Автомобили Автоновости Автоновинки Автовыставки Организации и услуги Авторынок
Formula-1 Автоспорт Автоспорт в России
Автомир Мотошоу Краш-тесты Автоперсоны Торговые марки
Автохимия Автозвук Охранные системы Тюнинг Автомастер
Автосправка Автомобили и таможня Автолюбитель и право Автострахование Автокредит История автомобиля Советы автомобилисту
Тесты Автоледи Автоюмор Автообои для Desktop Книга Гиннесса Автопрогноз Автооткрытки Литература


Новости
Конструктор сайтов
Служба рассылки
Знаменитые автогонщики



Автомобили  / Аэродинамика авто / Измерения аэродинамического сопротивления для автомобиля натуральной величины.

Измерения аэродинамического сопротивления для автомобиля натуральной величины.

< Поле потока вокруг легкового автомобиля. 
1. Классификация результатов измерений.

Общепринято для рассматриваемого автомобиля давать одно числовое значение коэффициента Cw. В действительности же каждый автомобиль имеет область разброса значений коэффициента аэродинамического сопротивления, поскольку сила сопротивлении воздуха зависит не только от формы автомобиля.

Положение автомобиля относительно дороги, определяемое дорожным просветом и углом установки, также влияет на силу сопротивления воздуха. И наконец, следует обратить внимание на то, что состояние, в котором эксплуатируется автомобиль - например, с закрытыми окнами или с открытыми, - изменяет значение Cw.

Параметры, влияющие на аэродинамическое сопротивление, разделены на следующие три категории: параметры положения; параметры рабочего состояния; параметры формы.

Все без исключения числовые значения, приведенные в этом разделе, получены при испытаниях в аэродинамической трубе концерна "Фольксваген" (37,5 кв. м.), проводимых при одинаковых условиях. Поэтому без каких-либо ограничений их можно сравнивать друг другом.


2. Изменения формы.

Передок автомобиля. Работу по снижению аэродинамического сопротивления автомобиля рекомендуется начинать с передней части кузова, затем уже переходить к остальным элементам кузова в последовательности, соответствующей направлению перемещения потока.

Благодаря такому подходу учитывается основная часть интерференции полей потоков; к сожалению, в этом случае не принимается во внимание обратное влияние проводимых в направлении перемещения потока мероприятий на поля потоков предшествующих участков кузова, оно учитывается на втором этапе работ.





Рис 6. Оптимизация формы передка автомобиля (среднее продольное сечение).


Пример оптимизации передней части показан на рис. 6, где представлены изменения формы продольного сечения. Исходная форма, обозначенная "передок 1", для сравнения показана для всех вариантов изменения.

Диаграмма сбоку дает представление о процентном изменении коэффициента аэродинамического сопротивления относительно сопротивления исходной формы. Небольшая корректировка передней кромки капота уменьшает сопротивление уже на 6%. Формы передка 3,4 и 5 являются равнозначными, они уменьшают коэффициент аэродинамического сопротивления на 10%.

Формы 6 и 7 с точки зрения стиля весьма заметно отличаются от исходной формы.





Рис. 7. Оптимизацмя формы передней части кузова.

Пример оптимизации формы передка приведен на рис. 7., где показаны результаты разработки автомобиля "Фольксваген Гольф". Чтобы установить, какое максимальное уменьшение коэффициента аэродинамического сопротивления можно получить за счет оптимальной формы передка, прежде всего проведено улучшение обтекания передка за счет накладного элемента, форма которого учитывает только аэродинамические аспекты, на его внешний вид внимания не обращается. Поводом к такому подходу, который еще будет описан подробнее, послужила работа Кэрра.

Целесообразнее такой накладной элемент выполнить из отдельных деталей, чтобы разделить влияние верхнего перехода к капоту двигателя и влияние бокового перехода к крыльям. Благодаря установке обеих деталей - накладного элемента М1 (переход к капоту двигателя) и К1 (переход к крылу) - было определено максимальное уменьшение коэффициента сопротивления dCw = -0,05.

Это значение является предельным, которое можно получить при заданных размерах передка, если не обращать внимание на стилистические требования.




Рис 8. Обтекание передка автомобиля "Фольксваген Гольф".

