Вольный ветер постоянно вмешивается в дела человеческие. По рассказам историков, ураганы, смерчи, тайфуны не раз решали исход сражений, меняли расстановку политических сил в разных странах, давали начало страшным эпидемиям. В книге французского исследователя П. Моллэна «Охотники за тайфунами» упоминаются ветры в тропических циклонах со скоростью до 200 миль (!) в час, делавшие летучими железобетонные конструкции! Неспроста к старой, 12-балльной шкале Бофорта позднее добавили еще пять. Вот с каким противником автомобиль имеет дело. При94 За рулем 1/2004СОПЕРНИК ВЕТРАопустим стекло, подставим ладонь ветру - ощутимо давит? Если менять угол, под которым ладонь атакует ветер, можно обнаружить и вертикальную силу - как на крыле самолета. Силы вертикального и поперечного направлений, дестабилизирующие машину, важны не меньше сопротивления. Кому понравится автомобиль, на 250 км/ч выходящий из-под контроля! Он должен быть устойчивым, не рыскать, не «соскальзывать» в поворотах, при порывах бокового ветра, разъезде со встречной машиной, въезде в тоннель и т. п. Да еще иметь просторный салон при небольших габаритах и приВИКТОР СЛЕСАРЕВэтом отвечать эстетическим требованиям дизайнеров! Полностью рассчитать его обтекаемость, заранее все увязать, увы, невозможно. Машину доводят в аэродинамической трубе, затрачивая огромные деньги. Между тем, мода заставляет людей покупать сомнительные «прибамбасы», влияющие на аэродинамику. Сечение псевдокрьша часто совсем не похоже на крыльевой профиль: нарисовавший его дизайнер думал только об изяществе линий! К счастью, большинство «жертв рекламы» быстрее 160-180 км/ч не ездит - и действие какого-нибудь безграмотного «антикрыла» мало ощутимо. Если же автомобиль быстроходнее, неосторожные игры с аэродинамическими предметами чреваты печальными последствиями. Даже серьезные фирмы не застрахованы от ошибок. Помните первые шаги «Ауди-ТТ»? Не сразу его «научили» крепко держаться за дорогу. Но у такой фирмы побольше возможностей устранять промахи, чем у частного владельца - у него в списке «расходных материалов» может оказаться жизнь. Вычислить прижимающую силу крыла не просто: не владея основами этой науки, автомобилисты, случается, спорят до третьих петухов. Поэтому приведем простой пример из параллельной области техники. У бомбардировщика В-1В площадь крыла 181 м2 . Взлетный вес - 216 тонн. Самолет сверхзвуковой, УРОК АЭРОДИНАМИКИРис. 1. Площадь лобового сопротивления S - то же, что площадь проекции машины на поперечную плоскость.кой скорости может не послушаться руля, иные головы никогда не посещает. Зря что ли деньги уплачены на зависть соседям! «Проколы» обтекаемости заявляют о себе громко лишь на высоких скоростях. Силы сопротивления воздуха растут пропорционально квадрату скорости потока 2V . Ведь затормаживая поток (например, плоским щитом, как на рис. 2), мы переводим его кинетическую энергию в дополнительное статическое давление. При 3 плотности воздуха 1,3 кг/м повышение давления от торможения потока («скоростной напор») составит1,3-V 2 /2=0,65V 2 H/M2.в одном случае поток бьет в лоб машине со скоростью 70 км/ч, а в другом 110 км/ч! Силы сопротивления пропорциональны квадрату скорости, а мощность на ведущих колесах - кубу. В итоге средний расход топлива больше, чем при скорости 90 км/ч в штиль. Ни дать ни взять - бензин, унесенный ветром! Управляя автомобилем, объективно оценить силу и направление ветра, дующего над дорогой, трудно. Общее правило: встречный ветер отнимает больше, чем «дает» попутный той же силы.НЕ ТОЛЬКО « Ц Е - И КС »Рис. 2. Полное торможение потока плоским щитом без учета других видов движения воздуха - «а», реальная картина - «б».но взлетает-то при скорости чрезмерно вынесет назад. меньше 300 км/ч. Значит, каНа высоких скоростях передждый квадратный метр крыняя ось машины разгружаетла несет груз в 1,2 тонны. Но ся, автомобиль может стать некоторые спортивные автонеуправляемым. Утешает, что мобили ездят и быстрее, - так зачастую «крыло» помещают что их обтекатели, спойлеры, в зону срыва («аэродинамичеантикрылья инженеры «довоскую тень» кузова), где оно дят» весьма дотошно. Хоропрактически не работает. шее антикрыло площадью всего треть квадратного метЗ АКОН « К ВАДРАТА » ра способно создать прижиК счастью для загадочной мающую силу в четыре центрусской души