Коэффициент лобового сопротивления автомобиля

Сопротивление автомобиля движению в воздухе

Tropfenwagen Эдмунда Румплера 1921 года был первым серийным автомобилем с аэродинамическим дизайном, предшествовавшим Chrysler Airflow и Tatra 77 .

Коэффициент аэродинамического сопротивления является общепринятой мерой в автомобильном дизайне , поскольку он имеет отношение к аэродинамике . Сопротивление — это сила, действующая параллельно потоку воздуха и в том же направлении. Коэффициент аэродинамического сопротивления автомобиля измеряет то, как автомобиль проходит через окружающий воздух. Когда автомобильные компании разрабатывают новый автомобиль, они учитывают коэффициент лобового сопротивления автомобиля в дополнение к другим характеристикам. Аэродинамическое сопротивление увеличивается пропорционально квадрату скорости; поэтому это становится критически важным на более высоких скоростях. Снижение коэффициента аэродинамического сопротивления в автомобиле улучшает его характеристики, связанные со скоростью и топливной экономичностью . ^[1] Существует множество различных способов уменьшить лобовое сопротивление автомобиля. Распространенный способ измерения сопротивления транспортного средства — это измерение площади сопротивления.

Важность снижения сопротивления

Снижение лобового сопротивления дорожных транспортных средств привело к увеличению максимальной скорости транспортного средства и его топливной эффективности, а также многих других эксплуатационных характеристик, таких как управляемость и ускорение. ^[2] Двумя основными факторами, влияющими на сопротивление, являются площадь лобовой части автомобиля и коэффициент сопротивления. Коэффициент сопротивления — это безразмерная величина, которая обозначает, насколько объект сопротивляется движению в жидкости, такой как вода или воздух. Потенциальное осложнение изменения аэродинамики автомобиля заключается в том, что это может привести к слишком большой подъемной силе автомобиля. Подъемная сила — это аэродинамическая сила, действующая перпендикулярно потоку воздуха вокруг кузова автомобиля. Слишком большой подъем может привести к потере сцепления автомобиля с дорогой, что может быть очень небезопасно. ^[3] Снижение коэффициента лобового сопротивления происходит за счет оптимизации внешнего вида кузова автомобиля. Упрощение кузова требует предположений об окружающей воздушной скорости и особенностях использования транспортного средства.

Перетащите область

Хотя дизайнеры уделяют внимание общей форме автомобиля, они также учитывают, что уменьшение лобовой площади формы помогает уменьшить лобовое сопротивление. Произведение коэффициента сопротивления и площади – площадь сопротивления – представляется как C d A (или C _x A ), умножением значения C d на площадь.

Термин « площадь сопротивления» происходит из аэродинамики , где он является произведением некоторой эталонной площади (например, площади поперечного сечения, общей площади поверхности и т. д.) и коэффициента сопротивления. В 2003 году журнал Car and Driver принял этот показатель как более интуитивный способ сравнения аэродинамической эффективности различных автомобилей.

Сила F, необходимая для преодоления сопротивления, рассчитывается по уравнению сопротивления : Следовательно: где коэффициент сопротивления и эталонная площадь сведены в термин площади сопротивления. Это позволяет напрямую оценить силу сопротивления на заданной скорости для любого транспортного средства, для которого известна только площадь сопротивления, и, следовательно, упрощает сравнение. Поскольку площадь сопротивления C d A является фундаментальной величиной, определяющей мощность, необходимую для данной крейсерской скорости, она является критическим параметром для расхода топлива на постоянной скорости. Это соотношение также позволяет оценить новую максимальную скорость автомобиля с настроенным двигателем: ${\displaystyle F={\tfrac {1}{2}}\times {\text{air density}}\times {\text{drag coefficient}}\times {\text{reference area}}\times {\text{speed}}^{2}}$ ${\displaystyle F={\tfrac {1}{2}}\times {\text{air density}}\times \mathbf {\text{drag area}} \times {\text{speed}}^{2}}$

${\displaystyle {\text{estimated top speed}}={\text{original top speed}}\times {\sqrt[{3}]{\frac {\text{new power}}{\text{original power}}}}}$

Или мощность, необходимая для достижения целевой максимальной скорости:

${\displaystyle {\text{power required}}={\text{original power}}\times \left({\frac {\text{target speed}}{\text{original speed}}}\right)^{3}}$

