Аэродинамическое сопротивление автомобилей: 15 машин с наилучшей аэродинамикой — журнал За рулем

15 машин с наилучшей аэродинамикой — журнал За рулем

От аэродинамики автомобиля напрямую зависит расход топлива, скоростные характеристики, устойчивость на дороге. У каких машин лучший коэффициент аэродинамического сопротивления? Мы сформировали топ моделей по этому показателю за всю историю автомобилестроения, а также выявили автомобили с самыми низкими коэффициентами Cx, которые можно купить сейчас — новыми или с пробегом.

Материалы по теме

Коэффициент аэродинамического сопротивления C_x может помочь сэкономить деньги или побить рекорд скорости. Ведь чем этот показатель ниже, тем лучше аэродинамика автомобиля. Значит, машина будет быстрее разгоняться и потреблять меньше топлива.

Выражаясь совсем уж просто, С_x показывает, насколько легче машина рассекает воздух по сравнению с условным цилиндром, площадь поперечного сечения которого равна максимальной площади сечения автомобиля. Коэффициент C_x можно уменьшить, соответственно, уменьшив площадь поперечного сечения машины.

К примеру, убрать большие зеркала заднего вида, заменив их крошечными телекамерами. Однако идеальной обтекаемостью обладает только каплевидное тело. С_x капли равен 0,04. Чем кузов автомобиля «каплевиднее», тем и коэффициент ниже. Дело тут в завихрениях, которые создает автомобиль, двигаясь вперед. За машиной возникает зона разрежения, которая как бы тянет автомобиль назад. Чем кузов машины больше и чем он угловатее сзади, тем больше эта зона. А вот корма капли создает минимум завихрений. Поэтому C_x хэтчбеков больше, нежели C_x седанов с вытянутым багажником.

Все видели, как на гонках автомобиль вдруг взлетает, как самолет. Подъемная сила — еще одна проблема в аэродинамике. Она актуальна не только для гоночных болидов, но и для спорткаров. Чтобы снизить подъемную силу, конструкторы придумывают антикрылья (перевернутое крыло), различные спойлеры и сплиттеры. Эти элементы увеличивают прижимную силу, благодаря чему машина как будто прилипает к дороге.

Но эти элементы создают за автомобилем разрежение воздуха, увеличивая коэффициент C_x. Вот поэтому коэффициент аэродинамического сопротивления спорткаров подчас выше, чем обычных гражданских машин.

Далее — подборка самых аэродинамически эффективных машин за всю историю автомобилестроения, коэффициент C_x которых ниже 0,2!

Самыми лучшими в мире машинами с точки зрения аэродинамики оказались концепты и гоночные болиды. А что в зачете товарных машин, среди тех, что можно купить в автосалоне, с пробегом или без него? Итак, ниже рейтинг серийных автомобилей, коэффициент аэродинамического сопротивления C_x которых не превышает 0,3.

Аэродинамическое сопротивление автомобиля

В процессе проектирования и создания конструкторами очень тщательно прорабатывается аэродинамика автомобиля, поскольку она оказывает значительное влияние на технические показатели модели.

При движении автомобиля большая часть мощности силовой установки уходит на преодоление сопротивления, создаваемого воздухом. И правильно созданная аэродинамика автомобиля позволяет уменьшить это сопротивление, а значит на борьбу с противодействием находящего воздушного потока потребуется затратить меньше мощности, и соответственно – топлива.

Измерение аэродинамики автомобиля проводится для изучения сил, создаваемых воздушным потоком и воздействующих на транспортное средство. И таких сил несколько – подъемные и боковые, а также лобовое сопротивление.

Лобовое сопротивление и коэффициент Сх

По большей части все работы с кузовом авто направлены на преодоление лобового сопротивления, поскольку именно эта сила самая значительная.

Движение потоков воздуха

За основу при расчетах берется сила сопротивления воздуха. Для вычисления результата используются такие данные как плотность воздуха, площадь поперечной проекции авто, коэффициент аэродинамического сопротивления (Сх)  — это важнейший показатель в аэродинамике автомобиля. При этом на силу сопротивления в значительной мере влияет также скорость движения. Так, увеличение скорости вдвое будет сопровождаться повышением сопротивлением в 4 раза. Скорость один из мощных факторов увеличения расхода.

Например, для хорошо обтекаемого авто с площадью проекции 2 м²  и коэффициентом 0,3 при движении на скорости 60 км/ч для преодоления сопротивления воздуха необходимо 2,4 л.с., а при скорости 120 км/ч уже 19,1 л.с. Разница расхода топлива при таких условиях достигает 30% на 100 км.

Если вам, в данный момент, требуется максимальная экономия топлива, необходимо придерживаться постоянной скорости около 60 км/ч. В этом режиме движения расход будет минимальным даже у авто с большим Cx.

Рассмотрим все по-простому. У воздуха есть своя плотность, причем немалая. При движении автомобилю приходится проходить через имеющиеся воздушные массы, при этом создается поток, который обтекает кузов. И чем легче авто будет «резать» воздушную массу, тем меньше он затратит на это энергии.

Но не все так просто. Во время движения перед авто создается область увеличенного давления (машина сжимает воздушную массу), то есть спереди образуется такой себе невидимый барьер, осложняющий «разрезание» воздушной массы.

Также после обтекания кузова происходит отрыв воздушного потока от поверхности, что становиться причиной появления завихрений и разрежения за авто. В сочетании с повышенным давлением возникающее разрежение еще больше увеличивает сопротивление.

Поскольку повлиять на плотность воздуха невозможно, то конструкторам остается только вносить коррективы в две другие расчетные составляющие – площадь авто и коэффициент аэродинамического сопротивления.

Но уменьшить проекцию авто не представляется особо возможным без ущерба для полезных пространств кузова (просто невозможно сделать авто меньше, чем он есть), поэтому остается только изменение коэффициента Сх.

Этот коэффициент устанавливается экспериментальным путем (в аэродинамической трубе) и характеризует он соотношение лобового сопротивления к скоростному напору и площади поперечного сечения кузова. Величина его безразмерная.

Аэродинамическая труба

Наименьший коэффициент аэродинамического сопротивления имеет каплевидное тело. При движении в воздушной массе такое тело плавно перед собой разводит поток, не создавая области повышенного давления, а имеющийся «хвост» позволяет за собой сомкнуть поток без обрывов и завихрений, то есть разрежение тоже отсутствует. Получается, что воздух просто обтекает тело, создавая минимальное сопротивление. Для такого тела коэффициент Сх составляет всего 0,05.

Конструкторам, работая с аэродинамикой автомобиля добиться, таких показателей пока не удается. И все потому, что при движении сопротивление создается несколькими факторами:

• Формой кузова;
• Трением потока о поверхности при обтекании;
• Попаданием потока в подкапотное пространство и салон.

Поэтому для современных авто коэффициент аэродинамического сопротивления считается отличным, если его значение ниже 0,3. К примеру, у Peugeot 308 коэффициент составляет 0,29, у Audi A2 он равен 0,25, а у Toyota Prius – 0,26. Но стоит отметить, что это расчетные показатели в идеальных условиях. На практике же во время движения на авто воздействуют множество разнообразных факторов, которые негативным образом сказываются на сопротивлении кузова.

Примечательно, что на коэффициент оказывает наибольшее влияние не передок авто, а его задняя часть. И виной этому становится создание разрежения и завихрений в результате отрыва потока от кузова. Поэтому конструкторы по большей части занимаются приданием необходимой формы именно задней части.

Коэффициент сопротивления Volkswagen XL1 составляет всего 0,19

Снизить коэффициент Сх позволяет также уменьшение количества выступающих частей, причем везде на авто (бока, крыша, днище, передок), а тем элементам, которые не удается убрать с поверхности придается максимально возможная обтекаемая форма.

Подъемная и прижимная сила

В результате неравномерного обтекания потоком воздуха автомобиля с разных сторон возникает разница в скорости его движения.

Действующие подъемная и прижимная силы

Автомобиль движется и рассекает поток воздуха, при этом часть этого потока уходит под авто и проходит под днищем, то есть движется практически по прямой. А вот верхней части потока приходится повторять форму кузова, и ей приходится проходить большее расстояние. Из-за этого возникает разница в скорости воздуха – верхняя часть движется быстрее нижней, проходящей под авто. А поскольку увеличение скорости сопровождается снижением давления, то под днищем образуется зона повышенного давления, которая приподнимает машину.

Проблем добавляет и лобовое сопротивление. Область повышенного давления воздушной массы перед машиной прижимает передок к дороге, в то время как разрежение и завихрения позади наоборот – способствуют приподнятию кузова. Подъемная сила, как и лобовое сопротивление, возрастает при увеличении скорости движения.

Негативным фактором от воздействия такой силы является ухудшение устойчивости авто при увеличении скорости и повышение вероятности ухода в занос.

Но эта сила может оказывать и положительное действие. При внесении корректив в конструкцию авто возможно преобразование подъемной силы в прижимную, которая будет обеспечивать лучшее сцепление с дорогой, устойчивость авто, его управляемость на высоких скоростях.

При этом для получения прижимной силы не требуется каких-либо отдельных решений. Все разработки, направленные на снижение коэффициента Сх также сказываются и на прижиме. К примеру, оптимизация формы задней части приводит к уменьшению завихрений и разрежения, из-за чего подъемная сила тоже снижается, а прижимная — повышается. Установка заднего спойлера действует таким же образом.

Уменьшение завихрений при установке спойлера

Боковые же силы при установлении аэродинамики автомобиля, особо в расчет не берутся, в силу того, что они не постоянны, а также значительного влияния на показатели авто не оказывают.

Но это все теория аэродинамики автомобиля. На практике все можно пояснить одним предложением — чем хуже аэродинамика, тем выше расход топлива.

Что ещё влияет на аэродинамику?

Конечно, конструкторы стараются по максимуму снизить сопротивление авто при движении и повысить прижимную силу. Но особенности эксплуатации авто и свой взгляд автовладельцев на внешние особенности машины вносят свои коррективы, причем в некоторых случаях – значительны.

Аэродинамическое сопротивление разных автомобилей в зависимости от скорости

К примеру, установка багажника на крышу, даже с аэродинамической формой увеличивает поперечную проекцию авто и сильно влияет на обтекаемость, это сразу сказывается на потреблении топлива.

Также расход повышается от езды с открытыми окнами и люком, использование защитных и декоративных обвесов, перевозка негабаритных грузов, выступающих за авто, нарушение положения конструктивных элементов, расположенных под днищем, повышение клиренса.

Но автовладелец также может и внести коррективы, которые положительно повлияют на аэродинамику автомобиля. К ним относится использование аэродинамических обвесов, установка спойлера, уменьшение клиренса.

Аэродинамика автомобиля — что такое коэффициент Cx и как определяется

Первые модели с улучшенной аэродинамикой сделаны в форме капли — она обрела свою форму именно ради проникновения сквозь воздух. Поговорим об аэродинамике автомобиля и узнаем что такое коэффициент Сх и на что влияет.

Основные факты аэродинамики

Главная проблема, которую решают при отработке аэродинамики, — снижение лобового аэродинамического 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.

Коэффициент Cx

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

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.

У большинства современных машин коэффициент Cx равен 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.

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. Согласно уравнению Бернулли давление среды больше там, где скорость частиц меньше. Автомобиль превращается в крыло. Если ситуацию «запустить», с ростом скорости колеса машина будет терять контакт с дорогой, что негативно скажется на управляемости и устойчивости.

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.

Самые аэродинамичные автомобили

Короли аэродинамики в автомире.