автомобилей, делающих 300 км/ч, у нас нера, а то и больше. Но иной «гонщик» может мало. Зато хватает тех, котокупить высокоэффективное рым по плечу 180-200. антикрыло, а поставить его А мысль о том, что «обвенеправильно - например шанный» автомобиль на таЧтобы определить силу давления потока на щит (то есть аэродинамическое сопротивление), остается лишь умножить полученное давление на площадь щита S. Допустим, S=l,8 м2 (лобовая площадь сопротивления «Жигулей»). Тогда скоростям 50,100,150 и 200 км/ч соответствуют силы сопротивления 226, 903, 2031 и 3611 Н закон «квадрата». Удвоив скорость,учетверяем силу. Кстати, определение величины S (рис. 1) - не самая простая задача. Делают это с очень высокой точностью на лазерном стенде. Квадратичная зависимость аэродинамической силы от скорости потока порой вводит нас в заблуждение. Например, проехав по маршруту туда и обратно со скоростью 90 км/ч, вы забыли о слабом (20 км/ч) ветре, дующем вдоль трассы. НоТолько ли скоростным напором определяется аэродинамическая сила? Оказывается, нет! Огромную роль играет форма тела, подставленного потоку (рис. 2). Встретив щит, воздух не станет бесконечно скапливаться перед ним (а) - он пойдет в обход препятствия, образуя за ним вихри (б). Дополнительные движения струй требуют затрат энергии, и аэродинамическое сопротивление плоского щита намного (примерно на 17%) больше того, что дало полное торможение потока! Значит, для получения истинных сил сопротивления следует умножить полученные раньше значения на 1,17. Вот этот коэффициент, учитывающий форму тела, называют коэффициентом аэродинамического сопротивления - Сх. Одно из наиболее удобообтекаемых тел удлиненная «капля», для которой Сх=0,04.i^igrrrimTBittmnftiiiii^ii-•*— • -— -Характер обтекания современного кузова. За багажником «организованный» шлейф срыва. Больших вихрей нет.Небольшой спойлер над задним стеклом обеспечил чистый, без лишних вихрей, срыв потока у универсала. За рулем 1/2004 95 ТЕХНИКАУРОК АЭРОДИНАМИКИРис. 3. Образование мощных вихрей - явление нежелательное. Увеличивает разрежение за «кормой» автомобиля и сопротивление воздуха, снижает нагруженность задней оси.Каков же Сх реального автомобиля? Даже у самых непритязательных начала XX века - около 0,8. У символа советской эпохи - «Жигулей» - получше: 0,52-0,53. Для сегодняшнего дня многовато. А вот результаты продувок в аэродинамической трубе НТЦ ВАЗа автомобилей «десятого» семейства: 2110 - 0,33, 2111 - 0,36, 2112 - 0,34. Это на уровне очень приличных зарубежных машин данного класса. Правда, «обмылки» некоторым не нравятся. Но законы движения воздуха-то всюду одни и те же! Считаясь с ними, непросто создать внешне оригинальную машину. А если не очень считаться? В России до сих пор популярны автомобили «самарского» семейства. После «классических» ВАЗов показалось, что стремительные «восьмерка» и «девятка» - огромный шаг вперед. На деле революции не получилось. Хотя Сх=0,47 все же меньше, чем 0,52, он гораздо выше, чем сегодня имеют небольшие машины «гольф-класса». Даже самая «навороченная» из «самар» - ВАЗ-2115 аэродинамически продвинулась недалеко: С х =0,435. Впрочем, техника развивается: все больше появляется автомобилей, у которых отличная аэродинамика сочетается с броской внешностью. Если кому-то любопытно, для чего мы вспомнили о Сх, заметим: фактическое сопротивление «десятки» (даже с учетом большей, чем96 За рулем 1/2004у «классики» лобовой площади) при одинаковых скоростях на 33-34% ниже, чем у «Жигулей». Отсюда улучшение скоростных и динамических показателей. ПО КИРПИЧИКУ А из чего складывается величина С,;? Первое - сопротивление давления или формы. Иногда это до 60% общих аэродинамических потерь. Поток, бьющий «в лоб» автомобиля, несколько уплотняется, за-Рис. 4. Характерные аэродинамические элементы. Спойлер (интерцептор) - щиток той или иной формы, выдвинутый в поток воздуха с целью его срыва. За спойлером, в шлейфе срыва, давление воздуха снижено. Спойлер под передним бампером, ограничивая «продувку» кузова снизу, одновременно увеличивает нагрузку на переднюю ось. Очень логичен в паре с антикрылом над крышкой багажника, как у зеленой машины. Спойлер под задним бампером, срывая поток, может свести к минимуму образование мощных вихрей. Аналогично работает спойлер на перегибе крыши над задним стеклом красного автомобиля. А вот «мухобойка», срывая поток на капоте, понижает здесь давление. Эффект - уменьшение нагрузки на переднюю ось. Важно понимать, что сочетание спойлера на задней кромке крыши и антикрыла над багажником лишено смысла. В шлейфе срыва антикрыло работает не лучше, чем парус в полный штиль. Хорошо еще, что вреда от него нет. Так что ив «украшательстве» надо знать меру!