Сила опору коченню автомобільного колеса в основному залежить від деформації шини і дороги в зоні контакту. Але вже при швидкості руху 50-60 км / ч сила опору повітря перевищує будь-яку іншу, а на швидкостях понад 70-100 км / год перевершує їх всі разом узяті. Не будемо вдаватися в формули, згадаємо лише, що швидкість в цих формулах варто в квадраті, і це означає, що при її збільшенні, наприклад, в два рази сила опору повітря збільшується в чотири рази. При цьому витрати потужності, необхідні на її подолання, виростають у вісім разів!
Як зменшити опір повітря? З листом фанери бігти назустріч вітру, розташувавши його поперек напрямку руху куди як важче, ніж з тим же листом, але уздовж. Отже, один із шляхів - зменшити лобову площу автомобіля. Багато швидкісні суперкари значно нижче звичайних автомобілів. Це як раз і є ознакою робіт по зниженню лобової площі. Однак виробляти цю процедуру можна до певних меж, інакше таким автомобілем буде неможливо користуватися. З цієї та інших причин обтічність є одним з основних питань, що виникають при проектуванні автомобіля. Звичайно, на силу опору впливають не тільки швидкість автомобіля і його геометричні показники. Наприклад, чим вище щільність повітряного потоку, тим більше опір. У свою чергу щільність повітря безпосередньо залежить від його температури і висоти над рівнем моря. При підвищенні температури щільність повітря (отже, і його в'язкість) збільшується, а високо в горах повітря більш розріджене, і щільність його нижче, і так далі. Таких нюансів безліч.
Але повернемося до форми автомобіля. Який предмет має найкращою обтічністю? Падаюча вниз крапля води набуває форму, найбільш прийнятну з точки зору аеродинаміки. Тобто округла фронтальна поверхня і плавно звужується довга задня частина (краще співвідношення - довжина в 6 разів більше ширини). А тепер уявіть собі автомобіль такої форми (варто зазначити, що експериментальні розробки все ж існували). Звичайно, на смак і колір товаришів немає, але використовувати цей автомобіль за призначенням буде не дуже зручно. Тому конструктори змушені шукати компроміс між аеродинамікою автомобіля і зручністю його використання. Постійні спроби знизити коефіцієнт повітряного опору привели до того, що у деяких сучасних автомобілів Cx = 0,28-0,25. Ну а швидкісні рекордні автомобілі можуть похвалитися Cx = 0,2-0,15.
Звернемося до деталей:
Опір форми. Це найзначніша частина - до 60% всіх аеродинамічних втрат. Часто вона називається опором тиску або лобовим опором. При русі автомобіль стискає набігає на нього потік повітря і долаєзусилля на те, щоб розсунути молекули повітря. В результаті виникає зона підвищеного тиску. Далі повітря обтікає поверхню автомобіля. В процесі чого відбувається зрив повітряних струменів з утворенням завихрень. Остаточний зрив повітряного потоку в задній частині автомобіля створює зону зниженого тиску. Високий тиск спереду і низьке ззаду автомобіля створюють дуже серйозну протидію.
Тепер пробіжимося за елементами авто. Передня частина кузова. Емпіричним шляхом було встановлено, що для кращої аеродинаміки передня частина кузова повинна бути низькою, широкою і не мати гострих кутів - не м'яти повітря попереду машини, а розсікати його. Але попереду зазвичай розташовані двигун і радіатор, що вимагають хорошого обдування, і деякі автоконцерни вивчають розподіл повітряних потоків в підкапотному просторі настільки ж серйозно, як і загальну аеродинаміку автомобіля.
Вітрове скло - дуже яскравий приклад компромісу обтічності, ергономіки та експлуатаційних якостей. Недостатній його нахил створює зайву опір, а надмірний - збільшує запиленість і масу самого скла, в сутінках різко падає оглядовість, потрібно збільшити розміри склоочисника і т. Д.
Дах. Збільшення опуклості даху може привести до зменшення коефіцієнта аеродинамічного опору. Але значне збільшення опуклості може конфліктувати із загальним дизайном автомобіля. Крім того, якщо збільшення опуклості супроводжується одночасним збільшенням площі лобового опору, то сила опору повітря зростає. А з іншого боку, якщо спробувати зберегти первісну висоту, то вітрове і заднє скла повинні будуть впроваджуватися в даху, оскільки оглядовість погіршуватися не повинна. Це призведе до подорожчання стекол, зменшення ж сили опору повітря в цьому випадку не настільки значно.
Бічні поверхні автомобіля не надають скільки-небудь значного впливу на аеродинаміку, але чим менше на них буде нерівностей (сполучень панелей, стекол і т. Д.), Тим краще. Можна помітити, що ринви, які раніше були присутні практично на будь-якому автомобілі, вже не використовуються. З'явилися інші конструктивні рішення, що не роблять настільки великого впливу на аеродинаміку автомобіля.
Задня частина автомобіля - це, мабуть, найголовніша частина з точки зору аеродинаміки. Пояснюється це просто. У задній частині повітряний потік відривається і утворює завихрення. Задню частину автомобіля практично неможливо зробити обтічної, тому над її формою працюють більш ретельно. Один з основних параметрів - кут нахилу задньої частини автомобіля. І тут доводиться шукати компроміси. Поряд з кутом нахилу задньої частини на коефіцієнт аеродинамічного опору сильно впливає оформлення і форма бічної кромки задньої частини автомобіля. Наприклад, якщо подивитися практично на будь-який сучасний автомобіль зверху, відразу видно, що кузов спереду ширше, ніж ззаду. Це теж аеродинаміка.
Як не дивно, днище автомобіля теж впливає на аеродинаміку - якщо потік під днищем не затримується, то виникає там знижений тиск буде притискати автомобіль до дорожнього полотна. З цієї точки зору, чим менше дорожній просвіт, тим краще, що і робиться на спорткарах. Для нормальних автомобілів низький дорожній просвіт неприйнятний. Тому конструктори останнім часом намагаються якомога більше згладити днище автомобіля, закрити щитками такі нерівні елементи, як вихлопні труби, важелі підвіски і т. Д.
Проте всі зусилля конструкторів щодо поліпшення аеродинаміки, а отже і по зниженню витрати палива, найчастіше зводяться нанівець власниками автомобілів. Різного роду "мухобойки", "кенгурятники", "люстри" на даху, багажники там же, втрачені ковпаки коліс, великі зазори між панелями, та й просто відкриті навстіж вікна на хорошій швидкості помітно збільшують витрату палива, не кажучи вже про "аеродинамічному обважуванні ". Грамотний обвіс, безумовно, поліпшить аеродинаміку, але щоб він був грамотним, необхідні тривалі продувки в аеродинамічній трубі, а у кожної чи фірмочки, клепати обвіс з склотканини і епоксидної смоли, є доступ до такому дорогому і складного інструменту?