АвтолюбителейБЫСТРЕЕ ВЕТРА ЛЕЧУ...В век больших скоростей аэродинамика автомобиля стала небезразлична каждому автомобилисту. За неудачные решения дизайнеров и конструкторов расплачиваемся мы, потребители, мирясь с ухудшенными скоростными и экономическими показателями машины, - и буквально швыряем деньги на ветер. О некоторых аспектах аэродинамики ведет беседу Андрей ЗАБЕЛИН.НЕПРОСТЫЕ ЗАДАЧИ... На нашей планете все, что может мало-мальски быстро двигаться, испытывает на себе сопротивление атмосферы или водной стихии. Для нас, автомобилистов, "врагом" номер один является воздух (ЗР, 1997, № 7), причем особую роль здесь приобретает аэродинамика именно легкового автомобиля. Почему? Вообразите, что, не меняя форм машины, ее удалось сделать на треть легче. (В действительности это было бы крайне непросто!) И что же? В расчете, который мы с вами делали в той статье, сопротивление качению колес снизилось бы на треть - с 24 до 14 кгс. И только! Аэродинамическое же сопротивление останется неизменным. Значит, признавая необходимость облегчения автомоа биля (ему ведь приходитсяНужно еще, чтобы действующие со стороны воздушного потока силы не ухудшали ее поведения на дороге, вызвав неустойчивость. А как обеспечить хорошее охлаждение двигателя, агрегатов, функционирование климатической установки и тормозов - да чтобы расход воздуха на это был минимальным, иначе опять-таки увеличится сопротивление? Если автомобиль оснащен спойлерами, антикрыльями, то здесь своя задача - обеспечить их максимальную эффективность. От аэродинамики подкапотного пространства зависит... распределение пыли, а отсюда - срок службы фильтров, чистота воздуха в салоне и т.д. Очень важную роль играет конструкция стоек крыши, водосливных жело-его скорости относительно автомобиля, а сопротивление качению шин от скорости (в известных пределах) почти не зависит, зато определяется весом машины. Вот почему для грузовиков аэродинамика всетаки вторична - здесь важнее вес. Вообразим магистральный грузовик весом 40 тонн с неплохой аэродинамикой - С х = 0,5. При лобовой площади 8м2и скорости 90 км/ч сопротивление воздуха составит 165 кгс, а сопротивление качению - 600 кгс. Зачем же тогда владельцы таких машин оснащают их дополнительными обтекателями? Дело в том, что сила "600", по существу, оплачена заказчиком - она связана с полезной нагрузкой. Пустой "мастодонт" покатится легче, но и дохода не принесет... Сила же "165" - просто вредная, ее нужно снижать. Установленный обтекатель "работает" постоянно, независимо от нагрузки машины, - и постепенно себя окупает...Рис. 1. Коэффициенты аэродинамического сопротивления различных тел (см. "Аэродинамика автомобиля" под ред. В.Гухо, М., Машиностроение, 1987).Сх=0,09 Сх=0,04 1ЛЬ2,5и разгоняться, и тормозить, и подъемы брать!), подчеркнем: основные показатели легкового автомобиля на высоких скоростях зависят прежде всего от его аэродинамических качеств. Кстати, вопросами аэродинамики в нашу эпоху приходится заниматься даже строителям. От того, насколько грамотно спроектировано здание, зависит его способность противостоять ветру, эффективность вентиляции, отопления и т.д. Похожие задачи прослеживаются ив автомобиле. Дело ведь не только в том, чтобы машина была максимально "обтекаемой".бов и других подобных устройств (при неудачных решениях резко увеличивается сопротивление, шум, вода попадает на боковые стекла). Степень загрязнения осветительных приборов также связана с аэродинамикой машины. Иными словами, аэродинамическая наука в применении к автомобилю решает весьма противоречивые задачи. Физические законы объективны - ни один из них не может отменить даже Господь Бог (вероятно, в этом его драма!..). Мы не раз уже говорили, что сопротивление воздуха пропорционально квадратуДРУГИЕ ФАКТОРЫ Понятно, что, кроме формы автомобиля, важен и его размер - в известную вам формулу входит лобовая ("миделева") площадь машины. Для легковых автомобилей она меняется в зависимости от класса