Cтраница 78 из 129
Принципы минимизации аэродинамического сопротивления передней части кузова автомобилей однокорпусной конструкции достаточно очевидны. Следует исключить сильно искривленные области и проследить за скошенными участками поверхности, где поток может отрываться. При учете влияния обтекания передней части кузова на обтекание задней части эти принципы становятся сложнее. Как минимум, следует попытаться минимизировать искривления поверхности в районе наибольшего поперечного сечения, что приведет к минимизации локального давления в этом районе. Кроме того, есть свидетельства, что некоторые преимущества можно получить, оформляя переднюю часть кузова так, чтобы внешний поток воздуха направлялся в основном бокам автомобиля, а не по верху его кузова. Об этом будет сказано в одном из последующих разделов.
Дополнительные сложности возникают при учете отклонения направления набегающего потока от направления движения (при действии ветра). Как мы уже видели; коэффициент аэродинамического сопротивления при Отекании автомобиля под некоторым углом к направлению движения больше, чем при обтекании в направлении движения. Трехмерное обтекание при этом гораздо сложнее. До настоящего времени этот вопрос применительно к автомобилям не исследовался. С другой стороны, применительно к фюзеляжам самолетов и корпусам ракет в этом направлении проведены обширные исследования. Многие результаты этих исследований могут быть полезными и для изучения обтекания автомобилей при действии ветра. Прекрасной работой по этому вопросу является довольно большой обзор Пика и Тобака. Указанный вопрос имеет существенное значение, поскольку он позволяет оптимизировать форму автомобиля для всего диапазона представляющих практический интерес значений углов набегания потока (от 0 до 15°).
Двухкорпусные конструкции. Одним из наиболее интересных вопросов аэродинамики тел необтекаемой формы является взаимное влияние друг на друга двух расположенных последовательно тел обтекаемой формы. Примечательной особенностью является то, что картина обтекания и сила аэродинамического сопротивления двухкорпусной конструкции не могут быть получены по характеристикам индивидуального обтекания образующих ее тел. Причиной этому служит то, что заднее тело подвергается воздействию потока, сильно возмущенного передним телом. Кроме того, заднее тело само влияет на переднее вследствие возникновения потоков в противоположном направлении. Наиболее характерными примерами являются обтекание автомобиля с прицепом или обтекание автомобилей, движущихся непосредственно друг за другом. Еще одним примером может быть обтекание двух рядом расположенных зданий. Когда тела друг с другом не связаны, интерес представляют силы, действующие на каждое из них отдельно. В том случае, когда тела соединены, как в примере автомобиля с прицепом, представляют интерес также и силы, действующие на систему в целом.
Большинство исследований в этой области выполнено для грузовых автомобилей с прицепами, чаще всего в связи с анализом влияния ветровых щитков (или отражателей), установленных на кабине грузового автомобиля. Картина обтекания грузового автомобиля с прицепом трехмерна и очень сложна, в результате чего анализ экспериментальных данных довольно труден. Вследствие этого исследования проводились на более простых осесимметричных телах.
Одно из таких исследований проведено Рошко и Кенигом, которые изучали обтекание осесиммметричного цилиндра с помещенным перед ним тонким круговым диском. Целью исследования было определение аэродинамического сопротивления передней части этой совокупности тел (определяемого как сумма сил, действующих на диск и на переднюю часть кругового цилиндра), а также оптимального диаметра диска и расстояний от него до цилиндра, при которых сопротивление передней частя было бы минимальным. Коэффициент аэродинамического сопротивления передней части одного цилиндра при острой кромке среза равнялся 0,75. В результате скругления кромки по радиусу, равному одной восьмой части диаметра цилиндра, коэффициент аэродинамического сопротивления передней части уменьшается до нуля при условии отсутствия пограничного слоя на передней поверхности. Число Рейнольдса в этом эксперименте принимало значение в диапазоне 100 000—800 000.
|