Аэродинамика автомобиля. Нужен ли спойлер для улучшения аэродинамики вашего авто? Законы автомобильной аэродинамики. Что такое аэродинамическая труба и как в ней испытываются автомобили?
Коэффициент гидравлического сопротивления
Гидравлические потери выражают либо в потерях напора Δh в линейных единицах столба среды, либо в единицах давления ΔP:
Δh= ΔP/(ρg)
где ρ — плотность среды, g — ускорение свободного падения.
В производственной практике перемещение жидкости в потоках связано с необходимостью преодолеть гидравлическое сопротивление трубы по длине потока, а также различные местные сопротивления:
Поворотов Диафрагм Задвижек Вентилей Кранов Различных ответвлений и тому подобного
На преодоление местных сопротивлений затрачивается определенная часть энергии потока, которую часто называют потерей напора на местные сопротивления. Обычно эти потери выражают в долях скоростного напора, соответствующего средней скорости жидкости в трубопроводе до или после местного сопротивления.
Аналитически потери напора на местные гидравлические сопротивления выражаются в виде.
hr = ξ υ2 / (2g)
где ξ – коэффициент местного сопротивления (обычно определяется опытным путем).
Данные о значении коэффициентов различных местных сопротивлений приводятся в соответствующих справочниках, учебниках и различных пособиях по гидравлике в виде отдельных значений коэффициента гидравлического сопротивления, таблиц, эмпирических формул, диаграмм и т.д.
Исследование потерь энергии (потери напора насоса), обусловленных различными местными сопротивлениями, ведутся уже более ста лет. В результате экспериментальных исследований, проведенных в России и за рубежом в различное время, получено огромное количество данных, относящихся к разнообразнейшим местным сопротивлениям для конкретных задач. Что же касается теоретических исследований, то им пока поддаются только некоторые местные сопротивления.
В этой статье будут рассмотрены некоторые характерные местные сопротивления, часто встречающиеся на практике.
Местные гидравлические сопротивления
Как уже было написано выше, потери напора во многих случаях определяются опытным путем. При этом любое местное сопротивление похоже на сопротивление при внезапном расширении струи. Для этого имеется достаточно оснований, если учесть, что поведение потока в момент преодоления им любого местного сопротивления связано с расширением или сужением сечения.
Гидравлические потери на внезапное сужение трубы
Сопротивление при внезапном сужении трубы сопровождается образованием в месте сужения водоворотной области и уменьшения струи до размеров меньших, чем сечение малой трубы. Пройдя участок сужения, струя расширяется до размеров внутреннего сечения трубопровода. Значение коэффициента местного сопротивления при внезапном сужении трубы можно определить по формуле.
ξвн. суж = 0,5(1- (F2/F1))
Значение коэффициента ξвн. суж от значения отношения (F2/F1)) можно найти в соответствующем справочнике по гидравлике.
Гидравлические потери при изменении направления трубопровода под некоторым углом
В этом случае вначале происходит сжатие, а затем расширение струи вследствие того, что в месте поворота поток по инерции как бы отжимается от стенок трубопровода. Коэффициент местного сопротивления в этом случае определяется по справочным таблицам или по формуле
ξ поворот = 0,946sin(α/2) + 2.047sin(α/2)2
где α – угол поворота трубопровода.
Местные гидравлические сопротивления при входе в трубу
В частном случае вход в трубу может иметь острую или закругленную кромку входа. Труба, в которую входит жидкость, может быть расположена под некоторым углом α к горизонтали. Наконец, в сечении входа может стоять диафрагма, сужающая сечение. Но для всех этих случаев характерно начальное сжатие струи, а затем её расширение. Таким образом и местное сопротивление при входе в трубу может быть сведено к внезапному расширению струи.
Если жидкость входит в цилиндрическую трубу с острой кромкой входа и труба наклонена к горизонту под углом α, то величину коэффициента местного сопротивления можно определить по формуле Вейсбаха:
ξвх = 0,505 + 0,303sin α + 0,223 sin α2
Местные гидравлические сопротивления задвижки
На практике часто встречается задача расчета местных сопротивлений, создаваемых запорной арматурой, например, задвижками, вентилями, дросселями, кранами, клапанами и т.д. В этих случаях проточная часть, образуемая разными запорными приспособлениями, может иметь совершенно различные геометрические формы, но гидравлическая сущность течения при преодолении этих сопротивлений одинакова.
