Аэродинамика (зачем нужны обвесы)
Один из важных показателей современных автомобилей — аэродинамика кузова, а точнее, его лобовое сопротивление. Главная проблема, которую решают специалисты по аэродинамике, — как максимально уменьшить эту величину. Сопротивление воздуха рассчитывается по формуле: F = 0,5CхSpV2, где S — площадь поперечного сечения автомобиля, p — плотность воздуха, V — скорость движения. Последняя величина этой формулы в квадрате, то есть когда машина разгоняется с 60 до 120 км/час, аэродинамическое сопротивление возрастает вчетверо. Например, BMW 760i при движении на скорости в 250 км/час только на преодоление сопротивления воздуха требуется мощность 191 л.с., а при 300 км/ч эта машина тратила бы 331 л.с. Коэффициент Cx (в английском варианте Cd, а в немецком — Cw) определяется экспериментально. Именно он описывает аэродинамическое совершенство кузова.
Самый низкий Cx у капли жидкости — примерно 0,05, ее форма максимально способствует проникновению сквозь воздух. Однако компоновать машину в форме капли неудобно. Поэтому в некоторых моделях серийных автомобилей только отдельные элементы имеют каплевидную форму: покатый задок и округленную переднюю часть. У большинства современных серийных автомобилей Сx (в английских и американских изданиях — Cd) обычно равен 0,30-0,35, самые совершенные достигают значений 0,26-0,27.
АВТОМОБИЛЬНАЯ АЭРОДИНАМИКА — ПОДЪЁМНАЯ И ПРИЖИМНАЯ СИЛЫ
Все мы неоднократно видели на спортивных машинах такие аэродинамические детали, как дефлекторы, сплиттеры, диффузоры и антикрылья. И это не говоря уже о полных аэрокитах. Все это, как известно, помогает улучшить динамические характеристики машины. Но как именно помогает?
Почему автоспортсмены и их команды тратят кучу времени и сил на улучшение своих машин в области их взаимодействия с воздушными потоками? Чтобы понять все это, нужно сначала коснуться общих принципов аэродинамики.
В зависимости от формы, любой объект, движущийся сквозь воздух, будет всегда либо подниматься вверх, либо наоборот, прижиматься к земле. Силы, действующие на него в этих случаях, известны как подъемная и, соответственно, прижимная. Большинство машин благодаря форме кузова при езде склонны к подъему и отрыву от земли. Причину этого эффекта когда-то открыл швейцарский ученый Даниил Бернулли. Эффект Бернулли состоит как раз в том, что чем выше скорость молекул воздуха, передвигающихся вокруг объекта, тем ниже давление воздуха на этот объект. И наоборот: чем ниже скорость молекул воздуха, тем выше давление.
Когда машина движется куда-то, она непрерывно «бомбардируется» воздушными молекулами. Столкнувшись с машиной «лоб в лоб», воздух стремится переместиться в какое-нибудь другое место. Тут возможны два варианта: либо воздушный поток обтекает машину сверху, либо он перемещается вниз, под ее днище. Возможно, вы подумаете, что так как над машиной, грубо говоря, больше пространства, давление на ее крышу должно быть выше. Но это не так. При езде давление над машиной ниже, чем под ней, благодаря как раз эффекту Бернулли. Так как молекулы быстрее движутся над машиной, их плотность там понижена. Соответственно, давление воздуха там тоже меньше. А вот снизу воздух более плотен, его потоки под автомобилем более медленные, и давление на машину снизу выше. Поэтому при наборе скорости машина все сильнее стремится «взлететь» — ее просто-напросто выталкивает наверх воздух снизу.
Аэродинамическая составляющая тюнинга так же важна, как и все остальные его составляющие, и вносит свою немалую роль в повышении мощности машины. Давайте рассмотрим подробнее самые распространенные типы компоновки автомобилей, и наиболее подходящие к ним аэродетали.
ПЕРЕДНЕМОТОРНАЯ КОМПОНОВКА С ПРИВОДОМ НА ПЕРЕДНЮЮ ОСЬ (FF)
У этого типа машин вся мощность сосредоточена впереди. Для предотвращения потери сцепления шин с дорожным покрытием здесь можно использовать передний сплиттер («губу» на бампер) и дефлекторы — тоже на передний бампер. Это позволит переду машины сильнее прижиматься к земле на высокой скорости. Таким образом, потери мощности уменьшатся.