примерно от 1,5 до 2,5 м2 . У грузовиков может быть в 3-4 раза больше. Далее в формуле фигурирует плотность воздуха. Величина, строго говоря, не постоянная. Например, на высокогорных дорогах она может быть раза в полтора меньше, чем на улицах города. Как же определяют коэффициент аэродинамического сопротивления? Хотя ЗРЛМ 11/97 151 А УЕ Автолюбителейздесь возможны разные подходы, наиболее подходящим для этого "инструментом" признана аэродинамическая труба, причем достаточно большая, позволяющая испытывать натурный автомобиль, а не его модель. Инструмент, заметим, очень дорогой... Ведь некоторые современные трубы, используемые для "продувок" авиационных объектов, потребляют энергию, сопоставимую с мощностями больших электростанций. Автомобильные трубы, кстати, зачастую мало им уступают. Почему коэффициент часто обозначают Сх ? Буквой "х" обозначают продольную ось автомобиля, самолета, корабля. Таким образом, индекс "х" при коэффициенте указывает на то, что машина обдувается строго симметричным потоком, с углом скоса, равным нулю. Если машину поставить под некоторым углом к потоку, результат станет иным. Кстати, аэродинамика занимается и этим: нам же небезразлично, как поведет себя машина при боковом ветре! "Углубляться" далее в эту область не будем, но заметим, что серьезное исследование аэродинамики машины требует учета порой самых неожиданных деталей. Но заметьте: многие грузовики словно сконструированы из подобных "тормозов" - ж видны кубы, конусы, цилиндры, плоские пластины. Вот где резервы для совершенствования. Здесь же, на рисунке показано полутело вращения (половина "капли"), приблиВНЕШНОСТЬ ОБМАНЧИВА... Рассуждая чисто житейски, многие из женное к основанию. Это очень важная для нас называют обтекаемым тот автомобиль, нас модель. Исследования показали, что который таковым лишь кажется. Если даже у "капли" по мере приближения к оссравнить "Татру-87" 40-х годов с совренованию сопротивление увеличивается, менной нашей "девяткой", то какой из двух поскольку симметричная картина обтекаотдадите предпочтение? Но сначала отмения нарушается. К тому же реальный автотим, что, скажем, ВАЗ-21099 с его стремимобиль должен, как минимум, иметь еще и тельной, динамичной внешностью имеет колеса, не вписывающиеся в обводы тела коэффициент сопротивления около... 0,41. вращения. Такая модель имеет вблизи осТо есть не так уж далеко убежал от "Жигунования Сх=0,09. Это - одна из "идеальных" лей", для которых разные источники назымоделей, к которой стремятся конструкторы автомобилей. Конечно, полностью реавали Сх от 0,45-0,46 до 0,5 (рис. 2). Любопытно, что, рассчитав, исходя из лизовать ее не удается - хотя бы потому, динамических показателей, значение Сх что автомобиль при заданном габарите для ВАЗ-2110, как мы это делали в ЗР, должен быть достаточно компактным, без 1997, № 7, вы получите около 0,35... И эту искусственно удлиненного "хвоста". Исслевеличину нам недавно подтвердили специдования ряда фирм показывают, однако, что появление автомобиля с коэффициеналисты ВАЗа. Со времен появления первых аэродитом аэродинамического сопротивления намических труб через них немало воздуха около 0,15 в будущем вполне реально... утекло. Некоторые "азбучные" цифры спеПоживем - увидим! циалистам известны, как нам - таблица умНемало интересного можно узнать из ножения. На рис. 1, а показаны примеры специальной литературы об аэродинамике геометрических тел и результаты их прогрузовиков, например очень популярных в дувок. Наиболее обтекаемое - наше время седельных тягачей и автопоезтело вращения, напомидов. Выше мы уже упоминали дополнительнающее вытяну- ные обтекатели, устанавливаемые на кабину тягача или на переднюю стенку выступа- л ющего над кабиной кузова. Подобные уст^jM5-0,5 "Жигули" ройства в некоторых случаях очень эффективны - вы можете судить об этом по рис. 4. А41-0,46 ВАЗ-: Умелый подных зеркал, бамперов, дисков колес и т.