4.2. Аэродинамическое сопротивление автомобиля

Наибольшую долю в сопротивлении движению легкового автомобиля по горизонтальному участку дороги с высокой скоростью составляет аэродинамическое сопротивление, сила которого растет пропорционально квадрату скорости. Ясно, что снижение этого сопротивления оказывает значительное влияние на уменьшение расхода топлива. Поэтому в настоящее время улучшению аэродинамических свойств автомобиля придается большое значение.

Аэродинамическое сопротивление автомобиля можно уменьшить главным образом путем сокращения величины коэффициента аэродинамического сопротивления с_х.

Важность этого коэффициента известна с самых первых шагов развития автомобильного транспорта. Уже первый автомобиль, превысивший рубеж 200 км/ч - паровой автомобиль Стенли 1906 г., имел кузов, обладавший, если можно так выразиться, некоторыми намеками на аэродинамическую форму, поскольку он напоминал перевернутую килем вверх лодку. Аэродинамические формы кузова в то время детально изучал в испытательных трубах профессор В. Камм, однако все они были мало технологичны и представляли собой чисто гипотетические модели. Ближе к практике были формы кузовов, которые разрабатывал П. Джерей; они, в частности, были использованы при создании гоночных автомобилей "Ява",

На чехословацком автомобильном заводе "Татра" с помощью испытаний в аэродинамической трубе был разработан один из самых передовых по тем временам кузов автомобиля "Татра 87", производство которого началось в 1936 г. Это был первый серийно выпускавшийся автомобиль с действительно аэродинамической формой кузова. Достигнутый на нем коэффициент аэродинамического сопротивления с_х = 0,32 позволил автомобилю массой 1900 кг с двигателем мощностью 54 кВт развить скорость 160 км/ч.

Автомобильный завод "Виков", как и предприятия "Шкода", "Збройовка Брно" и "Вальтер", также создали (единичные экземпляры автомобилей с аэродинамическими формами кузова, применяли их при подготовке гоночных машин, но не смогли обеспечить серийное производство.

Первые аэродинамические кузова имели цель снизить, главным образом, лобовое сопротивление автомобиля. Позднее выяснилось, что необходимо обеспечить также его аэродинамическую устойчивость; это принесло с собой как новые проблемы, так и новые знания. Отличие аэродинамики автомобиля от аэродинамики самолетов состоит в том, что автомобиль движется по твердой поверхности и приводится в движение колесами. Необходимо поэтому принимать во внимание так называемое всплывание (приподнимание) и опрокидывание автомобиля аэродинамическими силами, а также влияние бокового ветра на устойчивость автомобиля при его движении. В этой книге основное внимание обращается на снижение аэродинамического сопротивления автомобиля; проблемы же его аэродинамической устойчивости представляют самостоятельный интерес и здесь подробно не рассматриваются.

В коэффициенте с_х отражается несколько видов аэродинамического сопротивления:

сопротивление формы, вызываемое перепадом давления воздуха на поверхности кузова (50-80 %);

сопротивление трения воздуха о поверхность кузова (3-10 %);

внутреннее сопротивление, возникающее при прохождении воздуха через системы охлаждения двигателя, отопления и вентиляции кузова (10-20 %);

сопротивление, возникающее за счет завихрения воздуха при вращении колес (5 %).

На сопротивление воздуха оказывают большое влияние различные углубления (например, окна) и выступы на кузове, молдинги, зеркала заднего вида, фары, стеклоочистители и т. д. Влияние этих деталей трудно определить на мелкомасштабных моделях при их продувке в трубе, поэтому сегодня преимущество отдается измерениям, проводимым при продувке реальных автомобилей в больших аэродинамических трубах.

Утилизация, даже частичная, потерь, связанных с аэродинамическим сопротивлением, практически невозможна. Теоретически можно было бы использовать трение воздуха о поверхность кузова, например, для отвода теплоты от двигателя. Коэффициент теплоотдачи зависит от скорости воздуха, обтекающего горячую поверхность, но трение не зависит от температуры этой поверхности. Внешняя поверхность кузова должна в таком случае заменить поверхность радиатора. Практическое осуществление такой системы связано, однако, с большими трудностями, так как горячая поверхность кузова могла бы служить источником ожогов, а летом в автомобиле была бы слишком высокая температура. Но есть такие части автомобиля, которые можно было бы использовать в качестве замены радиатора. Для этой цели могла бы служить нижняя часть кузова, но она больше всего подвержена повреждениям, загрязнению и коррозии. На предприятии "Татра" в г. Копршивнице была сделана попытка разместить масляный радиатор на днище кузова. С функциональной точки зрения, такое решение соответствовало всем требованиям, однако надежность его была весьма низкой, так как постоянно существовала опасность повреждения камнями трубок радиатора и утечки масла. Аналогичные опыты проводились на гоночных автомобилях и спортивных самолетах, у которых для охлаждения использовалась поверхность крыльев,