Коэффициент аэродинамического сопротивления автомобилей таблица

В процессе проектирования и создания конструкторами очень тщательно прорабатывается аэродинамика автомобиля, поскольку она оказывает значительное влияние на технические показатели модели.

При движении автомобиля большая часть мощности силовой установки уходит на преодоление сопротивления, создаваемого воздухом. И правильно созданная аэродинамика автомобиля позволяет уменьшить это сопротивление, а значит на борьбу с противодействием находящего воздушного потока потребуется затратить меньше мощности, и соответственно – топлива.

Измерение аэродинамики автомобиля проводится для изучения сил, создаваемых воздушным потоком и воздействующих на транспортное средство. И таких сил несколько – подъемные и боковые, а также лобовое сопротивление.

Лобовое сопротивление и коэффициент Сх

По большей части все работы с кузовом авто направлены на преодоление лобового сопротивления, поскольку именно эта сила самая значительная.

Движение потоков воздуха

За основу при расчетах берется сила сопротивления воздуха. Для вычисления результата используются такие данные как плотность воздуха, площадь поперечной проекции авто, коэффициент аэродинамического сопротивления (Сх) — это важнейший показатель в аэродинамике автомобиля. При этом на силу сопротивления в значительной мере влияет также скорость движения. Так, увеличение скорости вдвое будет сопровождаться повышением сопротивлением в 4 раза. Скорость один из мощных факторов увеличения расхода.

Например, для хорошо обтекаемого авто с площадью проекции 2 м2 и коэффициентом 0,3 при движении на скорости 60 км/ч для преодоления сопротивления воздуха необходимо 2,4 л.с., а при скорости 120 км/ч уже 19,1 л.с. Разница расхода топлива при таких условиях достигает 30% на 100 км.

Если вам, в данный момент, требуется максимальная экономия топлива, необходимо придерживаться постоянной скорости около 60 км/ч. В этом режиме движения расход будет минимальным даже у авто с большим Cx.

Рассмотрим все по-простому. У воздуха есть своя плотность, причем немалая. При движении автомобилю приходится проходить через имеющиеся воздушные массы, при этом создается поток, который обтекает кузов. И чем легче авто будет «резать» воздушную массу, тем меньше он затратит на это энергии.

Но не все так просто. Во время движения перед авто создается область увеличенного давления (машина сжимает воздушную массу), то есть спереди образуется такой себе невидимый барьер, осложняющий «разрезание» воздушной массы.

Также после обтекания кузова происходит отрыв воздушного потока от поверхности, что становиться причиной появления завихрений и разрежения за авто. В сочетании с повышенным давлением возникающее разрежение еще больше увеличивает сопротивление.

Поскольку повлиять на плотность воздуха невозможно, то конструкторам остается только вносить коррективы в две другие расчетные составляющие – площадь авто и коэффициент аэродинамического сопротивления.

Но уменьшить проекцию авто не представляется особо возможным без ущерба для полезных пространств кузова (просто невозможно сделать авто меньше, чем он есть), поэтому остается только изменение коэффициента Сх.

Этот коэффициент устанавливается экспериментальным путем (в аэродинамической трубе) и характеризует он соотношение лобового сопротивления к скоростному напору и площади поперечного сечения кузова. Величина его безразмерная.

Аэродинамическая труба

Наименьший коэффициент аэродинамического сопротивления имеет каплевидное тело. При движении в воздушной массе такое тело плавно перед собой разводит поток, не создавая области повышенного давления, а имеющийся «хвост» позволяет за собой сомкнуть поток без обрывов и завихрений, то есть разрежение тоже отсутствует. Получается, что воздух просто обтекает тело, создавая минимальное сопротивление. Для такого тела коэффициент Сх составляет всего 0,05.

