Автомобильная аэродинамика – это изучение аэродинамики дорожных транспортных средств. Его основными целями являются снижение сопротивления и шума ветра, минимизация уровня шума и предотвращение нежелательных подъемных сил и других причин аэродинамической нестабильности на высоких скоростях. В этом случае воздух также считается жидкостью. Для некоторых классов гоночных автомобилей также может быть важно создать прижимную силу для улучшения сцепления с дорогой и, следовательно, способности проходить повороты.
Сила трения аэродинамического сопротивления значительно увеличивается со скоростью автомобиля. [1] Еще в 1920-х годах инженеры начали учитывать форму автомобиля для снижения аэродинамического сопротивления на более высоких скоростях. К 1950-м годам немецкие и британские автомобильные инженеры систематически анализировали влияние сопротивления автомобиля на автомобили с более высокими характеристиками. [2] К концу 1960-х годов ученые также узнали о значительном увеличении уровня шума, издаваемого автомобилями на высокой скорости. Предполагалось, что эти эффекты увеличивают интенсивность уровня звука для прилегающих земельных участков с нелинейной скоростью. [3] Вскоре инженеры-дорожники начали проектировать дороги с учетом скоростного воздействия аэродинамического сопротивления, вызывающего уровни шума, а производители автомобилей учитывали те же факторы при проектировании транспортных средств.
Удаление деталей на автомобиле — это простой способ для проектировщиков и владельцев транспортных средств уменьшить паразитное и лобовое сопротивление автомобиля с минимальными затратами и усилиями. Удаление может быть таким же простым, как удаление детали послепродажного обслуживания или детали, которая была установлена на автомобиль после производства, или необходимость изменения и удаления OEM- детали, то есть любой части автомобиля, которая изначально была изготовлена на автомобиле. Большинство серийных спортивных автомобилей и высокоэффективных автомобилей стандартно поставляются со многими из этих исключений, чтобы быть конкурентоспособными на автомобильном и гоночном рынке, в то время как другие предпочитают сохранять эти аспекты транспортного средства, увеличивающие лобовое сопротивление, из-за их визуальных аспектов или соответствовать типичному дизайну. использования своей клиентской базы. [4]
Задний спойлер обычно входит в стандартную комплектацию большинства спортивных автомобилей и напоминает форму приподнятого крыла в задней части автомобиля. Основная цель заднего спойлера в конструкции автомобиля — противодействовать подъемной силе, тем самым повышая устойчивость на более высоких скоростях. Чтобы добиться минимально возможного сопротивления, воздух должен обтекать обтекаемый корпус автомобиля, не соприкасаясь с зонами возможной турбулентности. Конструкция заднего спойлера, выступающего за крышку задней части багажника, увеличивает прижимную силу, уменьшая подъемную силу на высоких скоростях и вызывая при этом штраф за сопротивление. Плоские спойлеры, возможно, слегка наклоненные вниз, могут уменьшить турбулентность и тем самым снизить коэффициент лобового сопротивления. [5] Некоторые автомобили теперь оснащены автоматически регулируемыми задними спойлерами, поэтому на более низкой скорости влияние на сопротивление уменьшается, когда преимущества уменьшенной подъемной силы не требуются.
Боковые зеркала увеличивают лобовую площадь автомобиля и увеличивают коэффициент лобового сопротивления, поскольку они выступают сбоку автомобиля. [6] [7] Чтобы уменьшить влияние боковых зеркал на лобовое сопротивление автомобиля, боковые зеркала можно заменить зеркалами меньшего размера или зеркалами другой формы. В некоторых концепт-карах 2010-х годов зеркала заменяются крошечными камерами [8] , но этот вариант не является обычным для серийных автомобилей, поскольку в большинстве стран требуются боковые зеркала. Одним из первых серийных легковых автомобилей, в которых зеркала были заменены на камеры, был Honda e , и в этом случае, по утверждению Honda, камеры уменьшили аэродинамическое сопротивление «примерно на 90% по сравнению с обычными наружными зеркалами», что способствовало уменьшению аэродинамического сопротивления примерно на 3,8%. % снижения лобового сопротивления всего автомобиля. [9] Подсчитано, что на два боковых зеркала приходится от 2 до 7% общего аэродинамического сопротивления автомобиля, и что их удаление может улучшить экономию топлива на 1,5–2 мили на галлон США. [10]
Хотя они не оказывают большого влияния на коэффициент лобового сопротивления из-за своего небольшого размера, радиоантенны, обычно выступающие из передней части автомобиля, можно переместить и изменить их конструкцию, чтобы избавить автомобиль от этого дополнительного сопротивления. Наиболее распространенной заменой стандартной автомобильной антенны является антенна из акульего плавника, которая имеется в большинстве высокоэффективных автомобилей. [11]
