Аэродинамика автомобиля: советы по выбору аэродеталей

Компоновка – среднемоторная, привод – задний

Особенность таких автомобилей – центр тяжести, который находится где-то в центральной части автомобиля.

Передок машины намного легче, что может привести к неконтролируемому заносу задней части авто или перевороту последнего.

Но столь негативные явления можно сбалансировать, если установить подходящие аэродинамические детали на передке машины (о них мы уже упоминали выше).

ПОПУЛЯРНОЕ У ЧИТАТЕЛЕЙ: Как удержать авто на мокрой дороге? Советы профессионалов

Не стоит забывать о задней части автомобиля, где диффузоры, спойлеры и антикрылья также могут пригодиться. С их помощью создается прижимная сила на заднюю ось.

Снова-таки, рассмотрим два основных типа авто.

Тест-драйвы, которые читают с этой статьей:

Тест драйв 14 сентября 2010

Nissan GT-R”Оправданный риск (GT-R)”

Интересные новости по теме

Сенсорные экраны признали причиной повышения смертности на дорогах

Тачскрины представляют опасность, поскольку они заставляют водителей больше отвлекаться от дороги. Эти выводы теперь подтвердили в Министерстве транспорта Великобритании, где признали сенсорные экраны виновными в смертях и серьезных травмах в ДТП 17 июля 2020

В Hyundai разработали круиз-контроль, который умеет думать

Концерн Hyundai Motor Group,объявил о завершении работы над первым в мире «умным» круиз-контролем, работа которого основана на методах машинного обучения 21 октября 2019

Автомобили Jaguar и Land Rover бросают вызов морю

Точнее – вызов морской болезни. Компания поставила перед собой амбициозную цель – искоренить укачивание в автомобилях, как класс. И это не пустые слова, так как разработка технологии идет в полную силу 02 ноября 2018

Автомобили Hyundai получат голосового помощника

Представители компании Hyundai на мотор-шоу в Нью-Йорке объявили о том, что с 2018 года все новые модели компании будут оснащаться голосовым помощником, который будет работать в паре с Google Assistant 14 апреля 2017

Lear Corporation обещает «умные» автокресла в серийных моделях через 3 года

Американцы обещают через три года внедрить в серийное производство автомобилей технологию «умного» кресла 22 декабря 2015

«Черные ящики» в автомобилях пока не появятся

Министерство транспорта РФ решило повременить с обязательной установкой «черных ящиков» в автомобилях 09 октября 2015

Porsche отказалась от Android Auto в пользу Apple CarPlay

В Porsche считают, что Android Auto собирает слишком много информации 07 октября 2015

Автопроизводители напрасно инвестируют в высокие технологии

Водителей не интересуют электронные «примочки» в машинах 27 августа 2015

Можно ли улучшить аэродинамику машины установкой специального комплекта?

Да, но к выбору аэродинамического обвеса следует подходить очень тщательно. Изготовить его на глазок нельзя. Должны проводиться кропотливые расчеты и долгие испытания. Финансировать подобные разработки по силам лишь крупным тюнинговым ателье вроде “Brabus” или “Alpina”. Такие комплекты действительно способны улучшить аэродинамику автомобиля.

Большинство же продукции на рынке – это кустарно выполненные поделки неизвестных азиатских компаний. Как правило, они привлекают клиентов агрессивным внешним видом. Но на этом их достоинства заканчиваются и начинаются недостатки.

Прежде всего однозначно вырастет расход топлива, поскольку дополнительные спойлеры и антикрылья сильно увеличивают аэродинамическое сопротивление автомобиля. Но главное – сделанный на коленке комплект может так изменить распределение подъемных сил по осям, что на высокой скорости машина станет просто небезопасной.

Порядок установки

Если вами движут дизайнерские побуждения, то такая идея более проста, все можно сделать непосредственно на машине. А когда вы стремитесь улучшить аэродинамику, приготовьтесь к более трудному, но интересному процессу.