 

Аэродинамика – это загадка мироздания, которую, конечно, уже давно разгадали ученые, конструкторы и инженеры автопромышленности. С самого начала появления автомобилей в нашем мире аэродинамика идет с ними бок о бок. Да, было время, когда автопроизводители забыли про важность аэродинамики. Особенно когда топливо стоило дешевле, чем алкоголь. Но сегодня, когда бензин и дизельное топливо не радуют своими ценниками на АЗС многих стран, физика твердого тела, движущегося в воздухе, имеет фундаментальное значение для ускорения и повышения эффективности автомобилей.

 

Напомним, что коэффициент аэродинамического сопротивления воздуха влияет на то, как автомобиль потребляет топливо на скорости. Это же касается и электрических автомобилей, для которых аэродинамика играет первостепенную роль, поскольку чем меньше сопротивление воздуха, тем меньше расходуется электричество для питания электромотора. 

 

Благодаря развитию аэродинамики в автопромышленности многие автомобили стали обтекаемы по сравнению со своими предшественниками. Но в истории автомира было немало примеров, когда автомобильные компании пытались экспериментировать с необычными аэродинамическими формами. К сожалению, в большинстве случаев потребители не оценили то, что получалось, по причине того, что форма не соответствовала духу времени. 

 

Мы собрали для вас самые интересные и необычные автомобили, имеющие странные аэродинамические кузова. Некоторые проекты неудачны, некоторые вполне удивляют даже сегодня. 

 

ALFA 40-60 HP Aerodinamica Castagna

 

Первым в истории шоу-каром и первой попыткой применить принципы аэродинамики к автомобилям был аэродинамический автомобиль ALFA, выпущенный в 1914 году (в те годы марка еще не называлась Alfa Romeo).

 

Смотрите также: Необычные автомобили, которые приехали на техосмотр

Автомобиль был создан итальянской компанией Carrozzeria Castagna для графа Марио Рикотти. Кузов машины был выполнен в виде капли и опирался на классическую раму.

 

Благодаря алюминиевому кузову и отсутствию капота максимальная скорость этого концепта составляла 120 км/ч. Когда машина пошла в серийный выпуск, скорость уже составляла 139 км/ч. К сожалению, точное значение аэродинамического сопротивления воздуха этого автомобиля неизвестно. 

 

Rumpler Drop Car

 

На немецком автосалоне 1921 года в Берлине австрийский дизайнер Эдмунд Румплер представил свой необычный автомобиль, получивший имя «Drop Car». Коэффициент лобового сопротивления этого автомобиля составлял 0.28 cd. Для того времени это не просто сенсация. Вы не поверите, но всего несколько лет назад у многих современных автомобилей этот коэффициент был хуже!

 

К сожалению, значение аэродинамического сопротивления воздуха не гарантировало успех автомобиля. Спрос на машину был маленьким. Всего было произведено сто автомобилей. По всей видимости, людей напугала футуристическая внешность автомобиля.

 

Сегодня в мире сохранилось всего два таких автомобиля, один из которых находится в немецком музее в Мюнхене.

 

Tatra 87

 

Представленная в 1936 году, Tatra 87 сегодня является иконой дизайна. Благодаря хорошо спроектированной задней части машины значение аэродинамического сопротивления составляет 0,36. По традиции тех лет чешский автопроизводитель установил двигатель в заднюю часть машины.

 

Высокая скорость и низкое потребление топлива были сильной стороной Татры. Для того времени это был идеальный автомобиль для шоссе. К 1950 году было произведено 3000 автомобилей. 

 

Saab 92

 

Когда Saab проектировал первый автомобиль, им пригодился опыт авиастроения, где аэродинамика с самого начала играет важную роль. В 1949 году компания выпустила модель Saab 92, с превосходным коэффициентом аэродинамического сопротивления воздуха, составляющим 0,30.

 

Смотрите также: Вот насколько тратится больше топлива из-за груза на крыше автомобиля

 

Этот автомобиль легко преодолевал скорость в 100 км/ч, несмотря на небольшую мощность двухтактного 25-сильного двигателя. 

 

Citroën DS 

 

Впервые представленный на Парижском автосалоне в 1955 году, Citroën DS выглядел для многих посетителей как космический корабль пришельцев, приземлившийся на Землю.

 

Чтобы подтвердить уникальность автомобиля, в дополнение к инновационной технологии (машина имела гидропневматическую подвеску!) дизайнеры создали модели футуристический аэродинамический дизайн, коэффициент сопротивления воздуха которого составлял 0,37. Это выдающийся результат по сравнению с конкурентами того времени.

 

Alfa Romeo Giulia

 

Кто-то может не поверить, что этот автомобиль имеет отличные аэродинамические характеристики, так как внешность классической Alfa Romeo Giulia представлена в виде квадрата. Но легендарная Alfa Romeo Giulia 1962 года показала в аэродинамической трубе уникальные результаты. Коэффициент сопротивления составлял всего 0,34, что ниже даже у более бегло выглядящего NSU Ro 80 (0,355), который вышел на рынок только пять лет спустя.

 

Citroën GS

 

Вот еще один автомобиль, который при первом взгляде также не внушает доверия в аэродинамическое чудо, – это Citroën GS. На его премьере в 1970 году производитель объявил, что машина имеет коэффициент сопротивления воздуха всего 0,31 cd.

 

Семейный седан имел много места в комфортном салоне и оснащался гидропневматической подвеской. Было выпущено более 2,5 миллиона автомобилей. Выпуск продолжался до 1986 года.

 

Audi 80

 

Компания Audi, начиная с 1980-х, начала устанавливать свои высокие стандарты аэродинамических характеристик, навязав другим автопроизводителям новую планку. Так, сначала была представлена Audi 100 C3, которая в аэродинамической трубе показала коэффициент сопротивления воздуха 0,30 cd, а затем в 1986 году была представлена Audi 80 B3 («бочка»), показавшая коэффициент сопротивления 0,29. Для справки: уже в 1987 году новая модель Opel Omega A имела коэффициент аэродинамического сопротивления воздуха 0,28. 1980-е годы можно смело назвать десятилетием аэродинамики в автопромышленности. 

 

EV1 General Motors

 

Хотя компания General Motors официально и не продавала свою модель EV1, а только сдавала в аренду, этот автомобиль написал в автопромышленности свою историю. Этот автомобиль вместил в себя как и разочарования (проект был сырой, и машина была ненадежна), так и позитив. Этот автомобиль, начиная с 1996 года, стал первым электромобилем в автопромышленности. Всего было произведено 1000 автомобилей. 

 

Смотрите также: 11 GIF фото которые демонстрируют как работает аэродинамика в автомобилях

 

Машина оснащалась простыми свинцовыми или никель-металлогидридными батареями. Но, несмотря на это, запас хода у электрического транспортного средства был потрясающим – 230 км. И все это благодаря конструкции кузова, который имел невероятный коэффициент сопротивления воздуха, составляющий всего 0,19 cd.  

 

Tesla Model S

 

Tesla Model S представляет собой электрический автомобиль, который изменил историю автопромышленности, направив весь автомир развиваться по новому пути. И все это благодаря дальновидности главы компании Илона Маска и дизайнера Франца фон Хольцхаузена, который разработал пятиместный седан с коэффициентом аэродинамического сопротивления воздуха 0,24.

 

Для сравнения: в 2012 году это значение представляло собой общий мировой рекорд для массовых серийных автомобилей. Такой коэффициент имели автомобили Mercedes S-класса. Благодаря потрясающей форме кузова автомобили Тесла в идеальных условиях могут проехать 400-500 километров.

 

Mercedes-Benz А-Класс седан

 

К концу нынешнего десятилетия (на данный момент) самым аэродинамическим автомобилем на рынке является седан Mercedes A-класса (модельный ряд 2018 года) с исключительной аэродинамикой (коэффициент 0,22 cd).

 

Это стало возможным благодаря комплексной герметизации кузова автомобиля (включая герметизацию фар), включая полную герметизацию днища автомобиля. В том числе полностью изолирован моторный отсек, детали задней подвески и многое другое. Спойлеры колес сзади и спереди были специально оптимизированы, чтобы колеса могли вращаться с минимальными потерями. 

8 самых «зализанных» серийных автомобилей

Дабы сократить разгон до «сотни» на десятые доли секунды, увеличить максимальную скорость хотя бы на несколько пунктов и снизить расход топлива, автопроизводители стремятся урезать массу машин, а двигателям добавить лошадиных сил при повышении эффективности работы. Однако, есть еще один важный параметр, который обязательно учитывают специалисты: обтекаемость кузова. Она определяется коэффициентом аэродинамического сопротивления и обозначается С_х (а также C_d или C_w).

Любопытно, что быстрые суперкары и гиперкары с мощнейшими моторами зачастую хуже разрезают набегающий поток, чем специально спроектированные с акцентом на эффективность обычные серийные автомобили. Причина — в спойлерах, антикрыльях, сплиттерах, накладках, диффузорах и другом особом оперении кузова, необходимом для стабилизации машины на высоких скоростях — ради этого и приходится жертвовать обтекаемостью.

В то же время на заточенных под сверхэкономичность электромобилях и гибридах обтекаемость кузова входит в перечень важнейших парметров. Этим, в частности, отличаются Mercedes-Benz CLA, BMW 5-й серии и Alfa Romeo Giulia в версиях BlueEfficiency, EfficientDynamics и AE соответственно. Кроме того, в анимационный шорт-лист, составленный нашими коллегами из французской редакции Motor1, попали сразу три электромобиля: Tesla Model 3, Porsche Taycan и концепт General Motors EV1, который американцы выпускали серийно, но не продавали, а предлагали клиентам для долгосрочной аренды.

Есть в перечне и подзаряжаемый гибрид Volkswagen XL1 (на фото внизу), который изначально был представлен как прототип, но затем всё же запущен в производство небольшим тиражом — всего 250 единиц. А вот классических гибридов в ТОП-8 не оказалось, ведь в него вошли только автомобили с коэффициентом С_х не выше 0,23. По этой причине в шорт-листе вы не найдёте Toyota Prius IV с С_х равном 0,24, а также Tesla Model S и Model X. Так кто же самый-самый в списке серийных «обмылков»? Внимание на экран! 

the ideal aerodynamic setup for every driving situation

Теперь система активной аэродинамики Porsche (PAA) еще точнее адаптирует аэродинамические качества автомобиля к дорожным условиям, скорости и выбранному режиму движения. Впервые система PAA появилась у прошлого поколения 911 Turbo, представленного в 2014 году. А сейчас элементы системы активной аэродинамики имеются у всех модельных рядов от 718 до Panamera и Taycan.

«Такой аэродинамической гибкости, как у нового 911 Turbo S, нет ни у одного другого спортивного автомобиля” Dr Thomas Wiegand

«Такой аэродинамической гибкости, как у нового 911 Turbo S, нет ни у одного другого спортивного автомобиля. Ни один из них не может так точно реагировать на изменение условий движения. Обычно специалисты по аэродинамике стоят перед одной главной дилеммой: низкое аэродинамическое сопротивление положительно сказывается на максимальной скорости и расходе топлива, а высокая прижимная сила важна для динамики движения. Однако эти качества противоречат друг другу, – разъясняет доктор Томас Виганд, руководитель отдела аэродинамических разработок в компании Porsche. – PAA позволяет устранить эти аэродинамические противоречия. Масштабная модернизация интеллектуальной системы у 911 Turbo S позволяет добиться еще более широкого диапазона настроек, способствующих оптимальной динамике и при этом гарантирующих минимальное аэродинамическое сопротивление. Кроме того, расширяются возможности аэродинамических компонентов по адаптации аэродинамики к конкретным требованиям в различных условиях.

