Внешний тюнинг. Улучшение аэродинамических характеристик автомобиля

Размещено на http://www.allbest.ru/

Внешний тюнинг. Улучшение аэродинамических характеристик автомобиля

Введение

Автомобиль, который обладает сглаженными углами, способен развивать большую скорость за счет меньшего сопротивления воздуха при движении. В соревнования по автомобильных гонках очень важно уменьшить сопротивление воздуха для получения большей скорости. Поэтому и начали проводить испытания для изготовления идеального кузова, который бы обладал отличными аэродинамическими свойствами.

Сегодня же аэродинамику учитывают не только при проектировании гоночных автомобилей, но при разработках обычных автомобилей. В последние годы в технических характеристиках автомобилей (в основном спорткаров) есть графа где указывается коэффициент сопротивления. Когда-то это могло показаться нонсенсом, но сегодня этим мало кого удивишь.

Дело в том, что аэродинамика влияет не только на скорость передвижения и на время разгона автомобиля. Она также влияет, причем очень существенно, на расход топлива. Уже при скорости 60 км/ч сопротивление воздуха отнимает в автомобиля больше энергии, чем все другие составляющие. И чем выше скорость, тем больше топлива тратится на преодоление сопротивления воздуха.

Поэтому в большинстве случаев, увеличение мощности и ходовых характеристик автомобиля стоит начинать с внешнего тюнинга, а именно, с улучшения аэродинамики. В данной работе мы рассмотрим, как это сделать.

Для достижения этой цели в работе решаются следующие задачи:

1. Рассмотреть основы аэродинамических сил, воздействующих на автомобиль во время движения.

2. Рассмотреть, какие составляющие внешнего тюнинга способны улучшить аэродинамические показатели автомобиля.

1. Аэродинамические силы, воздействующие на автомобиль

1.1 Сущность и значение аэродинамических свойств

Аэродинамические свойства - в зависимости от поставленных задач аэродинамические свойства автомобиля могут использоваться по разному.

Одна из наиболее главных характеристик авто - аэродинамическое сопротивление.

Например, методами аэродинамики можно осуществлять прижим автомобиля и улучшать его сцепления с дорогой, а также, например, отсекать струей воздуха мошкару от лобового стекла (мухоотбойник) или грязь из-под задних колес у хэтчбека (спойлер заднего стекла). При этом аэродинамическое сопротивления автомобиля увеличивается. Например, при подготовке болидов Формулы-1 к конкретной трассе, спойлера выставляются более горизонтально при наличии большого количества прямых скоростных участков (уменьшают аэродинамическое сопротивление) и более вертикально при небольшом наличии скоростных участков и наличии крутых поворотов (увеличивают прижим болидов к дороге).

1.2 Виды сопротивления

В общем сопротивлении движению автомобиля аэродинамические силы могут составлять существенную часть. Если при езде по городскому циклу (средняя скорость 40--50 км/ч) они достигают 8%, при движении в пригородной зоне (средняя скорость 80--90 км/ч) -- 29%, то на автострадах -- 53%. Отметим, что чем выше скорость, тем быстрее растут потери "на ветер": уже при 60 км/ч они отнимают больше энергии, чем любая другая составляющая. Дело в том, что мощность, расходуемая на преодоление аэродинамического сопротивления, пропорциональна кубу скорости; значит, если скорость удваивается, то мощность должна увеличиться в восемь раз.

Чтобы уяснить, как возникает и воздействует на автомобиль сопротивление воздуха, рассмотрим, из чего оно складывается. Взаимодействие воздуха и автомобиля можно представить как сумму сопротивлений: профильного, индуктивного, внутреннего, а также сопротивлений трения и выступов. Наибольший "вклад" (около 58%) приходится на профильное. Оно обусловлено самой формой кузова. Воздух, обтекающий автомобиль, как бы сжимается впереди него, создавая значительное положительное давление. Поток, идущий по верхней части кузова, неоднократно отрывается от его поверхности, что создает в этих местах области пониженного давления. В задней же части поток окончательно отрывается от кузова. Там образуется мощный вихревой след и область больших отрицательных давлений. Положительное давление впереди автомобиля и отрицательное сзади препятствуют движению, создавая сопротивление давлений, или профильное сопротивление воздуха.

