Тенденции развития аэродинамических характеристик автомобиля

Большая аналогия среди европейских легковых автомобилей ни в коем случае не относится к их аэродинамическому сопротивлению. Это хорошо видно по представленным на рисунке 1 данным замеров. Приведенные на рисунке значения относятся к 91-му серийно выпускаемому автомобилю. Снятые с производства модели в данном случае не рассматривались. Все без исключения замеры осуществлялись в климатической аэродинамической трубе завода «Фольксваген», поэтому они, несомненно, могут быть сопоставлены друг с другом.

Среднее значение коэффициента аэродинамического сопротивления составляет c_W = 0,46. Если рассматривать только автомобили выпуска 1971 — 1978 гг. (их число N = 86), то среднее значение уменьшается до 0,44. Самые плохие значения коэффициента c_W примерно на 40% выше самых хороших. Эта разность позволяет понять, на сколько можно уменьшить коэффициент аэродинамического сопротивления только за счет тщательной доводки деталей, не предпринимая мер по коренному изменению форм.

На рисунке 2 предпринята попытка показать тенденцию изменения аэродинамического сопротивления легковых автомобилей.

Необходимо отметить, что точные значения коэффициентов аэродинамического сопротивления можно было найти только для автомобилей более позднего периода. Такой же тщательный анализ, который был проведен для габаритных размеров, массы и отношения массы к мощности, провести затруднительно. Для этого по каждому модельному году необходимо было иметь подбор данных аналогично данным рисунка 1. К тому же при определении среднего значения и разброса значения c_W нужно было выбирать модели, ориентируясь на рынок. Такие обширные данные отсутствуют; изменение c_W по годам можно было привести лишь с большими погрешностями.

Из исследовательских и конструкторских работ по аэродинамике только отдельные выводы и результаты были использованы для автомобилей серийного производства. Очень трудно установить, что оказало большое влияние на снижение аэродинамического сопротивления: накопленные данные аэродинамических исследований; прогрессивные технологические методы изготовления кузовов, позволяющие получать плавные обводы методом глубокой вытяжки, или новые направления в дизайнерских решениях кузова.

Уменьшение коэффициента аэродинамического сопротивления со значения c_W ≈ 0,8 для автомобилей 20-х годов до среднего значения c_W ≈ 0,45 для современных легковых автомобилей происходило в два этапа. На первом, охватывающем период между двумя мировыми войнами, автомобили, сохраняя свои отличительные признаки, такие, как выступающие крылья и фары, становились более вытянутыми и скругленными. Наряду с получением меньшего коэффициента аэродинамического сопротивления c_W ≈ 0,55 стал заметен сдвиг в сторону меньших площадей лобового сопротивления, так что в сумме получилось заметное уменьшение аэродинамического сопротивления.

Второй шаг по пути улучшения аэродинамического сопротивления был сделан при введении понтонных кузовов с возможными вариантами формы задней части: ступенчатая, плавноспускающаяся, типа «универсал». За счет объединения отдельно выступающих крыльев и фар в единую закрытую форму кузова обтекание автомобиля существенно улучшилось. В зависимости от исполнения отдельных элементов коэффициент аэродинамического сопротивления достиг значения 0,4 < c_W < 0,5. Эта полоса разброса примерно с 1960 года остается неизменной. С появлением специальных форм, как например, автомобилей фирмы "Ситроен" (см. статью История развития форм кузовов рисунок 17), стали встречаться и более низкие значения коэффициента c_W; однако для основной группы европейских автомобилей в последние 15 лет нельзя заметить тенденции к дальнейшему систематическому уменьшению сопротивления. Дистанция, отделяющая нас от названного впервые Клемперером и позднее многократно подтвержденного другими «наилучшего значения» все еще велика, так что существенное улучшение значений коэффициента c_W для серийных легковых автомобилей возможно.

Повышающиеся цены на топливо составляют косвенный потенциал, побуждающий конструкторов по-новому относиться к проблеме снижения аэродинамического сопротивления автомобилей. В будущем можно предполагать два направления развития: прежде всего нужно использовать возможности оптимизации формы. За счет этого среднее значение коэффициента аэродинамического сопротивления будет все ближе и ближе стремиться к c_W = 0,4, это значение можно рассматривать в качестве нижней границы этого метода. Для достижения более низких значений коэффициента аэродинамического сопротивления необходимо спроектировать кузов с учетом аэродинамических аспектов. Это приводит к имевшему ранее место этапу создания «обтекаемых форм», но возрождение мыслей о таких формах кузовов происходит на качественно новом уровне. Развивая формы автомобиля из «базовых тел», обладающих весьма малым аэродинамическим сопротивлением, уже сегодня для легковых автомобилей без всякого ущерба можно получить c_W = 0,3. Со временем станет возможным и получение значения c_W = 0,2.

Аэродинамика грузовых автомобилей

Все большее и большее внимание уделяется уменьшению аэродинамического сопротивления грузовых автомобилей. Коэффициенты сопротивления воздуха для небольших грузовиков с кузовами-фургонами лежат в диапазоне 0,4 < c_W < 0,5. Без уменьшения полезного объема можно получить значение c_W = 0,4. Коэффициенты аэродинамического сопротивления для тяжелых грузовиков составляют 0,6 < c_W < 1. Большой разброс значений объясняется большим разнообразием форм кузовов. За счет соответствующего оформления кабин водителя и направляющих устройств можно существенно уменьшить значение коэффициента аэродинамического сопротивления. Значение c_W = 0,4 может рассматриваться как реально достижимое значение для грузовых автомобилей и автобусов.

О тенденциях и затратах в аэродинамике читайте также

1. Тенденции развития технических показателей автомобилей
2. Затраты на разработку аэродинамических автомобилей

Есть вопросы? ЗАДАВАЙ!