Среди новых решений – активные воздушные заслонки. Вместе с регулируемой кромкой переднего спойлера и выдвижным антикрылом с изменяемым углом атаки новая топ-модель обладает в итоге тремя компонентами активной аэродинамики. Тем самым аэродинамические конфигурации PAA Speed и PAA Performance, знакомые по предшественнику 911 Turbo, дополняются еще одной эко-конфигурацией.

Также РАА была расширена режимом Wet, который обеспечивает больше устойчивости на мокрой дороге путем смещения аэродинамического баланса к задней оси, и функцией воздушного тормоза, которая при экстренном торможении на высокой скорости увеличивает аэродинамическое сопротивление и прижимное усилие и тем самым способствует сокращению тормозного пути и большей устойчивости. Кроме того, РАА используется для компенсации изменений в обтекании автомобиля воздухом при открытом люке или мягком верхе кабриолета. В общем и целом, имеется восемь аэродинамических конфигураций, которые определяются специфическими комбинациями компонентов системы активной аэродинамики.

Новый 911 Turbo S Coupé

Улучшениям подверглись не только возможности адаптации к условиям движения, но и сами аэродинамические качества: так, новый дизайн активного переднего спойлера и заднего антикрыла обеспечивает увеличение прижимной силы на 15 процентов, что способствует еще большей устойчивости и динамике движения на высоких скоростях. В положении Performance (включен режим Sport Plus) максимальная прижимная сила составляет теперь около 170 килограммов.

Коэффициент аэродинамического сопротивления (cW) 911 Turbo S варьируется в зависимости от выбранных настроек. Самая эффективная конфигурация с минимальным значением cW 0,33 достигается с закрытыми воздушными заслонками и убранными передним и задним спойлерами

Воздушные заслонки: бесступенчатая регулировка

Новые регулируемые воздушные заслонки снижают сопротивление воздуха и тем самым способствуют сокращению расхода топлива. Заслонки располагаются в левом и правом воздухозаборниках переднего фартука. Они имеют бесступенчатую регулировку и позволяют менять объем охлаждающего воздуха, проходящего через радиаторы.

Интеллектуальная система управления энергопотреблением обеспечивает оптимальный баланс между потребностью в охлаждении, электрической мощностью, необходимой для привода вентилятора, и аэродинамическими преимуществами, обеспечиваемыми заслонками. По достижении скорости 70 км/ч и выше воздушные заслонки закрываются, насколько это возможно. Тем самым обеспечивается сокращение расхода топлива в условиях повседневной эксплуатации.

Со скорости 150 км/ч заслонки линейно открываются с целью достижения аэродинамического баланса на высокой скорости. В режимах Sport, Sport Plus и Wet, а также при отключенной системе Porsche Stability Management (PSM) или нажатой кнопке спойлера приоритет отдается динамике движения, и поэтому заслонки открываются.

Передний спойлер: пневматический привод отдельных сегментов

Активный передний спойлер 911 Turbo был значительно усовершенствован. По сравнению с предшественником его рабочая поверхность была увеличена. Процессом выдвижения и возврата в исходное положение можно управлять быстрее и при меньшем давлении. Исполнительные элементы позволяют по отдельности надувать три сегмента. Оба боковых исполнительных элемента всегда работают синхронно. Передний спойлер изготовлен из эластичного полимера (эластомер) и может скручиваться так, что средний сегмент при выдвинутых сегментах может оставаться в убранном положении или же тоже быть выдвинутым. Имеется несколько возможностей регулировки:

• В исходном положении спойлерная кромка полностью убрана и фиксируется благодаря предварительному натяжению эластомера, а также магнитам на днище 911 Turbo S.
• В положении Speed выдвигаются оба боковых сегмента кромки. Благодаря этому воздух в большей степени направляется мимо кузова, снижая подъемную силу на передней оси.
• В положении Performance выдвинуты все три сегмента кромки. Это положение обеспечивает аэродинамику, ориентированную на максимальную динамику, при наиболее высокой прижимной силе на передней оси. В этом положении в середине спойлерной кромки видна тисненая надпись «911 turbo S».

Блок управления и компрессор находятся сбоку в багажнике. Пневматический модуль стал более компактным, чем у предшественника. Это позволило увеличить объем багажника на три литра. Регулируемая спойлерная кромка позволяет кроме того увеличить угол въезда и обеспечивает тем самым более высокую пригодность к условиям повседневной эксплуатации. В исходном положении увеличивается дорожный просвет, что особенно удобно при маневрировании на парковке или проезде «лежачих полицейских».

Заднее антикрыло: еще больше функций

В конструкции заднего антикрыла широко используются облегченные материалы. Этот эффектный отличительный признак моделей Turbo весит на 440 граммов меньше, чем у предшественника, но при этом его рабочая поверхность возросла на восемь процентов. Основу антикрыла образует сердечник из вспененного материала с коваными вставками. Конструкция состоит из верхней части с двумя слоями пластмассы с углеволоконным усилением (двухосевая карбоновая ткань) и нижней части с одним слоем пластмассы со стекловолоконным усилением (трехосевой стеклопластик). Электропривод обеспечивает выдвижение и наклон антикрыла и действует в зависимости от скорости и выбранного режима движения.

В зависимости от режима в дополнение к известным вариантам Speed и Performance предлагаются следующие настройки.
• Положение Eco с убранным антикрылом теперь можно использовать в широком диапазоне скоростей, чтобы добиться минимального сопротивления воздуха.
• Положение Performance II с меньшим углом атаки при достижении скорости 260 км/ч сокращает сопротивление воздуха и нагрузку на шины задних колес: это позволяет предотвратить повышение давление воздуха в шинах. Преимуществом этого варианта является возможность шин выдерживать высокие продольные и поперечные нагрузки ради высокой динамики, что дает положительный эффект, например, в ходе кольцевых гонок. Оптимальное давление воздуха также положительно сказывается на комфортабельности движения и практичности автомобиля в повседневных условиях.
• Если антикрыло занимает второе положение Wet, то оно находится в максимально выдвинутом состоянии, но оно не наклонено. При задействованном режиме Wet в сочетании с полностью выдвинутой передней спойлерной кромкой аэродинамический баланс смещается в направлении задней оси. Результатом является более высокая устойчивость задней части и тем самым всего автомобиля, что обеспечивает больше безопасности на мокрой дороге.

Новые функции: режим Wet и воздушный тормоз
Главная задача нового режима Wet заключается в обеспечении устойчивости движения на мокрой дороге. Если входящие в базовую комплектацию датчики распознают в передних колесных арках брызги воды, что свидетельствует о мокрой дороге, то на приборной панели появляется соответствующее предупреждение. Тогда водитель может включить режим Wet переключателем на руле. Наряду с описанной выше адаптацией аэродинамики на максимальную устойчивость движения настраиваются все основные регулировочные системы.

Новая функция воздушного тормоза автоматически задействуется при экстренном торможении на высокой скорости. При этом передний спойлер и заднее антикрыло занимают положение Performance. Увеличение сопротивления воздуха и более высокое прижимное усилие позволяют сократить тормозной путь. Кроме того, при торможении улучшается устойчивость автомобиля

Стратегия регулирования: широкий диапазон аэродинамических настроек

Обзор конфигураций:

Стратегия регулирования PAA с помощью кнопки спойлера точно такая же, что и в режиме Sport Plus.

В дополнение к уже описанным положениям РАА реагирует также на открывание люка или мягкого верха у кабриолета. В общем и целом, у заднего антикрыла имеется семь положений. Кроме того, в настройке некоторых положений учитываются особенности комплектации автомобилей. Также в расчет принимается тип кузова — купе или кабриолет — и наличие пакета Sport Design, придающего особый дизайн в передней и задней части кузова.

Аэродинамические инновации Porsche

С каждым новым поколением компания Porsche совершенствовала аэродинамику 911. При этом производитель спорткаров зачастую предлагал абсолютно новые решения в области аэродинамики. Ниже приведены основные этапы развития:
• Уже в 1971 году компания Porsche использовала для 911 S первый передний спойлер. Он ускорял поток воздуха под днищем, направлял часть воздуха мимо кузова и сокращал тем самым подъемную силу, воздействовавшую на переднюю часть автомобиля.
• В 1972 году вместе с созданным для автоспорта Carrera RS 2. 7 на рынке появилась еще одна эпохальная разработка в области аэродинамики: автомобиль получил не только сильно загнутый вниз передний фартук, но и большой спойлер над задней крышкой – легендарный «утиный хвост». 
• В 1975 году состоялась премьера первого 911 Turbo. Его важным отличительным признаком был большой неподвижный задний спойлер с черной отделкой из полиуретана. 
• Первая модель с электроприводным задним спойлером дебютировала в 1989 году: это был 911 Carrera 4 поколения 964. Тем самым был сделан первый шаг на пути к адаптивной аэродинамике.
• В 2014 году Porsche представила 911 Turbo с адаптивной аэродинамикой. У него передний и задний спойлер выдвигались в зависимости от скорости и выбранного режима движения.

 

Дополнительная информация, а также фото- и видеоматериалы предлагаются в Porsche Newsroom: https://newsroom.porsche.com/ru.html

Porsche E-Performance — Taycan Aerodynamics

Самый лучший коэффициент аэродинамического сопротивления из всех современных моделей Porsche.

При cW, равном 0,22, Taycan имеет лучший коэффициент аэродинамического сопротивления из всех современных моделей Porsche. Лобовая поверхность автомобиля составляет 2,33 м2. А эффективный коэффициент аэродинамического сопротивления равен 0,513. Образцовая аэродинамика вносит значительный вклад в снижение расхода энергии и, следовательно, способствует увеличению запаса хода. Помимо оптимальной формы кузова в характерной стилистике Porsche яркой индивидуальной особенностью автомобиля являются вертикальные воздухозаборники в переднем бампере и система регулируемых аэродинамических элементов Porsche Active Aerodynamics (PAA).

Эффективная аэродинамика стала результатом обширной концептуальной работы и тщательной последующей доводки: Taycan провел в аэродинамической трубе в общей сложности 1500 часов. Но перед этим были проведены специальные компьютерные гидродинамические 3D-испытания (Computational Fluid Dynamics, CFD), и затем 900-часовые тесты в аэродинамической трубе прошла уменьшенная модель в масштабе 1:3.

К аэродинамическим элементам среди прочего относятся и большие вертикальные воздухозаборники переднего бампера, так называемые Air Curtains. Они позволяют создать своего рода воздушную завесу рядом с передними колесами. В этих воздухозаборниках установлены фары, причем кажется, что они парят в воздухе. В результате сокращаются завихрения воздуха, а в сочетании с колесами, также оптимизированными с точки зрения аэродинамики, это позволяет уменьшить сопротивление воздуха.

Ввиду отсутствия горячей выхлопной трубы днище Taycan получило полную облицовку. Рычаги подвески целиком скрыты облицовкой и снабжены воздуховодами. Примером идеальной реализации более свободной компоновки, которую предлагает электроприводный автомобиль, является задний диффузор – в Taycan инженеры смогли сделать его очень широким. Это повышает аэродинамическую эффективность, обеспечивая идеальное сочетание низкого сопротивления воздуха и снижения подъемной силы.

К элементам активной аэродинамики относятся нижние боковые воздухозаборники в передней части. В них встроены заслонки с индивидуальным бесступенчатым управлением, регулирующие поступление охлаждающего воздуха к двум радиаторам, которые расположены слева и справа. Одновременно в зависимости от потребности они регулируют обдув тормозов через специальные каналы. Блок управления ходовой части непрерывно контролирует текущую термическую нагрузку тормозных дисков и при необходимости – например, на кольцевой гоночной трассе – активирует их целенаправленное охлаждение.

