В зоне турбулентности

ПРИРОДА ЭКОНОМИИ

О том, что форма кузова и выступающих элементов непосредственно влияет на расход топлива и динамические показатели, инженеры знали еще на заре автомобилизации. С ростом скоростей новые модели все более «зализывали» – стремились приблизить по форме к эталону обтекаемости, каким считают удлиненную каплю. Ее коэффициент лобового сопротивления (Cx) равен 0,05. Для серийного автомобиля – недостижимая мечта!

Надо сказать, что малое значение CX – не единственное условие для хорошей обтекаемости. Очень важны размеры, точнее, площадь поперечного сечения автомобиля: ее нельзя раздувать. Иначе даже отличные показатели CX не обеспечат успеха.

Чем быстрее движется автомобиль, тем энергичнее противодействует ему воздушный поток. Так, при разгоне с 60 до 90 км/ч сила сопротивления возрастает в 2,25 раза (пропорционально квадрату скорости), до 120 км/ч – уже вчетверо. На высоких скоростях автомобиль тратит львиную долю мощности двигателя именно на то, чтобы преодолеть воздушное сопротивление.

Один из самых лучших результатов в борьбе за снижение CX сегодня принадлежит концерну «Даймлер-Крайслер». Инженеры решили обратиться за помощью… к биологам, попросив найти в природе подходящую для автомобиля форму. Пересмотрев немало видов, исследователи наткнулись на рыбу кузовок Ostraci-idae. Решающим стал результат тестирования копии рыбки в аэродинамической трубе: Cx=0,06! «То, что надо!» – воскликнули в «Даймлер-Крайслер» и взяли кузовка за эталон.

Результат воплощен в «Бионике» – концептуальной разработке, тем не менее вполне пригодной для повседневной жизни и отвечающей нормам пассивной безопасности. Величина CX, конечно, выросла и достигла 0,19. Но учитывая, что CX у серийных машин обычно превышает 0,25 – результат великолепен. Со 140-сильным дизельным двигателем «рыбомобиль» впечатляюще экономичен для своих габаритов (длина 4,24 м): 4,3 л/100 км в смешанном цикле и мизерные 2,8 л в загородном режиме! При этом «Бионик» отличается завидной шустростью: разгоняется до 190 км/ч, а первая сотня дается ему уже спустя 8,2 с. Конечно, «Бионик» выглядит слишком смело, чтобы когда-нибудь стать серийным. По крайней мере, пока парадом командуют стиль и потребительские качества, а не исключительно практические соображения.

ВЗЛЕТ ЗАПРЕЩАЮ!

В конце 90-х в европейской автомобильной прессе промелькнуло несколько заметок об авариях с участием только поступившего в продажу купе «Audi TT»: на больших скоростях машина иногда теряла сцепление с дорогой. Выяснилось, что в определенный момент подъемная сила отрывала от дороги заднюю ось, вызывая потерю устойчивости. Ошибку немедленно исправили на всех новых и уже выпущенных TT, снабдив их задним спойлером. Это лишний раз напомнило о важности правильного расчета сопротивления воздуха и соотношения подъемной и прижимающей силы. Главными инструментами для изменения направления воздушных потоков являются аэродинамические элементы, именуемые спойлерами и антикрыльями.

Стоит заметить, что, в отличие от авиации, в автомобильной литературе и особенно в обиходе к терминологии подходят достаточно вольно. По сути, основная задача антикрыльев и спойлеров – не дать автомобилю «взлететь» и повысить его устойчивость с ростом скорости. Но разница все же есть. Спойлер – это элемент, срывающий воздушный поток с той или иной целью. Антикрыло же создано для обеспечения прижимной силы в чистом виде. В современных спортивных автомобилях и те, и другие элементы часто выполняют с регулировкой угла атаки, что позволяет оптимизировать работу в зависимости от скорости.

Очень часто аэродинамика задней части кузова оказывается важней, чем передней. Поэтому больше элементов устанавливают именно на багажнике или в задней части крыши.

Распределение потоков под днищем – следующая по важности статья. В гонках формулы 1 пытались использовать вентиляторы, создававшие под днищем болида разрежение, которое прижимало его к трассе. Позже «пылесосы» запретили, и специалисты нашли альтернативу: воздушный поток, попадая под машину, вынужден пройти через своеобразное бутылочное горлышко, после чего вырывается в широкий канал. Возникающая разница в давлениях заставляет машину припасть к полотну.

Но вернемся с трека на дороги общего пользования: под днищем обычного авто не требуется устраивать столь сложных процессов – достаточно сделать его максимально гладким. Для этого отлично подходит многослойный пол, но чаще обходятся пластиковыми юбками и кожухами. Для создания зоны пониженного давления передний бампер заставляют играть и роль обтекателя, не пускающего набегающий поток под днище.

ТИШЕ ЕДЕШЬ…

Стоит ли напоминать, какое значение имеет для покупателей комфорт, в том числе звуковой. В бытность владельцем подержанной «японки» автор тщетно пытался победить тихий, но чрезвычайно назойливый свист, появлявшийся на скоростях за сотню. В итоге списал его на аварийное прошлое авто. Но однажды, к моему удивлению, прочел про этот дефект на официальном сайте фирмы, посвященном конструктивным недостаткам моделей. Недоработали!

Чтобы не допустить подобных казусов, аэроакустики еще на стадии проектирования подбирают расположение разнообразных усилителей кузовных панелей так, чтобы не допустить вибраций. Особое внимание – рамкам стекол и углам дверей. Используя микрофоны, оптимизируют также форму наружных зеркал, молдингов и релингов на крыше.

Еще одна составляющая комфорта, тесно увязанная с безопасностью, – обзорность. В сильный дождь потоки воды необходимо отводить таким образом, чтобы ветровое и особенно боковые стекла оставались относительно сухими и чистыми. Для этого делают водосточные желоба на крыше, устанавливают дворники хитрой формы, заставляющие воду уходить вверх – на крышу. Тщательная проработка задней части автомобиля способна избавить вас от ежеминутного включения заднего стеклоочистителя и еженедельных моек машины.

Здесь круг замыкается – в погоне за чистотой нельзя приносить в жертву управляемость. В погоне за управляемостью – портить внешность или компоновку салона. Выигрывают те, кому удается найти компромисс. Ведь автомобиль, как самолет: некрасивый – не поедет!

НАУКА И ПРАКТИКА

Сопротивление воздуху рассчитывают, исходя из коэффициента аэродинамического сопротивления (Cx), площади поперечного сечения автомобиля (А), скорости движения (V) и плотности воздуха (r) по формуле W=Cx.A.V2.r/2. От решения конструкторов зависят коэффициент аэродинамического сопротивления и площадь поперечного сечения, остальное – дело природы и воля водителя.

Термин «аэродинамика» слышал, вероятно, каждый автомобилист. Тем не менее даже считающие себя технически подкованными граждане нередко забывают о ее роли. Восстановим справедливость! Ведь помимо снижения расхода топлива аэродинамика решает немало иных интересных задач.