Конструкторам, работая с аэродинамикой автомобиля добиться, таких показателей пока не удается. И все потому, что при движении сопротивление создается несколькими факторами:

• Формой кузова;
• Трением потока о поверхности при обтекании;
• Попаданием потока в подкапотное пространство и салон.

Поэтому для современных авто коэффициент аэродинамического сопротивления считается отличным, если его значение ниже 0,3. К примеру, у Peugeot 308 коэффициент составляет 0,29, у Audi A2 он равен 0,25, а у Toyota Prius – 0,26. Но стоит отметить, что это расчетные показатели в идеальных условиях. На практике же во время движения на авто воздействуют множество разнообразных факторов, которые негативным образом сказываются на сопротивлении кузова.

Примечательно, что на коэффициент оказывает наибольшее влияние не передок авто, а его задняя часть. И виной этому становится создание разрежения и завихрений в результате отрыва потока от кузова. Поэтому конструкторы по большей части занимаются приданием необходимой формы именно задней части.

Коэффициент сопротивления Volkswagen XL1 составляет всего 0,19

Снизить коэффициент Сх позволяет также уменьшение количества выступающих частей, причем везде на авто (бока, крыша, днище, передок), а тем элементам, которые не удается убрать с поверхности придается максимально возможная обтекаемая форма.

Saab 92

Когда Saab проектировал первый автомобиль, им пригодился опыт авиастроения, где аэродинамика с самого начала играет важную роль. В 1949 году компания выпустила модель Saab 92, с превосходным коэффициентом аэродинамического сопротивления воздуха, составляющим 0,30.

Смотрите также: Вот насколько тратится больше топлива из-за груза на крыше автомобиля

Этот автомобиль легко преодолевал скорость в 100 км/ч, несмотря на небольшую мощность двухтактного 25-сильного двигателя.

Подъемная и прижимная сила

В результате неравномерного обтекания потоком воздуха автомобиля с разных сторон возникает разница в скорости его движения.

Действующие подъемная и прижимная силы

Автомобиль движется и рассекает поток воздуха, при этом часть этого потока уходит под авто и проходит под днищем, то есть движется практически по прямой. А вот верхней части потока приходится повторять форму кузова, и ей приходится проходить большее расстояние. Из-за этого возникает разница в скорости воздуха – верхняя часть движется быстрее нижней, проходящей под авто. А поскольку увеличение скорости сопровождается снижением давления, то под днищем образуется зона повышенного давления, которая приподнимает машину.

Проблем добавляет и лобовое сопротивление. Область повышенного давления воздушной массы перед машиной прижимает передок к дороге, в то время как разрежение и завихрения позади наоборот – способствуют приподнятию кузова. Подъемная сила, как и лобовое сопротивление, возрастает при увеличении скорости движения.

Негативным фактором от воздействия такой силы является ухудшение устойчивости авто при увеличении скорости и повышение вероятности ухода в занос.

Но эта сила может оказывать и положительное действие. При внесении корректив в конструкцию авто возможно преобразование подъемной силы в прижимную, которая будет обеспечивать лучшее сцепление с дорогой, устойчивость авто, его управляемость на высоких скоростях.

При этом для получения прижимной силы не требуется каких-либо отдельных решений. Все разработки, направленные на снижение коэффициента Сх также сказываются и на прижиме. К примеру, оптимизация формы задней части приводит к уменьшению завихрений и разрежения, из-за чего подъемная сила тоже снижается, а прижимная — повышается. Установка заднего спойлера действует таким же образом.

Уменьшение завихрений при установке спойлера

Боковые же силы при установлении аэродинамики автомобиля, особо в расчет не берутся, в силу того, что они не постоянны, а также значительного влияния на показатели авто не оказывают.

Но это все теория аэродинамики автомобиля. На практике все можно пояснить одним предложением — чем хуже аэродинамика, тем выше расход топлива.