Гидравлическое сопротивление полностью открытой запорной арматуры равно
ξвентиля = от 2,9 до 4,5
Величины коэффициентов местных гидравлических сопротивлений для каждого вида запорной арматуры можно определить по справочникам.
Гидравлические потери диафрагмы
Процессы, происходящие в запорных устройствах, во многом похожи на процессы при истечении жидкости через диафрагмы, установленные в трубе. В этом случае также происходит сужение струи и последующее её расширение. Степень сужения и расширения струи зависит от ряда условий: режима движения жидкости отношения диаметров отверстия диафрагмы и трубы конструктивных особенностей диафрагмы.
Для диафрагмы с острыми краями:
ξдиафр = d02 / D02
Местные гидравлические сопротивления при входе струи под уровень жидкости
Преодоление местного сопротивления при входе струи под уровень жидкости в достаточно большой резервуар или в среду, не заполненную жидкостью, связано с потерей кинетической энергии. Следовательно, коэффициент сопротивления в этом случае равен единице.
ξвхода = 1
Видео о гидравлическом сопротивлении
На преодоление гидравлических потерь затрачивается работа различных устройств (насосов и гидравлических машин)
Для снижения влияния гидравлических потерь рекомендуется в конструкции трассы избегать использования узлов способствующих резким изменениям направления потока и стараться применять в конструкции тела обтекаемой формы.
Даже применяя абсолютно гладкие трубы приходится сталкиваться с потерями: при ламинарном режиме течения(по Рейнольдсу) шероховатость стенок не оказывает большого влияния, но при переходе к турбулентному режиму течения как правило возрастает и гидравлическое сопротивление трубы.
Вместе со статьей «Гидравлическое сопротивление» читают:
Источник: http://nektonnasos.ru/article/gidravlika/gidravlicheskoe-soprotivlenie/
Лобовое сопротивление и коэффициент Сх
По большей части все работы с кузовом авто направлены на преодоление лобового сопротивления, поскольку именно эта сила самая значительная.
Движение потоков воздуха
За основу при расчетах берется сила сопротивления воздуха. Для вычисления результата используются такие данные как плотность воздуха, площадь поперечной проекции авто, коэффициент аэродинамического сопротивления (Сх) — это важнейший показатель в аэродинамике автомобиля. При этом на силу сопротивления в значительной мере влияет также скорость движения. Так, увеличение скорости вдвое будет сопровождаться повышением сопротивлением в 4 раза. Скорость один из мощных факторов увеличения расхода.
Например, для хорошо обтекаемого авто с площадью проекции 2 м2 и коэффициентом 0,3 при движении на скорости 60 км/ч для преодоления сопротивления воздуха необходимо 2,4 л.с., а при скорости 120 км/ч уже 19,1 л.с. Разница расхода топлива при таких условиях достигает 30% на 100 км.
Если вам, в данный момент, требуется максимальная экономия топлива, необходимо придерживаться постоянной скорости около 60 км/ч. В этом режиме движения расход будет минимальным даже у авто с большим Cx.
Рассмотрим все по-простому. У воздуха есть своя плотность, причем немалая. При движении автомобилю приходится проходить через имеющиеся воздушные массы, при этом создается поток, который обтекает кузов. И чем легче авто будет «резать» воздушную массу, тем меньше он затратит на это энергии.
Но не все так просто. Во время движения перед авто создается область увеличенного давления (машина сжимает воздушную массу), то есть спереди образуется такой себе невидимый барьер, осложняющий «разрезание» воздушной массы.
Также после обтекания кузова происходит отрыв воздушного потока от поверхности, что становиться причиной появления завихрений и разрежения за авто. В сочетании с повышенным давлением возникающее разрежение еще больше увеличивает сопротивление.
Поскольку повлиять на плотность воздуха невозможно, то конструкторам остается только вносить коррективы в две другие расчетные составляющие – площадь авто и коэффициент аэродинамического сопротивления.
Но уменьшить проекцию авто не представляется особо возможным без ущерба для полезных пространств кузова (просто невозможно сделать авто меньше, чем он есть), поэтому остается только изменение коэффициента Сх.
Этот коэффициент устанавливается экспериментальным путем (в аэродинамической трубе) и характеризует он соотношение лобового сопротивления к скоростному напору и площади поперечного сечения кузова. Величина его безразмерная.
