Аэродинамика автомобиля и коэффициент Cx

Расскажем об аэродинамике автомобиля. Что такое коэффициент Сх и на что влияет. Примеры машин. Основные факты аэродинамики. Прижимная и подъемная силы.

Коэффициент Cx

Определяется экспериментально и описывает аэродинамическое совершенство кузова. Когда-то его условно приравняли к 1,0 для круглой пластины. Потом выяснилось на практике, из-за турбулентности за пластиной её Cx равен примерно 1,2. Самый низкий Cx у капли - примерно 0,05.

измерение аэродинамики автомобиля Мерседес

При нормальной эксплуатации авто важнее сопротивление: именно оно оказывает существенное влияние на расход топлива. Снизить его можно двумя способами: улучшить форму (снизить Cx) или уменьшить поперечное сечение машины. Вертикальные силы могут быть полезными, если действуют вниз, и вредными, если способствуют подъему машины.

С боковыми сложнее. Они трудно предсказуемы, а их причины разнообразны: поворот, порыв ветра. Зато влияние оказывают небольшое.

Все автопроизводители обзавелись специальными лабораториями для изучения аэродинамики. Самый сложный и дорогостоящий элемент - аэродинамическая труба. В ней макеты и реальные машины обдуваются сильными потоками воздуха. Это позволяет изучить все особенности формы кузова авто.

Главная проблема аэродинамики - снижение лобового сопротивления. C ростом скорости увеличивается сопротивление воздуха. Когда машина разгоняется с 60 до 120 км/ч аэродинамическое сопротивление возрастает вчетверо. Для примера, автомобилю массой 2 тонны при движении на максимальной скорости в 250 км/ч только на преодоление сопротивления воздуха нужно 180 л.с., а на 300 км/ч эта машина тратила бы - 310 л.с.

У современных машин коэффициент Cx = 0,30 — 0,35, самые совершенные достигают значений 0,24 — 0,27. Он зависит от скорости, направления движения относительно воздуха или состояния поверхности кузова. Приведенные значения - идеал, которого может достичь данная модель.

Примеры машин

Mercedes-Benz Vision EQXX представленный в 2022 году имеет очень низкий коэффициент аэродинамического сопротивления Cd: всего 0,17 против 0,20 у серийной модели Mercedes EQS. При этом машина имеет лишь один подвижный аэродинамический элемент: выдвижной диффузор под задним бампером. На улучшение аэродинамики работает силуэт с длинным хвостом заднего свеса, который «успокаивает» спускающийся с крыши воздушный поток. Корпус авто сужается ближе к корме, подражая форме капли: ширина задней колеи на 50 мм меньше ширины передней. Также аэродинамически оптимизированы зеркала, днище, колеса и другие элементы.

Инженеры солнцемобиля Lightyear 0 хорошо поработали над аэродинамикой: с коэффициентом Cd 0,175 этот лифтбек стал самым обтекаемым дорожным автомобилем в истории. Но пришлось убрать зеркала заднего вида (вместо них камеры), сделать «гладкие» колесные колпаки, а задние колеса закрыть дополнительными съемными щитками. Дорожным просветом инженеры жертвовать не стали: он составляет 183 мм.

Прижимная и подъемная силы

Подъемная сила - направлена перпендикулярно к скорости автомобиля. Частицы потока, обтекающие днище, проходят меньший путь, чем частицы, обтекающие капот, крышу и крышку багажника, т.е. более выпуклую поверхность. Автомобиль превращается в крыло. Если ситуацию «запустить», с ростом скорости колеса машина будет терять контакт с дорогой, что негативно скажется на управляемости и устойчивости.

подъемные, прижимные и боковые силы в аэродинамики

Низкое лобовое сопротивление иногда не важно. Болиды «Формулы-1» имеют Cx от 0,75 до 1,0. Большую часть сопротивления создают открытые колёса. Для них важнее другие параметры и прежде всего - прижимная сила. Для реализации огромного крутящего момента двигателя необходимо хорошее сцепление колёс с дорогой и устойчивость в повороте.

Для гоночных автомобилей хорошая аэродинамика означает отсутствие подъемной силы и наличие прижимной. Обеспечить это формой кузова сложно, поэтому в ход идут дополнительные аэродинамические элементы: спойлеры и антикрылья.

Для снижения подъемной силы

Используют спойлеры под передним бампером и на крышке багажника. Отсекая часть потока, идущего под машину, передний спойлер снижает давление, и машина присасывается к дороге. Спойлер на крышке багажника ставят для организации срыва воздушного потока до того, как начнет образовывать вихри за машиной, которые увеличивают сопротивление воздуха. А антикрыло работает на создание прижимной силы.

Заметный эффект они создают при скорости 120 км/ч и выше. Работающий на создание прижимной силы воздух создает заметное сопротивление, поэтому максимальная скорость машины с аэродинамическим обвесом будет ниже, а расход топлива - больше.

Для уменьшения прижимной силы

В автоспорте используют диффузоры – они способны присосать автомобиль к трассе. Появились болиды с днищем, имитирующим «трубку Вентури» – создающие резкий рост скорости воздушного потока под машиной. В результате создавалась мощная прижимная сила.

Но для максимально эффективной реализации т.н. «граунд-эффекта» нужны плоское днище и минимальный дорожный просвет. Значит диффузоры в задней части обычных машин не дают эффекта улучшения аэродинамики.

Статьи по теме

Что ещё почитать

Главная Поиск по сайту Контакты Группа ВК