жизнь (46 лет) он совершил порядка 2000 полетов, постоянно совершенствуя конструкцию, которая скорее напоминала дельтаплан, чем самолет. Он погиб во время очередного полета 10 августа 1896 года, став и первопроходцем аэронавтики, и первой жертвой авиакатастрофы. Кстати, один из планеров немецкий изобретатель лично передал пионеру в изучении аэродинамики самолетов Жуковскому Николаю Егоровичу.

Жуковский не просто экспериментировал с конструкциями самолетов. В отличие от многих энтузиастов того времени, прежде всего он рассматривал поведение воздушных потоков с научной точки зрения. В 1904 году он основал первый в мире аэродинамический институт в Качино под Москвой. С 1918 года возглавлял ЦАГИ (Центральный аэрогидродинамический институт).

Примечания

1. ↑
   Аронин Г.С. Практическая аэродинамика. — М.: Военное издательство Министерства обороны, 1962, с. 68–75.
2. ↑
3. ↑ Справочник авиационного инженера / Под ред. В. Г. Александрова. М.: Транспорт, 1973. С. 83.
4.  (недоступная ссылка). Дата обращения 1 сентября 2011. Список чемпионов дерби-гонок 2009 (вингсьюты, 90 секунд) (недоступная ссылка с 05-05-2016 )
5. ↑ Практическая аэродинамика самолёта МиГ-25РБ. — М.: Военное издательство МО СССР, 1978. — 320 с. — (Учебное пособие).
6. ↑ Loftin L. K., Jr., 1985.
7. Практическая аэродинамика самолёта Су-24. — М.: ВВИА им. Жуковского. — 318 с. — (Учебное пособие).
8. Шифрин М. Н. Практическая аэродинамика самолёта Ан-2. — 2-е издание, переработанное. — М.: «Транспорт», 1972. — 200 с. — 16 000 экз.
9. Самолет Л-39. Руководство по летной эксплуатации. — М.: Военное издательство МО СССР, 1988. — 334 с.
10. ↑
11. Практическая аэродинамика самолёта МиГ-29. — М.: ВВИА им. Жуковского. — 316 с. — (Учебное пособие).
12. Практическая аэродинамика самолётов МиГ-23МЛ и МиГ-23УБ. — М.: ВВИА им. Жуковского. — 368 с. — (Учебное пособие).
13. ↑
14. ↑ Шавров, 1994.
15. Ю.Н. Стариков. Практическая аэродинамика самолёта Ил-62М. — Ульяновск: Центр ГА СЭВ, 1989. — 72 с.
16. В.П. Бехтир. Практическая аэродинамика самолёта Як-42. — М.: «Транспорт», 1989. — 190 с. — ISBN 5-277-00510-2.
17. И. М. Варуха, В. Д. Бычков, Е. Л. Смоленский. Практическая аэродинамика самолёта Ан-12. — М.: «Транспорт», 1971. — 180 с.
18. П.Т Бехтир, В.П. Бехтир. Практическая аэродинамика самолёта Ил-76Т. — М.: «Машиностроение», 1979. — 155 с.
19. Л. Е. Богославский, М. Н. Шифрин. Практическая аэродинамика самолёта Як-40. — М.: «Машиностроение», 1977. — 96 с.
20. П.Т Бехтир, В.П. Бехтир. Практическая аэродинамика самолёта Ил-18. — М.: «Транспорт», 1972. — 200 с.
21. Г. С. Пуминова. Часть 1 // Практическая аэродинамика самолёта Ту-154Б (Ту-154М). — СПб.: Академия ГА, 1995. — 67 с. — (Методическая разработка).
22. Л.Е. Богославский. Практическая аэродинамика самолёта Ан-24. — 2-е издание, дополненное. — М.: «Транспорт», 1972. — 200 с.
23. В.П. Бехтир. Практическая аэродинамика самолёта Ил-86. — 2 издание, доработанное. — Ульяновск: Центр ГА СЭВ, 1991. — 135 с.
24. Т. И. Лигум. Аэродинамика самолёта Ту-134А-3 (Б-3). — М.: «Транспорт», 1987. — 257 с.
25. ↑
26. Удалов К. Г.; Брук А. А.; Смирнов С. Г. Самолёт М-17. — М.: Авико Пресс, 1993. — С. 19. — 56 с. — (Самолёты ЭМЗ им. В. М. Мясищева).

