Коэффициент обтекаемости автомобиля таблица

Определение фактора обтекаемости автомобиля

При движении автомобиля в неподвижной воздушной среде сила сопротивления воздуха Pw определяется по формуле:

(31)

где: kw– коэффициент обтекаемости, Н*с 2 /м 4 ;

FА – площадь лобового сопротивления, м 2 ;

V – скорость движения автомобиля, м/с.

Коэффициент обтекаемости kw зависит от формы кузова и углов натекания и стекания воздушного потока. Обычно коэффициент обтекаемости определяют экспериментально, он численно равен силе сопротивления воздуха в ньютонах, создаваемой 1м 2 лобовой площади автомобиля при его движении со скоростью 1 м/с.

Лобовой площадью называют площадь проекции автомобиля на плоскость, перпендикулярную продольной оси автомобиля. Определить точное значение лобовой плоскости легкового автомобиля довольно сложно из-за сложной формы его поперечного контура.

Площадь лобового сопротивления с достаточной степенью точности (погрешность не более 10%) можно определить следующим образом:

Для легкового автомобиля:

(32)

Для грузового автомобиля:

(33)

где: ВА – наибольшая ширина автомобиля, м;

НА – наибольшая высота автомобиля, м.

При расчетах силы сопротивления воздуха определяют место приложения данной силы, так называемый центр парусности.

Точное положение центра парусности автомобиля определяется опытным путем в аэродинамической трубе. Для приблизительных расчетов принимают высоту центра парусности, равную половине высоты автомобиля.

Проводим аналогичные расчеты для других значений и полученные данные сводим в таблицу 11.

Таблица 11 – Значение силы сопротивления воздуху

n,об/мин UI UII UIII UIV UV Uз.х.
0,322798 1,108111 2,291262 4,30047 6,395702 0,321036
1,29119 4,432446 9,165049 17,20188 25,58281 1,284144
2,905178 9,973003 20,62136 38,70423 57,56132 2,889324
5,16476 17,72978 36,66019 68,80752 102,3312 5,136576
8,069938 27,70279 57,28155 107,5117 159,8925 8,0259
11,62071 39,89201 82,48544 154,8169 230,2453 11,5573
15,81708 54,29746 112,2718 210,723 313,3894 15,73076
20,65904 70,91914 146,6408 275,2301 409,3249 20,5463
26,1466 89,75703 185,5922 348,3381 518,0518 26,00392
32,27975 110,8111 229,1262 430,047 639,5702 32,1036
39,0585 134,0815 277,2427 520,3569 773,8799 38,84536
46,48284 159,5681 329,9417 619,2677 920,9811 46,22918
54,55278 187,2708 387,2233 726,7794 1080,874 54,25508

Мощность, необходимая для преодоления сопротивления воздуха определяется по следующей формуле:

(34)

Проводим аналогичные расчеты для других значений и полученные данные сводим в таблицу 12.

Таблица 12 – Значение мощности, необходимой для преодоления силы сопротивления в кВт.

n об/мин UI UII UIII UIV UV Uз.х.
0,23377 1,486856 4,420852 11,36757 20,61703 0,231859
1,870161 11,89485 35,36682 90,94057 164,9363 1,854874
6,311795 40,14512 119,363 306,9244 556,6599 6,2602
14,96129 95,15881 282,9345 727,5246 1319,49 14,83899
29,22127 185,857 552,6065 1420,946 2577,129 28,98241
50,49436 321,161 954,9041 2455,395 4453,279 50,0816
80,18317 509,9917 1516,352 3899,077 7071,642 79,52773
119,6903 761,2705 2263,476 5820,197 10555,92 118,7119
170,4185 1083,918 3222,801 8286,96 15029,82 169,0254
233,7702 1486,856 4420,852 11367,57 20617,03 231,8593
311,1481 1979,006 5884,154 15130,24 27441,27 308,6047
403,9549 2569,288 7639,233 19643,16 35626,23 400,6528
513,5931 3266,623 9712,612 24974,55 45295,62 509,3948

Значение коэффициента обтекаемости приведены в таблице 13.