Аэродинамическая труба
Наименьший коэффициент аэродинамического сопротивления имеет каплевидное тело. При движении в воздушной массе такое тело плавно перед собой разводит поток, не создавая области повышенного давления, а имеющийся «хвост» позволяет за собой сомкнуть поток без обрывов и завихрений, то есть разрежение тоже отсутствует. Получается, что воздух просто обтекает тело, создавая минимальное сопротивление. Для такого тела коэффициент Сх составляет всего 0,05.
Конструкторам, работая с аэродинамикой автомобиля добиться, таких показателей пока не удается. И все потому, что при движении сопротивление создается несколькими факторами:
- Формой кузова;
- Трением потока о поверхности при обтекании;
- Попаданием потока в подкапотное пространство и салон.
Поэтому для современных авто коэффициент аэродинамического сопротивления считается отличным, если его значение ниже 0,3. К примеру, у Peugeot 308 коэффициент составляет 0,29, у Audi A2 он равен 0,25, а у Toyota Prius – 0,26. Но стоит отметить, что это расчетные показатели в идеальных условиях. На практике же во время движения на авто воздействуют множество разнообразных факторов, которые негативным образом сказываются на сопротивлении кузова.
Примечательно, что на коэффициент оказывает наибольшее влияние не передок авто, а его задняя часть. И виной этому становится создание разрежения и завихрений в результате отрыва потока от кузова. Поэтому конструкторы по большей части занимаются приданием необходимой формы именно задней части.
Коэффициент сопротивления Volkswagen XL1 составляет всего 0,19
Снизить коэффициент Сх позволяет также уменьшение количества выступающих частей, причем везде на авто (бока, крыша, днище, передок), а тем элементам, которые не удается убрать с поверхности придается максимально возможная обтекаемая форма.
Источник: http://motorchina-online.ru/test-drajv/koefficient-aerodinamicheskogo-soprotivleniya-avtomobilej-rejting.html
Rumpler Drop Car
На немецком автосалоне 1921 года в Берлине австрийский дизайнер Эдмунд Румплер представил свой необычный автомобиль, получивший имя «Drop Car». Коэффициент лобового сопротивления этого автомобиля составлял 0.28 cd. Для того времени это не просто сенсация. Вы не поверите, но всего несколько лет назад у многих современных автомобилей этот коэффициент был хуже!
К сожалению, значение аэродинамического сопротивления воздуха не гарантировало успех автомобиля. Спрос на машину был маленьким. Всего было произведено сто автомобилей. По всей видимости, людей напугала футуристическая внешность автомобиля.
Сегодня в мире сохранилось всего два таких автомобиля, один из которых находится в немецком музее в Мюнхене.
Источник: http://motorchina-online.ru/test-drajv/koefficient-aerodinamicheskogo-soprotivleniya-avtomobilej-rejting.html
Коэффициент гидравлического сопротивления различных труб
Для фитингов из ППР:
| Деталь | Обозначение | Примечание | Коэффициент |
|---|---|---|---|
| Муфта |  |
0,25 | |
| Муфта переходная |  |
Уменьшение на 1 размер | 0,40 |
| Уменьшение на 2 размер | 0,50 | ||
| Уменьшение на 3 размер | 0,60 | ||
| Уменьшение на 4 размер | 0,70 | ||
| Угольник 90° |  |
1,20 | |
| Угольник 45° |  |
0,50 | |
| Тройник |  |
Разделение потока | 1,20 |
 |
Соединение потока | 0,80 | |
| Крестовина |  |
Соединение потока | 2,10 |
 |
Разделение потока | 3,70 | |
| Муфта комб. вн. рез. |  |
0,50 | |
| Муфта комб. нар. рез |  |
0,70 | |
| Угольник комб. вн. рез. |  |
1,40 | |
| Угольник комб. нар. рез. |  |
