Автомобильная аэродинамика — это изучение аэродинамики дорожных транспортных средств. Ее основными целями являются снижение сопротивления и шума ветра, минимизация шумового излучения и предотвращение нежелательных подъемных сил и других причин аэродинамической нестабильности на высоких скоростях. Воздух также считается жидкостью в этом случае. Для некоторых классов гоночных транспортных средств также может быть важно создавать прижимную силу для улучшения тяги и, следовательно, способности прохождения поворотов.
Сила трения аэродинамического сопротивления значительно увеличивается со скоростью транспортного средства. [1] Еще в 1920-х годах инженеры начали рассматривать форму автомобиля для снижения аэродинамического сопротивления на более высоких скоростях. К 1950-м годам немецкие и британские инженеры-автомобилестроители систематически анализировали эффекты автомобильного сопротивления для более производительных транспортных средств. [2] К концу 1960-х годов ученые также узнали о значительном увеличении уровня звука, издаваемого автомобилями на высокой скорости. Было установлено, что эти эффекты увеличивают интенсивность уровней звука для прилегающих землепользований с нелинейной скоростью. [3] Вскоре инженеры-дорожники начали проектировать дороги, учитывая эффекты скорости аэродинамического сопротивления, производимого уровнями звука, и производители автомобилей учитывали те же факторы при проектировании транспортных средств.
Удаление деталей на транспортном средстве — это простой способ для дизайнеров и владельцев транспортных средств уменьшить паразитное и лобовое сопротивление транспортного средства с небольшими затратами и усилиями. Удаление может быть таким же простым, как удаление детали вторичного рынка или детали, которая была установлена на транспортном средстве после производства, или необходимостью модификации и удаления детали OEM , то есть любой части транспортного средства, которая была изначально изготовлена на транспортном средстве. Большинство серийных спортивных автомобилей и высокоэффективных транспортных средств поставляются со многими из этих удалений в стандартной комплектации, чтобы быть конкурентоспособными на автомобильном и гоночном рынке, в то время как другие предпочитают сохранять эти увеличивающие сопротивление аспекты транспортного средства для их визуальных аспектов или для соответствия типичным использованиям их 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 увеличивая устойчивость на более высоких скоростях. Чтобы достичь минимально возможного сопротивления, воздух должен обтекать обтекаемый корпус автомобиля, не соприкасаясь с какими-либо областями возможной турбулентности. Конструкция заднего спойлера, которая выступает за пределы крышки багажника, увеличит прижимную силу, уменьшая подъемную силу на высоких скоростях, одновременно вызывая штраф за сопротивление. Плоские спойлеры, возможно, слегка наклоненные вниз, могут уменьшить турбулентность и тем самым уменьшить коэффициент 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 как фронтальную площадь автомобиля, так и коэффициент лобового сопротивления, поскольку они выступают из боковой части автомобиля. [6] [7] Чтобы уменьшить влияние боковых зеркал на лобовое сопротивление автомобиля, боковые зеркала можно заменить меньшими зеркалами или зеркалами другой формы. Несколько концепт-каров 2010-х годов заменяют зеркала крошечными камерами [8], но эта опция не распространена для серийных автомобилей, поскольку большинство стран требуют боковые зеркала. Одним из первых серийных легковых автомобилей, в которых зеркала были заменены камерами, был Honda e , и в этом случае, как утверждает Honda, камеры снизили аэродинамическое сопротивление «примерно на 90% по сравнению с обычными дверными зеркалами», что способствовало снижению сопротивления всего автомобиля примерно на 3,8%. [9] По оценкам, два боковых зеркала отвечают за 2–7% 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 наибольшего влияния на коэффициент сопротивления из-за своего небольшого размера, радиоантенны, которые обычно выступают из передней части автомобиля, можно переместить и изменить конструкцию, чтобы избавить автомобиль от этого дополнительного сопротивления. Наиболее распространенной заменой стандартной автомобильной антенны является антенна типа «акулий плавник», которая используется в большинстве высокоэффективных автомобилей. [11]