Улучшение аэродинамики автомобиля

Машина движется в воздушной среде, преодолевая ее сопротивление. Оно во многом определяется формой автомобиля, наличием и конструкцией внешних устройств. Для первых представителей авто, например «жестянка Лиззи», это не имело никакого значения, скорости движения были невелики, и время думать о том, что надо улучшать аэродинамику автомобиля, еще не пришло.

Однако по мере взросления автопрома росли скорости и мощности моторов, так что для дальнейшего развития и совершенствования автомобиля, вопросы, затрагивающие улучшение его аэродинамики, становились все более и более актуальными. Главные цели улучшения аэродинамических показателей — увеличение скоростей и экономия топлива. В таблице показано как меняется сопротивление воздуха в зависимости от скорости.

Первыми с этим столкнулись спортивные машины, 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 еще не шло.

Но со временем именно топливная экономичность, вопросы безопасности и управляемости 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.

Как пример – в таблице приведены некоторые данные о влиянии внешних элементов на расход топлива.

Так что со временем улучшение эксплуатационных характеристик автомобиля, стало просто невозможно без учета влияния на них его аэродинамики. И достигается это кропотливым трудом многочисленных специалистов на специальных стендах.

Аэродинамика автомобиля имеет отношение практически ко всему спектру вопросов существования современного ТС. Дело не только в наличии внешних атрибутов, таких как спойлеры, колесные диски или зеркала специальной формы. Во многих случаях аэродинамика играет едва ли не решающую роль в управляемости и безопасности движения. И собираясь улучшать аэродинамику автомобиля самостоятельно, стоит понимать, что этим занимался производитель еще на этапе производства.

Мне нравитсяНе нравится

Подъем и перемещение

Общая аэродинамическая сила, действующая на тело, обычно считается состоящей из двух компонентов: подъем и перемещение. По определению компонент силы, параллельный встречному потоку, называется перемещением, в то время как компонент, перпендикулярный встречному потоку, называется подъемом.

Эти азы аэродинамики имеют огромное значение для анализа аэродинамического качества крыла. Подъем производится путем изменения направления потока вокруг крыла. Изменение направления приводит к изменению скорости (даже если нет изменения скорости, как это видно при равномерном круговом движении), что является ускорением. Поэтому для изменения направления потока требуется, чтобы сила была приложена к текучей среде. Это хорошо видно на любом самолете, достаточно взглянуть на схематическое изображение аэродинамического качества Ан-2.

Но не все так просто. Продолжая тему аэродинамического качества крыла, стоит отметить, что создание подъема воздуха под ним находится под более высоким давлением, чем давление воздуха над ним. На крыле конечного промежутка эта разность давлений заставляет воздух течь от корня нижнего поверхностного крыла к основанию его верхней поверхности. Этот пролетный поток воздуха сочетается с текучим воздухом, вызывая изменение скорости и направления, которое скручивает поток воздуха и создает вихри вдоль задней кромки крыла. Созданные вихри неустойчивы, они быстро объединяются для создания вихрей крыла. Результирующие вихри изменяют скорость и направление воздушного потока за задней кромкой, отклоняя ее вниз и тем самым вызывая задвижку за крылом. С этой точки зрения, например, самолет МС-21 имеет аэродинамическое качество на высоком уровне.