Установка детали К1, улучшающей переход к боковине крыла, незначительно снижает коэффициент сопротивления, dCw = -0,015, т.е. достигнутое благодаря оптимизации перехода к боковине уменьшение коэффициента аэродинамического сопротивления только 30% от максимального снижения, которое получено при установке "идеального" накладного элемента.

Накладные элементы М2 и К2, придающие кромкам форму обтекаемой поверхности, но не нарушающие стилистического решения передка, позволяют снизить коэффициент аэродинамического сопротивления на dCw = -0,02, что составляет 40% максимально возможного снижения.

За счет установки элементов МЗ, КЗ с плавно "размытыми" кромками передка достигается уменьшение dCw = -0,045, что составляет уже 90% возможного уменьшения коэффициента аэродинамического сопротивления.

Такое изменение формы передка лишь немного изменяет стилистическое решение, габаритные размеры передка при этом сохраняются.

Оптимизированный таким образом контур передка с закругленными переходами использовался на автомобилях "Фольксваген Гольф" и "Фольксваген Сирокко". Насколько "чисто" поток обтекает передок автомобиля, имеющий такую форму, показывает характер струек дыма (см. рис. 8).





Рис. 9. Варианты накладных элементов.

Показанный на рис. 7 накладной элемент был выполнен таким образом, чтобы обтекающий передок поток не имел отрывов. Такую форму очень часто называют "оптимальным передком".

Безотрывное обтекание можно получить и при других формах, причем некоторые из них обеспечивают достижение еще более низкого значения Cw, чем имеет доказанная на рис. 7 форма.

Приведенные на рис. 9 варианты накладных элементов позволяют увидеть, что такие разные на первый взгляд формы в отношении снижения коэффициентов аэродинамического сопротивления отличаются друг от друга несущественно.

В качестве "оптимального" можно считать лишь показанный точечной линией контур, другие формы несколько хуже.

Тем не менее необходимо отметить, что если в процессе исследования интуитивно принимается "оптимальным" один из приведенных на рис. 9 или близкий к нему контур передка и указывается при этом контуре значение Cw, к которому нужно стремиться, то это вполне допустимо, учитывая, что различия между ними невелики.





Рис 10. Разработка передка автомобиля "Ауди 100" (1975г.)

Не в каждом случае значение Cw, соответствующее значению для оптимального передка, можно получить за счет столь несущественных изменений формы, как это имело место для автомобилей "Фольксваген Гольф" и "Фольксваген Сирокко". Пример приведен на рис. 10.

Первоначально автомобиль "Ауди 100" (год выпуска 1975) должен был иметь форму передка, обозначенную буквой А, стилистическое решение которой было заимствовано у предыдущей модели.

С помощью установки "оптимального передка" выяснилось, что только за счет хорошо обтекаемого передка можно получить уменьшение коэффициента аэродинамического сопротивления на 11%.

Такую величину невозможно было получить при незначительном изменении формы А, сохранив ее стилистическое решение. Поэтому была разработана форма В, при которой стало возможным приблизиться к оптимальному значению за счет округления радиусом R передней кромки капота.

Такого же хорошего результата можно добиться благодаря небольшому выдвижению и наклону переднего края капота. Такая форма переднего края капота была применена при разработке передка автомобиля "Фольксваген Пассат", модели 1978 года.
Спойлер передка. Спойлер передка может выполняться отдельно устанавливаемой деталью кузова либо изготовляться как единое целое с панелью передка, т.е. отштамповываться совместно с ней.

В первом случае существует относительно большая свобода в выборе положения, высоты и наклона спойлера. Во втором случае возможности при выборе параметров спойлера меньше, связано это прежде всего с технологическими причинами.

Стойка ветрового стекла (стойка А). Влияние стойки ветрового стекла на аэродинамическое сопротивление очень сильно зависит от положения и формы ветрового стекла, а также от формы передка.

Решая вопрос снижения аэродинамического сопротивления путем правильного формообразования стойки ветрового стекла, как, впрочем, и любого другого элемента кузова, необходимо учитывать технологические возможности изготовления и ее функциональную нагрузку, которая заключается, например, в защите передних боковых стекол от попадания дождевой воды и грязи, сдуваемой с ветрового стекла, в поддержании приемлемого уровня внешнего аэродинамического шума и др.