СРЕДНЕМОТОРНАЯ КОМПОНОВКА С ПРИВОДОМ НА ЗАДНЮЮ ОСЬ (MR)
Центр тяжести у таких машин расположен очень близко к их центру, а значит, перед здесь более «легкий». Это вызывает такой эффект, как избыточная поворачиваемость или очень резкий занос задней оси. Чтобы как-то сбалансировать это не всегда желаемое поведение машины, аэро-гуру также советуют усилить аэродинамическими деталями перед машины.
Однако и заднюю часть автомобиля можно украсить некоторыми новыми элементами. К их числу относят антикрылья, спойлеры и диффузоры. Они создают прижимную силу на задней оси, что особенно полезно для следующих типов машин:
ПЕРЕДНЕМОТОРНАЯ КОМПОНОВКА С ПРИВОДОМ НА ПЕРЕДНЮЮ ОСЬ (FF)
Как уже писалось выше, мощность и вес у такого рода машин сконцентрированы впереди. Следовательно, зад получается довольно легким, и для достижения баланса его нужно «нагрузить». Для этого и ставят задние спойлеры и антикрылья на багажник.
ПЕРЕДНЕМОТОРНАЯ КОМПОНОВКА С ПРИВОДОМ НА ЗАДНЮЮ ОСЬ (FR)
У машин с такой компоновкой мощность приходится на задние колеса. Чтобы эта мощность не пропадала зря, то есть колеса были всегда сцеплены с дорогой, здесь тоже нужна прижимная сила. Как и в предыдущем пункте, для этого понадобятся антикрыло либо спойлер.
Мы все любим смеяться над стрит-рейсерами, громоздящими на свои машины безумно высокие «скамейки». На машинах, эксплуатирующихся только в городе, они и правда смотрятся смешно. А вот на треке — зачастую вовсе нет, потому что высокое антикрыло расположено в зоне «чистого воздуха».
«Чистый воздух» — это, в общих чертах, область воздушного потока, который ровно обтекает движущуюся машину. Двигаясь вперед, автомобиль как бы «замещает» собой некий объем воздуха. Впереди кузова образуется область повышенного давления, так как он при движении «сжимает» молекулы воздуха перед собой. А вот сзади давление как раз понижено, так как, «заместив» собой некоторый объем молекул воздуха и сжав их впереди, машины оставляет разреженное пространство сзади. Позади кузова получается в итоге некоторый вакуум (не совсем полный, конечно). А вот уже над «вакуумом» пролегает зона «чистого воздуха», который его обтекает.
Антикрыло может создать прижимную силу только в том случае, если на него воздействует поток воздуха. Само собой, в «вакууме» это маловероятно. Поэтому антикрыло и выносят повыше, иначе от него не будет никакой пользы. Теперь возникает другой вопрос: как выбрать оптимальную высоту антикрыла? А вот это уже зависит от типа кузова вашей машины.
КУПЭ И ЛИФТБЭКИ / ФАСТБЭКИ
Заднее стекло на этом типе кузовов обычно «сбегает» вниз под довольно небольшим углом. Такая конструкция разрабатывалась для уменьшения лобового сопротивления и описанного выше явления «вакуума» сзади. Здесь хорошо будут работать антикрылья высотой от средних до больших величин.
Поскольку у седанов угол расположения заднего стекла к земле довольно крутой, эффект вакуума сзади проявляется здесь намного сильнее, чем у купе. Это означает, что низкие антикрылья точно не достанут до зоны «чистого воздуха». Лучший выход из ситуации — разместить антикрыло на багажнике как можно выше.
ХЭТЧБЭКИ И УНИВЕРСАЛЫ
У хэтчбэков и универсалов есть одна общая проблема — отсутствие багажника, по крайней мере, в том же виде, что у седанов и купе. Куда же прикручивать спойлер? К счастью, благодаря форме кузова этих двух классов машин поток «чистого воздуха» проходит прямо над их крышей. Так что, поставив спойлер на крышу сзади, можно добиться нужного эффекта.