Сравнение методов расчетов аэродинамических свойств

Расчет обтекания самолета

Обтекание автомобиля не может быть рассмотрено в виде отдельных, независимых друг от друга полей потоков. Правда, с помощью разработанного в самолетостроении «метода панелей» для такого сложного тела, каким является автомобиль, с учетом влияния основания можно рассчитать свободный от сил трения поток, как это описано, например, в работах Ахмеда и Гухо. Но, как наглядно показывает и (см. Аэродинамика автомобиля — основы), картина обтекания автомобиля существенно изменяется под воздействием сил трения. Области срывающегося потока оказывают весьма существенное влияние на процесс обтекания, так что разделение расчета на определение свободного от трения внешнего потока и пограничного слоя предпринять нельзя. На и схематически показаны все зоны, в которых может иметь место отрыв; к ним следует добавить и не показанные срывы потока от деталей шасси.

Рисунок 1 — Схема обтекания легкового автомобиля

Рисунок 2 —

Только часть этих срывов можно предотвратить за счет аэродинамического формообразования. Отрывы потока в задней части автомобиля, как правило, предотвратить нельзя вследствие необходимости соблюдения ряда требований по ограничению габаритной длины, обеспечению удобства посадки и объему багажника.

Воздействие на отрыв, т. е. его предотвращение, либо его целенаправленное провоцирование является существенной частью аэродинамической доработки автомобиля.

• Основы аэродинамики автомобиля
• Области науки родственные с аэродинамикой автомобиля

Основные понятия аэродинамики

Чтобы легче разобраться в аэродинамике, определимся с терминами, принятыми в этой науке.

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.

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.

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.

Коэффициент подъемной силы (Су). Тоже безразмерный, определяется аналогично Сх. Зависит от форм автомобиля, его ориентации в пространстве, чисел Рейнольдса и Маха.

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.

Сила сопротивления воздуха

Сила сопротивления воздуха вычисляется по формуле:

F=12⋅Cx⋅ρ⋅S⋅V2{\displaystyle F={{1 \over 2}\cdot {C_{x}}\cdot \rho \cdot {S}\cdot {V^{2}}}}

Где ρ{\displaystyle \rho } — плотность воздуха, S —площадь поперечной проекции автомобиля, Cx{\displaystyle C_{x}} — 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 путём 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.

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.

Исторические примеры

Прямоугольное планетарное крыло создает более сильные вихревые вибрики, чем коническое или эллиптическое крыло, поэтому многие современные крылья сужаются для улучшения аэродинамического качества. Однако эллиптическая плановая форма более эффективна, так как индуцированная промывка (и, следовательно, эффективный угол атаки) постоянна по всему размаху крыльев. Из-за производственных осложнений у немногих самолетов есть эта плановая форма, самые известные примеры: «Спитфайр» времен Второй мировой войны и «Тандерболт». Конические крылья с прямыми передними и задними краями могут приближаться к эллиптическому распределению подъема. Как правило, прямые обрезанные без конуса крылья производят 5 %, а конические крылья производят на 1-2 % больше индуцированного сопротивления, чем эллиптическое крыло. Следовательно, они обладают лучшим аэродинамическим качеством.

Сила сопротивления воздуха

Сила сопротивления воздуха вычисляется по формуле:

F=12⋅Cx⋅ρ⋅S⋅V2{\displaystyle F={{1 \over 2}\cdot {C_{x}}\cdot \rho \cdot {S}\cdot {V^{2}}}}

Где ρ{\displaystyle \rho } — плотность воздуха, S —площадь поперечной проекции автомобиля, Cx{\displaystyle C_{x}} — 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 путём 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.

Подъёмная сила крыла. Часть №3.

Послесловие к Части № 1-2.

Замечание 1.Таб. Величины лобовых аэродинамических сопротивлений Сd тел различной формы.
Левая таблица- тела вращения. Правая таблица- балки заданного сечения.Замечание 2.

Практическое применение тонких изогнутых радиусных крыльев в современных конструкциях.

