SYMBOL
 

ремонт и эксплуатация

Эксплуатация      Двигатель      Трансмиссия      Ходовая      Рулевое      Тормоза      Электрика      Кузов      Схемы

     Статьи на общие темы
Об автомобильных чехлах
Про противоугонные системы
Про свечи зажигания
Выбор щёток стеклоочистителя
Oбщая презентация нового Symbol

    Аэродинамика автомобиля
История автомобильной аэродинамики
Взаимодействие автомобилей с воздушной средой
Влияние формы кузова на аэродинамику
Аэродинамика колеса
Аэродинамика подднищевой зоны
Внутренняя аэродинамика
Аэродинамика конструктивных элементов кузова

Взаимодействие пассажирских автомобилей с воздушной средой



Характер обтекания легкового автомобиля зависит от типа, формы и параметров кузова, а также угла натекания и скорости воздушного потока.

На рисунке 6.1 показана полученная по результатам физиче ских исследований схема обтекания легкового автомобиля с трехобъёмным кузовом «седан». Видно, что поле потока вокруг автомобиля носит сложный характер. Наблюдаются зоны повышенного и пониженного давления, ярко выраженные отрывные течения из-за мало закругленных фронтальных кромок кузова. Если при этом происходит повторное прилегание потока, то образуются, так называемые, обратные (циркулирующие) воздушные потоки. Такие вихревые течения возникают в следующих зонах: за фронтальными и боковыми кромками капота - на его крыше и передних крыльях, в месте пересечения капота и ветрового стекла, на переднем спойлере, в зоне излома ступенчатой части задка кузова типа «седан» с длинным багажником.

Сложным является характер обтекания поддншцевой зоны автомобиля. Наличие на днище выступающих конструктивных элементов ходовой части и трансмиссии приводит к торможению протекающего под автомобилем воздушного потока и большим гидравлическим потерям. Кроме того, из-за образования на плоских участках днища пограничного слоя, утолщающегося к кормовой части кузова, возникает дополнительное торможение воздушного потока под автомобилем. Воздействие этих факторов приводит к повышению давления на днище кузова и возникновению действующей на автомобиль подъемной силы. Одновременно с этим, из-за наличия на крыше кузова разрежения, образуются поперечные кольцевые вихри (рис. 6.2). в которых происходит перетекание воздушных потоков от днища к крыше, приводящее к загрязнению автомобиля и увеличению действующей на него подъемной силы.

обтекание воздухом легкового автомобиля

Рис. 6.1. Схема обтекания легкового автомобиля с кузовом «седан»

Рис. 6.2. Схема образования поперечных кольцевых вихрей (ПКВ) из-за разности давлений па днище и крыше кузова автомобиля

За автомобилем образуется длинный спутный след, представляющий собой зону сильно завихренного воздушного потока. сорвавшегося с боковых стенок и крыши кузова. При этом на его задней стенке образуется достаточно большое разрежение.

Особого внимания заслуживает изучение характера обтекания кормовой части автомобиля, который зависит от типа кузова. На рис. 6.3 показаны схемы обтекания и эпюры давлений для

кузовов типа «седан», «хэтчбек» и «универсал», полученные по результатам дренажных испытаний. На задних стенках кузовов наблюдается разрежение, поскольку из-за схода воздушного потока с задних кромок крыш и боковых задних кромок, за ними возникает разрежение и происходит перетекание воздушного потока от центра задней стенки к ее периферии. Из-за этого на задних стенках данных кузовов создается отрицательное давление. При этом по мере увеличения разрежения на задней стенке кузова располагается в следующей последовательности: «седан», «хэтчбек» и «универсал». Необходимо отметить, что величина разрежения на задней стенке кузова «хэтчбек» зависит от угла ее наклона, который в свою очередь определяет линию отрыва воздушного потока кормовой части кузова.

Рис. 6.3. Особенности обтекания легкового автомобиля с кузовами различного типа

Оторвавшиеся от крыши и боковых стенок кузова воздушные потоки совершают циркулирующие движения, а их оси располагаются перпендикулярно к натекающему невозмущенному потоку и параллельно линии отрыва (рис. 6.4). При этом, в зависимости от формы кормовой части, движение оторвавшихся вихревых потоков может быть двухмерным или трехмерным.