Рис 11. Разработка стойки ветрового стекла (стойки А) для автомобиля "Фольксваген Сирокко".

На рис. 11 показано влияние оформления стойки ветрового стекла (стойки А) на коэффициент аэродинамического сопротивления автомобиля "Фольксваген Сиррокко".

Исходная форма 1 с выступающим водосточным желобком с точки зрения технологии является исключительно удачным решением.

В качестве недостатка следует отметить сильный отрыв позади стойки, который ведет к очень высокому значению коэффициента аэродинамического сопротивления и к сильному шуму ветра.

Показанный на рисунке поток дождевой воды тормозится в водосточном желобке, и при правильном выборе размеров водосточного желобка предотвращается попадание воды на передние боковые стекла.

Форма 2 без водосточного желобка позволяет получить коэффициент сопротивления Cw=0,38. По сравнению с формой 1, имеющей водосточный желобок, коэффициент сопротивления воздуха для этой формы меньше на 7%.

Шум ветра во втором случае тоже меньше. Недостатком формы стойки 2 является то, что дождевая вода с ветрового стекла беспрепятственно попадает со стойки А на боковые стекла.

Форма исполнения 3 имеет частично утопленный в стойку водосточный желобок, фланец которого расположен параллельно поверхности стойки ветрового стекла.

При такой конструкции стойки коэффициент Cw=0,39, что по сравнению с формой 1 на 5% меньше, а по сравнению с формой 2 без водосточного желобка на 3% больше. Такая форма стойки во время слабого или среднего дождя препятствует перетеканию воды и грязи с ветрового на боковое стекло.

Водосточный желобок стойки ветрового стекла автомобиля "Фольксваген Гольф" примерно соответствует показанной форме 3.

Если водосточный желобок полностью вписан в стойку, - форма исполнения 4, - то значение Cw равно значению для конструкции без водосточного желобка: 0,38.

Но это решение по сравнению с конструкцией стойки без водосточного желобка имеет преимущества: оно более технологично, и вода с ветрового стекла не попадает на боковые стекла.

В отношении аэродинамического шума формы 4 и 2 в рассматриваемом случае равнозначны. Автомобиль "Фольксваген Сирокко" имеет водосточный желобок, соответствующий форме 4.

Конструкция стойки ветрового стекла 5 выделяется наличием длинного водосборного кармана и расположением боковых стекол заподлицо с поверхностью автомобиля.

Вследствие исключения перепада между поверхностью бокового стекла и стойкой коэффициент Cw составил 0,37, т.е. это на 3% меньше, чем для конструкции 2 без водосточного желобка, и на 10% меньше, чем для конструкции 1 с выступающим водосточным желобком.
В отличие от форм 3 и 4 водосборный карман при оптимальном оформлении контура наряду с хорошей обтекаемостью даже при высоких скоростях движения и при сильном дожде защищает боковые стекла от малейшего попадания на их поверхность воды с ветрового стекла.

Недостатком такого конструктивного решения является высокая стоимость. Аналогичная форме 5 конструкция используется, например, на автомобиле "Порше 924".


Крыша. Увеличение выпуклости крыши может привести к уменьшению коэффициента аэродинамического сопротивления, это показано на рис. 12 для автомобилей среднего класса со ступенчатой формой задней части.

Увеличение выпуклости на значение a/h более 0,05 относительно уже имеющегося его значения в исходном состоянии считается стилистически неприемлемым. Если увеличение выпуклости сопровождается одновременным увеличением площади лобового сопротивления, то сила сопротивления воздуха возрастает.

Если же попытаться сохранить первоначальную высоту, то ветровое и заднее стекла должны будут внедряться в выпуклость крыши, поскольку обзорность ухудшаться не должна. Это ведет к удорожанию стекол, уменьшение же силы сопротивления воздуха в этом случае относительно мало.





Рис 12. Влияние выпуклости крыши на коэффициент аэродинамического сопротивления автомобиля со ступенчатой формой задка.