Рис.23. Профиль аэродинамической лопатки, применяемой в современной аэродинамической трубе в качестве наборного поворотно-спрямляющего устройства в воздушном тракте АДТ.Рис.24.Расположение поворотных лопаток в тракте АДТ в 3Д-визуалищзации.Рис.25. Профили рабочих лопаток газовой турбины и визуализация потока газов на них.

Критика существующего Теоретического объяснения Подъёмной Силы на крыле самолёта

1. Основной тиражируемой Версией образования подъёмной силы на крыле заявляется разность скоростей течения воздуха (жидкости) над крылом и под крылом, и вследствие этого возникает перепад давления согласно Закону Бернулли. При этом однозначно связывают через закон Бернулли расчётную скорость потока на поверхности крыла с инструментально регистрируемым давлением на крыло, игнорируя другие возможные объяснения на основе не менее базовых законов физики.
2. При анализе обтекания идеальной невязкой жидкостью профилей в плоских течениях удивительным образом получали кратное повышение скоростей потока в сравнение с базовой скоростью V0. То есть опровергается закон сохранения энергии, так как энергия на разгон потока берётся ниоткуда, кратно превышая энергию набегающего на крыло потока. При этом игнорируется постулат гидродинамики, что по тому же закону Бернулли при истечении струи из-под уровня скоростной напор однозначно ограничивается сверху статическим напором в сосуде, то есть скоростной напор струи после разгона на крыле не может превысить статического давление сжатой при торможении среды.

Неоднозначность связи разрежения над крылом с повышенной скоростью потока

F=m*V^2/Rm= q*S*dR P=q*V^2*dR/RРис.1. Геометрия тонкого крыла постоянной кривизныРис.2. Предполагаемый режим обтекания тонкого радиусного крылаРис.3. Характер распределения давления по тонкому радиусному крылу и равнодействующие силы по направлениямFy=Ркр*Bкр= 2356*1=2356 Н/м.п.Fx=Ркр*Нкр= 2356*0,2=462 Н/м.п.Таб.1. Давления искривлённых слоёв воздуха на крыло постоянного радиуса R=2,6 м в зависимости от скорости полёта.Таб.2. Давления искривлённых слоёв воздуха на крыло постоянного радиуса R=0,26 м в зависимости от скорости полёта.Таб.3. Изменение параметров крыла постоянного радиуса R=2,6м при различных углах профиля (ширина профиля) на постоянной скорости полёта.Таб.4. Изменение параметров крыла переменного радиуса кривизны при постоянной ширине профиля В=1м на постоянной скорости полёта. Ниже график качество крыла К (синим, значения по оси Y) и график Fу ( красным, в безразмерном масштабе) в зависимости от угла Ак кривизны профиля крыла по оси Х. Граф. Зависимость качества крыла (синим) и подёмной силы (красным) от угла профиля Ак по оси X. По оси Y отложены величины качества крыла в безразмерных единицах. Размерность подёмной силы по оси Y условно не показана.Рис.4. Крыло несимметричного профиля с плоской нижней обтекаемой поверхностью: а) выпрямленное положение для скоростного полёта; б) крыло с максимальной кривизной при полностью выпущенной механизацией.F=d (m*V)/dTFy2= (dR*10*q*Vo)*Vo*sinАкрFy1=Ркр*BкрРкр= (dR*10*q*Vo)* Vo/RBкр=R* sinАкрFy= Ркр*Bкр= (dR*10*q*Vo)*Vo*sinАкр

Несколько слов о самом движении

Хотим мы этого или нет, но машине при движении требуется преодолевать противодействие внешней среды. На нее действуют силы тяжести, инерции, сцепления с дорожным полотном, трения сопротивления качения, но для нас сейчас более интересны те из них, которые имеют отношение к аэродинамике. Для автомобиля с этой точки зрения актуальны:

• сила сопротивления среды;
• подъемная сила, образованная воздушным потоком;
• прижимная сила.