Среднеразмерные легковые автомобили имеют площадь сопротивления примерно 8 кв. футов (0,74 м ² ). Заявленные площади сопротивления варьируются от Honda Insight 1999 года с площадью 5,1 кв. футов (0,47 м ² ) до Hummer H2 2003 года с площадью 26,5 кв. футов (2,46 м ² ). Площадь сопротивления велосипеда (и водителя) также находится в диапазоне 6,5–7,5 кв. футов (0,60–0,70 м ² ). ^[4]

Пример коэффициентов сопротивления

Средний современный автомобиль имеет коэффициент лобового сопротивления от 0,25 до 0,3. Внедорожники (внедорожники) с их типично квадратной формой обычно достигают C d = 0,35–0,45. На коэффициент лобового сопротивления автомобиля влияет форма кузова автомобиля. Различные другие характеристики также влияют на коэффициент лобового сопротивления и учитываются в этих примерах. Многие спортивные автомобили имеют удивительно высокий коэффициент лобового сопротивления, поскольку прижимная сила подразумевает сопротивление, в то время как другие разработаны с учетом высокой аэродинамики в стремлении к скорости и эффективности и в результате имеют гораздо более низкие коэффициенты лобового сопротивления.

Обратите внимание, что C d конкретного транспортного средства будет варьироваться в зависимости от того, в какой аэродинамической трубе он измеряется. Задокументированы отклонения до 5% ^[5] , а различия в технике испытаний и анализа также могут иметь значение. Таким образом, если бы то же транспортное средство с коэффициентом лобового сопротивления  C d = 0,30 было измерено в другом туннеле, оно могло бы быть где угодно от C d = 0,285 до C d = 0,315.

Смотрите также

• Автомобильная аэродинамика
• Перетаскивание (физика)
• Уравнение перетаскивания
• Пол Джарай

Примечания

1. в режиме Range в сочетании с низким уровнем и закрытыми створками воздухозаборника
2. с комбинацией 19-дюймовых дисков и шин AMG в режиме вождения «Спорт».
3. с комбинацией 19-дюймовых дисков и шин