Задок автомобиля. На рис. 13 показано влияние угла наклона панели задка на коэффициент сопротивления воздуха и положение линии отрыва. На автомобилях с круто срезанной задней частью, с углом наклона задней панели к горизонтали от 40 до 60+, линия отрыва потока совпадает с задней кромкой крыши.

Кромочные вихри в форме вихревых трубок, которые создают на нацеленной поверхности задка разрежение, не возникают (см. рис. 4.4 слева).





Рис 13. Влияние угла наклона панели задка на значение коэффициента Cw и на положение линии отрыва.

В рассматриваемом случае коэффициент аэродинамического сопротивления относительно небольшой: Cw=0,40. Если угол наклона поверхности задка уменьшать, то можно получить граничное значение угла, при котором линия отрыва переходит с кромки крыши на нижнюю кромку наклонной поверхности задка.

Одновременно образуются два сильных вращающихся вовнутрь продольных вихря (см. средний эскиз на рис. 3), которые индуцируют на наклонной поверхности задка сильное разрежение. Этот процесс сопровождается повышением аэродинамического сопротивления, которое в рассматриваемом случае составляет 10%.

Если угол наклона поверхности задка уменьшать дальше, то значение коэффициента аэродинамического сопротивления вследствие ослабления интенсивности продольных трехмерных вихрей снова уменьшается.

При угле наклона 23+ получается значение Cw=0,40, такое же, как у автомобиля с круто срезанной задней частью.

Угол наклона панели задка 23+ является предельно допустимым с точки зрения реализации необходимых значений углов видимости, приемлемых для легковых автомобилей серийного производства.

Только для более низких спортивных купе допустимы меньшие углы наклона панели задка (до 15+), что дает по сравнению с круто срезанной формой задней части уменьшение коэффициента аэродинамического сопротивления почти на 15%.

Имеющие место на графике характерные точки залома кривой коэффициента аэродинамического сопротивления в зависимости от угла наклона панели задка соответствуют строго зафиксированным значениям угла наклона задка лишь тогда, когда переход крыши и поверхности задка выполнен в виде острой кромки (без округления).
Если же этот переход выполнен со округлением радиусом R, то переходная область, характеризующаяся пульсирующим изменением положения линии отрыва, перемещающейся с кромки крыши на нижнюю кромку наклонной панели задка, ограничивается диапазоном 28+ - 32+.

Наряду с углом наклона панели задка на коэффициент аэродинамического сопротивления сильно влияет оформление кромок в районе задней части автомобиля. На рис. 14 показано влияние оформления кромки крыши и кромки боковины (стойки двери задка - так называемой стойки "С") на коэффициент Cw на примере автомобиля с круто срезанной формой задка "Фольксваген Гольф". Показанные изменения формы в данном случае не приводили к изменению характера потока.

Исследование влияния формы прилежащих к кромке крыши поверхностей на коэффициент Cw проводилось при неизменном контуре боковины автомобиля. Если сопряжение крыши с наклонной панелью задка выполнено в виде острой кромки (D1
 1  2 
< Поле потока вокруг легкового автомобиля. 
Ссылки по теме Измерения аэродинамического сопротивления для автомобиля натуральной величины.:
  • Измерения аэродинамического сопротивления для автомобиля натуральной величины.
  • Обеспечение безопасности на автомобилях японского производства
  • Трансмиссия
  • Тест "Скажи мне цвет твоего автомобиля..."
  • Электрооборудование автомобиля
  • Домашняя диагностика автомобиля
  • Кузов автомобиля
  • Методика замены масла.
  • Компьютерная диагностика
  • Кредит на покупку автомобиля. Брать или не брать?


  •   
     
     Copyright © RIN 2002-. * Обратная связь 
    По качеству пищи можно судить о жизни семьи По качеству пищи можно судить о жизни семьи
    Существует множество интересных фактов, касающихся еды
    Преимущества и применение алюминиевых профилей Преимущества и применение алюминиевых профилей
    Начнем с вопроса, где же применяется алюминиевый профиль ? Если говорить детально о целевом назначении алюминиевых профилей, то наиболее часто применяется в остеклении балконов или лоджий (различных конструкций - раздвижных, распашных и комбинированных)
    Автомобили Расширенный поиск Контакт