Аэродинамика легкового автомобиля

При отсутствии бокового ветра и одинаковой лобовой площади обтекаемый автомобиль будет испытывать лобовое сопротивление приблизительно в 17 раз меньшее, чем необтекаемый, а при углах натекания воздушного потока, превышающих 300 для обтекаемого автомобиля сила сопротивления превращается в движущую силу. Точка приложения равнодействующей аэродинамических сил носит название метацентра. Ее расстояние от центра тяжести автомобиля является плечом аэродинамического момента, стремящегося повернуть автомобиль. Этот момент у автомобиля обтекаемой формы будет больше, чем у автомобиля необтекаемой формы в связи с большей величиной плеча.

При отсутствии контакта с поверхностью дороги оба автомобиля под действием поворачивающего момента стремились бы встать перпендикулярно к воздушному потоку, если бы он не совпадал с их продольными осями. Аэродинамическая устойчивость имеет очень большое значение и для ее улучшения на автомобилях обтекаемой формы в их задней части приходится ставить специальные стабилизирующие поверхности.

[ pagebreak ]

Представление ветра в виде вектора, имеющего постоянные величину и направление, весьма условно, так как обычно ветер не однородное течение, имеющее по всей своей массе одинаковые скорость и направление, а состоит из последовательной смены коротких порывов и периодов затишья. Шероховатость и неодинаковая степень нагретости различных участков земной поверхности способствуют образованию вихрей.

Для климатических условий большинства местностей СНГ и Европы средняя скорость ветра редко превосходит 10 м/сек, причем большие величины характерны для северных областей и морских побережий. Скорость и направление ветра обычно изменяются в зависимости от времени суток и года. В ночные часы скорость ветра наименьшая; после восхода солнца она увеличивается и достигает максимума в послеполуденные часы, а затем снова начинает уменьшаться. Скорость ветра в солнечные часы суток превышает средние величины на 30—50%. Эти закономерности более ярко проявляются летом в ясные дни и, наоборот, сглаживаются в пасмурные дни и зимой.

Годовые изменения скорости ветра различны в разных климатических районах и зависят от местных условий. Для большинства областей России (за исключением Восточной Сибири) летние месяцы дают меньшую среднюю величину скорости ветра, чем зимние.

[ pagebreak ]

Для обычных условий движения угол натскания на автомобиль воздушного потока не превышает 200 и лишь при движении с малыми скоростями и боковом ветре более 10 м/сек может достичь 30°. Однако в последнем случае аэродинамические силы будут невелики.

Коэффициент лобового сопротивления может изменяться в зависимости от формы кузова в очень широких пределах; от 0,18 для модели хорошо обтекаемого автомобиля (угол натекания = 0°) до 0,50 и выше для моделей легковых автомобилей с кузовами, спроектированными без учета требований аэродинамики. При этом для моделей плохо обтекаемых автомобилей с возрастанием угла натекания воздушного потока в пределах, представляющих практический интерес, коэффициент лобового сопротивления увеличивается, а для автомобилей хорошо обтекаемой формы сохраняется постоянным и даже уменьшается. Коэффициент боковой силы характеризуется линейной зависимостью от угла натекания, а коэффициент путевого момента имеет наибольшие значения для автомобилей хорошо обтекаемых форм. Таким образом, легковые автомобили, имеющие малое лобовое сопротивление, отличаются плохой аэродинамической устойчивостью.