Таким образом, регулируемые аэродинамические элементы Porsche Active Aerodynamics (PAA) в передней части Taycan предлагают сразу несколько преимуществ: при закрытых воздушных заслонках уменьшается сопротивление воздуха и, следовательно, увеличивается запас хода. При открытых воздушных заслонках повышается эффективность системы охлаждения и одновременно улучшается производительность тормозов. Регулирование воздушных заслонок всегда осуществляется по потребности и в зависимости от режима движения, скорости и необходимости в охлаждении.

В задней части Taycan также имеется элемент активной аэродинамики – спойлер. В зависимости от режима движения он выдвигается в одно из трех положений и тем самым оказывает активное влияние на аэродинамическое сопротивление автомобиля и подъемную силу на задней оси. Таким образом новый Taycan может настраиваться как на максимально низкое сопротивление воздуха для повышения эффективности и запаса хода, например, в дальних поездках, так и на максимальную, типичную для спорткаров Porsche динамику с предельно низкой подъемной силой на задней оси, например, для быстрых кругов на кольцевой гоночной трассе.

Наряду с классическими элементами системы Porsche Active Aerodynamics новый Taycan использует также аэродинамические возможности, которые предлагает его пневмоподвеска. В зависимости от скорости и выбранного режима движения кузов может опускаться на низкий уровень, что дополнительно снижает сопротивление воздуха (подробнее см. в разделе «Ходовая часть»).

Как аэродинамическое сопротивление влияет на характеристики автомобиля?

Что такое аэродинамическое сопротивление?

Аэродинамическое сопротивление — это сила, которую встречный воздух применяет к движущемуся телу. Это сопротивление воздуха движению тела. Итак, когда машина движется; он вытесняет воздух. Однако это влияет на скорость и характеристики автомобиля. Технически это аэродинамическое сопротивление или трение, создаваемое воздухом транспортному средству.

Аэродинамическое сопротивление

Идеальное сопротивление:

Производители всегда стараются свести аэродинамическое сопротивление к минимуму.Это связано с тем, что это отрицательно влияет на характеристики и эффективность автомобиля. Вертикальное положение некоторых автомобилей дает им коэффициент лобового сопротивления 1,30, в то время как конструкция с каплями дождя имеет наименьшее сопротивление.

В настоящее время автомобили имеют средний коэффициент лобового сопротивления 0,40, а у некоторых автомобилей — всего 0,26. Считается, что у таких машин лучший аэродинамический дизайн. Кроме того, мощность, необходимая при перемещении тела по воздуху, возрастает со скоростью. Итак, на скорости выше 60 км / ч вам понадобится много мощности, чтобы толкнуть машину и преодолеть аэродинамическое сопротивление.

Уменьшение лобового сопротивления может помочь уменьшить сопротивление ветра / воздуха транспортного средства. Таким образом, это в некоторой степени помогает повысить эффективность использования топлива. Это также улучшает другие рабочие характеристики автомобиля, такие как управляемость и ускорение. Площадь лобовой поверхности автомобиля и коэффициент лобового сопротивления — два основных фактора, влияющих на общий эффект лобового сопротивления.

Как уменьшить аэродинамическое сопротивление?

Во-первых, вы можете снизить коэффициент лобового сопротивления за счет обтекаемой формы кузова автомобиля.Обтекаемость тела требует использования характерных линий и точного расчета окружающей воздушной скорости. В некоторых высокоскоростных автомобилях производители устанавливают задний спойлер на багажник, чтобы значительно снизить сопротивление.

Чтобы еще больше снизить аэродинамическое сопротивление, производители используют характерные линии на внешней стороне кузова автомобиля еще на этапе его разработки. Эти линии помогают воздуху плавно проходить по телу и, таким образом, уменьшают сопротивление воздуха.

Mercedes-Benz CLA 200 с характерными линиями для уменьшения аэродинамического сопротивления

Для устранения аэродинамического сопротивления производители обычно работают над внешними компонентами.К ним относятся багажник на крыше, брызговики, задний спойлер, боковые зеркала, радиоантенна, дворники и т. Д. В них также используются важные элементы дизайна, такие как частичная передняя решетка, переработанные поддоны под кузовом и юбки крыльев, модифицированный передний бампер. , переработанные колесные колпаки, задний багажник в форме «лодочки» и т. д. Boat Tail Boot

Узнайте больше о том, как аэродинамическое сопротивление влияет на экономию топлива.

Посмотреть испытания аэродинамической хвостовой части лодки можно здесь:

Читайте дальше: Что такое стойки кузова автомобиля? >>

О компании CarBikeTech

CarBikeTech — технический блог. Его члены имеют опыт работы в автомобильной сфере более 20 лет. CarBikeTech регулярно публикует специальные технические статьи по автомобильным технологиям.

Посмотреть все сообщения CarBikeTech

Drag Queens: аэродинамика по сравнению с

Из июньского выпуска номера Автомобиль и водитель

Подобно ночному вору, сопротивление ветра — это незаметный злоумышленник, который снижает вашу скорость и убивает ваш километраж, не оставляя отпечатков пальцев. Мягкое журчание воздуха, струящегося над вашей машиной, под ней и сквозь нее, противоречит отвратительным ветрам.

Даже если нет альтернативы движению в атмосфере Земли, мы, по крайней мере, можем бороться с сопротивлением ветру с помощью науки. Аэродинамика — изучение воздуха в движении — может поднять нашу максимальную скорость, сократить расход топлива и, если мы будем в этом разбираться, удержать наши шины прилипшими к асфальту.

Задолго до того, как автомобильные инженеры начали беспокоиться об аэродинамике, пионеры авиации определили основные принципы сопротивления и подъемной силы. Вдохновленные птицами и дирижаблями, демоны ранней скорости также играли с обтекаемыми формами.Первым автомобилем, который разогнался до скорости 60 миль в час (в 1899 году), была электрическая торпеда на колесах, которую весело назвали «La Jamais Contente» («Неудовлетворенные»). Гонщики Гран-при взялись за дело в начале 1920-х годов; В следующем десятилетии Auto Union и Mercedes-Benz разогнались до 300 миль в час с помощью обтекаемых моделей, разработанных в немецких аэродинамических трубах. Спустя полвека после того, как Чак Йегер преодолел звуковой барьер в полете, Энди Грин на своем Thrust SSC проехал 763 миль в час по пустыне Блэк-Рок в Неваде.

МАРК БРЭМЛИ, А.Дж. МЮЛЛЕР, РОЙ РИТЧИ, МАРК УРБАНО, ПРОИЗВОДИТЕЛЬ

Теперь наша очередь. Car and Driver собрали пять скользких автомобилей, чтобы изучить их характеристики сопротивления и подъемной силы в аэродинамической трубе, название и местонахождение которой мы поклялись не раскрывать. У нас было две цели: во-первых, изучить тонкости обдува автомобилей воздухом в испытательной камере; во-вторых, чтобы определить, какой бренд лучше всего справился с оптимизацией аэродинамических характеристик своего автомобиля.

Есть причины, по которым вы раньше не читали эту историю. Каждый крупный автопроизводитель владеет и эксплуатирует аэродинамическую трубу, но эти объекты загружены круглосуточно, поскольку инженеры работают над тем, чтобы опережать стремительно растущую волну EPA. Другой проблемой, мешающей легкому доступу, является соперничество между компаниями. В то время как производители часто рекламируют скользкость своей продукции, сравнения с конкурентными моделями случаются редко.

Ответственный эксперт на нашем подпольном испытательном полигоне объясняет: «Все аэродинамические трубы стремятся точно определить аэродинамику, с которой автомобиль столкнется в реальном мире.Транспортное средство и туннель представляют собой систему со сложными взаимодействиями. В результате измерения сопротивления и подъемной силы на конкретном транспортном средстве могут варьироваться от одного туннеля к другому ».

По его словам, группа транспортных средств может по-разному оцениваться в разных туннелях. Вот почему большинство производителей так мало верят в показатели аэродинамики, измеряемые за пределами их собственных предприятий. Испытания на выбеге, которые регистрируют скорость автомобиля при замедлении, часто рекламируются как лучший «реальный» способ измерения аэродинамических свойств автомобиля.«В принципе это может быть правдой, но на практике трудно получить точные результаты, потому что на результаты влияют колебания ветра, температуры трансмиссии и качества шин. Прелесть аэродинамических труб в том, что они жестко контролируют переменные ».

Этот контент импортирован с YouTube. Вы можете найти то же содержание в другом формате или найти дополнительную информацию на их веб-сайте.

Нашим победителем здесь будет автомобиль с наименьшей площадью лобового сопротивления, которая является произведением площади лобовой части формы и ее коэффициента аэродинамического сопротивления и истинным показателем способности автомобиля противостоять ветру [см. «Немного многословный глоссарий» ниже] .На этом мы смиренно представляем наше первое в истории аэросравнение.

НЕКОТОРЫЙ ГЛОССАРИЙ С ДЛИННЫМ ОБРАТОМ

Аэродинамическая мощность в лошадиных силах: Мощность, необходимая для движения транспортного средства в атмосфере (не включая потери трансмиссии и качения в шинах). Она увеличивается вместе с кубом скорости, так что аэродинамическая мощность на 100 миль в час в 2,9 раза превышает потребляемую мощность на скорости 70 миль в час.

Площадь сопротивления: Произведение коэффициента аэродинамического сопротивления и площади лобовой части является лучшим показателем аэродинамических характеристик любого автомобиля, поскольку оно прямо пропорционально горизонтальной силе, измеренной в аэродинамической трубе и испытываемой на дороге.

Коэффициент лобового сопротивления (CD): Безразмерный параметр, используемый для количественной оценки аэродинамической эффективности в горизонтальной плоскости (лобовое сопротивление).

Фронтальная область: Самый крупный горизонтальный вид автомобиля. Мы использовали 200-миллиметровый объектив камеры, расположенный в 150 футах от автомобиля, чтобы сделать цифровую фотографию, которую мы проанализировали с помощью программного обеспечения Siemens Solid Edge CAD.

Лифт: Воздух, проходящий над автомобилем и под ним, а также через решетку, может уменьшить нагрузку на колеса и, в крайних случаях, ухудшить управляемость.Воздушные заслонки и спойлеры являются эффективными средствами противодействия.

Сопротивление ветру (сопротивление): Сила, пропорциональная площади сопротивления, увеличивается пропорционально квадрату скорости автомобиля.

Линии обтекания: Операторы аэродинамической трубы добавляют небольшое количество дыма в воздушный поток, чтобы показать, как ветер движется вокруг, под или сквозь тестируемое транспортное средство.

Drag Area = 7,8 ft²
Leaf — самая квадратная форма, которую мы катили в аэродинамической трубе, и у нее вторая по величине лобовая площадь в этом тесте — 24. 5 квадратных футов. В сочетании с коэффициентом лобового сопротивления 0,32 это дает площадь лобового сопротивления 7,8 квадратных футов. Это разумная цифра для универсала с пятью пассажирами и всего на 30 процентов больше, чем у двухместной пулевидной модели Honda Insight 2001 года, которую мы привезли с собой и проверили для справки.

МАРК БРЭМЛИ, А.Дж. МЮЛЛЕР, РОЙ РИТЧИ, МАРК УРБАНО, ПРОИЗВОДИТЕЛЬ

Фары с «глазками» гордо возвышаются над V-образным носом Leaf, чтобы отводить воздух от наружных зеркал, которые часто являются источниками турбулентности, сопротивления и шума.Чтобы максимально увеличить пространство в кабине, боковые окна приподняты, а крыша плоская, как лист фанеры. Хвост этого люка больше похож на непродуваемую телефонную будку, чем на гладкую каплю дождя.

