Так как площадь фронтальной проекции лобовой поверхности кузова определяется величиной поперечного сечения автомобиля, то форма кузова имеет большое значение.

Оформление передней части автомобиля. В основном условия обтекания определяются формой передней части автомобиля, поэтому она должна быть выполнена особенно удачной с точки зрения аэродинамики. Для этого передняя часть должна быть низкой и широкой с несколько поднимающимися вверх контурными линиями, без острых углов, чтобы плавно натравлялся поток и исключался его от]рыв, иметь по возможности малую и широкую решетку радиатора, наклонное, но не чрезмерно, ветровое стекло под углом 48—55° к вертикали, чтобы сохранить определенную зону избыточного давления, из которой воздух поступает в систему вентиляции и отопления. Сильный наклон улучшает обтекаемость, но одновременно с этим возрастают масса стекла и проникновение слепящих лучей солнца в салон (ослепление и перегрев), действие которых в какой-то степени может быть уменьшено с помощью тонированных стекол. Переход стекла к боковине осуществляется путем придания стеклу различной кривизны в центре и с боков, причем здесь следует учитывать возможность искажения видимости.

Эти указания можно рассматривать лишь в качестве общих рекомендаций. Только исследования в аэродинамической трубе могут дать точные результаты.

Боковые поверхности. Боковые поверхности оказывают относительно малое влияние на безвихревой лоток, когда соблюдено следующее. В вертикальной плоскости боковые поверхности не должны быть слишком закругленными (удобство входа и выхода), а стекла должны по возможности располагаться в одну линию с наружным контуром. Боковые поверхности должны переходить в крышу по радиусу, чтобы не образовывалось ребра завихрения. Обычно расположенный в этом месте водосточный желобок должен по возможности плотно прилегать к закруглению крыши, так как отводит стекающую с крыши воду. Спереди водосточный желобок должен плавно соединяться со стойкой передней двери, чтобы не возникал шум от обтекающего автомобиль воздушного потока. Иногда в этом месте предпочтительнее иметь подштамповку, которая будет определенным образом направлять воздух.

Задняя часть автомобиля. Помимо того, что передняя часть автомобиля должна быть выполнена хорошо обтекаемой, форма задней части автомобиля также оказывает существенное влияние на сопротивление воздуха и аэродинамические свойства автомобиля. Особенно сильно это влияние сказывается на коэффициенте Cw, поскольку в задней части кузова воздушный поток отрывается с образованием более или менее сильного завихрения. Практически заднюю часть автомобиля невозможно выполнить настолько совершенной, чтобы обтекание ее воздухом происходило без завихрений, подобно тому, как у дирижабля. намическим компромиссом. Согласно Камму поперечное сечение, в котором происходит отрыв, должно иметь минимальную площадь. Существуют три варианта формы задней части автомобиля: ступенчатая; плавно спускающаяся; тупая (приблизительно форма Камма).

Задний контур крыши определяется положением заднего сиденья по высоте и ширине. Сначала следует принять решение по стилю, т. е. определить, какую из трех указанных выше форм применить на новом автомобиле. Но любая из этих форм должна быть выполнена по возможности совершенной с точки зрения аэродинамики. Даже ступенчатая задняя часть, если ее сделать правильно, по аэродинамическим качествам ничуть не уступает плавно спускающейся задней части, совсем наоборот! К тому же по другим параметрам (безопасность, обзорность, объем багажника) данная форма имеет преимущества, поэтому именно этой форме следует отдавать предпочтение. Несмотря на это, в настоящее время в моде круто спускающаяся (или тупая) форма задней части автомобиля. Результаты исследований, проведенных в аэродинамической т)рубе, показывают, что высота и наклон крышки багажника (которая должна опускаться лишь немного) оказывают наибольшее влияние на коэффициент cw. Вихревой срыв потока позади заднего стекла происходит на небольшом участке поперечного сечения, поэтому коэффициент cw имеет относительно малые значения. Однако, когда заднее стекло расположено почти горизонтально, создаются трудности с обеспечением обзорности, особенно при дожде и снеге. Поэтому такие автомобили следует продавать потребителю только с очистителем и омывателем заднего стекла.

Отверстия для охлаждения и вентиляции, днище автомобиля. Все отверстия, предназначаемые для поступления воздуха, должны располагаться в зонах повышенного давления, а отверстия, используемые для выхода воздуха,— в зонах пониженного давления. Первые не должны иметь острых граней, чтобы не происходило вихреобразования. Расположение и форму выходных отверстий следует проверить в аэродинамической трубе при различных направлениях воздушного потока, чтобы, добиться эффективной вытяжки воздуха и отсутствия обратного подсоса воздуха. Своевременно следует проверить эффективность охлаждения двигателя воздушным потоком, чтобы позднее не потребовалось вносить изменений, затрагивающих форму или конструкцию наружных панелей. Внутренний воздушный поток обычно увеличивает сопротивление воздуха автомобиля примерно на 6—7%.