Таблица 13 – Значение коэффициента обтекаемости

Автотранспортное средство kw
Легковые автомобили 0,2…0,35
Автобусы капотной компоновки 0,45…0,55
Автобусы вагонной компоновки 0,35…0,45
Бортовые грузовые автомобили 0,5…0,7
Грузовые автомобили с кузовом «фургон» 0,5…0,6
Автомобили-цистерны 0,55…0,65
Автопоезда 0,85…0,95
Спортивные автомобили 0,15…0,2

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском:

Источник

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 м 2 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.

Читайте также:  Карбюратор на автомобиль оку

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.

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:

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.

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.

Источник

Нас не догонят!

Многие из нас не задумываясь считают обтекаемым тот автомобиль, который таковым выглядит. И ошибаются. У весьма динамичного внешне ВАЗ-2109 коэффициент аэродинамического сопротивления чуть меньше, чем у «Жигулей», и больше, чем у коротенькой угловатой «Оки». У древней «Победы» такой же, как у ВАЗ-2106. Даже у стремительного на вид «Святогора» с точки зрения аэродинамики весьма неудачный задок. Срыв потока происходит как раз по нижней кромке двери, наклоненной на 27°. В итоге заднее стекло чистое, но коэффициент сопротивления наихудший из возможных.

Читайте также:  Срок стажировки водителя легкового автомобиля

Первый отечественный автомобиль, к которому инженеры подошли со всей серьезностью еще на этапе разработки макета — ВАЗ 2110. В результате на высоких скоростях «десятка» разгоняется гораздо охотнее «девятки» с таким же двигателем, а экономия топлива очевидна даже на глаз.

Чтобы снизить сопротивление воздуха, надо свести к минимуму лобовую площадь или коэффициент обтекаемости. Лобовая площадь уже устоялась и меняется в зависимости от класса машины примерно от 1,5 до 2,5 м2. Уменьшить ее можно, разве что усадив пассажиров в затылок друг другу. Хорошо, если их будет два. А пятерых гуськом? Как ни крути, остается обтекаемость. Существует несколько разновидностей, разбитых по осям координат. Поскольку автомобиль обычно движется вперед, конструкторов интересует прежде всего та, что идет вдоль оси машины, по координате «х». Потому коэффициент обтекаемости так и называется — Сх.

Чтобы уяснить, что это такое, разберемся, из чего складывается воздействие воздуха на автомобиль. До 13% всех потерь вносит сопротивление выступов. Это любая выступающая часть машины (зеркало, антенна, брызговики, дверные ручки и т.д.). Именно поэтому на современных машинах нет ни форточек, ни водосточных желобков. Внутреннее сопротивление съедает до 10% всех потерь. Создается при прохождении воздуха через систему охлаждения и вентиляцию. Снизить его без ущерба для двигателя и комфорта невозможно.

«Прилипанию» струй воздуха к поверхности кузова (сопротивление трения) принято отводить до 11% потерь. Действует только в очень тонкой, прилежащей к стенкам зоне, называемой пограничным слоем, и потому зависит от качества покраски автомобиля. Сопротивление трения грязной машины может быть в 2–4 раза больше, чем свежевымытой.

Разность давлений на верхнюю и нижнюю части кузова называют индуктивным сопротивлением. Это сила, которая стремится оторвать машину от дороги. Ее доля — около 8%.

Самый большой вклад (до 58% всех потерь) приходится на профильное сопротивление, задаваемое самой формой кузова. Поскольку автомобиль движется, воздух перед ним уплотнен. Поток, идущий по верхней части кузова, многократно отрывается от него, создавая области пониженного давления. В задней части поток окончательно отрывается. Там образуется мощный вихревой след и область больших отрицательных давлений. Именно совершенствованием формы кузова и достигают наибольшего снижения Сх.

К сожалению, обтекаемость формы кузова расчету не поддается. Все знания о воздушном сопротивлении получены экспериментально, обдувом в аэродинамических трубах.

Передняя часть автомобиля должна быть низкая и широкая, без острых углов, чтобы не было отрыва потоков воздуха. Оптимальный наклон ветрового стекла 48–55°. Больший угол улучшает аэродинамику незначительно.

Наибольшее влияние на коэффициент обтекаемости оказывает задняя часть автомобиля по той простой причине, что там поток обрывается и — главное — образуются завихрения. Эти самые завихрения и приносят основные потери, причем наибольшее влияние на Сх оказывает угол наклона задней части. На графике показано влияние этого угла на коэффициент сопротивления воздуха и положение линии отрыва. На автомобилях с круто срезанной задней частью, с углом от 40 до 90 градусов, линия отрыва идет по задней кромке крыши, и вихри не возникают.

