Аэродинамическое сопротивление

Дорожная эксплуатационная мощность, затрачиваемая на преодоление сопротивлений, весьма велика (см рис.). Для поддержания равномерного движения (190 км/ч) четырех дверного седана, массой 1670 кг, площадью миделя 2, 05 м², С_х = 0, 45 требуется около 120 кВт мощности, причем 75 % мощности затрачивается на аэродинамическое сопротивление. Мощности, затрачиваемые на преодоление аэродинамического и дорожного (качения) сопротивления приблизительно равны на скорости 90 км/ч, и в сумме составляют 20 – 25 кВт.

Считается, что дизайнер автомобиля имеет полную власть над аэродинамическими характеристиками автомобиля. Но это не совсем так.

Аэродинамическое сопротивление автомобиля имеет пять составляющих:

1. Сопротивление формы 52 %

2. Интерференционное сопротивление 16 %

3. Индуктивное сопротивление 15 %

4. Поверхностное сопротивление 5 %

5. Сопротивление внутренних течений 12 %

Пункты 1 и 2 находятся во власти дизайнера (67 %), но за 33 % сопротивлений (пп 3 – 5) ответственен конструктор (технолог).

1. Сопротивление формы.

Необходимо обеспечить низкое давление, как перед автомобилем, так и позади него. Этому условию удовлетворяет форма капли, но она не удовлетворяет множеству других требований (размещение пассажиров, грузов, агрегатов).

Основная тенденция – снижение высоты авто.

Скругление и плавный подъем линии капота – нет срыва, Без скругления и плоский капот – срыв потока.

Угол задней двери универсала (пример):

До 20⁰ – С_х=0, 34

20…30⁰ – С_х круто растет до 0, 44

30…35⁰ – С_х круто падает до 0, 40

более 35⁰ – С_х =0, 40

2. Индуктивное сопротивление.

Обтекание кузова воздухом сопровождается ускорением потоков и соответствующим снижением давления ниже атмосферного:

- передняя кромка капота;

- передняя кромка крыши;

- углы ветрового стекла.

Под днищем, наоборот, повышенное давление.

Это приводит к появлению подъемной силы, которая требует затрат энергии и не приводит к преодолению сил сопротивления движению, действующих в плоскости дороги. Эта сила не опасна до скоростей 100 – 120 км/ч. Но при высоких скоростях такая сила ведет к возможности потери управляемости и устойчивости.

3. Поверхностное сопротивление

Вследствие вязкости воздуха образуется пограничный медленно (относительно) текущий слой.

Для пограничного слоя характерно наличие некоторой критической скорости, ниже которой улучшение шероховатости не играет роли.

У автомобиля шероховатость покрытия обычно 0, 5–1 мкм. Полирование такого покрытия не эффективно даже для F–1.

Существенен разброс сопротивлений крепежных элементов:

ü Заклепка «в потай» – 1

ü Низкая головка клепки – 20

ü Сферическая головка клепки – 160

ü Цилиндрическая головка болта –210

ü Шестигранная головка болта – 400

Сопротивление ребер (поперек потока):

ü плоскость – 1;

ü валик – 80;

ü брусок – 130.

Сопротивление зазоров при поперечном обтекании:

00… -50
-10…-70	1, 17
	1, 39
-100…+50	6, 66

При продольном обтекании сопротивление зазоров еще меньше.

4. Интерференционное сопротивление

Выступающие части кузова существенно увеличивают аэродинамическое сопротивление автомобиля за счет появления завихрений потоков воздуха, ведущих к появлению дополнительного сопротивления. Сопротивление кузова +сопротивление выступа меньше сопротивления кузова с выступом.

Пример.

Зеркало заднего вида отдельно – сопротивление 100 %.

Т.к. скорость потока вблизи угла ветрового стекла на 20–30 % больше скорости автомобиля, то сопротивление зеркала будет 165 %. Если само зеркало имеет не обтекаемую форму, то за ним образуется турбулентность, что еще увеличивает сопротивление зеркала на 40–60 %. Таким образом, сопротивление зеркала достигнет 250–300 % от первоначального уровня.

Если снять некоторые элементы с кузова, то обнаружится снижение сопротивления:

Дверные ручки – 1…3 %

Зеркала –3…5 %

Отражатель насекомых 5…9 %

Внешние солнцезащитные козырьки 10…18 %.

Снижение сопротивления формы приводит к усилению влияния интерференционного сопротивления: появление в ламинарном потоке препятствия приводит к срыву потока…

5. Сопротивление внутренних потоков

ü Охлаждение двигателя

- без обвески – 100 %

- с бампером – -30 %

- с решеткой – -10 %

- со щитком – +20 %

- с вентилятором с кожухом – +30 %

ü Охлаждение тормозов

ü Вентиляция салона

ü