1,60 | |
| Тройник комб. вн. рез. |  |
1,40 — 1,80 | |
| Вентиль |  |
20 мм | 9,50 |
| 25 мм | 8,50 | ||
| 32 мм | 7,60 | ||
| 40 мм | 5,70 |
Для полиэтиленовых труб
| Труба | Расход, м3/час |
Скорость, м/с |
Потери напора в метрах, на 100 метров прямого трубопровода (м/100м) |
|---|---|---|---|
| Сталь новая 133×5 | 60 | 1,4 | 3,6 |
| Сталь старая 133×5 | 60 | 1,4 | 6,84 |
| ПЭ 100 110×6,6 (5ЭР 17)/td> | 60 | 2,26 | 4,1 |
| ПЭ 80 110×8,1 (ЗйР 13,6) | 60 | 2,41 | 4,8 |
| Сталь новая 245×6 | 400 | 2,6 | 4,3 |
| Сталь старая 245×6 | 400 | 2,6 | 7,0 |
| ПЭ 100 225×13,4 (50 В 17) | 400 | 3,6 | 4,0 |
| ПЭ 80 225×16,6 (ЗЭК 13,6) | 400 | 3,85 | 4,8 |
| Сталь новая 630×10 | 3000 | 2,85 | 1,33 |
| Сталь старая 630×10 | 3000 | 2,85 | 1,98 |
| ПЭ 100 560×33,2 (ЗЭК 17) | 3000 | 4,35 | 1,96 |
| ПЭ 80 560×41,2 (ЗЭК 13,6) | 3000 | 4,65 | 2,3 |
| Сталь новая 820×12 | 4000 | 2,23 | 0,6 |
| Сталь старая 820×12 | 4000 | 2,23 | 0,87 |
| ПЭ100 800×47,4 (ЗЭК 17) | 4000 | 2,85 | 0,59 |
| ПЭ 80 800×58,8 (ЗЭР 13,6) | 4000 | 3,0 | 0,69 |
Для бесшовных стальных труб
Для металлопластиковых труб
Источник: http://agpipe.ru/articles/gidravlicheskoe-soprotivlenie-trub
Примеры
Некоторые примеры коэффициентов аэродинамического сопротивления современных автомобилей:
Серийно выпускаемые автомобили
-
Cx=0,29{displaystyle C_{x}=0,29}
— Peugeot 308, 2007
-
Cx=0,28{displaystyle C_{x}=0,28}
— Porsche 997, 2004
-
Cx=0,26{displaystyle C_{x}=0,26}
— Lexus LS 430, 2001 (0,25 air suspension)
-
Cx=0,26{displaystyle C_{x}=0,26}
-
Cx=0,25{displaystyle C_{x}=0,25}
— Audi A2 1.2 TDI, 2001
Несерийные и уникальные автомобили
-
Cx=0,2{displaystyle C_{x}=0,2}
— Loremo, 2007
-
Cx=0,18{displaystyle C_{x}=0,18}
— Acabion, 2006
-
Cx=0,18{displaystyle C_{x}=0,18}
Источник: http://wiki2.org/ru/Коэффициент_аэродинамического_сопротивления_автомобиля
7. Lada 4×4 / ВАЗ-21213 «Нива». Коэффициент Сх = 0,536
Источник:
В том, что классическая «Нива» не умеет ездить быстро, вина не только слабого 81-сильного мотора, но и, конечно, аэродинамики. «Максималка» у этого автомобиля — всего лишь 137 км/ч. Впрочем, для машины родом из 70-х годов прошлого века это не так плохо. Владельцы «Лады 4х4» могут утешать себя тем, что Гелендваген, являющийся практически ровесником тольяттинского внедорожника, по обтекаемости еще хуже.
Источник: http://fishki.net/auto/2038062-top-7-hudshih-i-luchshih-mashin-v-mire-ajerodinamiki.html
Таблица коэффициентов местного сопротивления
Мы проанализировали техническую литературу и другие источники и предоставляем вам для пользования таблицы со значениями КМС для разных элементов системы. В нашем случае это каталоги фирмы ВЕЗА, Belimo, справочник проеткировщика Н,Н, Павлова и справочник Р. В. Щекина.
Значение коэффициента сопротивления для колена, отвода, расширения, сужения, диффузора и конфузора
Таблица коэффициентов местных сопротивлений тройника
Таблица коэффициентов местного сопротивления клапана, задвижки, зонта, решетки
Коэффициент местного сопротивления обратного клапана в зависимости от габаритов
Таблица значения КМС для проточных проемов
Значение коэффициента местного сопротивления противопожарного клапана
Надеемся статья будет вам полезной.
Источник: http://airducts.ru/koefficienty-mestnyx-soprotivlenij-v-tablicax/
См. также
- Лобовое сопротивление
- Турбулентное течение
- Каммбэк
- Спойлер
- Аэродинамика автомобиля
Источник: http://wiki2.org/ru/Коэффициент_аэродинамического_сопротивления_автомобиля
Что влияет на коэффициент Сх?