Если наклон уменьшать, то можно получить граничное значение угла, при котором линия отрыва переходит с кромки крыши на нижнюю кромку наклонной поверхности задка. Образуются два вращающихся вовнутрь продольных вихря, которые порождают сильное разрежение.

Дальнейшее уменьшение наклона задка вновь снижает аэродинамическое сопротивление, поскольку продольные вихри ослабляются. При угле в 23° получается значение Cв=0,40, такое же, как у автомобиля с круто срезанной задней частью. Наилучший угол с точки зрения аэродинамики близок к 10°, однако по соображениям компоновки и безопасности так сильно наклонить стекло невозможно.

Противотуманки, фартуки, длинная антенна, намордники с кокетливыми ушками и багажник на крыше могут поднять Сх обычной «шестерки» с 0,46 до 0,58, а то и больше.

Несведущий в аэродинамике может поверить, что пластиковые дефлекторы на передней кромке капота сдувают комаров с ветрового стекла. На самом деле эта «мухобойка» своими острыми краями лишь завихряет воздух, и больше ничего. Другая модная безделушка — дефлектор на вентиляционные отверстия — будет работать лучше, если. его перевернуть задом наперед. Антикрыло почему-то чаще всего устанавливают в зоне аэродинамической тени. Возможно, так красивее, но толку никакого. За редким исключением, любой обвес несет лишь одну функцию: кроме расходов за покупку и установку, он заставит раскошелиться за лишние литры бензина.

Источник

ГАЗ 24 Yellow Buffalo › Бортжурнал › Аэродинамика часть.1

Столкновение с воздухом: аэродинамика автомобиля
Существует масса разных способов заставить автомобиль ехать быстрее — поднять мощность мотора, залить бензин с более высоким октановым числом, включить «овердрайв» на автомате или, наконец, научится переключать передачи на механике в «спортивном» режиме. Кто бы мог подумать, что установка качественного аэродинамического обвеса, удаление с кузова всевозможных дополнительных фар, зеркал, «мухобойников», и даже банальное закрытие окон может оказать не меньший эффект.
Для начала, давайте разберемся с тем, каким образом действует набегающий воздушный поток на автомобиль во время его движения. Всего существуют два типа аэродинамического сопротивления — сопротивление трения воздуха и сопротивление давления. В общем случае, на автомобиль действует в основном сила трения давления — именно она оказывает львинную долю влияния на результирующий коэффициент аэродинамики автомобиля.

Не один супекомпьютер в мире не сможет посчитать вам точный коэффицент аэродинамики автомобиля. Дело в том, что область в которой возникает интересующее нас сопротивление давления — это зона отрыва набегающего потока от плоскости и следующий за этим отрывом вихревой след. Посчитать сопротивление давления в таком турбулентном потоке на данный момент невозможно.
Так как аэродинамическое сопротивление не поддается расчету, то были предприняты попытки каталогизировать его в зависимости от основных параметров формы. Можно сказать, что эти усилия до сегодняшнего дня безуспешны.
Именно поэтому уважающие себя производители вынуждены проводить дорогостоящие испытания автомобилей в аэродинамических трубах, причем только в натуральную величину. Воздушный поток обтекающий автомобиль неизбежно сталкивается с провалами, неровностями и стыками поверхностей. В том случае, если вслед за отрывом поток снова прилегает к поверхности, в промежутке возникают вихри.

Читайте также:  Можно ли возвращать автомобиль

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. Вихревой след за задней кромкой кузова является основным. Возникающая циркуляция воздуха в общем случае носит двухмерный характер, другими словами, вихри не хаотично «бурлят», а движутся вокруг оси параллельной задней кромке автомобиля или перпендикулярно набегающему потоку.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.

По этой причине, задняя дверь хэтчбека или универсала загрязняется гораздо больше задней части седана или купе — большая равномерная площадь за линией отрыва создает гораздо более сильные вихревые потоки, которые поднимают грязь с поверхности. Величина вихревых потоков результирует на общую аэродинамику автомобиля. Так как набегающему воздуху приходится проходить прямо над вихрями, образованными нижним слоем, это увеличивает силу трения и, соответственно, коэффициент аэродинамического сопротивления автомобиля.
Английское слово спойлер можно было бы дословно перевести как «портитель». Будучи установленным на верхнюю кромку пятой двери, он разделяет набегающий поток на две части — большая часть уходит в пространство не инициируя вихрей, а меньшая «подныривает» под спойлер, создавая минимальный уровень турбулентности и улучшая аэродинамику автомобиля.