МАРК БРЭМЛИ, А.Дж. МЮЛЛЕР, РОЙ РИТЧИ, МАРК УРБАНО, ПРОИЗВОДИТЕЛЬ

Нижняя часть кузова Leaf плоская и скользкая (что становится все более распространенным явлением в новых автомобилях), а полосы диффузора встроены в его заднюю панель. В чистом электромобиле нет необходимости в большом радиаторе, поэтому единственный воздух, попадающий в нижнюю решетку, — это охлаждение электрооборудования и вентиляция батареи и салона.Воздух, проходящий через внутренние полости автомобиля, является основным источником сопротивления и подъемной силы.

Nissan инвестировал 5 миллиардов долларов в разработку первого серийного электромобиля, продаваемого по всей Америке. Если повезет, в котенке осталось несколько иен, чтобы снизить сопротивление в следующем поколении.

Площадь сопротивления = 7,0 футов²
У CLA 250 самая маленькая площадь лобовой части в этом тесте. Измеренный нами коэффициент лобового сопротивления — 0,30 — выше ожидаемого для того, что Mercedes называет эталоном аэродинамики для серийных автомобилей.Но стоит отметить, что Mercedes не подходит для американских моделей с такими специальными функциями, как автоматические жалюзи. И хотя у этого спортивного седана есть двигатель с турбонаддувом и автоматическая коробка передач, чтобы сохранять прохладу, его площадь сопротивления 7,0 квадратных футов конкурентоспособна с гибридами и электрикой.

МАРК БРЭМЛИ, А.Дж. МЮЛЛЕР, РОЙ РИТЧИ, МАРК УРБАНО, ПРОИЗВОДИТЕЛЬ

Оба конца CLA агрессивно сужены, чтобы избежать ветра.Фары заворачиваются назад, как глаза королевы ботокса, слишком туго затянутой в хвост. Мини-спойлеры под автомобилем направляют воздух вокруг передних шин, а обтекатели сглаживают поток воздуха под двигателем и задней подвеской.

Крыша CLA жертвует некоторой задней высотой, но следует отдать должное Mercedes за то, что он придал своей модели начального уровня аэродинамический дизайн, обеспечивающий высокую топливную экономичность.

МАРК БРЭМЛИ, А.Дж. МЮЛЛЕР, РОЙ РИТЧИ, МАРК УРБАНО, ПРОИЗВОДИТЕЛЬ

Область перетаскивания = 6.7 футов²
Коэффициент аэродинамического сопротивления среднего блока Volt (0,28) и площадь лобовой части (23,7 квадратных фута) дают ему оценку площади лобового сопротивления, которая соответствует среднему уровню. Традиционно выглядящая решетка этого подключаемого гибрида почти полностью заблокирована, чтобы отводить воздух сверху и по бокам. Это дает увеличение нагрузки на переднюю ось на 15 фунтов на скорости 70 миль в час, что способствует устойчивости на шоссе.

Передние фары Volt простираются до колес, а от верхней части решетки до задней кромки люка есть лыжный магнат красивой формы, обеспечивающий плавный ход для скольжения.Боковые зеркала заднего вида, установленные на стойках, пропускают ветер. GM создал Volt так, чтобы поток воздуха оставался на боковых поверхностях как можно дольше, чтобы уменьшить турбулентность. Плоский удлинитель люка помогает стабилизировать след автомобиля.

МАРК БРЭМЛИ, А.Дж. МЮЛЛЕР, РОЙ РИТЧИ, МАРК УРБАНО, ПРОИЗВОДИТЕЛЬ

Но даже если хвосты Prius и Volt выглядят примерно одинаково, мы измерили на 50 процентов больше подъемной силы сзади у Chevy. Снижение нагрузки на задние колеса Volt на 26 фунтов не вызывает опасений, но именно такая разница говорит вам, что вы должны доверять аэродинамической трубе, а не визуальной оценке формы любого автомобиля.

МАРК БРЭМЛИ, А.Дж. МЮЛЛЕР, РОЙ РИТЧИ, МАРК УРБАНО, ПРОИЗВОДИТЕЛЬ

Площадь лобового сопротивления = 6,2 фута²
Многолетний плакат Toyota для гибридных технологий занял второе место в нашем тестировании с аккуратной лобовой площадью 23,9 квадратных фута и чистым коэффициентом сопротивления 0,26. Подключаемые модули Prius, Prius C и Prius третьего поколения являются наиболее эффективными гибридами на рынке, во многом потому, что они отдают ветру так мало энергии.Это дает 50 миль на галлон в комбинированном рейтинге экономии топлива EPA и всего 42 лошадиных силы (против уже низких 45 Volt), необходимых для преодоления аэродинамического сопротивления на скорости 100 миль в час.

МАРК БРЭМЛИ, А.Дж. МЮЛЛЕР, РОЙ РИТЧИ, МАРК УРБАНО, ПРОИЗВОДИТЕЛЬ

Верхняя поверхность этого автомобиля имитирует аэродинамический профиль — одну из самых эффективных форм для пробивания чистой дыры в атмосфере. Лобовое стекло сливается с крышей без дополнительных молдингов, препятствующих потоку воздуха.Зеркала в форме яйца хорошо отделены от почти плоских боковых поверхностей. Спицы колесных колпаков гладкие, чтобы свести к минимуму отток.

Круто наклоненный капот и контролируемый поток воздуха через двигатель / моторный отсек обеспечивают 4 фунта передней прижимной силы на скорости 70 миль в час. Задний подъемник составляет всего 17 фунтов.

Площадь сопротивления = 6,2 фута²
Предел победы Tesla над Prius кроется в пределах погрешности, характерной для аэродинамических труб. S занимает наш верхний слот благодаря своим большим 25.2 квадратных фута и более низкий коэффициент лобового сопротивления 0,24, что дает такую ​​же площадь лобового сопротивления 6,2 квадратных фута, как у Prius. Низкое лобовое сопротивление — более сложная задача с большей лобовой площадью, отсюда и общая победа Tesla. Будьте осторожны при проверке наших математических расчетов, потому что в конце вычислений измерения были округлены.

В Model S есть нечто большее, чем красивое лицо и гладкий внешний вид. Пневматическая подвеска снижает дорожный просвет на скоростях по шоссе (мы тестировали в нижнем положении). Контурный подбородок под решеткой помогает удерживать воздушный поток, проходящий под плоским днищем автомобиля.Внешние углы передней панели отклоняют воздух вокруг шин. Жалюзи закрывают три отверстия решетки до тех пор, пока внутренние теплообменники не потребуют воздушного потока. Спойлеры и ограждения направляют воздух от передних колесных арок, а выходящий воздух направляется под автомобиль, а не через колесные отверстия. Задний диффузор выравнивает поток, чтобы минимизировать подъемную силу и сопротивление, в то время как сверху дополнительный спойлер из углеродного волокна уменьшает подъемную силу, не снижая сопротивления.

МАРК БРЭМЛИ, А.Дж. МЮЛЛЕР, РОЙ РИТЧИ, МАРК УРБАНО, ПРОИЗВОДИТЕЛЬ

Аэродинамика Model S стала результатом компьютерного моделирования, дополненного посещениями в аэродинамической трубе. Наши дорожные испытания Model S показали максимальную скорость 134 миль в час и реальный запас хода 211 миль. С более высокой передачей P85 Model S может разогнаться до 200 миль в час. Очевидно, что это аэродинамический электромобиль, заслуживающий пристального внимания мировых автопроизводителей. Это доказывает, что вы можете выглядеть гладко и одновременно.

Цена $ 34995 @

1

8 42 л.с. 42 л.с. 70179

Автомобиль	2014 Chevrolet Volt	2014 Mercedes- Benz CLA250	2012 Nissan Leaf SL	2012 Tesla Model S P85	2014 Toyota Prius	$ 30825	$ 38100	$ 93390	$ 29245
Цена протестировано	$ 35995	$ 35855	$ 38290	$ 100520	$ 33408
Размеры
Длина	177. 1 дюйм	182,3 дюйма	175,0 дюйма	196,0 дюйма	176,4 дюйма
Ширина	70,4 дюйма	70,0 дюйма	69,7 дюйма	77,3 дюйма		9018 9018 9018 9018 9018 56,6 дюйма	56,6 дюйма	61,0 дюйма	56,5 дюйма	58,7 дюйма
Колесная база	105,7 дюйма	106.3 дюйма	106,3 дюйма	116,5 дюйма	106,3 дюйма
Вес	3766 фунтов	3374 фунта	3353 фунта	4785 фунтов	3180 фунтов
Силовой агрегат	DOHC 1,4-литровый рядный 4 + электродвигатель переменного тока, вариатор	DOHC 2,0-литровый рядный 4-цилиндровый с турбонаддувом, 7-ступенчатая автоматическая коробка передач с двойным сцеплением	Электродвигатель переменного тока, одинарный скоростной привод	Электродвигатель переменного тока, односкоростной привод	DOHC 1. 8-литровый рядный 4 + электродвигатель переменного тока, вариатор
Мощность л.с. при об / мин	84 при 4800 (двигатель)	208 при 5500	107 при 10000	416 при 8600	98 при 5200 (двигатель )
Крутящий момент LB-FT при об / мин	271 при 0 (двигатель)	258 при 1250	187 при 0	443 при 0	153 при 0 (двигатель)
9018 Ведущие колеса1 9018 передний	передний	передний	задний	передний
Производительность
Ускорение	9018 9018 9018 9018 9018	с	6,3 с	10,2 с	4,6 с	10,0 с
-миля при MPH	16,7 с при 85	14,9 с при 95	17,7 с при 78	13,3 с 104	17,6 с при 79
Максимальная скорость	101 миль / ч (ограничено регулятором )	133 миль / час (ограничено регулятором)	94 миль / час (ограничено регулятором)	134 миль / час (ограничено красной линией)	115 миль / час (ограниченное сопротивление)
Топливо
EPA City / Hwy	35/40 миль на галлон Результаты работы с C / D , ноябрь 2011.	26/38 миль на галлон Результаты производительности для C / D , декабрь 2013 г.	126/101 миль на галлон Результаты производительности для C / D , март 2014 г.	88/90 миль на галлон Результаты производительности с C / D , январь 2013 г.	51/48 миль на галлон Результаты производительности по сравнению с C / D , июль 2009 г. Коэффициент сопротивления	0.28	0,30	0,32	0,24	0,26
Фронтальная область	23,7 квадратных футов	23,2 квадратных футов	24,5 квадратных футов	9017 9017 квадратных футов
Площадь перетаскивания (фронтальная область CD X)	6,7 квадратных футов	7,0 квадратных футов	7,8 квадратных футов	6,2 квадратных футов	6. 2 квадратных фута
Drag Force @ 70 миль в час	84 фунта	88 фунтов	97 фунтов	77 фунтов	78 фунтов
Aero Power	16 л.с.	18 л.с.	14 л.с.	14 л.с.
Aero Power при 100 миль в час	45 л.с.	48 л.с.	53 л.с.
Подъем переднего моста @ 70 миль в час	-15 фунтов	46 фунтов	-12 фунтов	23 фунта	-4 фунта
Подъем задней оси миль / ч	26 фунтов	44 фунта	11 фунтов	17 фунтов	17 фунтов

МАРК БРЭМЛИ, А. Дж. МЮЛЛЕР, РОЙ РИТЧИ, МАРК УРБАНО, ПРОИЗВОДИТЕЛЬ

Этот контент создается и поддерживается третьей стороной и импортируется на эту страницу, чтобы помочь пользователям указать свои адреса электронной почты. Вы можете найти дополнительную информацию об этом и подобном контенте на сайте piano.io.