Когда главной целью является улучшение внешности, то больших финансовых расходов можно избежать. В специальном магазине вы приобретете все нужные элементы – бампер, спойлер и т. п. Все это крепится прямо на кузовную часть.

Заводская основа остается без изменений, не придется даже сверлить новые отверстия. Любой автомобилист способен установить обвес самостоятельно. Особых навыков здесь не требуется, вся работа не отнимет у вас и трех дней. Но сразу приготовьтесь к тому, что декоративные элементы на приличной скорости могут отлететь, ведь они больше предназначены для городских прогулочных катаний, на серьезной трассе при хорошей скорости декор проявит свою слабость.

Монтаж обвеса по своим затратам считается средним тюнинговым вариантом. Элементы изготавливаются из особого пластикового материала, отличаются малым весом и хорошей прочностью. Есть умельцы, которые сами изготавливают бампер или спойлер по своим эскизам, однако большинство предпочитает приобретать уже готовые изделия, хотя такой вариант считается более затратным.

Для начала необходимо определиться, что вы хотите заменить. Лучше всего подготовить рисунки новых форм кузова. После этого можно переходить к техническим моментам реализации всего задуманного.

Это интересно: Прокат автомобилей — особенности партнерства

Возможности самостоятельного совершенствования аэродинамики автомобиля

Заниматься улучшением аэродинамических показателей серийных автомобилей должны профессиональные конструкторские бюро. Владельцы машин могут самостоятельно уменьшить сопротивление своего автомобиля, выполнив простые требования.

1. Соблюдать минимальную необходимость в накладках и декоративных элементах. Оставлять следует только крайне функционально необходимые.

2. Во время движения все окна и люки должны быть закрыты, только в этом случае Вы почувствуете улучшение аэродинамики автомобиля.

3. Все выдающиеся детали и узлы должны фиксироваться за несущие конструкции.

4. Кузов автомобиля подлежит полировке.

5. Приобретаемые дополнительные багажники и прицепы должны быть обтекаемой формы.

Обратившись в тюнинг – мастерскую к квалифицированному специалисту, можно подобрать себе автомобильное приспособление благодаря которому улучшается аэродинамика машины. За счёт дополнительных спойлеров, антикрыла и обвеса днища добивается уменьшение зоны разряжения и увеличивается прижимная сила.

Самостоятельные эксперименты с аэродинамикой автомобиля могут быть опасны. Неправильно подобранное антикрыло, разгрузив переднюю ось, значительно снизит управляемость. Так что выбор за Вами!

Поделитесь информацией с друзьями:

Основные действующие силы

Если вспомнить законы физики, то можно констатировать – во время движения на машину действует две основные силы – прижимная и подъемная.

При этом многое зависит от формы объекта, сталкиваясь с которым воздух поднимается или опускается к земле.

Сегодня есть множество моделей машин, у которых из-за неправильной формы кузова проявляется дополнительная подъемная сила. Последняя всеми силами пытается оторвать переднюю часть от земли. И чем выше скорость движение, тем мощнее данная сила.

Когда автомобиль сталкивается с потоком воздуха, у последнего есть всего два пути – уйти вверх или отправиться под днище транспортного средства.

Самое интересное, что во время езды давление воздуха под авто зачастую гораздо выше, чем над ним. Здесь проявляется так называемый «эффект Бернулли».

Молекулы воздуха быстрее перемещаются над верхним кузовом авто, поэтому там давление ниже. Под машиной плотность воздуха много больше, поэтому выше и давление.

Какой можно сделать вывод? На большой скорости потоки воздуха стараются оторвать переднюю часть от земли, но этому явлению сопротивляется сила тяжести.

Задачи при расчете аэродинамики автомобиля

Задача аэродинамики состоит в правильном распределении воздушных сил, которые действуют на движущийся предмет, и давление, которое оказывается на его поверхность. Вцелом, понятие «аэродинамическое качество» тем выше, чем выше сила подъема и ниже лобовое сопротивление.