Рис. 6.4. Схема образования двух вращающихся вовнутрь продольных вихрей на задних боковых кромках кузова

На рисунке 6.5 показано движение вихрей, вращающихся поперечно к натекающему воздушному потоку внутри двухмерного спутного следа, для автомобилей с типом кузова: «седан», «хэтчбек» и «универсал». Видно, что для каждой из трех форм кормовой части автомобиля наблюдается по два вихря, вращающихся навстречу друг друзу. Нижний вихрь вращается против часовой стрелки, он переносит частицы грязеводяной суспензии на заднюю стенку кузова автомобиля. Верхний вихрь вращается в противоположную сторону - по часовой стрелке. После отрыва воздушного потока ог поверхности кузова в вихревом следе образуются два противоположно вращающихся продольных вихря, которые при кузове «универсал» индуцируют восходящий поток, а при кузовах «седан» и «хэтчбек» - нисходящий поток в вихревом следе за автомобилем. Такое двухмерное вихревое движение принято называть зоной «спокойной воды», т.е. за автомобилем образуется турбулентный след, состоящий из таких вихрей. Сравнение со «спокойной водой» вполне уместно, т.к. движение ее также характеризуется наличием двух векторов скорости - вдоль и поперек водоема. Движение «неспокойной воды» характеризуется наличием волн на поверхности, а значит и третьей вертикальной составляющей вектора скорости. При форме кузова «универсал» пара вихрей поднимается в направлении потока и перемещается к плоскости симметрии. У кузовов «седан» и «хэтчбек» вихри вдоль потока опускаются к дороге и перемещаются наружу. Эти продольные вихри являются продолжением описанных выше поперечных вихрей. При рассмотрении вихрей обращает на себя внимание уменьшение скорости с приближением к центру вихря. Из-за рассеивания энергии продольные вихри в направлении распространения потока постепенно угасают.

Рис. 6.5. Характер спутного следа за автомобилем

Второй тип отрыва воздушного потока имеет трехмерный характер, при этом вихревые трубки образуются на наклонно обтекаемых острых кромках, совершенно также, как на треугольном крыле самолета. Такая пара вихрей образуется на правой и левой стойках ветрового стекла, так называемых стойках Л. В районе верхнего конца стоек, указанная пара вихрей изгибается по направлению к крыше; их дальнейшее взаимодействие с потоком в районе задней части автомобиля еще не изучено. Ярко выраженная пара вихревых трубок образуется позади автомобиля при определенном угле наклона задней стенки кузова. Эти вихри взаимодействуют с внешним потоком и с двухмерным

вихревым следом. Они в значительной степени аналогичны кромочным вихрям крыла конечного размаха. Указанные вихревые трубки в пространстве между их осями индуцируют поле нисходящего потока, обтекающего кузов.

На рисунке 6.26 приведены результаты исследования влияния формы кормовой части двухобъемиого кузова «хэтчбек» на обтекаемость автомобиля. Видно, что структура вихревого следа за автомобилем зависит от угла наклона задней панели кузова.

При угле наклона задней панели у < 25° наблюдается двухмерная вихревая структура спутного следа. При этом важно отметить, что срыв потока с поверхности кузова происходит в нижней части его задней стенки. Это обеспечивает наименьшие аэродинамические потери, поскольку значительно уменьшает площадь поперечного сечения и длину спутного следа за автомобилем. Важным является наличие закругления задней кромки крыши в месте ее перехода в заднюю стенку кузова.

При угле наклона задней панели у > 35° структура спутного следа вихревая двухмерная и трехмерная. В этом случае срыв потока происходит с задней кромки крыши, а сам спутный след имеет достаточно большую длину и площадь поперечного сечения.

Наибольшие аэродинамические потери наблюдаются при угле наклона задней панели кузова 25° < у < 35". Здесь срыв потока происходит с задней кромки крыши кузова, а структура спутного следа носит ярковыраженный вихревой характер. Спутный след имеет большую протяженность, существенно превышающую длину автомобиля.

Следует отметить, что угол наклона задней панели кузова у = 20° является предельно допустимым с точки зрения реализации необходимых значений углов видимости, приемлемых для легковых автомобилей серийного производства. Только для более низких спортивных купе допустимы меньшие углы наклона задней панели (до у = 15°), что дает, по сравнению с круто срезанной формой задней части, уменьшение коэффициента аэродинамического сопротивления почти на 15%. В табл. 6.1 приведены аэродинамические характеристики пассажирских автомобилей.

Продолжение таблицы 6.1

1

г

3

4

5

Автобусы

РАФ-2203

0,44

3,58

1,575

0,098

УАЗ-452

0.46

4,17

1,918

0,119

«Транспортер»

0,44

4,20

1,848

0,115

ЗИЛ-Юность»

0,53

4,37

2,316

0,145

КаВЗ-685

0,52

5,90

3,068

0,191

ЛиАЗ-677

0,68

6,73

4,580

0,286

ЛАЗ-698

0,70

6,57

4,599

0,287

ЛАЗ-699

0,60

6,60

3,960

0,246

ЛАЗ-4207

0,72

7,36

5,277

0,331

«Мерседес-0305»

0,78

6,75

5,265

0,329

«Икарус-250»

0,71

6,80

4,828

0,301

















      Яндекс.Метрика