3 причины, по которым аэродинамическое сопротивление так важно для автомобильного дизайна

Аэродинамика — одна из самых красивых и сложных частей инженерной мысли и дизайна автомобиля.Он включает в себя ошеломляюще сложные физические и математические модели, которые могут обмануть даже опытных инженеров. В этой колоссальной загадке силы сопротивления имеют огромное влияние на характеристики автомобиля, причем некоторые плохо спроектированные аэродинамические характеристики приводят к большим потерям в характеристиках. По мере развития технологий и разработки новых инструментов для поиска лучших решений автомобильная аэродинамика становится все более сложной и эффективной в плане производительности (и природы). Итак, вот несколько причин, по которым сопротивление играет большую роль в дизайне автомобиля.

1. Сведение к минимуму сопротивления может сэкономить огромное количество топлива

Drag — это не что иное, как сила, которой ваша машина будет подвергаться при движении по воздуху, и она может быть вызвана многими явлениями. Однако в вашей машине всегда будет действовать сила, которая точно противодействует вашему движению. Таким образом, чем большее сопротивление создает ваша поездка, тем больше топлива необходимо использовать, чтобы преодолеть эту силу. Обтекаемый дизайн имеет решающее значение для экономии топлива. Возьмем, к примеру, модель Tesla S.с коэффициентом лобового сопротивления 0,24 (коэффициент аэродинамического сопротивления: размерный коэффициент, измеряющий сопротивление, Cd, как его обычно сокращают, для обычного хэтчбека составляет около 0,3 ~ 0,4), имея возможность иметь этот абсурдный диапазон до 295 миль. Меньшее сопротивление означает меньше энергии, затрачиваемой на круиз, а это означает, что вы можете лучше использовать эту прекрасную бензин / электрическую энергию, в которой так отчаянно нуждаетесь, а мать-природа может иметь меньше загрязнений, поэтому вы можете погрузиться в более чистый мир!

Модель Tesla S. Разработан с учетом аэродинамической эффективности.

2. Это также имеет прямое отношение к максимальной скорости вашей поездки

Да, снижение лобового сопротивления — отличная идея для образа жизни «быстрее». Это то же самое, что и топливная экономичность. Поскольку автомобиль будет иметь меньшие силы, действующие против движения автомобиля, он сможет передавать большую часть этой мощности, производимой двигателем, в движение, помня, что сопротивление увеличивается пропорционально квадрату скорости, уменьшение коэффициента сопротивления автомобиля приводит к гораздо более высоким скоростям.Возьмем в качестве примера автомобили 1980-х годов. Их квадратные формы имели огромное сопротивление; когда в 1990-х им заменили кузов, максимальная скорость увеличилась на 20 км / ч с тем же двигателем, подвеской, шинами и т. д. Интересно, что у автомобилей F1 большое сопротивление. Их Cd колеблется от 0,7 до 1,1, в зависимости от используемой настройки прижимной силы. Это непростая информация, так как болидам Формулы 1 требуется большая прижимная сила, чтобы максимизировать скорость на поворотах. Это не означает, что инженеров просто не волнует сопротивление сопротивлению; Напротив.Им нужно найти такую ​​конструкцию, которая максимизирует прижимную силу и минимизирует сопротивление. В этом красота инженерной мысли.

Красота инженерной мысли!

3. Это также повлияет на обработку

Силы сопротивления будут приложены непосредственно к центру давления, а не к центру масс.Таким образом, эти силы могут создавать некоторый крутящий момент, который может разгружать передние или задние колеса, превращая автомобиль в монстра недостаточной поворачиваемости. Так что перетаскивание также важно для гоночного дня (братан!) И гоночных автомобилей.

Этот квадратный Gol GTi развивал максимальную скорость 185 км / ч … Хотя его элегантный преемник имел максимальную скорость 205 км / ч без значительных механических изменений,

Вот оно! Что вы думаете? Перетаскивание действительно так важно для автомобильного дизайна? Вы бы получили мощный автомобиль с аэродинамикой кирпича или гладкий, но менее мощный автомобиль? Оставляйте свое мнение в комментариях!

Надеюсь, вам понравилось!

Снижение аэродинамического сопротивления на реалистичном транспортном средстве с использованием непрерывной продувки

org/ScholarlyArticle»>

Ahangarnejad A, Melzi S (2018) Численный анализ влияния активно управляемого спойлера на управляемость спортивного автомобиля.J Vib Control 24 (22): 5437–5448

MathSciNet Статья Google ученый

Альфонси Дж. (2009) Усредненные по Рейнольдсу уравнения Навье-Стокса для моделирования турбулентности. Appl Mech Rev. https://doi.org/10.1115/1.3124648

Артикул Google ученый

Али М., Платко П. (2017) Достижения и тенденции в инженерных науках и технологиях II. ISBN 978-1-138-03224-8, Taylor & Francis Group, Лондон, Великобритания

Беллман М., Набер Дж. , Агарвал Р. (2009) Исследования численного снижения сопротивления типовых моделей грузовиков с использованием активного управления потоком.В: 39-я конференция по гидродинамике AIAA, AIAA 2009-4013

Bruneau C-H, Creuse E, Depeyeas D, Gillieron P, Mortazavi I (2010) Сочетание активных и пассивных методов для управления потоком через квадратное тело Ахмеда. Comput Fluids 39 (10): 1875–1892

Статья Google ученый

Chaligne S, Turner R, Gaylard A (2017) Аэродинамическое развитие нового открытия Land Rover. Конференция FKFS: прогресс в аэродинамике транспортных средств и терморегулировании, стр. 145–159.https://doi.org/10.1007/978-3-319-67822-1_9

Google ученый

org/ScholarlyArticle»>

Чо Дж, Ким Т., Йи К. (2017) Сравнительное исследование аэродинамических эффектов комбинированного использования устройств снижения сопротивления днища применительно к реальному седану. Int J Automot Technol 18 (6): 959–971

Артикул Google ученый

Эль-Шаркави А., Камрад Дж., Лаунсберри Т., Бейкер Дж., Рахман С. (2011) Оценка влияния активной заслонки решетки на управление температурным режимом автомобиля.Технический документ SAE 2011-01-1172

Fukuda H, Yanagimoto K, China H, Nakagawa K (1995) Улучшение аэродинамики транспортного средства за счет контроля следа. JSAE Rev 16: 151–155

Статья Google ученый

org/ScholarlyArticle»>

Greenshields C (2018) Руководство пользователя OpenFOAM Версия 6. CFD Direct Ltd, http://openfoam.org

Heft A, Indinger T, Adams N (2012) Представление новой реалистичной типовой модели автомобиля для аэродинамических исследований.Технический документ SAE 2012-01-0168

Hucho W (1998) Аэродинамика дорожного транспортного средства, 4-е издание, ISBN 0-7680-0029-7. SAE International, Warrendale

Google ученый

Кац Дж. (2006) Аэродинамика гоночных автомобилей. Annu Rev Fluid Mech 38: 27–63

Артикул Google ученый

org/ScholarlyArticle»>

Khalighi B, Zhang S, Koromilas C, Balkanyi S, Bernal L, Iaccarino G, Moin P (2001) Экспериментальное и вычислительное исследование нестационарного следового потока за обрывистым телом с помощью устройства уменьшения сопротивления.Технический документ SAE 2001-01B-207

Курта А., Гиллиерон П. (2009) Влияние автомобильного аэродинамического контроля на экономические вопросы. J Appl Fluid Mech 2: 69–75

Google ученый

Lee S (2018) Расчетный анализ дефлектора воздушного реактивного колеса для снижения аэродинамического сопротивления дорожного транспортного средства. Микросист Технол 24 (11): 4454–4463

Google ученый

org/ScholarlyArticle»>

Menter F (1993) Зональные два уравнения k-w модели турбулентности для аэродинамических потоков.В: 23-я конференция по гидродинамике, плазмодинамике и лазерам, AIAA-93-2906

Mestiri R, Ahmed-Bensoltane A, Keirsbulck L, Alouri F, Labraga L (2014) Активное управление потоком в задней части обычного автомобиля модель с постоянным обдувом. J Appl Fluid Mech 7: 565–571

Google ученый

Петрушов В. (1998) Улучшение определения аэродинамического сопротивления транспортных средств и сопротивления качению по результатам испытаний на выбеге. Proc Inst Mech Eng Part D J Autom Eng 212 (5): 369–380

Статья Google ученый

org/ScholarlyArticle»>

Sebben S (2004) Численное моделирование днища автомобиля: эффект дефлектора переднего колеса.Технический документ SAE 2004-01-1307

Шанкар Г., Девараджейн Г. (2018) Экспериментальный и вычислительный анализ аэродинамического поведения модели автомобиля с вихревыми генераторами при разных углах рыскания. J Appl Fluid Mech 11: 285–295

Артикул Google ученый

Sovran G, Morel T, Mason W (1978) Аэродинамические механизмы сопротивления обрывистых кузовов и дорожных транспортных средств. ISBN 0-306-31119-4, Plenum Press, New York

Thomas J (2016) Эффективность транспортных средств и тяговая работа: скорость изменений за последнее десятилетие и ускоренный прогресс, необходимый для U. S. Экономия топлива и правила CO ₂ . SAE Int J Fuel Lubr 9 (1): 290–305

Артикул Google ученый

Невидимый враг в дизайне транспортных средств

Конструкторы транспортных средств, независимо от того, специализируются ли они на гоночных автомобилях, грузовиках, обычных транспортных средствах или даже мотоциклах, должны каждый день сражаться с невидимым врагом — сопротивлением воздуха. Проще говоря, когда тело движется, воздух вокруг него создает сопротивление в направлении, противоположном движению.Что касается транспортных средств, сопротивление воздуха влияет на комфорт пассажиров, расход топлива, устойчивость и многие другие факторы производительности.

Сопротивление воздуха

Измерение сопротивления воздуха

Источник: Автор: TheOtherJesse, Wikimedia Commons Ниже приведено уравнение сопротивления, которое представляет силу сопротивления, испытываемую телом при движении в воздухе (или любой другой жидкости). Он состоит из плотности жидкости (которую мы не можем изменить), контрольной площади (лобовая область в случае автомобилей или мотоциклов), коэффициента лобового сопротивления (определяемого формой тела) и скорости потока ( относительно объекта)

Уравнение показывает, что единственные параметры, которые может изменять дизайнер, — это опорная площадь объекта и коэффициент сопротивления.Для автомобилей и многих других объектов эталонной областью является проецируемая фронтальная область транспортного средства.

Коэффициент лобового сопротивления находится в диапазоне от 0, а более низкий коэффициент лобового сопротивления указывает на то, что транспортное средство будет менее воздухонепроницаемым, что снижает коэффициент лобового сопротивления и улучшает характеристики транспортного средства в отношении скорости и топливной экономичности. Это два значения, на которые необходимо обратить внимание, чтобы снизить аэродинамическое сопротивление транспортного средства.

---

Генеральный директор SimScale Дэвид Хейни тестирует возможности облачного моделирования для решения инженерных задач.Заполните форму и посмотрите эту бесплатную запись вебинара, чтобы узнать больше!

---

Конструкция сопротивления воздуху

Эволюция обтекаемой конструкции транспортного средства Геометрия автомобиля в зависимости от сопротивления воздуха (Источник: Эшаан, 1992 г., из Wikimedia Commons)

Несколько десятилетий назад, когда аэродинамику транспортных средств никто не изучал, их конструкции были в целом довольно «квадратная», с угловатыми формами. С тех пор многое изменилось: производители автомобилей неуклонно улучшали аэродинамику, стремясь сделать каждую новую модель более гладкой и «скользкой», чем предыдущая, позволяя воздуху легко обтекать ее с наименьшим возможным сопротивлением.

Современные методы проектирования транспортных средств, которые помогают снизить сопротивление воздуха, включают, помимо гладкости общей формы транспортного средства, углубление дворников и дверных ручек ветрового стекла, обтекаемость наружных зеркал, устранение выступов по краям крыши и многое другое — все из которых помогают уменьшить лобовое сопротивление и предотвратить потерю эффективности.

