Коэффициент лобового сопротивления автомобиля

Сопротивление автомобиля движению по воздуху

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

Коэффициент сопротивления является общепринятой мерой в автомобильном дизайне , поскольку он относится к аэродинамике . Сопротивление — это сила, которая действует параллельно и в том же направлении, что и воздушный поток. Коэффициент сопротивления автомобиля измеряет то, как автомобиль проходит через окружающий воздух. Когда автомобильные компании проектируют новое транспортное средство, они учитывают коэффициент сопротивления автомобиля в дополнение к другим эксплуатационным характеристикам. Аэродинамическое сопротивление увеличивается пропорционально квадрату скорости; поэтому оно становится критически важным на более высоких скоростях. Уменьшение коэффициента сопротивления автомобиля улучшает эксплуатационные характеристики транспортного средства, поскольку оно относится к скорости и топливной экономичности . ^[1] Существует много различных способов уменьшить сопротивление транспортного средства. Распространенный способ измерения сопротивления транспортного средства — через площадь сопротивления.

Важность снижения сопротивления

Снижение сопротивления в дорожных транспортных средствах привело к увеличению максимальной скорости транспортного средства и топливной экономичности транспортного средства, а также многих других эксплуатационных характеристик, таких как управляемость и ускорение. ^[2] Двумя основными факторами, которые влияют на сопротивление, являются лобовая площадь транспортного средства и коэффициент сопротивления. Коэффициент сопротивления - это безразмерная величина, которая обозначает, насколько объект сопротивляется движению через жидкость, такую ​​как вода или воздух. Потенциальное осложнение изменения аэродинамики транспортного средства заключается в том, что это может привести к тому, что транспортное средство получит слишком большую подъемную силу. Подъемная сила - это аэродинамическая сила, которая действует перпендикулярно воздушному потоку вокруг корпуса транспортного средства. Слишком большая подъемная сила может привести к потере транспортным средством сцепления с дорогой, что может быть очень небезопасно. ^[3] Снижение коэффициента сопротивления достигается за счет обтекания внешнего корпуса транспортного средства. Обтекание корпуса требует предположений об окружающей скорости воздуха и характерном использовании транспортного средства.

Автомобили, которые пытаются уменьшить сопротивление, используют такие устройства, как спойлеры, крылья, диффузоры и плавники, чтобы уменьшить сопротивление и увеличить скорость в одном направлении. ^[4]

Область перетаскивания

Хотя дизайнеры уделяют внимание общей форме автомобиля, они также помнят, что уменьшение лобовой площади формы помогает уменьшить сопротивление. Произведение коэффициента сопротивления и площади — площадь сопротивления — представлено как C d A (или C _x A ), умножение значения C d на площадь.

Термин площадь сопротивления происходит из аэродинамики , где он является произведением некоторой опорной площади (например, площади поперечного сечения, общей площади поверхности или аналогичной) и коэффициента сопротивления. В 2003 году журнал Car and Driver принял эту метрику как более интуитивный способ сравнения аэродинамической эффективности различных автомобилей.

Сила F, необходимая для преодоления сопротивления, рассчитывается с помощью уравнения сопротивления : Следовательно: где коэффициент сопротивления и опорная площадь были свернуты 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, упростить сравнение. Поскольку площадь сопротивления C d A является фундаментальным значением, определяющим мощность, необходимую для заданной 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 максимальной скорости:

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

Средняя площадь сопротивления легкового автомобиля составляет около 8 кв. футов (0,74 м ² ). Сообщаемые площади сопротивления варьируются от 5,1 кв. футов (0,47 м ^{2 ) у} Honda Insight 1999 года до 26,5 кв. футов (2,46 м ^{2 ) у} Hummer H2 2003 года . Площадь сопротивления велосипеда (и велосипедиста) также находится в диапазоне 6,5–7,5 кв. футов (0,60–0,70 м ² ). ^[5]

Пример коэффициентов сопротивления

Средний современный автомобиль достигает коэффициента сопротивления от 0,25 до 0,3. Внедорожники с их типично квадратными формами обычно достигают C d =0,35–0,45. Коэффициент сопротивления транспортного средства зависит от формы кузова транспортного средства. Различные другие характеристики также влияют на коэффициент сопротивления и учитываются в этих примерах. Многие спортивные автомобили имеют удивительно высокий коэффициент сопротивления, поскольку прижимная сила подразумевает сопротивление, в то время как другие спроектированы так, чтобы быть высокоаэродинамическими в погоне за скоростью и эффективностью, и в результате имеют гораздо более низкие коэффициенты сопротивления.

Обратите внимание, что C d данного транспортного средства будет меняться в зависимости от того, в какой аэродинамической трубе оно измеряется. Были задокументированы отклонения до 5% ^[6] , а также отклонения в методике испытаний и анализе также могут иметь значение. Таким образом, если то же транспортное средство с коэффициентом сопротивления  C d = 0,30 было измерено в другой аэродинамической трубе, он может быть где угодно от C d = 0,285 до C d = 0,315.