Именно их соотношение (равнодействующая) определяет устойчивость, маневренность и экономичность автомобиля на дороге. Величина отмеченных сил во многом зависит от параметров движения. Сопротивление, оказываемое встречным потоком, определяется квадратом скорости и соответствующими коэффициентами. Но характер поведения других сил, обусловленных аэродинамикой, более сложный.

При разгоне и движении ТС, препятствующий этому воздух делится на несколько потоков. Один из них обтекает машину сверху и прижимает ее к дороге. Другой проходит под днищем, по закону Бернулли он является более плотным и приподнимает машину, а остальные обтекают ее с боков.

Это самое краткое и минимальное описание сил аэродинамики. Как пример можно привести их распределение, действующих на автомобиль при определенной скорости в зависимости от формы машины и наличия внешних элементов.

Простое сравнение результатов показывает, что даже минимальное улучшение, такое как изменение формы кузова и использование внешних элементов (спойлеров), приводит к тому, что аэродинамика автомобиля может поменяться самым кардинальным образом

Но относиться к этому надо достаточно осторожно, и вряд ли целесообразно экспериментировать самому

Сравнение подходов к оценке аэродинамических характеристик

расчетная аэродинамическая модель

При проектировании автомобиля вопрос его аэродинамики решается иным образом, оптимизация формы с точки зрения аэродинамики осуществляется исключительно экспериментальным путем. Правда, здесь есть преимущество: вследствие меньших по сравнению с самолетом габаритных размеров автомобиля исследования в аэродинамической трубе могут проводиться с использованием моделей в натуральную величину или прототипов.

Такой подход определяется двумя причинами.

Во-первых, аэродинамика для автомобиля имеет иное значение, чем для самолета. Качество автомобиля не определяется его аэродинамикой в такой степени, как это имеет место для самолета. Важнейшие критерии оценки проектируемого автомобиля во многом ориентируются на требования стиля, ходовые качества, технологию его изготовления. К акцентированию роли аэродинамики ведет увеличение цен на топливо.

Во-вторых, по сравнению с аэродинамикой самолета отсутствует надежная теоретическая база. Правда, постоянно предпринимались попытки использовать выводы аэродинамики самолета применительно к аэродинамике автомобиля, и при решении отдельных проблем были достигнуты заметные успехи. Тем не менее до настоящего времени отсутствует целостная законченная теория аэродинамики автомобиля.

Сжимаемость

Несжимаемый поток — это поток, в котором плотность постоянна как во времени, так и в пространстве. Хотя все реальные жидкости являются сжимаемыми, поток часто аппроксимируется как несжимаемый, если эффект изменения плотности вызывает только небольшие изменения в расчетных результатах. Это более вероятно, когда скорость потока значительно ниже скорости звука. Эффекты сжимаемости более значительны на скоростях, близких к скорости звука или выше. Число Маха используется для оценки возможности несжимаемости, в противном случае должны быть включены эффекты сжимаемости.

Согласно теории аэродинамики, поток считается сжимаемым, если плотность изменяется вдоль линии тока. Это означает, что в отличие от несжимаемого потока учитываются изменения плотности. В общем, это тот случай, когда число Маха в части или во всем потоке превышает 0,3. Значение Маха 0,3 довольно произвольно, но оно используется, поскольку поток газа с отметкой ниже этого значения демонстрирует изменения плотности менее 5 %. Кроме того, максимальное изменение плотности 5 % происходит в точке стагнации (точка на объекте, где скорость потока равна нулю), тогда как плотность вокруг остальной части объекта будет значительно ниже. Трансонные, сверхзвуковые и гиперзвуковые потоки — все они относятся к сжимаемым.

Практическая аэродинамика

Выполнение нескольких несложных правил позволит вам получить экономию из воздуха, снизив расход топлива. Однако эти советы будут полезны только тем, кто часто и много ездит по трассе.