Аэродинамические трубы и сопротивление воздуху

Введение аэродинамических труб в конструкцию транспортных средств

Однако это все еще относительно недавние разработки.До 1980-х годов обтекаемая конструкция автомобилей была ограничена гоночными и высококлассными спортивными автомобилями до тех пор, пока не были введены испытания в аэродинамической трубе, в результате которых на рынок были выведены аэродинамически оптимизированные потребительские автомобили. Вскоре аэродинамические трубы стали одним из важнейших инструментов улучшения аэродинамики транспортных средств.

В аэродинамической трубе прототип транспортного средства фиксируется на месте, когда к нему направляется поток воздуха, имитирующий воздушный поток, с которым транспортное средство может столкнуться при движении по реальной дороге.Затем измеряется величина создаваемого сопротивления для оценки коэффициента сопротивления и оценки общих аэродинамических характеристик транспортного средства.

Улучшение сопротивления воздуха

Улучшение аэродинамики конструкции транспортного средства с помощью моделирования Анализ аэродинамики автомобиля Perrinn F1 с помощью SimScale

Физические аэродинамические трубы были отраслевым стандартом для производителей автомобилей и конструкторов до появления моделирования потока жидкости с помощью виртуальных аэродинамических труб. Помимо высоких затрат на первоначальную настройку, физические испытания в аэродинамической трубе отнимают много времени и могут значительно увеличить цикл разработки продукта.С другой стороны, инструменты вычислительной гидродинамики (CFD) значительно более эффективны, и они в значительной степени сокращают затраты и время на проектирование, позволяя инженерам тестировать свои проекты в гораздо большем разнообразии рабочих условий.

Чтобы проиллюстрировать применение испытаний в виртуальной аэродинамической трубе во внешнем аэродинамическом анализе транспортных средств, мы выбрали несколько проектов моделирования из библиотеки публичных проектов SimScale. Наши инженеры-симуляторы вместе с нашим активным сообществом пользователей выполнили множество симуляторов аэродинамики транспортных средств, включая грузовики, спортивные автомобили, футуристические автомобили, автомобили F1, гоночные автомобили FSAE, LMP1, а также самолеты, гоночные бобслеи и другие разные проекты. .

В автомобильной промышленности наиболее целенаправленное применение оптимизации аэродинамики автомобилей можно найти в Формуле 1. С конца 60-х инженеры Формулы 1 работали над аэродинамикой своих автомобилей с двойной целью: минимизировать аэродинамическое сопротивление. и максимизировать прижимную силу. Для достижения обеих целей инженеры создали множество разных и экстравагантных решений. Например, конструкция Brabham BT46B, которая создавала высокий уровень прижимной силы с помощью вентилятора, не только увеличивала охлаждение, но и удаляла воздух из-под автомобиля.

Сопротивление воздуху

Заключение

Минимизация сопротивления воздуха и оптимизация аэродинамических характеристик остается одной из ключевых задач для конструкторов в автомобильной промышленности. Это больше не является исключительной прерогативой инженеров гоночных автомобилей и оказывает реальное ощутимое влияние на различные аспекты характеристик автомобилей потребительского класса, включая расход топлива, комфорт пассажиров и многое другое. Однако нельзя отрицать, что появление инструментов виртуального прототипирования и моделирования сделало решение этой проблемы намного проще, чем раньше.Если вы хотите узнать больше о том, как минимизировать сопротивление воздуха с помощью инженерного моделирования, запустите бесплатную пробную версию SimScale и воспользуйтесь функциональными возможностями платформы CFD для оптимизации ваших собственных проектов.

Чтобы узнать, как использовать SimScale, посмотрите вебинар «Как оптимизировать гоночные автомобили с помощью облачных вычислений CFD», проведенный в партнерстве с журналом Racecar Engineering. Просто заполните эту короткую форму, и она начнется автоматически.

---

(PDF) Обзор по снижению аэродинамического сопротивления транспортных средств

Мукут и Абедин (2019):

Международный журнал инженерных материалов и производства

, 4 (1), 1-14

13

9. Майер, В. и Викерн, Г. (2011). Новое семейство Audi A6 / A7 — аэродинамическое развитие различных типов кузова

на одной платформе, SAE International Journal of Passenger Cars, 4 (1), 197-206.

10. Каттафеста, Л. Н., и Шеплак, М. (2011). Приводы для активного регулирования потока. Ежегодный обзор гидромеханики,

43 (1), 247–272.

11. Курта А. и Гиллиерон П. (2009). Влияние автомобильного аэродинамического контроля на экономические вопросы.Журнал

прикладной механики жидкостей, 2 (2), 69-75.

12. Альтаф А., Омар А. и Асрар В. (2014). Обзор методов пассивного снижения сопротивления для транспортных средств с обрывом дороги, IIUM

Engineering Journal, 15 (1), 61-69.

13. Lee, S.W. (2018). Расчетный анализ дефлектора воздушного реактивного колеса для снижения аэродинамического сопротивления автомобиля

. Микросистемные технологии, 1–11.

14. Хучо В. Х. и Совран Г. (1993). Аэродинамика дорожных транспортных средств. Ежегодный обзор гидромеханики, 25 (1),

485-537.

15. Беллман, М., Агарвал, Р., Набер, Дж., И Чусак, Л. (2010). Снижение энергопотребления наземных транспортных средств за счет

активного управления потоком. КАК Я. Энергетическая устойчивость, 4-я Международная конференция по энергетической устойчивости ASME, 1,

785-793.

16. Сонг, Дж., Йошиока, С., Като, Т. и Кохама, Ю. (2006). Характеристики обтекания легкового автомобиля. SAE

Серия технических статей

, 2006-01-1030.

17. Hucho, W-H. (1990). Аэродинамика дорожных транспортных средств — от гидромеханики до машиностроения, Баттерворт —

Heinemann, Германия.

18. Кан, С. О., Джун, С. О., Пак, Х. И., Сонг, К. С., Ки, Дж. Д., Ким, К. Х., и Ли, Д. Х. (2012). Активно трансформирующий задний диффузор

для уменьшения аэродинамического сопротивления легкового автомобиля. Международный автомобильный журнал

Technology, 13 (4), 583-592.

19. Heinemann, T. , Springer, M., Линхарт, Х., Книсбургес, С., и Беккер, С. (2014). Активное регулирование расхода на автомобиле 1: 4 модель

, Exp Fluids 55: 1738, 1-11.

20. Местири Р., Ахмед-Бенсолтане А., Кейрсбалк Л., Алоуи Ф. и Лабрага Л. (2014). Активное управление потоком в задней части

типовой модели автомобиля с использованием постоянного обдува. Журнал прикладной механики жидкости. 7 (4), 565-571.

21. Roumeas, M., Gilli´eron, P., & Kourta, A. (2009). Анализ и контроль потока в следе за прямоугольной геометрией

.Компьютеры и жидкости 38 (2009), 60–70.

22. Вассен, Э. и Тиле, Ф. (2008). Снижение лобового сопротивления для типовой модели автомобиля с использованием постоянного обдува, 4-я конференция Flow Control

, AIAA, 2008-3771.

23. Крентель Д., Муминович Р., Брунн А., Ниче В. и Кинг Р. (2010). Применение активного управления потоком на

универсальных 3D-моделях автомобилей. Активное управление потоком II. Спрингер, 108, 223-239.

24. Вассен Э., Эйхингер С., Тиле Ф.(2010). Моделирование активного снижения лобового сопротивления для квадроцикла. В: King

R. (eds) Active Flow Control II. Заметки о численной механике жидкости и междисциплинарном проектировании, 108, 241-255.

25. Обрун, С., Макналли, Дж., Алви, Ф., и Курта, А. (2011). Управление разделительным потоком на обычном наземном транспортном средстве с использованием устойчивых микроструйных решеток

. Эксперименты с жидкостями. Exp Fluids (2011) 51, 1177–1187.

26. Джонатан М., Эрик Ф., Грегори Р., Раджан К., Кунихико Т., Фаррух А., Йошихиро Ю., Кей, М. (2015). Снижение лобового сопротивления

на автомобиле с ровным фоном и активным контролем потока. Журнал ветроэнергетики и промышленной аэродинамики.

145 (2015), 292-303.

27. Пак, Х., Чо, Дж. Х., Ли, Дж., Ли, Д. Х., и Ким, К. Х. (2013). Снижение аэродинамического сопротивления модели Ахмеда с использованием синтетической группы реактивных двигателей

. Международный журнал SAE по механическим системам легковых автомобилей, 6 (1), 1-6.

28. Kourta, A., & Leclerc, C.(2013). Характеристика срабатывания синтетической струи применительно к следу за телом,

Датчики и приводы, A: Физ. 192, 13-26.

29. Тунси, Н., Местири, Р., Кейрсбалк, Л., Уалли, Х., Ханчи, С., и Алуи, Ф. (2016). Экспериментальное исследование управления потоком

на обтекаемом теле с помощью пьезоэлектрических приводов. Журнал прикладной механики жидкости. 9 (2), 827-838.

30. Джозеф П., Амандолезе X., & Эйдер Дж. Л. (2012). Снижение лобового сопротивления эталонного тела Ахмеда

с углом наклона 25 ° с использованием импульсных сопел.Exp. Жидкости, 52, 1169–1185.

31. Бидо, Э., Бобилье, П., Фурнье, Э., Гильерон, П., Эль-Хаджем, М., Шампань, Дж. Ю., Жилот, П., и Курта, А.

(2011). Снижение сопротивления за счет импульсных струй при сильно неструктурированном следе: в направлении квадратного заднего регулятора.

Международный. Журнал аэродинамики, 1 (3/4), 282-298.

32. Гиллиерон П. и Курта А. (2013). Массовый анализ управления разделением эффектов импульсных струйных приводов, Механика

& Промышленность, 14, 441–445.

33. Kourta1, A. & Gilliéron, P. (2009). Влияние автомобильного аэродинамического контроля на экономические вопросы. Журнал

прикладной механики жидкостей, 2 (2), 69-75.

34. Lehugeur, B., Gilliéron, P., & Kourta, A. (2010). Экспериментальное исследование по управлению продольным вихрем над двугранным телом обтекания

. Exp. Жидкости, 48, 33–48.

35. Вассен, Э. и Тиле, Ф. (2009). Снижение сопротивления дорожного транспортного средства за счет комбинированного равномерного обдува и отсосаAIAA

2009-4174.

36. Whiteman, J. (2016). Схемы активного управления потоком для уменьшения сопротивления тела утеса. Магистр технических наук, Огайо

State Univ.

37. Бусинья, В., Вебер, Р., и Курта, А. (2011). Снижение сопротивления трехмерного тела обтекания с помощью плазменных актуаторов.

Международный журнал аэродинамики, Vol. 1 (3/4), 262-281.

В поисках лучшей экономии топлива — Инженерная школа Витерби Университета Южной Калифорнии

Aerodynamics впервые был использован для повышения производительности гоночных автомобилей в 1970-х годах.Инженеры гоночных автомобилей поняли, что воздух, обтекающий автомобиль, можно использовать для увеличения прижимной силы и уменьшения аэродинамического сопротивления автомобиля. Поскольку экономия топлива стала важным фактором в конструкции дорожных транспортных средств, инженеры вскоре поняли, что методы снижения аэродинамического сопротивления гоночных автомобилей могут быть перенесены на дорожные транспортные средства для повышения экономии топлива. Чтобы уменьшить сопротивление, создаваемое транспортным средством, производители автомобилей начали внедрять конструкции кузова, которые позволили бы сделать транспортное средство более обтекаемым.Способы уменьшения коэффициента лобового сопротивления транспортного средства включают изменение формы задней части, закрытие нижней части транспортных средств и уменьшение количества выступов на поверхности автомобиля.