Задавались ли вы когда-нибудь вопросом о том, что это за выступы под задним бампером и зачем они нужны? Это диффузор, и он нужен для того, чтобы совместно с другими аэродеталями создавать дополнительную прижимную силу. Параллельные «каналы», которые образовывает диффузор, помогают потоку воздуха из-под днища быстрее перемещаться в нужном направлении — а именно назад, в зону «вакуума». В сочетании с антикрылом диффузор формирует более благоприятные воздушные потоки и повышает скорость машины и ее аэродинамические показатели.
Щитки перед колёсами
air flap — щитки перед колёсами, это — аэродинамические щитки (что даже следует из англоязычного названия детали: air flap), призванные на высокой скорости рассекать воздух перед колесами, чтобы не давать ему «заползать» толстой и плотной струёй в колесные арки и т.о поддтормаживать авто (подобно тормозному парашюту). Про открытое окно на скорости и связанный с этим драг и +1л/100 км все помним? Всякие «грязи на стекло» — самообразовавшийся вторичный бонус.
Улучшение аэродинамических свойств автомобиля
Есть несколько основных путей по улучшению динамических и скоростных показателей вашего автомобиля.
1 улучшение характеристик двигателя
2 уменьшение массы автомобиля
3 улучшение сцепных свойств автомобиля с дорожнымм покрытием Улучшение трения колес
4 Улучшение аэродинамических свойств автомобиля (Сопротивление воздуха и скорость)
5 Уменьшение неизбежной потери мощности при прохождении через трансмиссию (Потери мощности в трансмиссии)
6 Улучшение стартовых свойств за счет применения электроники
7 Уменьшение инертности системы
Аэродинамика автомобиля вврвжается коэффициентом его аэродинамического сопротивления Сх и чем меньше этот коэффициент тем меньше мощности требуется автомобилю для движения с постоянной скоростью.
Аэродинамика автомобиля играет важную роль для:
1 экономии топлива.
2 Создания прижимной или подъемной силы.
3 Достижения максимальной скорости.
Средние мощности затрачиваемые для движения с различными скоростями
2.1 Двигаясь на скорости 100 км/час среднему автомобилю необходимо около 20 лошадиных сил, так как силы аэродинамического сопротивления невысоки.
2.2 Двигаясь же на скорости 150 км/час необходимо уже от 40 до 70 л.с так как здесь уже приходиться преодалевать значительное сопротивление воздуха и меньше сил расходует автомобиль с более совершенной аэродинамикой.
2.3 Чтоб достичь 200 км/час автомобилю с неплохой аэродинамикой необходимо иметь уже от 130 до 180 и более лс. Суперкары затрачивают на таких скоростях около 110 лс и менее, в виду более совершенной аэродинамики.
2.4 Барьер 300 км/час требует от двигателя минимум 390 лошадиных сил и двигаться на таких скоростях могут только спортивные авто либо седаны огромной по 600+лс мощности.
2.5 400 км/час. Даже имея двигатель мощностью 1000 лошадиных сил не каждый суперкар может развить эту скорость ведь сопротивление воздуха на таких скоростях так велико что для преодоления каждых 10 км/час приходиться добавлять к мощности двигателя около 100 лошадей.
Для чего улучшать аэродинамику
Второе: для увеличения максимальной скорости без увеличения мощности двигателя (пример: отполированная машина ваз 2110 едет быстрее на 3 км/час чем не отполированная)
Для чего ухудшают аэродинамику
Многие автолюбители может быть того не подозревая, серьезно ухудшают аэродинамику своего автомобиля устанавливая различные молдинги, спойлера, накладки, огромные брызговики, огромные широкие колеса, увеличивают дорожный просвет, устанавливают большие радиоантенны, врезают люки итд. Все эти действия могут на столько ухудшить аэродинамику что максималка на обычном седане упадет на 15-30 км/час а расход заметно увеличиться на 3-5 % и более на скоростях свыше 130 км/час.
Как улучшить аэродинамику авто
улучшаем аэродинамику автомобиля, дорабатываем дефлекторы и мухобойки
Цель : сделать автомобиль более экономичным экологичным. улучшить динамику, повысить максимальную скорость.
