IX Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2017

Современное производители транспортных средств стремятся быть конкурентоспособными и построить автомобиль с более выгодными характеристиками. К таким показателям можно отнести два фактора: эко логичность и экономичность. Аэродинамика автомобиля и данные два фактора взаимосвязаны между собой. Современные технологии в аэродинамике позволяют решать множество поставленных задач, таких как: 

1. Минимальное аэродинамическое сопротивление кузова транспортного средства

2. Достаточную прижимную силу по осям автомобиля

3. Доступ воздуха для охлаждения двигателя, устройств подкапотного пространства, тормозных дисков

4. Достаточную и беспрепятственную вентиляцию салона

5. Обеспечение отвода грязевого потока воздуха таким образом, чтобы грязь не попадала на стекла, фонари, ручки дверей.

Сила сопротивления воздуха рассчитывается по формуле:

,

где – коэффициент аэродинамического сопротивления;

ρ – плотность воздуха (1,23 );

V – скорость потока воздуха ();

S – площадь максимального поперечного сечения автомобиля ().

Видно, что сила сопротивления воздуха прямо пропорциональна квадрату скорости, тем самым автомобиль с трудом набирает последние километры в час. И даже значительная прибавка мощности двигателя не даст колоссальной прибавки в скорости. Таким образом, снижение аэродинамического сопротивления потока воздуха приоритетная задача инженеров не только в целях увеличения максимальная скорости автомобиля, но и борьба за экологию среды.

В современной практике существуют 2 метода уменьшения аэродинамического сопротивления:

1. Уменьшить поперечное сечение автомобиля, то есть сделать кузов автомобиля более узким и низким. Но в последнее время по этому пути, к сожалению, автопроизводители не следуют. Увеличивая салонное пространство автомобиля, увеличивают и габаритные размеры транспортного средства.

2. Уменьшение коэффициента аэродинамического сопротивления за счет отказа от конструкционных элементов кузова и обеспечения правильного отвода воздуха в передней части транспортного средства, а также оптимального отрыва потока с задней кромки автомобиля.

Коэффициент аэродинамического сопротивления рассчитывается опытным путем, с помощью аэродинамической трубы и в последнее время с помощью высокопроизводительных компьютеров. Факторов, которые влияют на коэффициент, несколько: сопротивление воздушного потока автомобильного колеса, обтекание подднищевой зоны, внутренняя аэродинамика салона автомобиля и сопротивление конструктивных элементов кузова. Все данные факторы сливаются воедино, и представляют аэродинамическое сопротивление автомобиля.

Особого внимания заслуживает изучение характера обтекания кормовой части автомобиля, который зависит от типа кузова. На рисунке показаны схемы обтекания и эпюры давлений для кузовов типа «седан», «хэтчбек» и «универсал», полученные по результатам дренажных испытаний. На задних стенках кузовов наблюдается разрежение, поскольку из за схода воздушного потока с задних кромок крыш и боковых задних кромок, за ними возникает разрежение и происходит перетекание воздушного потока от центра задней стенки к ее периферии. Из за этого на задних стенках данных кузовов создается отрицательное давление. При этом по мере увеличения разрежения на задней стенке кузова располагается в следующей последовательности: «седан», «хэтчбек» и «универсал». Необходимо отметить, что величина разрежения на задней стенке кузова «хэтчбек» зависит от угла ее наклона, который в свою очередь определяет линию отрыва воздушного потока кормовой части кузова.

В современном мире существуют множество видов кузова автомобилей, но самые популярные из них: седан, хэтчбек, универсал. В мире аэродинамики главным фактором определяющим коэффициент аэродинамического сопротивления является поток воздуха в задней части автомобиля, но и немало важным параметром является распределение потоков в передней части автомобиля, за счет разрезания воздуха с помощью переднего бампера и переднего антикрыла.

Рис 1. – Характер спутного следа за автомобилем

При разработке нового автомобиля, перед инженерами стоит задача добиться наиболее низкого аэродинамического сопротивления, то есть получить в наибольшей степени ламинарный поток воздуха по всей поверхности автомобиля. По этому принципу «идеальным» вариантом является форма кузов – «седан». На каждом из приведённых рисунков наблюдается два вихря, которые вращаются по направлению друг к другу. После отрыва потока воздуха от поверхности кузова, наблюдается двойной, с каждой боковой стороны, вихревой продольный поток воздуха, вращающийся противоположно друг другу. Тем самым при кузове «седан» и «хэтчбек» индуцируется нисходящий поток воздуха, а при кузове «универсал» - восходящий. Данный след автомобиля является турбулентным, и называется зоной «спокойной воды». Современные седаны и купе демонстрируют наиболее низкие показатели аэродинамического сопротивления и наилучшего потока воздуха по всей поверхности автомобиля, в некоторых случаях удается добиться даже безотрывного течения воздуха по заднему стеклу.

Немало важную роль в отводе потока воздуха играет передняя часть автомобиля, то есть его носовая часть. Ведь от того какую форму имеет передняя часть автомобиля зависит каким образом воздушный поток будет проходить по поверхности кузова. Необходимо, при проектировании переднего бампера, избегать отрыва потока воздуха от передней кромки капота, ведь именно по этой причине возникает зона разряжения, которая впоследствии может протянуться до лобового стекла автомобиля и увеличить коэффициент аэродинамического сопротивления на 0,05 единиц. Также, при необходимости можно установить небольшое переднее антикрыло, которое даст оптимальный отвод воздуха в подднищевую зону автомобиля, увеличивая при этом коэффициент аэродинамического сопротивления, но это компенсируется меньшим сопротивлением потока воздуха днища. Нередко, в проектировании автомобиля, добиваются снижения аэродинамического сопротивления на 2-4% за счет небольшого наклона автомобиля на переднюю его часть, причем достаточно 2 градусов, чтобы получить данный эффект.

Рис 1. Распределение давления воздуха на движущийся автомобиль.

Красному соответствуют зоны высокого давления, синего – низкого. Тем самым, обратив внимание на рисунок, можно заметить, возникающее разряжение позади заднего стекла и, в особенности, за крышкой багажника и бампером – именно эта область главным образом и определяет аэродинамику кузова. И чем она меньше, тем лучше.

Аэродинамические свойства автомобиля оказывают заметное влияние на его технико-экономические, эргономические и экологические показатели. Одним из важнейших показателей является безопасность автомобиля, поэтому при проектировании повышенное внимание уделяется обработке аэродинамических характеристик, влияющих на устойчивость и управляемость. Хорошая обтекаемость кузова автомобиля способствует уменьшению его загрязняемости и уровней внешнего и внутреннего аэродинамического шума, что улучшает обзорность с места водителя и обеспечивает меньшую утомляемость. За счет этого повышается активная безопасность автомобиля, его потребительские и экологические параметры.

Код для цитирования: Скопировать