Смотрите также

• Автомобильная аэродинамика
• Перетаскивание (физика)
• Уравнение сопротивления
• Пол Джарей

Примечания

1. в режиме Range в сочетании с низким уровнем и закрытыми заслонками воздухозаборника
2. с 19-дюймовыми дисками AMG/шинами в режиме вождения «Спорт»
3. с 19-дюймовым колесом/шинами

Ссылки

1. Ван, Брайан (2009-03-16). "Снижение сопротивления легковых и грузовых автомобилей на 15-18%". Следующее большое будущее . Архивировано из оригинала 2018-01-29 . Получено 2018-01-28 .
2. Тернер, Майк. "Aerocivic - модификации Honda Civic для максимального расхода топлива -". aerocivic . Получено 28.01.2018 .
3. Guinn, Wayne D. "Camaro Spoiler Equipment". Camaro - Untold Secrets . США. Архивировано из оригинала 2000-05-19.
4. Нат, Деванг С.; Пуджари, Прашант Чандра; Джейн, Амит; Растоги, Викас (28.01.2021). «Снижение сопротивления путем применения аэродинамических устройств в гоночном автомобиле». Advances in Aerodynamics . 3 (1): 4. doi : 10.1186/s42774-020-00054-7 . ISSN  2524-6992.
5. "(более низкая лобовая площадь велосипеда компенсируется более высоким коэффициентом лобового сопротивления)". Lafn.org. Архивировано из оригинала 2011-07-17 . Получено 2011-06-28 .
6. Хойт, Уэйд (октябрь 1985 г.). «Формирование автомобилей будущего». Popular Mechanics : 131.
7. "Техника VW Beetle". Maggiolinoweb.it . Получено 24.10.2009 .
8. "The Mayfield Homepage - Коэффициент лобового сопротивления для выбранных транспортных средств". Mayfco.com . Получено 24.10.2009 .
9. Висник, Билл (2017-12-18). "Герой нулевого уровня". SAE International. Архивировано из оригинала 2019-05-29 . Получено 2019-05-29 .
10. "TG встречает Pagani Huayra - BBC Top Gear". Topgear.com. 2012-06-08. Архивировано из оригинала 2011-08-28 . Получено 2013-04-05 .
11. "Corolla" (пресс-релиз). Великобритания: Toyota. Февраль 2019 г. Получено 14 февраля 2019 г.
12. "2001 Toyota Prius Press Kit" (пресс-релиз). Австралия: Toyota. 2001-10-04 . Получено 2020-07-10 .
13. "2006 Chevrolet Corvette" (пресс-релиз). США: General Motors. 2005 . Получено 2018-07-05 .
14. "Аэродинамика: лучшее соотношение цены и качества среди всех современных моделей Porsche" (пресс-релиз). 2019-09-04 . Получено 2019-10-14 .
15. "Новая модель 3 имеет "самое низкое абсолютное сопротивление среди всех Tesla" с Cd 0,219". InsideEVs . Получено 28.09.2024 .
16. "Модель S | Тесла".
17. "Новый EQS: страсть к электромобильности" (пресс-релиз). Штутгарт. 2021-04-03 . Получено 2021-04-06 .
18. «Lucid Air Touring и Air Pure теперь готовы к дороге с лидирующим на рынке диапазоном и аэродинамикой; Air Sapphire доминирует на тестовых трассах на пути к представлению в 2023 году» (пресс-релиз). Ньюарк, Калифорния. 2022-11-15 . Получено 2022-11-15 .
19. Лай, Джерард (28.12.2023). «Xiaomi SU7 дебютирует в Китае — первый электромобиль бренда; до 673 л. с., 838 Нм, запас хода 800 км, максимальная скорость 265 км/ч». Automotive News Пола Тана . Получено 28.12.2023 .
20. Браун, Аарон (2016-03-16). «Вот история революционного электромобиля GM из 90-х, который исчез». Business Insider . Insider Inc . Получено 28.11.2018 .
21. "1954 Alfa Romeo BAT 7". conceptcarz.com . Получено 2019-11-15 .
22. "Особенности транспортного средства Aptera" . Получено 2024-05-01 .
23. "GM представляет концепт-кар, который потребляет 108 миль на галлон". Electrifying Times . США. 2000-01-11. Архивировано из оригинала 2000-05-19.
24. "VISION EQXX – вывод электрического запаса хода и эффективности на совершенно новый уровень". group-media.mercedes-benz.com . Получено 21.04.2022 .
25. ZOELLTER, JUERGEN (2013-06-14). "2014 Volkswagen XL1". Автомобиль и водитель . Hearst Communications, Inc . Получено 2017-12-25 .
26. "Австралийский гоночный автомобиль на солнечных батареях установил мировой рекорд Гиннесса после захватывающего финиша". ABC News . 2022-12-19 . Получено 2023-04-29 .
27. Мартин, Нил (19.12.2022). «Рекордсмены электромобилей! Sunswift 7 проезжает 1000 км на одной зарядке за лучшее в мире время». UNSW Newsroom . Получено 12.11.2023 .
28. "Домашняя страница компании Mayfield - Таблицы и кривые коэффициентов сопротивления". Mayfco.com . Получено 2010-12-07 .
29. Шерман, Дон. "Drag Queens: Aerodynamics Compared" (PDF) . Car and Driver . № июнь 2014 г. Hearst Communications . Получено 29 декабря 2017 г.
30. "Аэродинамика". Le Double Chevron (#59). 1980.
31. "2019 Ram 1500 – Больше места. Больше места для хранения. Больше технологий". www.ramtrucks.com . Архивировано из оригинала 2018-01-16 . Получено 2018-02-24 .
32. «Снижение сопротивления аэродинамики: чемпион мира по аэродинамике почти во всех классах автомобилей» (пресс-релиз). Daimler. 2013-10-05 . Получено 2021-03-02 .
33. 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.
34. "Энергопотребление - IGSS'13" . Получено 2015-09-30 .

Внешние ссылки

• Еще 500 коэффициентов лобового сопротивления
• Улучшение аэродинамики для повышения экономии топлива
• Тель-Авивский университет снижает сопротивление грузовиков на 10%
• Простой тест на скатывание для измерения Cd и Crr для автомобилей и мотоциклов