Понятие аэродинамического сопротивления и подъемной силы часто используются в авиации. Подъемная сила в авиации – это положительный показатель, в автомобилестроении, же – отрицательный

Поэтому владельцы машин уделяют большое внимание даже самым малым значениям коэффициента аэродинамического качества. Задача конструкторов, вцелом, заключается в том, чтобы сократить аэродинамическое сопротивление транспортного средства и свести его подъемную силу к нулю

Она ухудшает взаимосвязь сцепления колес с дорогой и в ряде случаев может явиться причиной опрокидывания машины.

Проведем небольшую аналогию автомобиля с самолетом, ведь и там, и там, занимает свое законное место аэродинамика и ее законы. Закон Бернулли гласит: чем больше скорость потока воздуха, тем меньше его давление, и наоборот. По этой причине верхнюю площадь крыла самолета делают чуть больше, а это значит, что давление воздуха там меньше, чем снизу; благодаря этой разнице давлений самолет и имеет способность летать. Таким образом, крыло в движении обеспечивает самолет подъемной силой. В автомобилестроении же устанавливается антикрыло (напоминает по своему виду перевернутое крыло самолета), которое генерирует прижимающую силу. Автомобильное крыло, как правило, фиксируется отдельно от кузова на стойках. Благодаря этому положению, между рабочей плоскостью и поверхностью кузова возникает пространство для воздуха.

Advertisement

Что такое аэродинамика автомобиля

Как бы странно это ни звучало, чем с большей скоростью автомобиль движется по дороге, тем сильнее он будет стремиться оторваться от земли. Причина в том, что поток воздуха, с которым сталкивается транспортное средство, разрезается кузовом авто на две части. Одна проходит между днищем и дорожным покрытием, а вторая – над крышей, и огибает контур машины.

Если посмотреть на кузов автомобиля сбоку, то визуально он будет отдаленно напоминать крыло самолета. Особенность этого элемента летательного аппарата заключается в том, что воздушный поток над изгибом проходит больше пути, чем под прямой частью детали. Из-за этого над крылом создается разряжение, или вакуум. С увеличением скорости эта сила сильнее приподнимает корпус.

Подобный подъемный эффект создается и у автомобиля. Верхний поток огибает капот, крышу и багажник, а нижний – только днище. Еще один элемент, который создает дополнительное сопротивление, это приближенные к вертикали детали кузова (радиаторная решетка или лобовое стекло).

Скорость транспорта напрямую влияет на подъемный эффект. Причем форма кузова с вертикальными панелями создает дополнительное завихрение, которое снижает сцепление транспорта с дорогой. По этой причине владельцы многих классических автомобилей с угловатыми формами при тюнинге обязательно крепят к кузову спойлер и другие элементы, позволяющие увеличивать прижимную силу машины.

Аэродинамическое сопротивление автомобиля

В процессе проектирования и создания конструкторами очень тщательно прорабатывается аэродинамика автомобиля, поскольку она оказывает значительное влияние на технические показатели модели. При движении автомобиля большая часть мощности силовой установки уходит на преодоление сопротивления, создаваемого воздухом. И правильно созданная аэродинамика автомобиля позволяет уменьшить это сопротивление, а значит на борьбу с противодействием находящего воздушного потока потребуется затратить меньше мощности, и соответственно – топлива.

Измерение аэродинамики автомобиля проводится для изучения сил, создаваемых воздушным потоком и воздействующих на транспортное средство. И таких сил несколько – подъемные и боковые, а также лобовое сопротивление.

Прижимная сила

При движении автомобиля поток воздуха под его днищем идет по прямой, а верхняя часть потока огибает кузов, то есть, проходит больший путь. Поэтому скорость верхнего потока выше, чем нижнего. А согласно законам физики, чем выше скорость воздуха, тем ниже давление. Следовательно, под днищем создается область повышенного давления, а сверху – пониженного. Таким образом создается подъемная сила. И хотя ее величина невелика, неприятность состоит в том, что она неравномерно распределяется по осям. Если переднюю ось подгружает поток, давящий на капот и лобовое стекло, то заднюю дополнительно разгружает зона разряжения, образующаяся за автомобилем. Поэтому с ростом скорости снижается устойчивость и автомобиль становится склонен к заносу.

