Аэродинамика Автомобиля|АвтоЦентр

menu
person

Аэродинамика Автомобиля

Основной задачей статьи будет рассказать читателю, что такое аэродинамика автомобиля и что-же она из себя представляет.

  1. Аэродинамика Автомобиля
    1. Поле обтекания автомобиля

Аэродинамика Автомобиля

Движение автомобиля сопровождается многочисленными процесса­ми взаимодействия с окружающим его воздухом. Эти процессы можно объединить в три группы:

  • обтекание внешней поверхности автомобиля;
  • потоки внутри кузова;
  • потоки внутри агрегатов.

Процессы, объединенные в первые две группы, тесно связаны друг с другом.

Так, например, поле скоростей потока в моторном отсеке не­посредственно зависит от поля обтекания внешней поверхности автомо­биля. Оба поля должны рассматриваться совместно, оба они являются объектом изучения автомобильной аэродинамики. Потоки внутри двига­теля и трансмиссии, напротив, не связаны с процессом обтекания автомо­биля; они связаны лишь с механикой работы этих агрегатов Такие потоки не относятся к аэродинамике автомобиля, и в данной книге они рассматриваться не будут.

Обтекание внешним потоком воздуха приводит к возникновению сил и моментов, действующих на автомобиль, которые весьма сущест­венно влияют на потребляемую мощность и курсовую устойчивость. 

Долгое время автомобильная аэродинамика занималась исключительно этими двумя эффектами обтекания. В последнее время круг задач рас­ширился, и решается ряд новых проблем: исключение загрязнения и скапливания дождевой воды на стеклах и фонарях автомобиля; умень­шение аэродинамического шума ветра; исключение отрыва щеток стек­лоочистителя от очищаемой поверхности стекла; организация эффективного охлаждения масляного поддона двигателя и колесных тормозных механизмов.

На рис. 1.1 наглядно показано поле обтекания автомобиля. Струйки дыма, направленные в плоскости продольного осевого сечения, показы­вают характер линий тока в этой плоскости при симметричном обтека­нии. Такое обтекание имеет место при движении автомобиля в условиях отсутствия ветра (штиль) или когда направление ветра точно совпадает с линией движения (попутный ветер, встречный ветер). С помощью та­кой картины линий тока можно идентифицировать ряд основных про­цессов обтекания.

Поле обтекания автомобиля

Рис. 1.1 - Поле обтекания автомобиля

Обращает на себя внимание явление отрыва потока в задней части автомобиля В то время, как линии тока для обширных участков кон­тура автомобиля даже в областях более резких изломов контура про­ходят плавно, от задней кромки крыши поток отрывается. Образу­ется большая зона вихревого следа, хорошо видимая на (рис. 1.2) бла­годаря тому, что дым (как и на рис. 1.1) не прилегает к контуру автомо­биля, а устремляется в оторвавшийся поток.

Рис. 1.2 - Поле обтекания автомобиля

Пользуясь рис. 1.1, можно сделать некоторые выводы о связи внеш­него обтекания с внутренними потоками.

Хорошо видно, что точка разделения потока на верхний и нижний находится на высоте бампера; отверстия расположены выше и ниже бампера (они не видны на рис. 1.2), поэтому поток по отношению к ним направлен под углом. 

Задача декоративной решетки.перед радиатором — направить этот поток, по возможности без потерь, к радиатору, который располагается верти­кально.

В зоне сопряжения капота с ветровым стеклом поток прилегает к поверхности. Здесь образуется зона избыточного давления, которая, может использоваться для забора воздуха системы отопления и вентиляции салона. На большинстве автомобилей отверстие для забора свежего воздуха располагается в центре указанной зоны. В этом месте давление зависит от скорости движения автомобиля. Поэто­му с повышением скорости увеличивается объем свежего воздуха, пода­ваемого в салон, что сильно затрудняет поддержание удовлетворительно­го микроклимата внутри автомобиля.

Если расположить отверстие для забора свежего воздуха в таком месте кузова, где коэффициент давле­ния на поверхность равен нулю, то можно, по крайней мере, для симмет­ричного обтекания (без бокового ветра) разделить поля внутреннего потока и внешнего обтекания Расположение вентиляционных отверстий для выхода воздуха систе­мы вентиляции салона также в зонах с нулевым коэффициентом давле­ния позволит при установке приточного вентилятора достаточно боль­ших размеров обеспечить необходимый объемный расход воздуха, не за­висящий от скорости движения.