д. Чрезвычайно важную роль играют малозаметные различия в углах наклона стекол, сужении задней части кузова, конфигурации крышки багажника..._Аё6-0,57 "Нива"Именно эти исследования порой дают чрезвычайно любопытную картину! Так, фирма "Фольксваген", исследовав аэродинамические характеристики 86 (!) европейских легковых автомобилей выпуска 1971-1978 гг., определила для них "среднее" значение Сх = 0,44 - то есть в те годы он был близок к показателю наших "жигулей". Куда интереснее другое: разброс между наибольшими и наименьшими значениями Сх составил... 40%! Если учесть, что сравнивались автомобили одного класса, а многие весьма похожи по форме, то такой "курьезный" результат на самом деле означал, что коэффициент сопротивления может варьироваться в широких пределах в зависимости от того, насколько тщательно отработаны, казалось бы, малозначительные детали. Это щели между капотом, дверями и кузовом, способ установки остекления, конструкция наруж152 ЗРЛМ 11/97 А УЕ0,38-0,43 "Москвич-2141тую каплю, его Сх= 0,04. Заменив же его сферой, мы получаем С„ = 0,47. Рост сопротивления более чем в 10 раз! Столь большая разница объясняется тем, что у "шарика" нет вытянутого хвоста, позволяющего потоку сойтись за ним плавно, без образования вихрей (рис. 1, б). Но куда больше озадачивает неподготовленного человека конус! Для него Сх=0,5. Куб - очевидно - плохо обтекаем. Действительно, для него Сх=0,8 - 1,05 в зависимости от направления оси "х". Плоские пластины (поперек потока) дают значения Сх до 1,17 - 1,19. Не случайно так выглядят воздушные тормоза на самолетах (рис. 3)!Рис. 2. Коэффициенты аэродинамического сопротивления некоторых автомобилей (по различным оценкам). АвтолюбителейРис. 3. Аэродинамический тормоз самолета - большой щиток "поперек потока"ннншанжршшшшшикшшшввяшяшшншшшиш•Рис. 4. Уменьшение коэффициента аэродинамического сопротивления за счет установки"накладных элементов" на кабину или переднюю стенку кузова.бор таких "накладных элементов" может привести к снижению аэродинамического сопротивления машины (при симметричном обтекании)почти на треть. Не менее интересен вопрос об обтекании автопоезда - с учетом того, как влияют друг на друга его составные части. Кстати, это касается и автолюбителя, если он эксплуатирует автомобиль с прицепом. Последний,"Татра-87"находясь в "спутной струе" за тягачом, не обязательно должен резко увеличить общее сопротивление, как многие думают. Поэтому некоторое повышение расхода топлива при буксировке прицепа определяется, в основном, повышением веса по сравнению с одиночным автомобилем и большей нагрузкой на двигатель при разгоне или на подъемах дороги. Вот такая это интересная наука аэродинамика! Ну а как насчет "Татры-87"? Когда Ледвинка создал эту машину, в 40-х годах, для нее назывался прямо-таки фантастический показатель: Сх=0,244! Повидимому, сыграло роль то обстоятельст-//А34-0,35 ВАЗ-2110во, что испытание проводилось на модели в масштабе 1:5, а при этом ряд факторов трудно учесть. Позднее, при оценках по фактически полученным тяговым показателям, назывался Сх =0,31. И только в 1979 году в трубе фирмы "Фольксваген" исследовали, наконец, "натурный" объект, взяв его из автомобильного музея. Оказалось, что у "старушки" "Татры-87" Сх=0,36. Как видите, совсем неплохой даже по сегодняшним меркам. Правда, "Татра-87", при некоторой угловатости отдельных элементов, все же явно подражает упоминавшейся "полукапле": двигатель сзади, в "хвосте", миделево сечение несколько смещено вперед. Ледвинка знал, чего добивался. Сегодня у лучших легковых автомобилей коэффициент аэродинамического сопротивления стал ниже 0,3 и приближается к 0,25 (купе "Опель-Калибра" - 0,26!). Похоже, мы вступаем в эпоху все более совершенных, стремительно развивающихся в этом направлении машин. Достаточно сравнить хотя бы нынешние "Ауди-Аб" или "Фольксваген-Пассат" с их предшественниками, выпускавшимися всего 5-6 лет назад, чтобы это увидеть. Посетители Автосалона97 в Москве имели эту возможность...•З РЛМ1 / 7 153 А УЕ 19