Зачем на мяче для гольфа делаются вмятины? Сначала мячи для гольфа были гладкими, но потом случайно обнаружилось, что побитые мячи летят дальше, чем новые, гладкие. Если мяч с вмятинами (Несколько лет назад в продаже появился новый мяч для гольфа: по его поверхности совершенно случайным образом разбросаны шестиугольные вмятины, тогда как на старых мячах они были круглые и распределялись довольно равномерно. Утверждается, что средняя дальность полета нового мяча на 5 м больше.) летит, скажем, на 210 м, то гладкий мяч при таком же ударе пролетает не более 45 м. Как это объяснить? Не должен ли гладкий мяч лететь дальше − ведь он испытывает в полете меньшее сопротивление воздуха?
Ответ:
Аэродинамическое сопротивление, действующее на мяч, обусловлено двумя факторами: разностью давлений между передней и задней (по отношению к направлению полета) частями мяча и трением мяча о воздух.
У гладкого мяча пограничный слой воздуха отрывается, не успевая зайти далеко на его заднюю сторону. При отделении пограничного слоя образуются вихри, и давление за мячом понижается. Так как перед мячом давление повышено, возникающая разность давлений замедляет полет мяча. Если поверхность мяча имеет неровности, отделение граничного слоя задерживается, В результате давление за мячом понижается слабее, разность между давлениями спереди и сзади мяча и соответственно сопротивление, обусловленное этой разностью, уменьшаются. Поэтому «вмятины» увеличивают дальность полета мяча для гольфа.
Предлагаю к реализации следующее.
На дефлекторе, который вы устанавливаете сзади над ветровым стеклом необходимо сделать ямки, по виду как на мяче для гольфа, так же на дефлекторе-мухобойке проделываем то же самое. Можно и на боковых дефлекторах, над стёклами сделать так же.
Аэродинамика автомобиля: советы по выбору аэродеталей
Улучшая аэродинамику автомобиля мы одновременно и улучшаем его эксплуатационные качества, которые выражаются в улучшении его динамических характеристиках и уменьшении расхода топлива.
Уменьшение сопротивляемости встречному воздушному потоку положительно влияет на скоростные показатели машины, не зря практически на всех спорт-карах установлена какая-либо аэродеталь.
Чаще всего авто оборудуются диффузорами, спойлерами, сплиттерами или антикрыльями.
И если профессиональные спортсмены прекрасно знают назначение, функции и последствия установки каждого из дополнительных элементов, то для новичков данный факт зачастую является загадкой. Но это не беда.
В данной статье мы разберемся, какие бывают детали, которые улучшаю аэродинамику автомобиля, и в каких случаях их необходимо ставить.
Основные действующие силы
Если вспомнить законы физики, то можно констатировать – во время движения на машину действует две основные силы – прижимная и подъемная.
При этом многое зависит от формы объекта, сталкиваясь с которым воздух поднимается или опускается к земле.
Сегодня есть множество моделей машин, у которых из-за неправильной формы кузова проявляется дополнительная подъемная сила. Последняя всеми силами пытается оторвать переднюю часть от земли. И чем выше скорость движение, тем мощнее данная сила.
Когда автомобиль сталкивается с потоком воздуха, у последнего есть всего два пути – уйти вверх или отправиться под днище транспортного средства.
Самое интересное, что во время езды давление воздуха под авто зачастую гораздо выше, чем над ним. Здесь проявляется так называемый «эффект Бернулли».
Молекулы воздуха быстрее перемещаются над верхним кузовом авто, поэтому там давление ниже. Под машиной плотность воздуха много больше, поэтому выше и давление.
Какой можно сделать вывод? На большой скорости потоки воздуха стараются оторвать переднюю часть от земли, но этому явлению сопротивляется сила тяжести.
Применение аэродинамики в спорте
Под капотом автомобиля огромный вес, но это не мешает встречному потоку воздуха приподнимать кузов и ухудшать сцепление колес с дорогой.
В автоспорте данное явление недопустимо. Неточное вхождение в поворот, небольшая неровность на дороге, и авто может вылететь с трассы.
Вполне логично, что мастера вынуждены всяческими методами бороться с неприятными явлениями.
Делается это путем генерации дополнительной прижимной силы, путем грамотного подбора и установки аэродинамических деталей.
Как подобрать аэродеталь для своего авто
У большинства автолюбителей есть одна общая ошибка — при выборе они исходят из внешнего вида детали, не обращая внимания на ее функциональные особенности.