Когда воздух обтекает колесные арки, он сталкивается с ободами транспортных средств и образует зону турбулентности вокруг колеса. Чтобы воздух более плавно обтекал колесную нишу, часто применяют гладкие колпаки на колеса . Гладкие колпаки колес представляют собой колпаки ступиц, в которых нет отверстий для прохождения воздуха. Такая конструкция снижает сопротивление; однако это может привести к более быстрому нагреву тормозов, поскольку крышки предотвращают поток воздуха вокруг тормозной системы. В результате эта стратегия часто применяется в высокоэффективных моделях для оптимизации плавного потока воздуха и повышения общих характеристик автомобиля. [12]
Воздушные завесы отводят поток воздуха из щелей кузова и направляют его к внешним краям колесных ниш. [13] [14] [15]
Передняя решетка автомобиля используется для направления воздуха через радиатор. В обтекаемой конструкции воздух обтекает автомобиль, а не проходит сквозь него; однако решетка автомобиля перенаправляет поток воздуха вокруг автомобиля внутрь автомобиля, что затем увеличивает сопротивление. Чтобы уменьшить это воздействие, часто используют решетчатый блок. Блок решетки закрывает часть или всю переднюю решетку автомобиля. В большинстве моделей с высокой эффективностью или в автомобилях с низким коэффициентом аэродинамического сопротивления очень маленькая решетка уже встроена в конструкцию автомобиля, что устраняет необходимость в блоке решетки. Решетка большинства серийных автомобилей, как правило, спроектирована так, чтобы максимизировать поток воздуха через радиатор, где он выходит в моторный отсек. Такая конструкция действительно может создавать слишком большой приток воздуха в моторный отсек, не давая ему своевременно прогреться, и в таких случаях используется блок решетки радиатора, чтобы повысить производительность двигателя и одновременно снизить лобовое сопротивление автомобиля. [16] [ нужна страница ]
Нижняя часть автомобиля часто задерживает воздух в различных местах и увеличивает турбулентность вокруг автомобиля. В большинстве гоночных автомобилей это устраняется путем покрытия всей нижней части автомобиля так называемым поддоном. Этот поддон предотвращает попадание воздуха под автомобиль и снижает сопротивление. [12]
Юбки крыльев часто выполняются как продолжение панелей кузова автомобилей и закрывают всю колесную нишу. Подобно гладким колпакам колес, эта модификация уменьшает сопротивление автомобиля, предотвращая попадание воздуха в колесную нишу, и способствует оптимизации кузова автомобиля. Юбки крыльев чаще встречаются в арках задних колес автомобиля, потому что шины не вращаются, а конструкция намного проще. Это обычно наблюдается в таких автомобилях, как Honda Insight первого поколения . Юбки передних крыльев оказывают такое же влияние на снижение лобового сопротивления, как и юбки задних колес, но должны быть дальше смещены от кузова, чтобы компенсировать выпирание шины из кузова автомобиля при поворотах. [12]
Лодочный хвост может значительно снизить общее сопротивление автомобиля. Боаттейлы создают каплевидную форму, которая придает автомобилю более обтекаемый профиль, уменьшая возникновение сопротивления, вызывающего отрыв потока . [17] Каммбак — это усеченный хвост. Он создан как продолжение задней части автомобиля, перемещая заднюю часть назад под небольшим углом к бамперу автомобиля. Это также может уменьшить сопротивление, но хвост еще больше уменьшит сопротивление автомобиля. Тем не менее, по практическим соображениям и по соображениям стиля, камбак чаще встречается в гоночных, высокоэффективных транспортных средствах и грузовых автомобилях. [18]
Автомобильная аэродинамика отличается от аэродинамики самолетов по нескольким признакам:
Аэродинамика автомобилей изучается с использованием как компьютерного моделирования , так и испытаний в аэродинамической трубе . Для получения наиболее точных результатов испытаний в аэродинамической трубе туннель иногда оборудуют катящейся дорогой. Это подвижный пол рабочей секции, который движется с той же скоростью, что и поток воздуха. Это предотвращает образование пограничного слоя на полу рабочей части и влияние на результаты.
Прижимная сила описывает давление вниз, создаваемое аэродинамическими характеристиками автомобиля , которое позволяет ему быстрее проходить поворот, удерживая автомобиль на трассе или поверхности дороги. Некоторые элементы увеличения прижимной силы автомобиля также увеличивают лобовое сопротивление. Очень важно создать хорошую нисходящую аэродинамическую силу, поскольку она влияет на скорость и тягу автомобиля. [19]