Каких-либо специальных мер для борьбы с этим явлением конструкторам обычных серийных автомобилей выдумывать не приходится, так как то, что делается для улучшения обтекаемости, одновременно увеличивает прижимную силу. Например, оптимизация задней части уменьшает зону разряжения за автомобилем, а значит и снижает подъемную силу. Выравнивание днища не только уменьшает сопротивление движению воздуха, но и повышает скорость потока и, следовательно, снижает давление под автомобилем. А это, в свою очередь, приводит к уменьшению подъемной силы. Точно так же две задачи выполняет и задний спойлер. Он не только уменьшает вихреобразование, улучшая Сх, но и одновременно прижимает автомобиль к дороге за счет отталкивающегося от него потока воздуха. Иногда задний спойлер предназначают исключительно для увеличения прижимной силы. В этом случае он имеет большие размеры и наклон или делается выдвижным, вступая в работу только на высоких скоростях.

Для спортивных и гоночных моделей описанные меры будут, естественно, малоэффективны. Чтобы удержать их на дороге, нужно создать большую прижимную силу. Для этого применяются большой передний спойлер, обвесы порогов и антикрылья. А вот установленные на серийных автомобилях, эти элементы будут играть только лишь декоративную роль, теша самолюбие владельца. Никакой практической выгоды они не дадут, а наоборот, увеличат сопротивление движению. Многие автолюбители, кстати, путают спойлер с антикрылом, хотя различить их довольно просто. Спойлер всегда прижат к кузову, составляя с ним единое целое. Антикрыло же устанавливается на некотором расстоянии от кузова.

Зачем это нужно

Обтекаемость позволяет воздуху быстрее проходить вдоль кузова без ненужных вихрей. Когда движение машины затрудняется увеличенным сопротивлением воздуха, мотор будет расходовать топливо в большем количестве, как будто машина перевозит дополнительный груз. Это повлияет не только на экономичность авто, но и на то, сколько вредных веществ будет выбрасываться через выхлопную трубу в окружающую среду.

Создавая автомобили с улучшенной аэродинамикой, инженеры ведущих автопроизводителей рассчитывают такие показатели:

• Какое количество воздуха должно попасть в подкапотное пространство, чтобы мотор получал должное естественное охлаждение;
• В каких частях кузова будет производиться забор свежего воздуха для салона машины, а также куда он будет отводиться;
• Что можно сделать, чтобы воздух создавал меньше шума в салоне авто;
• Подъемная сила должна распределяться на каждую ось в соответствии с особенностями формы кузова транспорта.

Все эти факторы учитываются при разработке новых моделей машин. Причем если раньше кузовные элементы могли меняться кардинально, то на сегодняшний день учеными уже разработаны самые идеальные формы, которые обеспечивают пониженный коэффициент лобовой подъемной силы. По этой причине многие модели последнего поколения внешне могут отличаться лишь незначительными изменениями в форме диффузоров или антикрыла по сравнению с предыдущей генерацией.

Помимо устойчивости на дороге аэродинамика может содействовать меньшей загрязняемости некоторых деталей кузова. Так, при столкновении с лобовым порывом ветра вертикально расположенные фары, бампер и ветровое стекло быстрее загрязнятся от разбившихся мелких насекомых.

Чтобы снизить отрицательный эффект, который создает подъемная сила, автопроизводители стремятся снижать клиренс до максимально допустимого значения. Однако лобовой эффект это не единственная отрицательная сила, которая влияет на устойчивость машины. Инженеры всегда «балансируют» между фронтальной и боковой обтекаемостью. Достичь идеального параметра в каждой зоне невозможно, поэтому при изготовлении нового типа кузова специалисты всегда идут на определенный компромисс.