С таким подходом можно не только не добиться большей устойчивости на дороге, но и усугубить ситуацию.
Следовательно, необходимо знать некоторые тонкости выбора аэродинамических деталей для каждого конкретного вида авто.
Двигатель спереди, передний привод
В таких машинах вся мощность концентрируется в передней части. Чтобы исключить негативное действие воздушных масс, необходимо обзавестись передним сплиттером, который часто называют «губой на бампер».
Еще одна полезная деталь для создания прижимной силы – дефлектор на бампер (также устанавливается на передней части авто).
Этих двух делателей достаточно, чтобы дать автомобилю дополнительную прижимную силу и снизить потери мощности.
Компоновка – среднемоторная, привод – задний
Особенность таких автомобилей – центр тяжести, который находится где-то в центральной части автомобиля.
Передок машины намного легче, что может привести к неконтролируемому заносу задней части авто или перевороту последнего.
Но столь негативные явления можно сбалансировать, если установить подходящие аэродинамические детали на передке машины (о них мы уже упоминали выше).
Не стоит забывать о задней части автомобиля, где диффузоры, спойлеры и антикрылья также могут пригодиться. С их помощью создается прижимная сила на заднюю ось.
Снова-таки, рассмотрим два основных типа авто.
Мотор – спереди, привод – передний
Мы уже упоминали, что нагрузка у такого авто находится в передней части, поэтому зад оказывается уж слишком легким.
Чтобы добиться оптимального результата, его также необходимо «нагрузить» с помощью специальных деталей.
В частности, для этих целей можно установить антикрылья и задние спойлеры.
Компоновка – среднемоторная, привод – задний
В таких авто мощность сосредоточена в большей степени у задних колес. Чтобы сохранить ее в полном объеме и добиться лучшей сцепки колес с дорогой, задней части также необходима дополнительная прижимная сила, которую обеспечивает спойлер или антикрыло.
На какой высоте устанавливать антикрыло
Малоопытные водители часто удивляются высокому расположению элементов, считая это решение глупым и бессмысленным. На самом деле при движении на треке подобный тип установки является оправданным.
Крыло в этом случае располагается в зоне «чистого воздуха», то есть на пути следования потока над крышей авто.
Во время движения в задней части машины давление воздуха разрежено и прижимной силы практически нет.
Антикрыло ставится таким образом, чтобы через него проходил «чистый воздух» и выполнял свою функцию. Если поставить девайс ниже, то от него попросту не будет толка.
Но, исходя из вышесказанного, возникает вопрос по поводу оптимальной высоты для установки антикрыла.
Здесь есть несколько вариантов (в зависимости от типа кузова).
Практически на всех авто такого типа угол «скоса» заднего стекла очень большой. Следовательно, разреженность воздуха над багажником проявляется намного больше.
Ставить спойлер на низких «ножках» в таком авто бессмысленно. Лучший выход – монтаж аэродетали на максимально допустимую высоту.
Лифт-, фастбэк или купе.
У таких авто заднее стекло довольно «покатое», угол небольшой. Следовательно, разрежение воздуха над задней частью машины не так заметно. В этом случае антикрылья должны ставиться на среднюю высоту.
Все авто такого класса имеют одну общую особенность – у них нет багажников в том виде, в каком мы привыкли их видеть.
В этом случае спойлер должен устанавливаться как раз на краю крыши, чтобы через аэродеталь проходили потоки «чистого воздуха».
Для чего нужен диффузор?
Многие автолюбители так и не знают, для чего нужен диффузор. Его задача – создание дополнительной прижимной силы. Установка данного элемента часто производится вместе со спойлером. В этом случае и эффект будет максимальным.
Выводы
Хорошая аэродинамика автомобиля безусловно это здорово, но как правило, начальные аэродинамические характеристики машины уже заложены в нее на этапе конструирования.
Поэтому если вы придерживаетесь любительского стиля езды, то установка аэродинамических деталей не обязательна.
Но для спортсменов такие дополнения – настоящие спасители, ведь с их помощью можно не только гарантировать необходимую мощность, но и удержать автомобиль на дороге в случае резкого маневра.
Но если есть желание установить спойлер или диффузор ради тюнинга автомобиля – право ваше.
