Аэродинамическое сопротивление автомобиля, ≻ Аэродинамическое сопротивление автомобиля
Это позволяет изучить все особенности формы кузова автомобиля. Тем не менее, легковые автомобили нужно отнести к плохо обтекаемым телам, так как основную долю их аэродинамического сопротивления составляет не сопротивление трения, а сопротивление давления. Хотя это в некоторой степени возможно на задних колёсах, управление поворотом передних колёс затрудняет использование такого способа спереди. Сопротивление трения обусловлено "прилипанием" к поверхности кузова слоев перемещающегося воздуха, вследствие чего воздушный поток теряет скорость.
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. 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. Аэродинамика автомобилей изучается испытаниями в аэродинамической трубе и компьютерным моделированием.
Тем не менее, легковые автомобили нужно отнести к плохо обтекаемым телам, так как основную долю их аэродинамического сопротивления составляет не сопротивление трения, а сопротивление давления. О величине аэродинамического сопротивления обычно имеют представление по безразмерному коэффициенту сопротивления воздуха обтекающего данное тело -.
Аэродинамическое сопротивление автомобиля пропорционально величине коэффициента Сх, площади наибольшего поперечного сечения и квадрату скорости. Если сопротивление воздуха растет с квадратом скорости, то затраты мощности двигателя являются функцией куба скорости.
Для легковых автомобилей х годов прошлого столетия средняя величина Сх составляла примерно 0,8, для 70 - х годов - 0, Позднее, до конца столетия, величина коэффициента Сх, по анализу авторов статьи, ежегодно уменьшалась в среднем на величину 0, В настоящее время для серийных автомобилей величина коэффициента Сх равна 0,30 и не является редкостью. Подъемная сила, действующая на автомобиль, составляет Н.
На автомобиль ВАЗ при той же скорости действует сила сопротивления равная Н и подъемная сила Н. Аэродинамическое сопротивление представляет сумму составляющих его сопротивлений - формы индуктивного, поверхностного трения , интерференционного и внутренних потоков. Сопротивление поверхностного трения вызывается силами вязкости пограничного слоя, определяющих потери скорости потока.
В ламинарном пограничном слое отсутствует взаимное проникновение различных слоев воздуха. Турбулентный, где он есть, более толстый и обладает большим сопротивлением. Поверхностное трение является функцией площади поверхности автомобиля, ее шероховатости. Оно зависит, прежде всего, от площади поверхности кузова и качества его покрытия.
Сопротивление внутренних потоков выражается в виде потерь энергии внутреннего потока. Существует связь между сопротивлениями формы и сопротивлением внутренних потоков, выражающихся в изменении линий тока. Для снижения этого сопротивления следует уменьшать площадь отверстий для входа воздушного потока в моторное отделение при переднем расположении двигателя и плавно изменять направление движения внутренних. С течением времени при уменьшении величины коэффициента Сх доля внутреннего сопротивление должна возрасти в силу того, что система охлаждения требует постоянного объема воздуха, то есть сила сопротивление внутренних потоков практически остается постоянной, но, доля увеличивается.
Под профильным сопротивлением понимают аэродинамическое сопротивление бесконечно широкого геометрического тела например, автомобиля , т.
Модель легкового автомобиля бесконечной ширины - вещь абстрактная. Величина профильного сопр0Хивления определяет минимально возможное аэродинамическое сопротивление при конкретной постоянной геометрии формы профильного сечения модели. Возникновение индуктивного сопротивления у легкового автомобиля объясняют аналогией его с крылом конечного размаха.
Из-за разности давлений на поверхности легкового автомобиля и под ним образуется вихри, сбегающие с задних кромок кузова. Эти вихри индуцируют вертикальные скорости потоков. Индуцированные скорости вызывают появление скоса воздушного потока у модели, следовательно, и составляющей подъемной силы - индуктивного сопротивления.
Величина индуктивного сопротивления состав.
Использование известной теории индуктивного сопротивления применительно к легковому автомобилю, как показывает практика, неприемлемо.
Вызывается это рядом. Величина профильного сопротивления легкового автомобиля значительно выше индуктивного сопротивления. Влияние сбегающих вихрей для легкового автомобиля, имеющего малое соотношение ширины кузова к его длине, на эффект взаимодействия их с основными воздушными потоками имеет большее значение, чем, например, для крыла самолета.