Лобовое сопротивление и коэффициент Сх

По большей части все работы с кузовом авто направлены на преодоление лобового сопротивления, поскольку именно эта сила самая значительная.

Движение потоков воздуха

За основу при расчетах берется сила сопротивления воздуха. Для вычисления результата используются такие данные как плотность воздуха, площадь поперечной проекции авто, коэффициент аэродинамического сопротивления (Сх)  — это важнейший показатель в аэродинамике автомобиля. При этом на силу сопротивления в значительной мере влияет также скорость движения. Так, увеличение скорости вдвое будет сопровождаться повышением сопротивлением в 4 раза. Скорость один из мощных факторов увеличения расхода.

Например, для хорошо обтекаемого авто с площадью проекции 2 м2  и коэффициентом 0,3 при движении на скорости 60 км/ч для преодоления сопротивления воздуха необходимо 2,4 л.с., а при скорости 120 км/ч уже 19,1 л.с. Разница расхода топлива при таких условиях достигает 30% на 100 км.

Рассмотрим все по-простому. У воздуха есть своя плотность, причем немалая. При движении автомобилю приходится проходить через имеющиеся воздушные массы, при этом создается поток, который обтекает кузов. И чем легче авто будет «резать» воздушную массу, тем меньше он затратит на это энергии.

Но не все так просто. Во время движения перед авто создается область увеличенного давления (машина сжимает воздушную массу), то есть спереди образуется такой себе невидимый барьер, осложняющий «разрезание» воздушной массы.

Также после обтекания кузова происходит отрыв воздушного потока от поверхности, что становиться причиной появления завихрений и разрежения за авто. В сочетании с повышенным давлением возникающее разрежение еще больше увеличивает сопротивление.

Поскольку повлиять на плотность воздуха невозможно, то конструкторам остается только вносить коррективы в две другие расчетные составляющие – площадь авто и коэффициент аэродинамического сопротивления.

Но уменьшить проекцию авто не представляется особо возможным без ущерба для полезных пространств кузова (просто невозможно сделать авто меньше, чем он есть), поэтому остается только изменение коэффициента Сх.

Этот коэффициент устанавливается экспериментальным путем (в аэродинамической трубе) и характеризует он соотношение лобового сопротивления к скоростному напору и площади поперечного сечения кузова. Величина его безразмерная.

Аэродинамическая труба

Наименьший коэффициент аэродинамического сопротивления имеет каплевидное тело. При движении в воздушной массе такое тело плавно перед собой разводит поток, не создавая области повышенного давления, а имеющийся «хвост» позволяет за собой сомкнуть поток без обрывов и завихрений, то есть разрежение тоже отсутствует. Получается, что воздух просто обтекает тело, создавая минимальное сопротивление. Для такого тела коэффициент Сх составляет всего 0,05.

Конструкторам, работая с аэродинамикой автомобиля добиться, таких показателей пока не удается. И все потому, что при движении сопротивление создается несколькими факторами:

• Формой кузова;
• Трением потока о поверхности при обтекании;
• Попаданием потока в подкапотное пространство и салон.

Поэтому для современных авто коэффициент аэродинамического сопротивления считается отличным, если его значение ниже 0,3. К примеру, у Peugeot 308 коэффициент составляет 0,29, у Audi A2 он равен 0,25, а у Toyota Prius – 0,26. Но стоит отметить, что это расчетные показатели в идеальных условиях. На практике же во время движения на авто воздействуют множество разнообразных факторов, которые негативным образом сказываются на сопротивлении кузова.

Примечательно, что на коэффициент оказывает наибольшее влияние не передок авто, а его задняя часть. И виной этому становится создание разрежения и завихрений в результате отрыва потока от кузова. Поэтому конструкторы по большей части занимаются приданием необходимой формы именно задней части.

Коэффициент сопротивления Volkswagen XL1 составляет всего 0,19

Снизить коэффициент Сх позволяет также уменьшение количества выступающих частей, причем везде на авто (бока, крыша, днище, передок), а тем элементам, которые не удается убрать с поверхности придается максимально возможная обтекаемая форма.