Не все так просто, как проверяют аэродинамику в компании Мерседес.
Лайфхак: как улучшить прижимную силу и управляемость авто
На управляемость автомобилем, его прижимную силу, сцепление с дорогой и даже способность оставаться чистым влияет множество факторов, в том числе, аэродинамические качества. Двигаясь с большой скоростью, машина сталкивается со встречным потоком воздуха. Чем больше сопротивление, тем больше топлива тратит двигатель, чтобы ему противостоять. Поэтому гоночные болиды и спорткары делают обтекаемыми, а самолеты оборудованы заостренной носовой частью, рассекающей поток воздуха для снижения сопротивления.
Автомобиль и аэродинамика
Чтобы понять, как внешние силы влияют на автомобиль, разберемся в основных понятиях аэродинамики:
Рх – воздушное сопротивление, которое всегда направлено в противоположную сторону. Простыми словами, ветер в лицо. Эта аэродинамическая сила увеличивается параллельно скорости, а если еще ветер дует вам навстречу, Рх в несколько раз сильнее.
Рz – подъемная сила. Воздух, встречаясь с кузовом автомобиля, делится на частицы потока. Часть обтекает машину сверху, часть течет под днищем, проходя гораздо меньший путь, чем верхние частицы. Физика говорит нам о том, что чем меньше скорость частиц, тем больше давление среды. Проще говоря, частицы воздуха под днищем при большой скорости создают “подушку”, из-за которой авто становится крылом и теряет сцепление с дорогой. Поэтому у гоночных болидов супер низкая посадка.
Му – момент опрокидывания. Иными словами, это коэффициент распределения нагрузки между осями авто. Сопротивление воздуха (Рх) всегда воздействует на продольную ось машины под углом. Чем ниже показатель Му, тем автомобиль более управляем на высоких скоростях.
Мх и Мz – моменты крена и разворота. Простыми словами, это способность автомобиля удерживаться на дороге при боковом ветре.
Как подружиться с аэродинамикой? Тюнинг
Для уменьшения сопротивления автолюбители модернизируют свои автомобили, устанавливая на них дополнительные детали. Рассмотрим наиболее популярные средства тюнинга:
Антикрыло. Борется с подъемной силой автомобиля, увеличивая сцепление с дорогой и управляемость. Кроме низкого клиренса прижимную силу увеличивает жесткая подвеска. Самый яркий пример антикрыла – болиды Ф1. Но есть и риск, слишком большие размеры антикрыла сводят на нет подъемную силу, но увеличивают аэродинамическое сопротивление, а значит увеличивается расход топлива. Скорость при этом значительно падает.
Выход нашли инженеры спорткаров – придумали регулируемое антикрыло.
Диффузор. Направлен на повышение прижимной силы. Днище автомобиля имитирует трубку Вентури. при движении создается мощный поток воздуха под днищем, буквально присасывающий машину к дороге. В обычных машинах диффузор располагается в задней части автомобиля.
Как снизить аэродинамическое сопротивление
Чтобы улучшить динамику, нужно снять с машины все лишнее. Вот как простые действия увеличивают коэффициент сопротивления:
боковые зеркала, антенна и открытые окна добавляют по 5% к сопротивлению
широкие шины, небольшие брызговики на колесах и открытый люк на крыше – плюс 3% за каждый параметр.
Большие брызговики прибавят к сопротивлению 6%, а багажник на крыше – сразу 10%.
Важность заводских настроек автомобиля
Пытаясь улучшить свой автомобиль, не стоит забывать, что ГИБДД весьма скептически относится к переделкам машины. Малейшее несоответствие характеристик авто с заявленными производителем влечет за собой штраф от 500 рублей, а в некоторых случаях – лишение прав и аннулирование регистрации за изменение конструкции.
В России тюнинг автомобилей получил широкое распространение, поэтому власти пошли на некоторые уступки. Появились просчитанные инженерами, проверенные и зарегистрированные решения. Поэтому, переделывая автомобиль, стоит обратиться именно к ним, а не вешать спойлер, собранный соседом в гараже. В лучшем случае, вы получите штраф, а в худшем – можете потерять управление и пострадать в ДТП. С физикой и аэродинамикой шутки плохи.