Когда воздух обтекает колесные арки, он нарушается ободами транспортных средств и образует зону турбулентности вокруг колеса. Для того чтобы воздух обтекал колесную арку более плавно, часто применяются гладкие колпаки колес . Гладкие колпаки колес — это колпаки ступиц без отверстий для прохождения воздуха. Такая конструкция снижает сопротивление; однако это может привести к более быстрому нагреву тормозов, поскольку колпаки препятствуют потоку воздуха вокруг тормозной системы. В результате эта модификация чаще встречается в автомобилях с высокой эффективностью, чем в спортивных или гоночных автомобилях. [12]
Воздушные завесы отводят поток воздуха от щелей в кузове и направляют его к внешним краям колесных арок. [13] [14] [15]
Передняя решетка автомобиля используется для направления воздуха через радиатор. В обтекаемой конструкции воздух обтекает автомобиль, а не проходит через него; однако решетка автомобиля перенаправляет поток воздуха из-за автомобиля через автомобиль, что затем увеличивает сопротивление. Чтобы уменьшить это воздействие, часто используется блок решетки. Блок решетки закрывает часть или всю переднюю решетку автомобиля. В большинстве моделей с высокой эффективностью или в автомобилях с низким коэффициентом сопротивления в конструкцию автомобиля уже встроена очень маленькая решетка, что устраняет необходимость в блоке решетки. Решетка в большинстве серийных автомобилей, как правило, предназначена для максимального увеличения потока воздуха через радиатор, где он выходит в моторный отсек. Такая конструкция фактически может создавать слишком большой поток воздуха в моторный отсек, не давая ему своевременно прогреваться, и в таких случаях блок решетки используется для повышения производительности двигателя и одновременного снижения сопротивления автомобиля. [16] [ нужна страница ]
Нижняя часть автомобиля часто захватывает воздух в разных местах и добавляет турбулентности вокруг автомобиля. В большинстве гоночных автомобилей это устраняется путем покрытия всей нижней части автомобиля тем, что называется поддоном. Этот поддон предотвращает попадание воздуха под автомобиль и уменьшает сопротивление. [12]
Юбки крыльев часто изготавливаются как продолжение панелей кузова транспортных средств и покрывают все колесные арки. Подобно гладким колпакам колес эта модификация уменьшает сопротивление транспортного средства, предотвращая попадание воздуха в колесную арку и помогая сделать кузов автомобиля более обтекаемым. Юбки крыльев чаще всего встречаются на задних колесных арках транспортного средства, поскольку шины не поворачиваются, а конструкция намного проще. Это часто можно увидеть в таких транспортных средствах, как Honda Insight первого поколения . Юбки передних крыльев оказывают такое же влияние на снижение сопротивления, как и юбки задних колес, но должны быть дополнительно смещены от кузова, чтобы компенсировать выступ шины из кузова транспортного средства при поворотах. [12]
Boattail может значительно снизить общее сопротивление автомобиля. Boattails создают каплевидную форму, которая придает автомобилю более обтекаемый профиль, уменьшая возникновение сопротивления, вызывающего разделение потока . [17] Kammback — это усеченный boattail . Он создается как расширение задней части автомобиля, перемещая заднюю часть назад под небольшим углом к бамперу автомобиля. Это также может снизить сопротивление, но boattail уменьшит сопротивление автомобиля больше. Тем не менее, по практическим и стилистическим причинам, kammback чаще встречается в гонках, высокоэффективных транспортных средствах и грузоперевозках. [18]
Автомобильная аэродинамика отличается от аэродинамики самолетов по нескольким параметрам:
Автомобильная аэродинамика изучается с помощью как компьютерного моделирования , так и испытаний в аэродинамической трубе . Для получения наиболее точных результатов испытаний в аэродинамической трубе, туннель иногда оборудуют подвижной дорогой. Это подвижный пол рабочей секции, который движется с той же скоростью, что и поток воздуха. Это предотвращает образование пограничного слоя на полу рабочей секции и влияние на результаты.
Прижимная сила описывает направленное вниз давление, создаваемое аэродинамическими характеристиками автомобиля , которое позволяет ему быстрее проходить поворот, удерживая автомобиль на трассе или дорожной поверхности. Некоторые элементы для увеличения прижимной силы автомобиля также увеличат сопротивление. Очень важно создать хорошую направленную вниз аэродинамическую силу, поскольку она влияет на скорость и тягу автомобиля. [19]
