Как правило, набегающий на автомобиль поток несимметричен. Для упрощения далее речь идет лишь о симметричном обтекании; влияние бокового ветра на аэродинамическое сопротивление не рассматривается. В целом
поле потока вокруг автомобиля изучено недостаточно. Поэтому картину обтекания
автомобиля можно представить только благодаря суммированию отдельных сведений по этому вопросу.
Они получены в результате измерений скоростей
потока, распределения давления и наблюдения обтекания как на поверхности
автомобиля, так и в прилегающем к нему пространстве.
Рис 2. Схема обтекания передка легкового автомобиля и его элементов.Полученное таким образом
поле потока для
легкового автомобиля представлено на рис. 2 и 3.
Поле потока характеризуется многочисленными отрывами. Места, в которых может иметь место отрыв
потока, показаны отдельно.
Можно выделить два типа отрывов. Там, где на рис. 2 и 3 линии тока показаны волнистыми линиями или области отрыва затемнены, характер отрыва очень близок к двухмерному. Линия отрыва в этом случае проходит преимущественно перпендикулярно к местному направлению
потока.
Если имеет место повторное прилегание
потока, то образуются так называемые обратные потоки (циркулирующие потоки).
Такие вихри могут возникать в следующих местах: на передней кромке капота; сбоку на крыльях; в зоне, образованной пересечением капота и ветрового стекла; на переднем спойлере и, возможно, в зоне излома при ступенчатой форме задней части
автомобиля.
Зоны, в которых оторвавшийся поток представляет собой близкое к двухмерному вихревое движение (
зоны "спокойной воды") чаще всего образуются с обратной стороны задка
автомобиля.
В данном случае речь идет об отрыве, сопровождающемся образованием вихрей, для которых характерно малое значение вектора поперечной составляющей скорости по сравнению с векторами продольной и вертикальной составляющих скоростей.
В этом смысле такой вихрь близок к двухмерному. Употребляемое в оригинале выражение, в буквальном переводе означающее
"зона спокойной воды", подразумевает турбулентный след за телом, состоящий из таких вихрей.
Аналогия со
"спокойной водой" заключается в том, что движение последней также характеризуется наличием двух составляющих вектора скорости- вдоль и поперек водоема.
Движение
"неспокойной воды" характеризуется наличием волн на поверхности, а значит, и третьей, вертикальной составляющей вектора скорости.
Далее в тексте для краткости такого типа вихри будем называть двухмерными, а попе
потока, состоящее из таких вихрей - двухмерным вихревым следом. И только в отдельных случаях будет использоваться дословный перевод этих понятий. -Прим. ред. пер.
Рис 3. Схематичное изображение формы потока при различных исполнениях задней части автомобиля.В зависимости от структуры поля
потока за автомобилем образуется длинный, сильно вытянутый назад открытый или короткий замкнутый вихревой след (см. рис. 4).
Оторвавшиеся потоки совершают циркулирующие движения, оси которых, как правило, проходят перпендикулярно к набегающему невозмущенному потоку и параллельно к линии отрыва.
На рис. 5 для каждой из трех форм задней части
автомобиля показана пара вихрей, вращающихся навстречу друг другу. Нижний вихрь вращается в направлении против часовой стрелки; именно он переносит частицы грязи на обратную сторону
автомобиля. Верхний вихрь вращается в противоположную сторону, т.е. по часовой стрелке
Рис 4. Длинная открытая спутная струя и короткая закрытая зона "спокойной воды" при различных формах задней части автомобиля.Ахмед и Баумерт наблюдали, что после отрыва
потока в вихревом следе образуется пара противоположно вращающихся продольных вихрей, которая в случае формы задка "универсал" индуцирует восходящий поток, а при плавно спускающейся и ступенчатой формах задка - нисходящий поток в вихревом следе.
При форме задка "универсал" пара вихрей поднимется в направлении
потока и перемещается к плоскости симметрии. При плавно спускающейся и ступенчатой формах задка вихри вдоль
потока опускаются к дороге и перемещаются наружу. Можно предположить, что эти продольные вихри являются продолжением описанных выше поперечных вихрей.
Второй тип отрыва имеет трехмерный характер; эти отрывы на рис. 2 и 3 отмечены штрихпунктирными линиями или заштрихованными зонами. Вихревые трубки образуются на наклонно обтекаемых острых кромках, совершенно так же, как на треугольном крыле самолета.
Такая пара вихрей образуется на правой и левой стойках ветрового стекла, так называемых стойках А. В районе верхнего конца стоек указанная пара вихрей изгибается по направлению к крыше; их дальнейшее взаимодействие с потоком в районе задней части
автомобиля еще не изучено.
Ярко выраженная пара вихревых трубок образуется позади
автомобиля при определенном наклоне линии задка (
см. рис. 3). Эти вихри взаимодействуют с внешним потоком и с двухмерным вихревым следом.
Они в значительной степени аналогичны кромочным вихрям крыла конечного размаха. Указанные вихревые трубки в пространстве между их осями индуцируют
поле нисходящего
потока, которое определяет расположение линии отрыва
потока, обтекающего тело. Этот механизм становится понятным, если рассмотреть рис. 4.
На правой фотографии существует пара сильных вихрей; на левой фотографии образование такой пары искусственным путем предотвращено. В первом случае индуцированный парой вихревых трубок нисходящий поток способствует тому, что линия отрыва расположена очень низко, и это приводит к образованию небольшого замкнутого вихревого следа.
Во втором случае поток отрывается от задней кромки крыши, вихревой след так сильно вытянут, что оканчивается вне пространства, имеющегося для наблюдений (длина рабочей части аэродинамической трубы).
Следует указать на то, что Ахмед и Баумерт на своей модели
автомобиля с плавно спускающейся формой задка не наблюдали описанные выше продольные вихревые трубки; другие измерения явно показали существование этой пары вихрей.
Указанное несоответствие лишний раз подтверждает, что этот процесс формирования
потока за автомобилем изучен еще не в полной мере.
Рис 5. Вращающиеся навстречу друг другу поперечные вихри в вихревом следе за автомобилями с разной формой задка: а) ступенчатая форма задка; б) плавно спускающаяся форма задка; в) круто спускающаяся форма задка.Особенно плохо изучен поток со стороны днища
автомобиля.
Поле этого
потока в первом приближении можно рассматривать как
поле потока в канале, стенки которого имеют большую шероховатость.
До сих пор остается неясным вопрос о структуре
потока в колесных нишах
вокруг вращающихся колес.
С другой стороны, довольно сложный процесс течения охлаждающего воздуха системы охлаждения двигателя, в котором участвуют решетка радиатора, радиатор, вентилятор и моторный отсек, хорошо описывается методами гидравлики.
Существуют некоторые частные проблемы, например распределение скорости воздуха по телу радиатора, которые в настоящее время неразрешимы.