При движении значительная часть мощности двигателя тратится на преодоление сопротивления воздуха. Чем выше скорость, тем выше и сопротивление (а значит и расход топлива). Поэтому если вы снизите скорость даже на 10 км/ч, сэкономите до 1 л на 100 км. При этом потеря времени будет несущественной. Впрочем, эта истина известна большинству водителей. А вот другие «аэродинамические» тонкости известны далеко не всем.

Расход топлива зависит от коэффициента лобового сопротивления и площади поперечного сечения автомобиля. Если вы думаете, что эти параметры заложены на заводе, и автовладельцу изменить их не под силу, то вы ошибаетесь! Изменить их совсем несложно, причем можно добиться как положительного, так и отрицательного эффекта.

Что увеличивает расход? Непомерно «съедает» топливо груз на крыше. И даже бокс обтекаемой формы будет отнимать не менее литра на сотню. Нерационально сжигают топливо открытые во время движения окна и люк. Если перевозите длинномерный груз с приоткрытым багажником — тоже получите перерасход. Различные декоративные элементы типа обтекателя на капоте («мухобойки»), «кенгурятника», антикрыла и других элементов доморощенного тюнинга хоть и принесут эстетическое наслаждение, но заставят вас дополнительно раскошелиться. Загляните под днище — за все, что провисает и выглядывает ниже линии порога, придется доплачивать. Даже такая мелочь, как отсутствие пластиковых колпаков на стальных дисках, повышает расход. Каждый перечисленный фактор или деталь по отдельности увеличивают расход не на много — от 50 до 500 г на 100 км. Но если все суммировать, «набежит» опять же около литра на сотню. Эти расчеты справедливы для малолитражных автомобилей при скорости 90 км/ч. Владельцы больших автомобилей и любители блльших скоростей делайте поправку в сторону увеличения расхода.

Если выполнить все вышеперечисленные условия, мы сможем избежать излишних трат. А можно ли еще снизить потери? Можно! Но это потребует проведения небольшого внешнего тюнинга (речь идет, конечно, о профессионально выполненных элементах). Передний аэродинамический обвес не дает воздушному потоку «врываться» под днище автомобиля, накладки порогов прикрывают выступающую часть колес, спойлер препятствует образованию завихрений за «кормой» автомобиля. Хотя спойлер, как правило, уже включен в конструкцию кузова современного автомобиля.

Так что получать экономию из воздуха – вполне реально.

Совет	Экономия при 90 км\ч	Экономия при 120км\ч
Демонтировать верхний бокс	0,98	1,61
Демонтировать крепления для лыж	0,61	1,01
Закрыть окна	0,27	0,44
Установка переднего обтекателя	0,24	0,40
Закрыть люк в крыше	0,05	0,08
Установить колпаки на штампованные колеса	0,05	0,08

Топ автомобилей с самым лучшим Сх

Будем рассматривать марки машин от большего Сх к меньшему. Но в любом случае все они достойны наивысших похвал в плане аэродинамики.

Alfa Romeo Giulia

К 110-летию со дня основания компании Alfa Romeo её инженеры выпустили новую модель с улучшенными аэродинамикой и управляемостью. И хотя у потребителей эта марка ассоциируется со спорткарами, на этот раз свет увидел седан. Коэффициент Сх у него составил 0,24.

@search.creativecommons.org

Форма кузова, позволяющая увеличить прижимную силу, позаимствована из Формулы-1. Высоких показателей аэродинамических свойств удалось достигнуть за счёт переднего сплиттера и заднего крыла, выполненного из карбона. Именно это сочетание обеспечило баланс в нагрузке при езде на больших скоростях.

Hyundai Sonata Hybrid

Гордость южнокорейского автопрома обладает Сх=0,24. Благодаря усовершенствованиям в плане аэродинамики авто стало максимально экономичным. Только на электротяге гибрид может разогнаться до 120 км/ч.

@search.creativecommons.org

А переключившись на бензиновый двигатель, будет использовать 5,9 л топлива на 100 км. Суммарная силовая установка составляет 206 л. с.