Аэродинамика и экономия топлива

Представьте, что вы держите большой конус движения за окном вашего автомобиля, когда едете по автостраде со скоростью семьдесят пять миль в час. У вас есть два варианта: либо удерживать конус так, чтобы заостренный конец смотрел в том же направлении, что и машина, либо так, чтобы заостренный конец смотрел в противоположную сторону от направления движения автомобиля (рис.1). В каком сценарии было бы легче удерживать конус, учитывая эффекты сопротивления воздуха? Хотя интуиция может заставить многих думать, что держать заостренный конец конуса вперед более эффективно, на самом деле верно обратное. Это явление является примером аэродинамического сопротивления, концепции, которую инженеры используют для проектирования формы автомобиля и минимизации мощности двигателя, необходимой для движения автомобиля вперед.

Оптимизация формы транспортного средства для уменьшения аэродинамического сопротивления может позволить конструкторам создавать автомобили с повышенной экономией топлива. Требуются небольшие усилия, чтобы выявить постоянно возрастающую важность экономии топлива для серийных автомобилей. В 2004 году цена за баррель сырой нефти составляла около 30 долларов, однако тогдашние экономисты прогнозировали, что в будущем она резко вырастет [1]. Всего семь лет спустя цена за баррель сырой нефти составляет 108 долларов и продолжает расти [2]. Это 360-процентное повышение цен на сырую нефть затрагивает всех, кто водит машину, а это большинство населения промышленно развитых стран.Помимо высокой цены на бензин, выбросы углекислого газа из выхлопных труб автомобилей вызывают озабоченность с точки зрения устойчивости [3]. Лучшая аэродинамика автомобиля ведет к снижению расхода топлива, помогает водителям экономить деньги и снижает выбросы углекислого газа.

Заимствованные технологии

Одним из важных факторов, которые современные автомобильные инженеры принимают во внимание при проектировании автомобиля, является аэродинамика. Аэродинамика — это изучение как движения воздуха, так и сил, создаваемых объектом, движущимся в воздухе. Когда автомобиль находится в движении, большое количество воздуха вытесняется и должно обтекать его. Хотя ученые и инженеры изучали аэродинамику еще с XIX века, важность аэродинамики в автомобилях осозналась только в середине XX века [4]. Инженеры гоночных автомобилей были одними из первых, кто проанализировал взаимодействие между воздушным потоком, окружающим автомобиль, и его влиянием на его характеристики; Этот анализ привел к началу разработки аэродинамических характеристик гоночных автомобилей в конце 1960-х годов [5].В это время конструкторы гоночных автомобилей начали испытывать свои автомобили в аэродинамических трубах, чтобы определить влияние воздушного потока на автомобили. Вскоре инженеры узнали, что включение аэродинамических элементов в гоночные автомобили повлияет на автомобили посредством двух явлений: прижимной силы и аэродинамического сопротивления [5].

Прижимная сила и аэродинамическое сопротивление — две силы, создаваемые воздухом, обтекающим автомобиль. Прижимная сила — это направленная вниз сила на транспортном средстве, создаваемая разницей в давлении воздуха, и она может повысить производительность автомобиля за счет увеличения силы, прижимающей автомобиль к земле. Если существует большая сила, прижимающая шины автомобиля к земле, количество трения и сцепления, доступное для шин, увеличивается. Подобно тому, как крыло самолета может создавать подъемную силу, позволяющую самолету взлетать, такое же крыло можно перевернуть на автомобиле для создания прижимной силы. Хотя эти перевернутые крылья начали появляться на многих гоночных автомобилях в 1970-х годах, за прижимную силу пришлось заплатить — крылья увеличили аэродинамическое сопротивление гоночных автомобилей [5]. Аэродинамическое сопротивление — это сила, противодействующая направлению движения транспортного средства.Чтобы внедрить перевернутые крылья на гоночные автомобили без ущерба для слишком большого индуцированного сопротивления, инженеры разработали методы уменьшения лобового сопротивления, тем самым уменьшив мощность двигателя, необходимую для поддержания автомобиля на определенной скорости. Уменьшая лобовое сопротивление автомобиля, соответствующая экономия топлива увеличится.

Благодаря отделам по разработке гоночных автомобилей в большинстве крупных производителей автомобилей, аэродинамические улучшения в конечном итоге нашли свое отражение в легковых и серийных автомобилях [5]. Однако основное различие между аэродинамикой гоночного автомобиля и аэродинамикой легкового автомобиля состоит в том, что гоночные автомобили стремятся увеличить прижимную силу, а легковые автомобили стремятся уменьшить сопротивление [6]. Поэтому производители автомобилей позаимствовали многое из того, что они узнали об аэродинамике гоночных автомобилей, чтобы уменьшить аэродинамическое сопротивление своих серийных автомобилей, тем самым улучшив экономию топлива легковых автомобилей.

Взаимосвязь между сопротивлением и экономией топлива

Чтобы уменьшить аэродинамическое сопротивление транспортного средства, необходимо проанализировать его источники.Как упоминалось ранее, аэродинамическое сопротивление — это сила, противоположная направлению тяги автомобиля, и это нежелательная сила. Учитывая набор условий транспортного средства, можно рассчитать силу сопротивления. Сопротивление является функцией площади лобовой части транспортного средства, плотности воздуха, коэффициента лобового сопротивления транспортного средства и квадрата скорости транспортного средства [5]. Однако влияние лобового сопротивления на транспортное средство становится еще более заметным, когда достигается мощность двигателя, необходимая для преодоления сил сопротивления. Необходимая мощность двигателя как функция лобового сопротивления зависит от площади передней части автомобиля, плотности воздуха, коэффициента лобового сопротивления транспортного средства и куба скорости транспортного средства [4].Тот факт, что скорость автомобиля имеет кубическое отношение к силе сопротивления, показывает, что небольшое изменение скорости автомобиля может потребовать огромной мощности двигателя для преодоления сил сопротивления. Кроме того, соотношение между лобовым сопротивлением и скоростью показывает, что аэродинамика транспортных средств не имеет большого значения на более низких скоростях; они оказывают гораздо более сильное влияние на скоростях шоссе [4].

Теперь, когда факторы, участвующие в создании сопротивления, были проанализированы, что можно сделать, чтобы уменьшить сопротивление? Хотя плотность воздуха и скорость транспортного средства не могут быть изменены конструкцией транспортного средства, площадь лобовой поверхности и коэффициент лобового сопротивления могут быть изменены. Уменьшение высоты и ширины автомобиля может уменьшить площадь лобовой части, но есть предел того, насколько маленькой может быть эта область, поскольку люди должны иметь возможность удобно сидеть внутри автомобиля. Следовательно, самый простой способ уменьшить лобовое сопротивление — это снизить коэффициент лобового сопротивления автомобиля [3]. Коэффициент лобового сопротивления транспортного средства в основном зависит от формы (рис. 2). Поэтому конструкторы транспортных средств изменяют определенные аспекты формы кузова транспортного средства, чтобы уменьшить общее аэродинамическое сопротивление и тем самым повысить экономию топлива.

Регулировка формы автомобиля для уменьшения сопротивления

Процесс уменьшения коэффициента лобового сопротивления транспортного средства путем изменения формы транспортного средства называется обтекаемостью [4]. В середине 20 века было определено, что наиболее обтекаемой формой является капля (рис. 3).

Хотя этот дизайн был имитирован в различных моделях обтекаемых концептуальных автомобилей, форма оказалась непрактичной при разработке настоящего автомобиля, в основном из-за длинного и узкого конца. Вместо этого конструкторы создали автомобили с профилем, более сопоставимым с рис.4.

Тем не менее, воздух, который обтекает автомобиль, закручивается вокруг задней части намного сильнее, что соответствует фактическому профилю транспортного средства по сравнению с профилем капли. Эти завихрения называются вихрями, и они представляют собой зону низкого давления позади автомобиля. Низкое давление позади автомобиля создает эффект всасывания, который пытается тянуть автомобиль назад [5]. Следовательно, уменьшение размера зоны отрыва, то есть области позади автомобиля, содержащей вихри позади автомобиля, является одним из основных методов уменьшения аэродинамического сопротивления.Это можно сделать, слегка сузив заднюю часть автомобиля, чтобы уменьшить размер зоны разделения. Как ни парадоксально это может показаться, задняя часть автомобиля является причиной наибольшего сопротивления автомобиля [3]. Это та же самая причина, по которой пример удерживания конуса движения за окном автомобиля имеет меньшее сопротивление, когда он направлен в сторону от направления, в котором движется транспортное средство. Пример обтекаемости автомобиля за счет сужения задней части автомобиля можно отметить, исследуя дизайн Maybach Exelero (рис.5).

Дополнительные методы уменьшения сопротивления

Другой крупный источник сопротивления исходит от днища автомобиля и колесных арок. Когда воздух проходит под автомобилем, он оказывает давление на все механические детали, расположенные под кузовом автомобиля, такие как компоненты подвески, оси и выхлопная система [3]. Кроме того, воздух, который проходит через зазоры между колесами и кузовом автомобиля, вызывает дальнейшее увеличение лобового сопротивления автомобиля. Перетаскивание, создаваемое в этой области, может составлять до одной шестой общего сопротивления транспортного средства [3].Имея это в виду, инженеры разработали различные методы уменьшения этого сопротивления. Одним из методов предотвращения попадания воздуха в механические устройства под автомобилем является установка обшивки днища [3]. Плоские панели, которые предотвращают попадание воздуха на оси, подвеску и выхлопную систему, могут значительно повысить обтекаемость автомобиля. В дополнение к монтажной плоской панели под автомобилем, юбки колес могут быть прикреплены к заднему колесу автомобиля, как показано на оригинальной модели экономичной Honda Insight (рис.6). Юбка колеса предотвращает попадание воздуха в колесные арки, тем самым снижая общее сопротивление автомобиля.

Помимо оптимизации задней части и днища автомобиля, существует еще один метод уменьшения сопротивления за счет явления, называемого поверхностным трением. Поскольку воздух является вязкой жидкостью, а это означает, что молекулы воздуха могут оказывать друг на друга силы, тонкий слой воздуха будет прикрепляться к корпусу движущегося транспортного средства и оказывать на него силу трения.Эта часть медленно движущегося воздуха, расположенная очень близко к кузову автомобиля, называется пограничным слоем, и она увеличивает поверхностное трение автомобиля, тем самым увеличивая общее сопротивление, которое автомобиль должен преодолеть [5]. Чтобы уменьшить сопротивление от трения кожи, поверхность автомобиля должна быть хорошо отполирована и чиста, тем самым уменьшая трение, которое пограничный слой может оказывать на автомобиль [4]. Помимо хорошо отполированной поверхности, следует минимизировать другие небольшие выступы, такие как винты, шарниры и зазоры в корпусе, чтобы уменьшить сопротивление, создаваемое трением кожи.

Будущее аэродинамики транспортных средств

Хотя специалисты по аэродинамике достигают предела возможного минимального лобового сопротивления в практичных дорожных транспортных средствах, таких как Toyota Prius и Honda Insight, производители автомобилей разрабатывают множество инновационных элементов для постепенного снижения коэффициента лобового сопротивления транспортных средств. Новые достижения в области снижения лобового сопротивления транспортных средств в значительной степени связаны с усовершенствованием аэродинамических труб и усовершенствованием программного обеспечения для моделирования [3].Используя уравнения и методы для анализа гидродинамики и тепловых свойств воздуха, обтекающего автомобиль, инженеры могут предсказать влияние определенных конструкций транспортного средства на его аэродинамику.