Основы автомобильной аэродинамики

Задача дизайнеров — умело формировать отдельные части кузова, чтобы компенсировать зоны турбулентности и отслоения воздуха. Стоит отметить, насколько важно, чтобы различные части взаимодействовали должным образом. Только правильно подобранные соотношения между ними приводят к низкому коэффициенту сопротивления воздуха «Сх». Один из приемов, позволяющих добиться правильного обтекания крыши — это ее наклон. Увеличение наклона снижает коэффициент лобового сопротивления. Однако, когда это применяется, автомобиль имеет большую лобовую площадь, поэтому общее значение сопротивления может увеличиваться. Альтернативой является снижение линии крыши спереди и сзади, но недостатком этого будет ограничение видимости. После многих анализов некоторые конструкции этого типа запускаются в серийное производство. Самыми популярными автомобилями, использующими это решение, являются VW Passat B5 или Audi A6 C5 .

Toyota Prius III (XW30)

Приоритетом при создании автомобиля было достижение минимально возможного расхода топлива, поэтому силуэт Prius подчинен принципам аэродинамики. Клиновидная передняя часть и пологие линии крыши и двери багажного отделения делают внешний вид этого автомобиля очень футуристичным. К стилистическим «курьезам» можно отнести и разделенное заднее стекло, для улучшения обзорности в вертикальной части двери багажника установили небольшое стекло, которое, правда, довольно быстро пачкается при движении по мокрой дороге. Плюсы такой формы кузова:

• Низкий расход топлива;
• Маневренность;
• Компактность.

Трансмиссия Prius состоит из 1,8-литрового бензинового двигателя мощностью 99 л.с. и электродвигателя мощностью 80 л.с. Суммарная мощность системы составляет 136 л.с. Эти параметры позволяют ему разгоняться с 0 до 100 км / ч за 10,4 секунды и достигать максимальных 180 км / ч. Многие водители жалуются, что гибрид воет при разгоне. На самом деле автомобиль с бесступенчатой трансмиссией ведет себя иначе, чем тот, который оснащен классическим «автоматом», но через 2-3 дня езды шум перестает беспокоить, и вы можете ощутить исключительную плавность вождения и незаметное переключение привода с электрического двигателя на двигатель внутреннего сгорания.

Opel Calibra

Конструкторам и дизайнерам Opel удалось создать не только вневременной кузов, практически не имеющий взаимозаменяемых компонентов, но и достичь мастерства в аэродинамике. Коэффициент CX составил всего 0,26! На тот момент это был лучший результат в этой области. Достоинства автомобиля:

• Дизайн кузова;
• Динамика;
• Качество сборки.

На протяжении всего периода производства Opel Calibra предлагался с 2-литровым 8-клапанным бензиновым двигателем мощностью 115 л.с. С самого начала производства покупатели могли также приобрести версию с 2-литровым двигателем, оснащенную 16-клапанной головкой. Он имел максимальную мощность 150 л.с. В 1994 году его модернизировали, и его мощность снизили до 136 л.с. Однако этот агрегат не рекомендуется из-за часто трескающихся прокладок под головкой и даже самих головок.

В 1992 году линейка была расширена самой мощной версией с 2,0-литровым двигателем с турбонаддувом мощностью 204 л.с. Автомобиль оснащался 6-ступенчатой ​​механической коробкой передач и полным приводом. Calibra 2.0 Turbo 4×4 разгоняется до 100 км / ч за 6,8 с.

Hyundai Sonata VI (YF)

Кабина Hyundai Sonata длиной 4,8 м (с колесной базой 2,73 м) предлагает вместительность автомобиля среднего размера. В этой категории машину можно сравнить с Audi A6, Skoda Superb или Mercedes E-Class, она просторнее своих конкурентов из Японии. Низкая крыша и обтекаемый передний бампер обеспечивают неплохую аэродинамику. Какие есть двигатели?

