Конструкция автомобиля - АЭРОДИНАМИКА АВТОМОБИЛЕЙ |
Cтраница 68 из 129
Аэродинамика транспортного средства имеет дело с исследованием эффектов, возникающих при движении его в воздухе или относительно воздуха. Значение аэродинамики для автомобилей стало ощущаться, когда они начали двигаться с большими скоростями. Автомобиль, как мы знаем, появился в последнем десятилетии девятнадцатого века. Его появление практически совпало с появлением механических летательных аппаратов, и, вероятно, поэтому аэродинамики заинтересовались автомобилем с самого начала. Одной из первых попыток применения принципов аэродинамики к автомобилям было придание обтекаемой формы первому обладателю рекорда скорости на земле автомобилю «Джантауд», управляемому Гастоном Чазелу-Лоба. Этот автомобиль устанавливал рекорды несколько раз, наивысшая скорость 93 км/ч была достигнута им в 1899 г. Рано возникший интерес к аэродинамике автомобиля не ослабевал, и уже в 1922 г. Клемперером была опубликована статья (по-видимому, это самая первая статья на эту тему), в которой сообщалось об исследованиях в аэродинамической трубе нескольких форм автомобилей того времени и также одной перспективной формы, обладающей малым сопротивлением. Исследования проводились в аэродинамической трубе фирмы «Цеппелин», которая занималась конструированием и созданием дирижаблей, влияние дирижаблей отразились и на форме модели автомобиля малого сопротивления. Эта модель имела обтекаемую каплевидную форму без колес. Коэффициент сопротивления модели равнялся 0,15. Хотя стоимостью топлива никогда не пренебрегали, повышение топливной эффективности не считалось главной задачей, и, следовательно, аэродинамики часто имели перед собой другие цели. Первоочередная цель, связанная с достижением максимальной скорости, длительное время сохраняла свое значение только для гоночных автомобилей (но даже и здесь увеличение мощности двигателей несколько сместило акценты) и автомобилей, предназначенных для установления рекордов скорости. Примерами последних являются автомобиль «Голденрод», на котором в 1965 г. был установлен мировой рекорд скорости для автомобилей с приводом на колеса 664 км/ч, и автомобиль с реактивным двигателем «Голубое пламя», обладатель установленного в 1970 г. абсолютного рекорда скорости для автомобиля произвольного класса 1001 км/ч. Коэффициент сопротивления для автомобиля «Голденрод», напоминающего по форме карандаш, CD — 0,12. Это значение является наименьшим известным для крупногабаритного управляемого водителем автомобиля. Обычные автомобили повседневного пользования имеют другие, менее изящные формы, так что сравнение их с автомобилем «Голденрод», как с идеалом, видимо, не совсем уместно. С ростом внимания в последнее время к топливной экономичности автомобиля к его аэродинамике стало возвращаться ее былое значение. Диктуемая реальностями рынка необходимость повышения топливной экономичности привела к созданию такой обстановки, при которой от аэродинамиков требуется внести свою лепту в достижение наивысших показателей топливной экономичности автомобиля. Свидетельством возрождения интереса к аэродинамике служит проведение в последние годы ряда конференций, на которых обсуждались достижения в области аэродинамики автомобиля. Общепринято считать, что основы проектирования автомобилей малого аэродинамического сопротивления хорошо известны. Кроме того, достаточно широко известно, что тело наименьшего сопротивления при дозвуковых скоростях имеет каплевидную форму, уже рассмотренную Клемперером. Обычно предполагается, что идеальное тело каплевидной формы в свободном полете (вдали от земли) имеет коэффициент аэродинамического сопротивления, равный всего лишь 0,04, но, что удивительно, действительные пропорции идеального каплевидного тела и их зависимость от числа Рейнольдса и угла атаки фактически точно неизвестны. Нет никакой необходимости в том, чтобы задняя часть тела сужалась, сходясь в точку. Как было установлено экспериментально в 1930-х годах, задняя часть тела может быть срезана без какого-либо увеличения аэродинамического сопротивления. Эта идея была высказана Каммом, и соответствующая форма задней части кузова называется К-формой. Однако это тонкости, а коэффициенты аэродинамического сопротивления выпускаемых в настоящее время автомобилей на порядок больше, чем у каплевидных тел в свободном полете, и в несколько раз больше, чем у тел с формой, предложенной Клемперером. Они принимают значения от 0,8 для автомобилей прежних лет с откидывающимся верхом до примерно 0,35 для лучших современных автомобилей. Среднее значение для типичных современных автомобилей равно 0,45. Основная причина такого различия между идеальными и фактическими значениями заключается в том, что к форме автомобиля предъявляется много других требований, о которых будет сказано в следующем разделе. При исследовании обтекания автомобилей в аэродинамических трубах основное внимание уделяется измерениям сил и моментов, подробного анализа потока не проводилось. Это, главным образом, связано со сложностью форм автомобилей, которая является прямым следствием практических требований, фактически определяющих особенности формы автомобиля. Важным следствием сложности форм автомобилей является сложность картин обтекания их. Обтекание турбулентно, трехмерно, характеризуется наличием большого количества областей отрыва потока, наличием сильных вихрей в спутной струе, на него влияет близость земли. В результате значительной сложности работы в области аэродинамики до последнего времени велись разрозненно, часто проводились параллельно, при анализе данных по аэродинамике Различных автомобилей внимания вопросам обобщения уделялось недостаточно.
|