Немного истории автоаэродинамики

Разработчики первых автомобилей не обращали особого внимания аэродинамическим показателям своих творений, поскольку на скоростях до 40 км/час, именно такие скорости развивали первые автомобили, это не имело принципиально значения. С увеличением скоростей, возрастает значение минимизации воздействия встречного воздушного потока.

Авторазработчики за идеями оптимизации аэродинамических показателей всё чаще начинают обращаться за опытом в пограничные технические отрасли – авиационную, воздухо- и мореплавание. Ещё до начала Второй Мировой Войны бельгийцем К. Женатци, австрийцем Э. Румплера и аэродинамических исследований Геттингентского Института была разработана концепция оптимального кузова автомобиля.

Концепция актуальна до настоящего времени. Современные изменения в кузове для улучшения аэродинамики и прочих показателей сводятся к оптимизации отдельных элементов (неровности, спойлеры, поверхностные стыки) с минимальными вмешательствами в дизайн.

Основное направление в снижении сопротивления автомобилей воздушному потоку – регулирование поперечного сопротивления. В среднем коэффициент лобового сопротивления составляет 0,37-0,34. Современные серийные модели имеют коэффициент намного ниже: Ауди А8 — 0,27, Лексус LS 460 – 0,26.

Основные элементы аэродинамического обвеса

Комплект аэродинамического обвеса представлен сочетанием нескольких основных элементов. Только при креплении всех элементов обеспечивается высокая прижимная сила. Комплект зачастую представлен:

1. Диффузорами – элемент заднего бампера, за счет которого существенно повышается прижимная сила. Они выглядят как выступы на нижней части конструкции. Диффузоры состоят из параллельных каналов, за счет которых существенно повышается скорость прохождения воздушного потока под автомобилем. Кроме этого, подобный элемент может перенаправлять воздушный поток в вакуумную зону.
2. Юбка или накладка на задний бампер – еще один элемент, за счет которого повышается обтекаемость задней части. Кроме этого, юбка может существенно снизить степень загрязнения заднего обвеса.
3. Юбка на передний бампер устанавливается крайне часто, так как приводит к повышению обтекаемости передней части кузова. За счет установки пластиковой накладки увеличивается прижимная сила спереди, за счет чего повышается степень управления на высокой скорости. Качественная накладка может перенаправлять воздушный поток для охлаждения тормозных дисков.
4. Задний спойлер на крыше багажного отделения устанавливается для равномерного распределения нагрузки на оси. При грамотном подборе этого элемента можно существенно повысить прижимную силу задней оси при движении на большой скорости.
5. Устанавливается спойлер и для заднего стекла. Чаще всего они встречаются на моделях купе и седан. За счет его установки увеличивается обтекаемость крыши, воздушный поток перенаправляется в нижнюю часть кузова.
6. Дефлекторы для заднего стекла напоминают «антикрыло». Характеризуется он относительно невысоким эффектом, также предназначен для обеспечения плавного перехода воздушной массы от крыши к задней части. Формирование подобного воздушного потока существенно снижает степень загрязнения стекла.
7. Верхнее антикрыло часто устанавливается на хэтчбеке. Выделяют несколько видов подобной конструкции: стационарные, регулируемые и съемные.
8. Обтекатели порогов устанавливаются под боковыми дверьми, также повышают степень обтекаемости кузова.
9. Щитки перед колесами требуются для того, чтобы провести рассечение плотной массы воздуха при движении на большой скорости. За счет этого автомобиль не будет притормаживать на момент движения.

Только при установке всех аэродинамических элементов достигается требуемый результат. При этом автомобиль становится весьма привлекательным и интересным. Антикрыло отличается от спойлера тем, что имеет большие размеры и сильно возвышается над крышкой багажного отделения. Задача антикрыла заключается в направлении воздушного потока для формирования прижимной силы, спойлер наоборот рационально распределяет воздушный поток.