Важное значение имеет внутренняя аэродинамика, включающая дви­жение воздуха через радиатор системы охлаждения двигателя, моторный отсек и потоки систем отопления и вентиляции салона. Некоторые типы автомобилей, например гоночные автомобили, дополнительно имеют воздуховоды охлаждения масляного радиатора и для подачи воздуха в камеры сгорания двигателя.

 

Понятие «аэродинамика автомобиля» включает в себя много аспектов, важнейшими из которых являются:

  • обеспечение минимальной силы сопротивления воздуха при движении автомобиля с целью уменьшения расхода топлива или повышения скорости движения;
  • уменьшение аэродинамической подъемной силы, стремящейся оторвать автомобиль от дороги и снижающей сцепление колес с дорожным покрытием;
  • снижение загрязнения стекол, ручек дверей и других поверхностей автомобиля;
  • обеспечение оптимальных воздушных потоков для снабжения двигателя воздухом, его охлаждения, вентиляции салона;
  • снижение аэродинамического шума.

Кузов автомобиля, особенно легкового, как наиболее крупная часть автомобиля, оказывает решающее влияние на характер взаимодействия автомобиля с воздушной средой.

Аэродинамическое сопротивление (или сопротивление воздуха), которое мешает двигаться автомобилю вперед, резко увеличивается (в квадратичной зависимости) с ростом скорости движения, а также зависит от площади поперечного сечения автомобиля и совершенства формы кузова, которое определяется коэффициентом воздушного сопротивления Сх. Основной способ уменьшения аэродинамического сопротивления — создание автомобилей с низким коэффициентом Сх, что особенно актуально для высокоскоростных автомобилей (легковые, спортивные). Обширные исследования аэродинамики, проведенные за последние 40 лет, позволили уменьшить коэффициент Сх легковых автомобилей практически в два раза и сэкономить в среднем около 1,5 л топлива на 100 км пути (рис. 7.15).

1960  1970  1980  1990  2000 2010 2020

 

Этот эффект достигнут за счет выбора оптимальных углов наклона панелей кузова (ветрового и заднего стекол, капота, крышки багажника и т. д.), удалении с поверхности кузова мелких выступающих деталей (водосливных желобков на крыше, ободков фар, размещении щеток стеклоочистителей в нише под капотом), придание оставшимся выступающим деталям, например зеркалам, аэродинамических форм, сглаживания острых углов кузова

Кузов современного легкового автомобиля в профиль напоминает самолетное крыло (рис. 7.17).

Рис. 7.17. Кузов современного легкового автомобиля

 

Поэтому при движении на автомобиль действует аэродинамическая подъемная сила, которая ухудшает управляемость, устойчивость и безопасность движения. При грамотном проектировании формы кузова подъемная сила может быть существенно снижена, более того, может быть обеспечена сила, прижимающая автомобиль к дороге. Иногда для увеличения прижимающей силы применяют дополнительные кузовные элементы — спойлеры и антикрылья (профиль перевернутого самолетного крыла). Величина аэродинамической прижимающей силы для гоночного автомобиля при движении на большой скорости может в несколько раз превышать его вес.

Аэродинамика грузовых автомобилей и автобусов хуже, чем у легковых, что объясняется невозможностью принципиально поменять форму кузова: для оптимального размещения грузов и пассажиров основа кузова должна приближаться к прямоугольному параллелепипеду. Правда, и влияние аэродинамики на эксплуатационные свойства таких автомобилей меньше, что связано с более низкими скоростями движения грузовиков и автобусов.

Тем не менее в последние годы кабины и кузовы названных транспортных средств проектируются с учетом аэродинамических требований. Это проявляется в придании кабинам более округлых форм, увеличении угла наклона ветрового стекла, установке между кабиной и кузовом аэродинамических обтекателей и закрылков.

Загрязняемость поверхностей кузова определяется его формой, расположением выступающих деталей и учитывается конструктором при проектировании кузова. Иногда для снижения загрязняемости боковых или задних стекол на кузове устанавливают дополнительные аэродинамические устройства, воздушный поток от которых отбрасывает летящую грязь.

Мы будем рады если Вы ответите на вопрос: "Помогла ли Вам статья?"
0       0
Категория: Несущая система. Кузов | Добавил: autodromcar (09.04.2020)
Просмотров: 78 | Теги: скорость, Рис, движение, обтекание, воздух, автомобиль, аэродинамика, кузов, Поток, аэродинамический | Рейтинг: 3.0/1

Похожие материалы Похожие материалы

Всего комментариев: 0
avatar