Индуктивное сопротивление (8% в общем балансе) вызывается разностью давлений на верхнюю и нижнюю части кузова. В результате их взаимодействия возникает сила, отжимающая автомобиль от земли, -- подъемная. Хотя она и сокращает сопротивление качению, ее влияние на ходовые качества машины в целом отрицательно -- это уменьшение силы сцепления колес с дорогой, которое влечет за собой ухудшение управляемости.

Сопротивление выступов (13% всех потерь). Очевидно, что свой вклад в полное аэродинамическое сопротивление вносит любая выступающая деталь автомобиля (зеркало, антенна, ручки дверей и т.д.). Так, багажник на крыше при скорости 60 км/ч увеличивает его на 10--12%, из-за чего на 2--3% растет расход топлива. Специалисты ряда фирм считают, что только изменение подобных деталей может улучшить топливную экономичность на 3--4%.

Зависимость расхода топлива (л/100 км) от скорости (км/ч) при разных коэффициентах лобового сопротивления для легкового автомобиля снаряженной массой 1000 кг и мощностью 75 л.с./55 кВт.

Сопротивление трения (11% всех потерь) обусловлено "прилипанием" к поверхности кузова слоев воздуха, вследствие чего поток вблизи нее теряет скорость. Потери энергии на поверхностное трение зависят главным образом от качества отделки кузова. Во всяком случае, эксперименты показали, что если у нового полированного автомобиля оно составляет около 8% общего сопротивления воздуха, то у плохо покрашенного, с грубой поверхностью возрастает в 2--2,5 раза. В частности, поверхностное трение заметно увеличивается в случае, когда крыша обтянута модным гранулированным виниловым кожзаменителем.

Внутреннее сопротивление (10% всех потерь) возникает при прохождении воздуха через системы охлаждения и вентиляции. Природа этих потерь такова, что возможность снизить их в настоящее время весьма проблематична.

Количественной характеристикой суммарного аэродинамического сопротивления служит так называемый коэффициент лобового сопротивления -- Сх, который, как правило, определяют экспериментальным путем. Для этого автомобиль или его уменьшенный макет устанавливают в аэродинамическую трубу и моделируют его обтекание воздушным потоком. Меньшую точность дают некоторые методы дорожных испытаний.

Коэффициент лобового сопротивления у легковых автомобилей, выпущенных разными фирмами в 70-х и 80-х годах, колеблется (см. таблицу) от 0,30 до 0,60. В среднем он составляет в настоящее время 0,43. Для сравнения: среднее значение Сх у машин выпуска 1938 года -- 0,58. Наименьшим коэффициентом отличаются автомобили, предназначенные для установления рекордов скорости -- 0,2 ("Звезда--6", СССР) и 0,15 ("Фольксваген-АРФВ", ФРГ).

2. Аэродинамический обвес

Для улучшения аэродинамических характеристик автомобиля применяют аэродинамический обвес. Продвинутые автолюбители (чаще уличные гонщики) для придания своему автомобилю агрессивного (оригинального) вида используют внешний тюнинг такого плана. Это неплохой способ не только выделится из общей череды одинаковых авто, но и самовыразиться через своего любимца.

Аэродинамический обвес делается и для придания автомобилю спортивно-агрессивного вида, и для улучшения управления на высокой скорости. Полезные свойства аэродинамических обвесов проявляются выше скорости 120 км/час. При правильной установке аэродинамического обвеса, на высокой скорости стабилизируется развесовка по осям, которая имеет свойство изменяться во время движения автомобиля.

А что собственно такое аэродинамичность автомобиля? Оказывается при движении автомобиля со скоростью от 140-150 км/ч и выше сзади за ним как хвост тянется "турбулентная зона" (беспорядочные завихрения воздушных масс).

