3.3. Аэродинамическое сопротивление

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, м²; v - скорость движения автомобиля относительно воздуха, м/с; ρ - плотность воздуха, кг/м³; с_х - коэффициент аэродинамического сопротивления (1).

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 табл. 3, изменяется в широком диапазоне в зависимости от формы кузова автомобиля.

Таблица 3. 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 с_х оказывает воздух, проходящий в кузов для охлаждения и вентиляции.

При больших скоростях движения автомобиля аэродинамическое сопротивление является преобладающим.

На рис. 4 показано КЩ изменение мощностей, необходимых для преодоления сопротивления качению N_f 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 аэродинамического сопротивления, равны, что характерно для данного вида автомобилей. По сумме потребляемых мощностей можно убедиться в важном значении аэродинамического сопротивления. 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.

Рис. 4. Мощность, затрачиваемая на преодоление сопротивлений движению. Масса автомобиля 1350 кг, площадь фронтальной проекции автомобиля S = 2 м², коэффициент сопротивления качению f = 0,015, коэффициент аэродинамического сопротивления с_х = 0,456

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.

Показанная сумма мощностей сопротивления качению N_f и аэродинамического сопротивления Nv представляет собой мощность сопротивления равномерному движению автомобиля по горизонтальному участку дороги при безветрии.