Автомобиль на вторичном рынке можно приобрести с одной из трех версий двигателя. Каждый предлагает что-то совершенно другое, основной двигатель бензин с объемом 2,0 литра и 150 л.с. На холостом ходу, расходует достаточно топлива (10-14 л / 100 км). По данным каталога, до сотни разгоняется за 8,9 секунды, но в сочетании с АКПП кажется вялой.

Opel Astra K

В 1989 году Opel представил миру Calibra , спортивное купе с сенсационным Cx-фактором 0,26 . Этот результат, как показала история, нелегко достичь, потому что такие проблемы, как безопасность автомобиля, его ходовые качества, охлаждение его отдельных компонентов или конструкция, ограничивают снижение коэффициента. Но благодаря современным техническим мерам его можно улучшить, это доказали инженеры Opel, представив Astra K. Размеры нового кузова:

• Длина 4370 мм.;
• Ширина 1809 мм.;
• Высота 1485 мм.

Что ещё влияет на аэродинамику?

Конечно, конструкторы стараются по максимуму снизить сопротивление авто при движении и повысить прижимную силу. Но особенности эксплуатации авто и свой взгляд автовладельцев на внешние особенности машины вносят свои коррективы, причем в некоторых случаях – значительны.

Аэродинамическое сопротивление разных автомобилей в зависимости от скорости

К примеру, установка багажника на крышу, даже с аэродинамической формой увеличивает поперечную проекцию авто и сильно влияет на обтекаемость, это сразу сказывается на потреблении топлива.

Также расход повышается от езды с открытыми окнами и люком, использование защитных и декоративных обвесов, перевозка негабаритных грузов, выступающих за авто, нарушение положения конструктивных элементов, расположенных под днищем, повышение клиренса.

Но автовладелец также может и внести коррективы, которые положительно повлияют на аэродинамику автомобиля. К ним относится использование аэродинамических обвесов, установка спойлера, уменьшение клиренса.

Tatra 87

Представленная в 1936 году, Tatra 87 сегодня является иконой дизайна. Благодаря хорошо спроектированной задней части машины значение аэродинамического сопротивления составляет 0,36. По традиции тех лет чешский автопроизводитель установил двигатель в заднюю часть машины.

Высокая скорость и низкое потребление топлива были сильной стороной Татры. Для того времени это был идеальный автомобиль для шоссе. К 1950 году было произведено 3000 автомобилей.

Сопротивление воздуха

На расход топлива, в особенности при больших скоростях движения, значительное влияние оказывает сопротивление воздуха (аэродинамическое сопротивление), сила аэродинамического сопротивления пропорциональна квадрату скорости и рассчитывается по формуле

где S – площадь фронтальной проекции автомобиля, м 2 ; v – скорость движения автомобиля относительно воздуха, м/с; ρ – плотность воздуха, кг/м 3 ; cх – коэффициент аэродинамического сопротивления.

Аэродинамическое сопротивление не зависит от массы автомобиля [2]. Площадь фронтальной проекции автомобиля определяется формой кузова и требованиям по обеспечению комфортного расположения водителя и пассажиров на сиденьях. Например, автомобиль большого класса может быть ниже, чем малого, так как сиденья у него зачастую располагаются ниже. У автомобиля малого класса из-за его небольшой массы и длины сиденья расположены выше над полом, и поэтому расстояние между передними и задними сиденьями меньше. Более прямое расположение водителя и пассажиров в автомобиле малого класса требует его большей высоты, но меньшей длины. Площади фронтальных проекций обоих автомобилей при этом почти одинаковы, но низкий и длинный кузов автомобиля большого класса аэродинамически более выгоден.

Мощность двигателя, необходимая для преодоления аэродинамического сопротивления, пропорциональна, следовательно, кубу скорости:

где v — относительная скорость движения автомобиля, км/ч.

Коэффициент аэродинамического сопротивления, как видно из таблицы, представленной ниже, изменяется в широком диапазоне в зависимости от формы кузова автомобиля.