Audi A4

В семействе Audi A4 похвастаться хорошими показателями может разве что 2.0 TDI ultra. Именно у этой модели показатель Сх=0,23. Audi ultra обладает мощностью в 190 лошадок. А прекрасных аэродинамических показателей удалось добиться благодаря специальным щиткам, экранирующим днище.

@youtube.com/TEST DRIVE FREAK

Не последнюю роль в этом деле играют и активные жалюзи в решётке радиатора. Во всех остальных моделях A4 показатели обтекаемости довольно скромные: в пределах 0,26–0,27. Только на 2.0 TDI ultra вам удастся расходовать 3,4–3,5 л солярки на 100 км, а в городской черте – всего 3,9–4 л.

Mercedes CLA

Если хотите получить аэродинамику на уровне 0,23, выбирайте не просто CLA, а конкретно версию BlueEfficiency, так как у спортивных версий коэффициент Сх намного выше. К примеру, CLA 250 4Matic обладает коэффициентом 0,29, а у AMG 45 он вообще составляет 0,3. В этих моделях производители пожертвовали обтекаемостью за счёт снижения подъёмной силы на предельных скоростях.

@search.creativecommons.org

К S классу в этом плане тоже есть вопросы. Ведь только S 300 h удовлетворяет требованиям современности, а даже «шестисотый» показывает скромный аэродинамичный коэффициент 0,28.

Tesla Model 3

«Электрокар для народа», естественно, американского, был презентован в 2017 году. Со своим Сх=0,21 модель демонстрирует аэродинамические чудеса, если сравнивать его с другими авто массового производства, а не отдельными опытными экземплярами.

@ru.wikipedia.org

Кузов седана гольф-класса выполнен в сверхобтекаемой форме. Только-только появившись в продаже, предзаказ на супер-Теслу сделали 300 тысяч человек. Потребителям предложены две серии: стандартная и премиальная.

General Motors EV1

Появившись на свет в 90-х годах прошлого столетия, именно эта модель долгие годы считалась самой-самой в мире. Коэффициент Сх General Motors EV1 равняется 0,195.

@ru.wikipedia.org

Изначально модель планировалась как электромобиль, получив название самого производителя. Хотя обычно автомобилям даются названия марок заводов-производителей. Двухместное купе, способное разгоняться до 160 км/ч, почему-то так и не было запущено в массовое производство. Выпущено всего 1117 авто модели EV1. По-видимому, EV1 намного опередила своё время.

Volkswagen XL1

Эта модель больше напоминает по внешнему виду космического пришельца. Форма облатки с невидимыми задними колёсами позволяет добиться Сх=0,189. Двигаться чудо-Фольксваген может благодаря гибридной силовой установке с дизельным мотором.

@search.creativecommons.org

Производители утверждают, что это авто будущего сможет расходовать всего 1 л топлива на каждые 100 км пути. И всё это благодаря чудесным свойствам аэродинамики. Но купить XL1 вам вряд ли удастся. Ведь она выпущена ограниченным тиражом всего в 250 штук.

Первые самолеты

Аэродинамика – это наука, позволившая человеку покорить небо. Без ее изучения было бы невозможно строить летательные аппараты, стабильно перемещающиеся в воздушных потоках. Первый самолет в привычном нам понимании изготовили и подняли в воздух 7 декабря 1903 года братья Райт. Однако этому событию предшествовала тщательная теоретическая работа. Американцы много времени посвятили отладке конструкции планера в аэродинамической трубе собственной разработки.

Во время первых полетов Фредерик В. Ланчестер, Мартин Вильгельм Кутта и Николай Жуковский выдвинули теории, которые объясняли циркуляцию воздушных потоков, создающих подъемную силу. Кутта и Жуковский продолжили разработку двумерной теории крыла. Людвигу Прандтлу приписывают развитие математической теории тонких аэродинамических и подъемных сил, а также работу с пограничными слоями.