Днище автомобиля должно быть открытым. Дизайнер должен добиться того, чтобы устанавливаемые снизу днища узлы и детали шасси такие, как элементы системы выпуска отработавших газов, рычаги, запасное колесо и топливный бак, не были видны.

Центр аэродинамического давления, устойчивость к воздействию бокового ветра, подъемная сила. Все изложенное выше о сопротивлении воздуха и обтекаемости верно только для случая, когда воздушный поток действует в направлении продольной оси автомобиля. Практически такого никогда не бывает. Воздушный поток чаще всего отклоняется вбок, а также вверх или вниз от продольной оси, т. е. направлен под каким-то углом к направлению движения автомобиля, а иногда совсем перпендикулярно к нему (боковой ветер). При этом возникают боковые силы и моменты, распредление которых (место приложения и направление действия) в основном зависит от формы автомобиля. В связи с этим измерения на модели следует проводить в аэродинамической трубе и при боковом обдуве. Лучше всего, когда еще не изготовлен прототип, поместить модель, выполненную в масштабе 1 : 1 и с предполагаемым распределением веса (полученным в результате тщательного расчета по показаниям шестикомпонентных весов), в аэродинамическую трубу и измерить горизонтальные и вертикальные силы и моменты, возникающие при различных направлениях воздушного потока. Силы воздействия ветра так же, как тяговые силы, уравновешиваются реакциями, возникающими в точках контакта, шин с дорогой и создающими силы увода. Эти силы можно представить приложенными в одной точке D, в центре приложения равнодействующей сил ветра или так называемом центре аэродинамического давления, из которого силы распределяются по обеим осям (при четырехколесном автомобиле), в качестве (дополнительных) боковых сил. Эти силы создают момент относительно вертикальной оси автомобиля, причем в зависимости от формы автомобиля могут быть разные взаимосвязи сил с положением центра тяжести. Ввиду сказанного для дизайнера важно следующее.

1. Положение точки D по длине автомобиля зависит не только от направления ветра, но и от формы передней и задней частей автомобиля, отклоняющих воздушный поток. Если созданием удачной формы передней части отрыв потока удалось предотвратить, то точка D перемещается назад, и форма задней части станет определяющей для сопротивления воздуха и .расположения точки D.

Чем более обтекаемой выполнена форма задней части, тем большую тенденцию к смещению вперед имеет точка D. При современных формах кузовов точка D всегда расположена перед серединой автомобиля.

2. Расположение центра тяжести автомобиля зависит от его конструкции и нагрузок. В переднеприводных автомобилях (или при расположении двигателя спереди) центр тяжести сильно сдвинут вперед; в автомобилях с двигателем, расположенным сзади, центр тяжести сильно сдвинут назад. При нагружении автомобиля в первом случае центр тяжести смещается назад (и вверх), а во втором случае — вперед. Едва ли существует такой случай, когда центр тяжести сдвигается в середину автомобиля или ближе к нему. Гак как точка D и центр тяжести не совпадают, то под воздействием силы ветра, действующей под углом к автомобилю, возникает момент, который отклоняет автомобиль от заданного направления движения. Момент стремится развернуть автомобиль перпендикулярно направлению ветра. Эта тенденция тем сильнее, чем больше автомобиль нагружен в задней части и чем он более обтекаем.

Чем меньше сопротивление воздуха, тем сильнее форма потока может влиять на устойчивость движения автомобиля и его противодействие влиянию ветра.

Следовательно, дизайнер путем создания хорошо обтекаемой формы передней части автомобиля и малой зоны отрыва воздушного потока, расположенной по возможности на конце задней части, должен найти наилучший компромисс между сопротивлением воздуха и устойчивостью автомобиля к боковому ветру. Поскольку при осуществлении обоих этих мероприятий точка D Смещается назад, т. е. ближе к центру тяжести автомобиля, то момент, создаваемый силой ветра, уменьшается. Используемая в настоящее время клиновидная форма кузова способствует этому в то время, как особо популярный кузов хатчбек, имеющий тупую заднею часть, с точки зрения аэродинамики недостаточно обоснован.

Еще несколько слов о подъемной силе и создаваемом ею моменте относительно поперечной оси. Как и все аэродинамические силы, подъемная сила возрастает, пропорционально квадрату скорости потока воздуха и зависит от угла обдува. При общепринятых формах кузова автомобиль под действием поперечной силы спереди приподнимается, а при выполнении обтекаемой передней части приседает сзади. Так как подъемная сила при высокой скорости движения отрицательно влияет на устойчивость автомобиля и на его безопасность, то ее можно уменьшить, если применить внизу передней части автомобиля специальное устройство (спойлер) для отклонения потока воздуха. Однако спойлер заметно увеличивает сопротивление воздуха. В этом отношении лучше использовать клиновидную форму кузова гоночных автомобилей. Задний спойлер, применяемый для повышения нагрузки на задние колеса и уменьшения сопротивления воздуха (безвихревой отрыв воздушного потока), для легковых автомобилей в общем случае не требуется. В каждом случае оптимальные расположение и форма спойлера могут быть определены только с помощью испытаний в аэродинамической трубе.

Рис. 1. График проведения работ по стилю