Аэродинамическое сопротивление различных автомобилей

Коэффициент аэродинамического сопротивления устанавливается продувкой автомобиля или его макета в аэродинамической трубе или приближенно в ходе эксплуатационных испытаний. При испытаниях в аэродинамической трубе на макетах получаются менее точные значения, чем при тех же испытаниях на реальных автомобилях. Это вызвано тем, что на изменение сопротивления воздуха оказывают влияние неточности изготовления некоторых узлов и деталей автомобиля: ручек дверей, днища кузова, бамперов, зеркал заднего вида и т. д. Кроме того, значительное влияние на величину сх оказывает воздух, проходящий в кузов для охлаждения и вентиляции.

При больших скоростях движения автомобиля аэродинамическое сопротивление является преобладающим.

На рисунке ниже показано изменение мощностей, необходимых для преодоления сопротивления качению Nf и аэродинамического сопротивления Nv в зависимости от скорости v для автомобиля среднего класса. При скорости 60 км/ч мощности, необходимые для преодоления сопротивления качению и сопротивления воздуха, равны, что характерно для данного вида автомобилей. По сумме потребляемых мощностей можно убедиться в важности сопротивления воздуха. При скорости 80 км/ч мощность, затрачиваемая на его преодоление, в 4 раза больше, чем при скорости 40 км/ч, а при скорости выше, чем 120 км/ч, общая мощность, необходимая для движения, растет почти пропорционально кубу скорости автомобиля.

При определении мощности двигателя, необходимой для достижения максимальной скорости, большей той, которую обеспечивает номинальная мощность установленного на автомобиле двигателя, можно использовать без значительной ошибки следующее соотношение:

где N2 – требуемая мощность, кВт; N1 – достигнутая максимальная мощность, кВт; v2 – требуемая скорость, км/ч; v1 – достигнутая максимальная скорость, км/ч.

Через точку X – максимальная мощность N1 при максимальной скорости v1 – проведена кривая зависимости мощности от куба скорости. Разница между этой кривой и линией мощности, требуемой для движения при максимальной скорости, незначительна.

Зачем это нужно

Для чего нужна аэродинамика автомобилю, знают все. Чем обтекаемее его кузов, тем меньше сопротивление движению и расход топлива. Такой автомобиль не только сбережет ваши деньги, но и в окружающую среду выбросит меньше всякой дряни. Ответ простой, но далеко не полный. Специалисты по аэродинамике, доводя кузов новой модели, еще и:

• рассчитывают распределение по осям подъемной силы, что очень важно с учетом немалых скоростей современных автомобилей,
• обеспечивают доступ воздуха для охлаждения двигателя и тормозных механизмов,
• продумывают места забора и выхода воздуха для системы вентиляции салона,
• стремятся понизить уровень шумов в салоне,
• оптимизируют форму деталей кузова для уменьшения загрязнения стекол, зеркал и светотехники.

Причем решение одной задачи зачастую противоречит выполнению другой. Например, снижение коэффициента лобового сопротивления улучшает обтекаемость, но одновременно ухудшает устойчивость автомобиля к порывам бокового ветра. Поэтому специалисты должны искать разумный компромисс.

Аэродинамическое сопротивление автомобиля

В процессе проектирования и создания конструкторами очень тщательно прорабатывается аэродинамика автомобиля, поскольку она оказывает значительное влияние на технические показатели модели.
При движении автомобиля большая часть мощности силовой установки уходит на преодоление сопротивления, создаваемого воздухом. И правильно созданная аэродинамика автомобиля позволяет уменьшить это сопротивление, а значит на борьбу с противодействием находящего воздушного потока потребуется затратить меньше мощности, и соответственно – топлива.

Измерение аэродинамики автомобиля проводится для изучения сил, создаваемых воздушным потоком и воздействующих на транспортное средство. И таких сил несколько – подъемные и боковые, а также лобовое сопротивление.