При движении автомобиля происходит сдвиг больших объемов воздуха и более или менее сильное вихреобразование вокруг его кузова. Воздух, как и любое другое физическое тело, обладая инерцией, не может мгновенно уступить место движущемуся автомобилю. Поэтому перед автомобилем возникает некоторое избыточное давление, а за ним, наоборот, пониженное давление (разрежение). Движение в потоке воздуха связано с трением между частицами воздуха и поверхностью кузова и прочих наружных частей автомобиля. Сдвигом воздушных масс, образованием воздушных вихрей, трением воздуха о наружную поверхность автомобиля и разностью давлений впереди и сзади него обусловлена так называемая сила сопротивления воздуха. Для преодоления этой силы расходуется значительная доля мощности двигателя. Поэтому автомобильные конструкторы уделяют много внимания изучению законов сопротивления воздуха и средств его уменьшения.
Аэродинамика, изучающая законы сопротивления воздуха, принадлежит к числу наук, развитие которых относится в основном к периоду последних 60 лет. Автомобильные кузова обтекаемой формы, научно обоснованные с точки зрения аэродинамики, были разработаны и построены только после многих экспериментов по замеру сопротивления моделей в аэродинамической трубе. Поиски рациональной внешней формы автомобилей продолжаются до настоящего времени.
Скорость v входит в формулу во второй степени, поэтому сопротивление воздуха увеличивается очень быстро, по мере роста скорости автомобиля (по закону кривой параболического типа). Уменьшение силы Pw получается при уменьшении каждого фактора правой части формулы. Какими же факторами при заданном v должен оперировать конструктор, чтобы уменьшить сопротивление воздуха? Один из них отпадает сразу: плотность воздуха р зависит только от атмосферных условий. Остаются F и сх. Коэффициентом сх оценивают обтекаемость формы автомобиля в воздушной среде, характеризующую его сопротивление при движении. Уже первые опыты по замеру сопротивления воздуха для тел различной формы выявили, что при одной и той же площади лобового сопротивления сила Pw может изменяться в очень широких пределах в зависимости от формы тела.
Согласно экспериментальным исследованиям в пределах интересующих нас скоростей, минимальным сопротивлением обладает тело, аналогичное по форме падающей капле.
Между факторами F и сх, как показывает практика постройки обтекаемых кузовов, существует некоторое противоречие. Если сократить до минимума площадь лобового сопротивления, то форма автомобиля в смысле обтекаемости обычно получается посредственной. Чтобы получить правильную обтекаемую форму, приходится придавать автомобилю плавные округленные очертания, а это неизбежно увеличивает площадь лобового сопротивления. Следовательно, оптимальная конструкция кузова соответствует некоторой комбинации факторов F и сх, обеспечивающей минимальное произведение cxF. В зависимости от того, какой из факторов — сх или F — выдвинут на первый план, автомобили можно разделить на две конструктивные группы:
1) автомобили с минимальной площадью лобового сопротивления (доминирует фактор F);
2) автомобили оптимальной обтекаемости (доминирует фактор сх).
Образцы автомобилей первой группы представлены на рис. 1 и 2. К этой группе относятся автомобили формул 1, 2 и 3. Их внешняя форма обусловлена в значительной степени тем, что гоночные формулы 1, 2 и 3 предписывают открытое расположение колес. Спинку сиденья устанавливают с большим наклоном назад так, что гонщик занимает полулежачее положение. Лобовая площадь автомобилей этих формул составляет 0,9—1,25 м2 в зависимости от их оснащения аэродинамическими устройствами — крыльями. В то же время их форму стремятся сделать обтекаемой за счет соответствующей конструкции внешних деталей. Однако обтекаемость этих автомобилей нарушается открытым расположением колес, лобовая площадь которых может превышать 40% общей лобовой площади. Этим обстоятельством объясняется высокий коэффициент сх (0,5—0,8) автомобилей с минимальной площадью лобового сопротивления.
Рис. 1. Дорожно-гоночиый автомобиль «Эстония-16М»
Рис. 2. Дорожно-гоночиый автомобиль «Лотос-Форд» формулы 1
Рис. 3. Рекордный реактивный автомобиль «Дух Америки»
Если открытое расположение колес не предписано правилами (например, для двухместных автомобилей группы 6), то на аэродинамическое совершенство формы кузова обращают больше внимания, чем на величину площади лобового сопротивления. Наиболее выгодным является тот случай, когда весь автомобиль, включая колеса, охватывается кузовом по возможности простой, но обтекаемой формы. Такое устройство кузова дает минимальный коэффициент сх и минимальное сопротивление воздуха, несмотря на увеличенную площадь лобового сопротивления.
Рис. 4. Двухместный гоночный автомобиль «Порше 917»
Равнодействующая аэродинамических сил проходит в продольной плоскости симметрии под некоторым углом. Поэтому на автомобиль действует вертикальная нагрузка, которая в зависимости от его формы может быть направлена вверх или вниз, т. е. может быть подъемной или прижимающей к дороге.
Прижимающая сила Y улучшает сцепление колес с дорогой, приемистость и торможение автомобиля, а также повышает его предельную скорость на поворотах. В то же время она снижает максимальную скорость, что в кольцевых гонках не так существенно. Форма автомобиля должна обеспечивать рациональный компромисс между лобовым сопротивлением и прижимающей силой.
Строительные машины и оборудование
→ Для специальных земляных работ
→ Дорожно-строительные машины
→ Строительное оборудование
→ Асфальтоукладчики и катки
→ Большегрузные машины
→ Строительные машины, часть 2,
→ Дорожные машины, часть 2
→ Ремонтные машины
→ Ковшовые машины
→ Автогрейдеры
→ Экскаваторы
→ Бульдозеры
→ Скреперы
→ Грейдеры
Эксплуатация строительных машин
→ Эксплуатация средств механизации
→ Эксплуатация погрузочных машин
→ Эксплуатация паровых машин
→ Эксплуатация экскаваторов
→ Эксплуатация подъемников
→ Эксплуатация кранов перегружателей
→ Эксплуатация кузовов машин
→ Крановщикам и стропальщикам
Ремонт строительных машин
Ремонт дорожных машин
Ремонт лесозаготовительных машин
Ремонт автомобилей КАмаЗ
Техническое обслуживание автомобилей
Очистка автомобилей при ремонте
Материалы и шины
Остались вопросы по теме:
"Взаимодействие автомобиля с воздушной средой"
— воспользуйтесь поиском.
→ Машины городского хозяйства
→ Естественная история машин
→ Транспортная психология
→ Пожарные автомобили
→ Автомобили-рефрижераторы
→ Монтаж и эксплуатация лифтов
→ Тракторы