Основы управления транспортным средством. Аэродинамическое сопротивление автомобиля

Основы управления транспортным средством.

Аэродинамическое сопротивление автомобиля.

Автомобиль является сложным объектом управления. Для надежного управления необходимо основ теории движения автомобиля. Одной из физических величин влияющих на конструкцию автомобиля и скорость его движения есть аэродинамика.

Аэродинамическое сопротивление автомобиля обусловлено движением последнего с некоторой относительной скоростью в окружающей воздушной среде. Среди всех сил, составляющих сопротивление движения автомобилю, это представляет наибольший интерес в свете всевозрастающих скоростей передвижения транспортных средств. Дело все в том, что уже при скорости движения 50 - 60 км в час она превышает любую другую силу сопротивления движению автомобиля, а в районе 100 – 120 км превосходит всех их вместе взятых.

Применительно к автомобильной технике аэродинамическое сопротивление можно представить как сумму нескольких его составляющих. К ним относятся:

Сопротивление формы;

Сопротивления трения о наружные поверхности;

Сопротивление, вызываемое выступающими частями автомобиля;

Внутреннее сопротивление.

Сопротивление формы еще называют сопротивлением давления или лобовым сопротивлением. Сопротивление формы является основной составляющей сопротивлению воздуха, оно достигает 60% от общего сопротивления. Форма кузова транспортного средства в данном случае играет существенную роль. Кузов автомобиля необходимо изваять таким образом, чтобы процесс перемещения воздуха из передней зоны в заднюю происходил с наименьшими затратами энергии. Сопротивление трения обусловлено “прилипанием” к поверхности кузова слоев перемещающегося воздуха вследствие чего воздушный поток теряет скорость. В этом случае величина сопротивления трения зависит от свойств материала поверхности кузова а так же его состояния. Дело в том , что любая поверхность обладает различной поверхностной энергией, способной в различной степени повлиять на окружающую среду. Чем больше значение поверхностной энергии в материалах покрытия автомобиля тем сильнее его поверхность взаимодействует на молекулярном уровне с окружающей воздушной средой. На данный вид потерь приходится около 20% всех аэродинамических потерь. Меньшее значение сопротивления трения относится к автомобилям, обладающим новыми хорошо отполированными покрытиями. Большие – к автомобилям с плохо окрашенными кузовами или покрытиями которые с течением времени утратили большинство своих потребительских свойств.

Сопротивление вызывающее выступающими частями автомобиля составляет 10 – 15 % от общего. Оказывается даже такие мелочи как дверные ручки, колесные колпаки, фартуки и прочие детали вносят свой вклад в общую силу аэродинамического сопротивления движению, причем и в довесок весьма существенному. Судите сами: открытые окна на 5 %, грязезащитные фартуки на всех колесах 3%, багажник на крыше 10%, от крытый люк в крыше до 5%. С другой стороны есть ряд деталей, применение которых позволяет уменьшить аэродинамическое сопротивление, как например установка на колеса гладких колпаком снижает на 3%, замена выступающих дверных ручек на утопленные так же несколько снижает силу сопротивления воздуха. Существенную роль играет качество сборки кузова: малые зазоры в местах стыков кузовных деталей уменьшает сопротивление до 5%.

Внутреннее сопротивление обусловлено движением воздушных потоков через системы вентиляции и охлаждения. В общем получается что при увеличении скорости движения транспортного средства в два раза сила сопротивления воздуха увеличивается в 4 раза а затраты мощности вырастают в 8 раз. Практически вся вырабатываемая двигателем мощность тратится на преодоление сопротивления воздуха, причем за каждый лишний километр прироста максимальной скорости приходится платить существенным увеличением его мощности или снижением коэффициента обтекаемости. Этот коэффициент определяю экспериментальным методом, путем продувки автомобиля или его модели в аэродинамических трубах. От его величины в прямой зависимости находится расходуемого вашим автомобилем топлива. Конструкторы всех фирм производителей всей автомобильной техники постоянно пытаются снизит коэффициент лобового сопротивления своих творений. Для лучших образцов современных автомобилей он составляет величину порядка 0,28 – 0,25. однако аэродинамика влияет не только на скоростные качества и расход топлива. В ее компетенцию входят так же задачи обеспечения должного уровня курсовой устойчивости, управляемости автомобиля и снижения шумов при его движении. Особое внимание заслуживает влияние аэродинамики на устойчивость и управляемость. Аэродинамические шумы возникающие при движении автомобиля есть свидетельство его плохой аэродинамики или же о ее отсутствии вообще. Просчитать такое огромное количество параметров невозможно. Поэтому созданием и доводкой конструкторы занимаются путем многочисленных продувок в аэродинамических трубах, как моделей автомобилей, так и натурных образцов. Отсюда вывод - сопротивление воздуха главный враг высоких скоростных показателей. Этот “враг” по настоящему серьезен, так как резко увеличивается с ростом скорости: увеличили ее в трое - сила сопротивления подскочила в 9 раз, она пропорциональна квадрату скорости. Самое последнее современное компетентное мнение – это плавное распределение потока воздуха вдоль формы кузова.