Как уже говорилось ранее, в основном, аэродинамическое сопротивление автомобиля — это сопротивление давления. Чем больше поверхностей автомобиля находятся перпендикулярно к направлению набегающего воздушного потока — тем больше коэффициент лобового аэродинамического сопротивления — Cx.
Что делают производители автомобилей чтобы уменьшить Cx? Ответ напрашивается сам собой — они уменьшают поперечное сечение автомобиля настолько, насколько позволяют утвержденные для конкретного автомобиля размеры и/или улучшают его форму. Среднестатистический коэффициент лобового сопротивления для автомобиля равен 0.37-0.34. За отправную точку в расчете берется сопротивление давления для круглой пластины, естественно — перпендикулярной потоку, он равен 1(позднее выяснилось, что из-за турбулентности потоков за кромкой и, соотвественно, возникновением сопротивления трения он равен 1.2).
Проработка аэродинамики некоторых моделей автомобилей настолько высока, что их Cx может быть намного меньше — к примеру, для нынешней модели Audi A8 он составляет всего 0.27, а у Lexus LS 460 и вовсе рекордный для серийных четырехдверных седанов — 0.26.

Логично предположить, что аэродинамика суперкаров еще более совершенна. Однако это не совсем так. В качестве наглядного примера можно взять последний Porsche 911 Turbo серии 997. Его коэффициент равен 0.31. Много? Инженеры компании просто счастливы что им удалось добиться таких низких показателей и гордятся этим.Все дело в том, что в отличие от обычных автомобилей двигатель среднестатического суперкара нужно охлаждать гораздо большими объемами воздуха. Однако эти объемы, как это ни странно не берутся из…да, да его самого. Дополнительные кубометры поступают в моторный отсек из крупных дополнительных радиаторов, которые(правильно!) весьма существенно увеличивают поперечное сечение автомобиля и как результат — Cx. Тот же эффект оказывают и широкие крылья вкупе с огромными шинами и заднее антикрыло. У лучших образцов суперкаростроения коэффициент Cx доходит до 0.40-0.42(!) Именно такие цифры демонстрирует известный всем Bugatti Veyron.
Однако, бывают и исключения. К примеру специалистам, работавшим над аэродинамикой нового Nissan GT-R удалось добиться коэфициента 0.27 — и это при том, что даже на высокой скорости автомобиль прижимается к дороге и передней и задней осью, а интеркулер турбины достаточно охлаждается набегающим воздушным потоком. Именнл благодаря оптимизации аэродинамики, по заявлениям конструкторов, им удалось добится тех потрясающих результатов на трассе Нюбургринг — всемирно известном «бенчамарке» для спортивных машин.
А что дает маленькое поперечное сечение и проработанная форма обычным автомобилям, не ставящим рекорды? Ответ прост и очевиден — топливную экономичность. Инженеры ведущих автомобильных фирм бьются над созданием рекордно экономичных автомобилей, которые без труда вписаться в ужесточающиеся экологические нормы и привлечь сотни тысяч покупателей не желающих выбрасывать деньги в трубу. К примеру, разработанный компанией Volkswagen для покорения «литрового» рубежа расхода на 100 км прототип VW 1-L обладает Cx равным 0.153. В будущем, такие автомобили получат широкое распространение, а пока можно воспользоваться более «народными» способами улучшение аэродинамики.
Воспользуемся приведенными выши базовыми принципами аэродинамической инженерии. Во-первых, можно попробовать уменьшить поперечное сечение. Дополнительные зеркала, «мухобойники», корпусные противотуманки, многочисленные антены, брызговики — убираем все это и гарантированно получаем лишний литр на 100 км/пути при скорости в 150 км/ч. Не помешает и умеренное открытие окон, ведь забегающие в салон на большой скорости воздушные потоки создают лишние вихри, на которые наталкиваются последующая «порция» потока.

Источник

Поделиться с друзьями
Практические советы по железу и огороду
Adblock
detector