Рекомендации

1. Ван, Брайан (16 марта 2009 г.). «Снижение лобового сопротивления легковых и грузовых автомобилей на 15-18%». Следующее большое будущее . Архивировано из оригинала 29 января 2018 г. Проверено 28 января 2018 г.
2. Тернер, Майк. «Aerocivic — модификации Honda Civic для максимального расхода бензина —». аэрогражданский . Проверено 28 января 2018 г.
3. Гуинн, Уэйн Д. «Оборудование для спойлеров Camaro». Камаро – нераскрытые тайны . НАС. Архивировано из оригинала 19 мая 2000 г.
4. «(нижняя лобовая часть велосипеда компенсируется более высоким коэффициентом лобового сопротивления)» . Лафн.орг. Архивировано из оригинала 17 июля 2011 г. Проверено 28 июня 2011 г.
5. Хойт, Уэйд (октябрь 1985 г.). «Создание автомобилей завтрашнего дня». Популярная механика : 131.
6. «Техника VW Beetle». Maggiolinoweb.it . Проверено 24 октября 2009 г.
7. "Домашняя страница Мэйфилда - Коэффициент лобового сопротивления для выбранных транспортных средств" . Mayfco.com . Проверено 24 октября 2009 г.
8. Висник, Билл (18 декабря 2017 г.). «Герой нулевого уровня». САЭ Интернешнл. Архивировано из оригинала 29 мая 2019 г. Проверено 29 мая 2019 г.
9. «TG встречает Pagani Huayra - BBC Top Gear» . Topgear.com. 08.06.2012. Архивировано из оригинала 28 августа 2011 г. Проверено 5 апреля 2013 г.
10. «Королла» (Пресс-релиз). Великобритания: Тойота. февраль 2019 года . Проверено 14 февраля 2019 г.
11. «Пресс-кит Toyota Prius 2001 года» (пресс-релиз). Австралия: Тойота. 04.10.2001 . Проверено 10 июля 2020 г.
12. "Chevrolet Corvette 2006" (пресс-релиз). США: Дженерал Моторс. 2005 . Проверено 5 июля 2018 г.
13. «Скользкая Tesla Model S побеждает в перестрелке в аэродинамической трубе» . Экоменто . 30 мая 2014 г. Архивировано из оригинала 19 октября 2014 г. Проверено 15 октября 2014 г.
14. «Пресс-кит» (Пресс-релиз). Тесла . Проверено 5 марта 2018 г.
15. «Аэродинамика: лучшее соотношение цены и качества из всех современных моделей Porsche» (пресс-релиз). 04.09.2019 . Проверено 14 октября 2019 г.
16. «Новый EQS: страсть к электромобильности» (пресс-релиз). Штутгарт. 03.04.2021 . Проверено 06 апреля 2021 г.
17. «Lucid Air Touring и Air Pure теперь готовы к дороге с лучшим на рынке диапазоном и аэродинамикой; Air Sapphire доминирует на тестовых трассах на пути к представлению в 2023 году» (пресс-релиз). Ньюарк, Калифорния. 15 ноября 2022 г. Проверено 15 ноября 2022 г.
18. Лай, Джерард (28 декабря 2023 г.). «Xiaomi SU7 дебютирует в Китае — первый электромобиль бренда; мощность до 673 л.с., 838 Нм, запас хода 800 км, максимальная скорость 265 км/ч». Автомобильные новости Пола Тана . Проверено 28 декабря 2023 г.
19. Браун, Аарон (16 марта 2016 г.). «Вот история исчезнувшего революционного электромобиля GM из 90-х». Бизнес-инсайдер . Инсайдер Инк . Проверено 28 ноября 2018 г.
20. "Alfa Romeo BAT 7 1954 года" . www.conceptcarz.com . Проверено 15 ноября 2019 г.
21. «VISION EQXX - выведение запаса хода и эффективности на электротяге на совершенно новый уровень» . группа-медиа.mercedes-Benz.com . Проверено 21 апреля 2022 г.
22. «GM представляет концепт-кар, расход топлива которого составляет 108 миль на галлон» . Электрифицирующие времена . НАС. 11 января 2000 г. Архивировано из оригинала 19 мая 2000 г.
23. ЗЕЛЛТЕР, ЮРГЕН (14 июня 2013 г.). "Фольксваген XL1 2014 года выпуска". Автомобиль и водитель . Херст Коммуникейшнз, Инк . Проверено 25 декабря 2017 г.
24. «Австралийский гоночный автомобиль на солнечных батареях установил мировой рекорд Гиннеса после блестящего финиша» . Новости АВС . 19 декабря 2022 г. Проверено 29 апреля 2023 г.
25. Мартин, Нил (19 декабря 2022 г.). «Электромобили-рекордсмены! Sunswift 7 преодолевает 1000 км на одной зарядке и показывает лучшее в мире время». Отдел новостей UNSW . Проверено 12 ноября 2023 г.
26. "Домашняя страница компании Mayfield - Таблицы и кривые коэффициентов сопротивления" . Mayfco.com . Проверено 7 декабря 2010 г.
27. Шерман, Дон. «Drag Queens: сравнение аэродинамики» (PDF) . Автомобиль и водитель . № июнь 2014 г. Hearst Communications . Проверено 29 декабря 2017 г.
28. «Аэродинамика». Двойной шеврон (№59). 1980.
29. «Ram 1500, 2019 г. - Больше места. Больше места для хранения. Больше технологий» . www.ramtrucks.com . Архивировано из оригинала 16 января 2018 г. Проверено 24 февраля 2018 г.
30. «Устранение аэродинамики: чемпион мира по аэродинамике почти во всех классах транспортных средств» (пресс-релиз). Даймлер. 05.10.2013 . Проверено 02 марта 2021 г.
31. Сантин, Джей-Джей; Ондер, Швейцария; Бернард, Дж.; Айслер, Д.; Коблер, П.; Колб, Ф.; Вайдманн, Н.; Гуззелла, Л. (2007). Самый экономичный автомобиль в мире: проектирование и разработка Pac Car II . Цюрих: vdf, Hochschulverlag AG и der ETH. п. 113. ИСБН 978-3-7281-3134-8.
32. «Энергопотребление — IGSS'13» . Проверено 30 сентября 2015 г.

Внешние ссылки

• Дополнительные 500 коэффициентов аэродинамического сопротивления
• Улучшение аэродинамики для повышения экономии топлива
• Тель-Авивский университет снижает лобовое сопротивление грузовиков на 10%
• Простой тест для измерения Cd и Crr для автомобилей и велосипедов