Продувка iiгрузови УРОК АЭРОДИНАМИКИСпециалистам-аэродинамикам случается исследовать законы обтекания и живых объектов.тем струи расходятся. Позади «сольются» не сразу - здесь видна зона общего срыва с мелкими завихрениями воздуха. Движению машины препятствует повышенное давление воздуха спереди и пониженное сзади. В некоторых случаях по краям скоса задней части кузова индуцируются мощные вихревые «трубки» (рис. 3): они еще больше понижают статическое давление и существенно увеличивают потери. Сделать плавНа правах рекламыно спускающуюся (в подражание крыльевому профилю) «корму» - нереально, особенно для автомобилей малых классов. Один из способов борьбы с вредными вихрями - преднамеренный срыв потока, например небольшим спойлером (как на фото 1, 2 и рис. 4). Шлейф срыва (темный «мешок» на фото) отнимает меньше энергии, чем мощные вихри. На небольших автомобилях такой прием используют особенно часто.К сопротивлению формы можно отнести потери при обтекании выступающих деталей - зеркал, брызговиков, приоткрытого люка и т. д. Навешивая на машину модные прибамбасы, обув ее в широкие шины и т. п., Сх недолго увеличить процентов на 15. Обладая некоторой вязкостью, воздух «прилипает» ко всем поверхностям машины - а этот тонкий слой частично притормаживает соседние и т. д. В результате потери от трения воздуха могут достигать 20% общих. Это справедливо, по крайней мере, для автомобилей с малым Сх - особенно немытых. Но владельцы УАЗа, КамАЗа, или «Хаммера» могут быть спокойны: эта техника к грязи индифферентна. Наконец, есть внутренние потери, вызванные необходимостью охлаждать двигатель, тормоза, вентилировать и отапливать кузов. Специалисты-аэродинамики изучают и множестводругих вопросов. Например, как ведет себя машина в условиях косого обдува (при боковом ветре): насколько устойчива, управляема и т. д. Важно также, какие силы действуют на кузов в вертикальном направлении, какие моменты относительно осей они создают. Ни на каких скоростях подъемная сила кузова не должна разгружать колеса - автомобиль не самолет, его задача надежно двигаться по дороге. Поэтому стремятся упорядочить воздушные потоки снизу автомобиля (от них зависит до 15% общего сопротивления). Не обойтись без аэродинамики при доводке машины с точки зрения экономичности, при выборе передаточных чисел трансмиссии и так далее. Не гнушается наука и мелкими вопросами вроде правильной работы «дворников», рационального отвода дождевой воды, уменьшения шума от стоек, уплотнителей и т. п. Перечень задач можно продолжать...ПОЗДРАВЛЯЕТ^ ПЁШДШЕЛЕЖ1 ноября 2003 года состоялся финал акции компании ХОРС "Розыгрыш автомобиля". Акция вызвала горячую поддержку среди российских автовладельцев. На имя компании пришло большое количество писем со всех регионов России. Вот небольшие отрывки из писем: "Я занимаюсь диагностикой двигателей на протяжении пяти лет. и отказов от ваших силиконовых проводов зажигания никогда не было "(Владимир Степанович, г. Сертолово) "Лично на моем ВАЗ-2101 стоят стеклоочистители вашей компании более двух лет. И я знаю, вам доверять можно!" (Токарев Э. Свердловская обл.) Видя такую поддержку, компания ХОРС решила никого не оставлять без подарка. Все участники акции, приславшие до 1 ноября три и более логотипов продукции ХОРС. получат наборы автокосметики. Счастливым обладателем ВАЗ-2105 стал Поляков Илья (г. Подольск). Кроме новеньких"Жигулей"от компании ХОРС. господин Поляков получил в подарок от газеты "Авто city" комплект зимней резины. Специальными призами от издательства "За рулем" были награждены Деревянченко В.А. (г. Курск). Борисов В.А. (г. Ижевск). Колесников Д.А. (г. Санкт-Петербург). От журнала "Авто бизнес маркет": Бурыкин М.Г. (г. Санкт-Петербург), от газеты "Автоподиум": Макаренко А. (г. СанктПетербург) Поздравляем всех участников акции! Подробную информацию о победителях акции ио том. как можно получить приз, можно узнать на сайте: www.hors-silikon.ruЗа рулем 1/200497