Улучшение аэродинамических характеристик автомобилей. Передний спойлер. Антикрыло

Тема 5 Улучшение аэродинамических характеристик автомобилей

Аэродинамика - раздел аэромеханики, в котором изучаются законы движения воздуха и других газов и их силовое взаимодействие с движущимися твердыми телами. В соответствии с этим аэродинамика автомобиля изучает явления, происходящие в результате взаимодействия автомобиля с воздушной средой.    В практике проектирования автомобилей все чаще возникают проблемы улучшения их формы с целью уменьшения затрат мощности двигателей на преодоление сопротивления воздуха, снижения расхода топлива и повышения аэродинамической устойчивости. Серьезного внимания требует вопрос улучшения состояния воздушной среды внутри автомобиля.    Успешное решение этих проблем возможно при использовании результатов многочисленных исследований в области аэродинамики автомобиля и в смежных областях техники.    К числу первых автомобилей с кузовами удобеобтекаемых форм следует отнести автомобили, построенные Женетти, Бергманом, Альфа-Ромео, Румплером и Яраем, появившиеся не столько в связи с изучением законов аэродинамики, сколько в результате чисто механического заимствования форм, используемых в снарядо-, корабле-, дирижабле- и самолетостроении.    Наибольшего внимания заслуживает автомобиль конструкции инж. Ярая, который считал, что для тела, движущегося в непосредственной близости к поверхности дороги, в качестве теоретически наивыгоднейшей формы может служить разделенный пополам корпус дирижабля со слегка выпуклой нижней стороной и тщательно закругленными краями.

Трансформируя подобную форму применительно к условиям использования автомобильного кузова, Ярай стремился свести до минимума вихреобразование, возникающее у обычных автомобилей позади кузова, отклоняя с этой целью встречный поток воздуха вверх (через крышу автомобиля) и обеспечивая ему плавное стекание в задней части и соединение, по возможности без завихрений, с боковыми потоками.      Однако в конструкциях автомобильных кузовов, предложенных Яраем, вскоре были обнаружены серьезные недостатки, так как окончание кузова острием или ребром требует применения для задних колес автомобиля отдельных обтекателей и удобно лишь при заднем расположении двигателя.     В автомобилях, использующих форму, при соблюдении требований компоновки не удалось обеспечить прилегание пограничного слоя от миделева сечения до заднего острия или ребра автомобильного кузова. Поэтому появилась форма автомобиля с "отрезанной" задней частью кузова. В этом случае сужение за миделевым сечением выполняют лишь настолько, насколько это вызвано необходимостью прилегания пограничного слоя, т. е. место "отреза" является местом отделения пограничного слоя.     Автомобили с кузовами такой формы имеют по сравнению с формой три основных характерных особенности: - хвостовая часть не ограничивается острием или ребром; - кузов за миделевым сечением имеет сужение, обеспечивающее плотное прилегание пограничного слоя с отрывом у задней поверхности; - форма кузова по всей длине используется для уменьшения сопротивления воздуха. Отчет об испытаниях моделей автобусов подобной формы, проведенных Кёниг-Фахсенфельдом, появился в 1936 г. одновременно с учебником Камма "Автомобиль", в котором также указывалось на возможность подобного оформления задней части автомобильного кузова.    Исследования, проводившиеся с авиационными моделями в аэродинамических трубах еще до 1914 г., показали возможность укорочения, в определенных границах, несущих плоскостей и обтекаемых стоек без существенного увеличения сопротивления воздуха. Использование результатов этих исследований в автомобилестроении позволило получить для автомобильных кузовов формы 0,20-0,2 Улучшение аэродинамических качеств

Зависимости коэффициентов ст и czn от угла натекания воздушного потока для четырех автомобилей с различными формами кузовов. Исследования факторов, влияющих на величину подъемной силы, в настоящее время еще недостаточны, но уже отмечается влияние закруглений в передней части при переходе к боковым стенкам.    Такие закругления, не уменьшая заметно лобового сопротивления, способствуют возрастанию подъемной силы при увеличении угла натекания воздушного потока. Крыловидные формы кузова дают высокие значения коэффициентов сг. Прикрытые с боков передние колеса автомобилей сильно повышают коэффициенты.     В зависимости от конструкции автомобиля действующая на него подъемная сила может быть как положительной, так и отрицательной. Эта сила изменяет направление своего действия при изменении угла натекания воздушного потока.     Отметим, что на различие величин коэффициентов cz подъемной силы