Обтекание автомобиля во время движения происходит по трем сторонам сверху и по бокам. А снизу (в области днища на протяжении всего автомобиля) воздушные потоки проходят с завихрениями, образующимися при столкновении с выступающими частями автомобиля. Идет образование избыточного давления воздуха под днищем и в отсеке, где располагается мотор машины.

Это давление приподнимает машину, уменьшается прижимная сила, что естественно уменьшает степень сцепления колес с дорогой, в результате резко падает управляемость автомобиля.

Аэродинамический тюнинг делают из разного рода пластика, так как лишний вес снижает управляемость автомобиля. К техническим решениям такого рода относят: Спойлеры; Антикрылья; Профилированные панели днища (чаще применимы на высокоскоростных спортивных машинах). За счет данного нововведения торможение воздушных масс об выступающие агрегаты и узлы автомобиля полностью исключается. Профилированные передние и задние бампера.

Грамотная установка в совокупности с правильным применением создают дополнительную прижимную силу для вашего автомобиля на столь значительных скоростях. При неправильной установке даже супер хороших аэродинамических обвесов можно не только не снизить подъемную силу, но, перегрузив одну и разгрузив другую оси, резко снизит управляемость автомобиля и на более низких скоростях.

3. Передний спойлер

Располагается под передним бампером (у конструкторов автомобилей и дизайнеров внешнего вида авто развивается тенденция в направлении их совмещения). Его функция "поднимать" воздух, то есть направлять воздух вверх. Иногда спойлер конструируется так, что воздух не просто поднимается вверх, а направляется в вентиляционные отверстия тормозных дисков или радиатора. Этот эффект (автомобиль, снизив давление, засасывает воздух в вентиляционные отверстия) в мире автогонщиков называют "присосаться к поверхности дороги". Машина значительно улучшается в послушании управлению. Но есть значительный минус. Если машину даже незначительно подбросит вверх, возможна потеря управляемости и другие неожиданные неприятности. Автогонщики это негативный момент именуют Ground-effekt (эффект земли);

4. Антикрыло

Функция противоположна несущим плоскостям самолета. Но автомобилю не надо взлетать для авто имеет значение прижимная сила. Перевернув самолетное крыло, получили плоскость для прижимания автомобиля к дороге, что значительно и весьма ощутимо отразилось на управляемости автомобиля, значительно ее улучшив. Существуют антикрылья "работающие" немного по иному. Передняя грань такого крыла направлена вниз в поток воздуха под определенным углом. Прижимная сила значительно увеличивается, даже в сравнении с действием обычных антикрыльев, но и прямопропорционально этому увеличивается степень риска возникновения аварии из-за полной потери управления. Это возможно при перегрузке одной оси и чрезмерной разгрузке другую (неправильно рассчитав угол наклона антикрыла к земле).

5. Спойлер задней крышки багажника или на крыше

Функция "разбивать" поток воздуха, что помогает избегать образования завихрений позади автомобиля, плавным закрытием воздушного коридора. Уменьшение воздушных завихрений позади автомобиля приводит к снижению лобового сопротивления.

6. Задний бампер

Идет как деталь завершающая общую картину борьбы с образованием подъемной силой, действующей на автомобиль. Минимальный вклад, как отдельный элемент в увеличение аэродинамических характеристик автомобиля.

аэродинамический автомобиль тюнинг бампер

Существует множество второстепенных элементов по степени влияния на общую аэродинамичность автомобиля, такие как:

* Дефлекторы;

* Приоткрытый люк;

* Открытое окно;

* Форма зеркал заднего вида;

* Дополнительное световое оборудование на крыше автомобиля, особенно если это внедорожник.

Их влияние очень мало, но все же присутствует. Кстати, улучшение аэродинамических свойств автомобиля применением аэродинамического обвеса начинает ощущаться только после 120 км/ч, еще более заметно на скорости 140-160 км/ч. Это говорит о том, что функциональность такой тюнинг будет иметь только на скоростных шоссе, а не на спокойных городских дорогах.

Размещено на Allbest.ru