Сила ветра и автомобиль или все то, что вы хотели узнать об аэродинамике машин
Каждая девушка, которая попадала под сильный ветер, знает, что ветер может быть о-го-го какой! Идти трудно при условии сильного ветра, а бежать практически невозможно, некоторых сдувает совсем. Другое дело автомобиль.
Как же автомобиль преодолевает силу ветра? На небольших скоростях это незаметно, нет никакой преграды для движения автомобиля. Как он справляется с потоком воздуха, который искусственно появляется за счет высокой скорости автомобиля?
Движение автомобиля можно описать тяговым балансом
Рт=Рд+Рв+Ри (1)
где:
Рт - Сила тяги;
Рд - Сила сопротивления дороги;
Рв - Сила сопротивления воздуха;
Ри - сила сопротивления инерции.
Как можно увидеть из формулы (1) слева находится сила тяги, а справа находятся силы, которые противостоят ей, "мешают" движению автомобиля. И сила сопротивления воздуха тоже находится в левой части формулы. Следовательно, силы, находящиеся в левой части необходимо снижать, для лучшего движения автомобиля.
Рв=1/2*Сw*Рв*S*Va2(2)
где ;
Сw - коэффициент аэродинамического сопротивления;
Рв - плотность воздуха;
S - площадь поперечного сечения относительно оси Х (центральной оси) автомобиля;
Va2 - квадрат скорости движения.
Из формулы (2) видно, что сила сопротивления воздуха прямо пропорциональна квадрату скорости, сечению, плотности воздуха и коэффициенту сопротивления. Чем быстрее едем, тем больше сила сопротивления воздуха, со скоростью понятно, но сделать с ней водитель ничего не сможет, всем хочется ехать быстрее и тут уж воздух не помеха. Плотность воздуха тоже относительно постоянна, независимая от действий водителя. Остается сечение и коэффициент. Разберем подробнее. Формула 3 используется для грузовых автомобилей, а формула 4 - для легковых.
S=B*Hr (3)
S=0,78*Br*Hr (4)
где: Br - габаритная ширина легкового автомобиля;
В - колея автомобиля;
Hr - габаритная высота транспортного средства.
Соответственно, чем меньше автомобиль по размерам, тем меньше сечение и меньше сила сопротивления воздуха. Таким образом, багажник на крыше автомобиля, существенным образом влияет на аэродинамику.
Коэффициент сопротивления воздуха выражается следующим образом:
Сw=Сx+Сy+Сz (5)
где: Сх - лобовое сопротивление воздуха;
Су - боковая аэродинамическая сила;
Сz - подъемная сила.
Данные коэффициенты определяются опытным путем в аэродинамической трубе.
Соответственно, требуется снижать коэффициент .
Идеальная форма для автомобиля - слеза, и это доказал конструктор Э. Румплер, когда в 1921 изобрел Rumpler-Tropfenauto. Уже тогда коэффициент аэродинамического сопротивления был равен 0,27. Однако вид автомобиля не понравился общественности (рисунок 1) и "автомобиль - слеза" вышел только в количестве 100 штук.
Рисунок 1 Автомобиль Э.Румплера
В 1989 году Opel Calibra установил свой рекорд, его коэффициент аэродинамического сопротивления был равен 0,26. На рисунке 2 представлен Opel Calibra.
Рисунок 2 Opel Calibra
Однако в 2013 году Volkswagen выпустил двухдверный автомобиль Volkswagen XL1 с коэффициентом аэродинамического сопротивления 0,189.Автомобиль изображен на рисунке 3.
Рисунок 3 Volkswagen XL1
Большинство современных автомобилей имеет коэффициент аэродинамического сопротивления 0,3-0,4.
Замечено, что психологические люди ждут от более яркого автомобиля лучших аэродинамических характеристик. Недаром все спортивные автомобили стараются окрасить в красный цвет, однако это не всегда так и большая часть цветовых решений связана с психологией человека, о чем вы можете прочитать ТУТ.
Ангелина Асонова для ООО "Кит оценка"