Соотношения габаритных размеров в продольном сечении крыла и легкового автомобиля различны. Влияние близости земли также воздействует на вихреобразование в задней части автомобиля, на распределение индуцируемых скоростей по его ширине. Возмущения, вносимые этими деталями, взаимодействуют с основным воздушным потоком. Взаимодействие приводит к возрастанию сопротивления на величину, которая может значительно превышать силу сопротивления этих элементов в отдельности.
Снижению интерференционного сопротивления способствуют различные мероприятия - тщательная аэродинамическая проработка формы наружного зеркала, которое становится частью кузова; расположение рычагов стеклоочистителей в нерабочем положении под заднюю часть капота; удаление водосточных желобов; установка стекол заподлицо с поверхностью кузова с клеевым креплением и т.
Выступающими частями являются также элементы подвески, корпуса силовых агрегатов, лонжероны кузова. Для плохообтекаемых тел в сопротивление формы входит донное сопротивление, вызванное наличием спут-.
Донное сопротивление возникает в результате отрицательных давлений в спутной струе, интегрированных по донной площади. Близость земли способствует увеличению донного сопротивления в отличие от индуктивного сопротивления, которое уменьшается. Скорость воздушного потока вблизи модели выше, а за автомобилем в спутном следе - меньше. Эффект подъемной силы наиболее сильно проявляется при малых скоростях воздушного потока.
Это подтверждается экспериментальным путем - весовая вертикальная нагрузка на задней части модели автомобиля выше, чем на передней. И она более чувствительна к изменениям геометрии формы кузова. Малый объем знаний о составляющих аэродинамического сопротивления препятствует появлению новых расчетных методов, необходимых на стадии проектирования автомобилей. Особенно это относится к донному сопротивлению, его влиянию на индуктивное и профильное сопротивления. Представленные выше численные значения составляющих полного аэродинамического сопротивления взяты из различных научно-технических публикаций.
В них не указаны методы, способы определения этих численных значений. Исключением являются профильное и индуктивное сопротивления, определенные авторами статьи методом последовательных приближений. Предполагаем, что для некоторых составляющих аэродинамического сопротивления величины определялись анализом аэродинамических сопротивлений известных простейших геометрических тел - пластин, шара, цилиндров, параллелепипедов и др.
Проведем и мы анализ аэродинамических показателей различных геометрических тел. В табл. Наибольшим сопротивлением обладает плоская пластина. У пластины, ориентированной перпендикулярно к воздушному потоку, наблюдается разброс значения коэффициента воздушного сопротивления Сх от 1,15 до 1, Вероятно, это объяснимо разницей в соотношении геометрических размеров.
В этом случае величину сопротивления определяет сопротивление давления - спереди повышенное, за пластиной пониженное.
Коэффициент давления определяется разностью между давлением на поверхности тела и статическим давлением в окружающем потоке, отнесенной к динамическому давлению невозмущенного потока.
У плоской пластины более высокое донное сопротивление, что подтверждает величина коэффициента давления. Пластина, установленная вдоль воздушного потока, имеет коэффициент сопротивления, равный коэффициенту Сх для объемных тел вращения - эллипсоиду, капле.
Следовательно, и для плоской пластины, расположенной вдоль воздушного потока и для хорошо обтекаемых тел, величину аэродинамического сопротивления определяет сопротивление поверхностного трения. Установка перед круглой пластиной обтекателей в форме полусферы или различных конусов дает снижение Сх до 0, Отличие в значениях донного сопротивления от величины для автомобиля объяснимо большей величиной площади донного среза у тела вращения, а тем более у параллелепипеда.
Площадь донного среза у легкового автомобиля не превышает половины площади его наибольшего сечения. Для объемных прямоугольных тел без обтекателей величина коэффициента Сх равна примерно единице 0, , что по отношению к пластине является меньшей величиной. И это несмотря на дополнительные сопротивления - сопротивление поверхностного трения и кромочное сопротивление. Под кромочным сопротивлением понимается сопротивление, вызванное наличием острых граней у тела, резким переходом от одной грани к другой.
Форма параллелепипеда соответствует форме автобуса, минивэна. Установка вблизи опорной поверхности практически не изменяет величину аэродинамического сопротивления.