Один из лучших методов улучшения динамики машины – удалить все, что создает лишнее аэродинамическое сопротивление. Это могут быть банальные вещи. Вот как они увеличивают коэффициент Сх:
- открытые окна + 5%
- зеркала заднего вида + 5%
- антенна + 2%
- открытый люк + 3%.
- широкие шины + 3%,
- скромные брызговики колес + 3%
- нескромные брызговики колес + 6%
- багажник на крыше +10%
Источник: http://amastercar.com/aerodinamika-avtomobilya-chto-eto-takoe.html
Saab 92
Когда Saab проектировал первый автомобиль, им пригодился опыт авиастроения, где аэродинамика с самого начала играет важную роль. В 1949 году компания выпустила модель Saab 92, с превосходным коэффициентом аэродинамического сопротивления воздуха, составляющим 0,30.
Смотрите также: Вот насколько тратится больше топлива из-за груза на крыше автомобиля
Этот автомобиль легко преодолевал скорость в 100 км/ч, несмотря на небольшую мощность двухтактного 25-сильного двигателя.
Источник: http://motorchina-online.ru/test-drajv/koefficient-aerodinamicheskogo-soprotivleniya-avtomobilej-rejting.html
Ссылки
- Унесенные ветром: Аэродинамика автомобилей, autotechnic.su, 30.10.2009
- Кадр дня: Сверхлегкий и сверхэкономичный автомобиль, Иван Карташев, 21 июня 2007 (Loremo AG: LS / GT)
Эта страница в последний раз была отредактирована 9 декабря 2020 в 10:07. Как только страница обновилась в Википедии она обновляется в Вики 2.
Обычно почти сразу, изредка в течении часа.
Источник: http://wiki2.org/ru/Коэффициент_аэродинамического_сопротивления_автомобиля
Новый «кофейный» кросс раскрыли изнутри: опубликованы фотографии салона WEY Macchiato
Wey
Аэросопротивление напрямую зависит от формы тела. Если, к примеру, вместо цилиндра взять плоский щит аналогичного диаметра, то его сопротивление будет на 17-20 процентов больше, чем у цилиндра. Такого эффекта ему удается добиться за счет завихрений, которые создаются позади. Их еще называют зоной разряженного воздуха и она, как бы самостоятельно, тянет щит назад. Точно также происходит и с машинами. Для измерения аэродинамического коэффициента необходимо разделить силу лобового сопротивления транспортного средства на произведение скоростного напора и площадь миделевого сечения авто.
Читайте наc:
Идеальные результат аэродинамического коэффициента демонстрирует капля. У нее cW равен всего 0,04. Это значит, что капля обтекаема более, чем на 96%, если сравнивать с цилиндром с аналогичными диаметрами. Ее главный секрет в форме. Дело в том, что спереди капля представляет собой округлый «обтекатель», а в задней части у нее расположен длинный сужающийся хвостик. Из-за этого создается минимальное количество завихрений. Первые автокомпании, которые работали над созданием динамичных машин, брали за основу именно каплеобразную форму. Стоит только вспомнить отечественную Победу с ее вытянутым «хвостом».
Источник: http://motorchina-online.ru/test-drajv/koefficient-aerodinamicheskogo-soprotivleniya-avtomobilej-rejting.html
Tatra 87
Представленная в 1936 году, Tatra 87 сегодня является иконой дизайна. Благодаря хорошо спроектированной задней части машины значение аэродинамического сопротивления составляет 0,36. По традиции тех лет чешский автопроизводитель установил двигатель в заднюю часть машины.
Высокая скорость и низкое потребление топлива были сильной стороной Татры. Для того времени это был идеальный автомобиль для шоссе. К 1950 году было произведено 3000 автомобилей.
( 1 оценка, среднее 4 из 5 )
Источник: http://avtostandart-m24.ru/avtomobili-drugoe/koefficient-lobovogo-soprotivleniya-avtomobilej-tablica.html
Современные автомобили, у которых есть активная аэродинамика
Крылья, которые могут изменять угол наклона и высоту, улучшают все – от скорости до эффективности торможения и маневрирования. Современные технологии позволяют использовать воздух для управления автомобилями.
Смотрите также: Аэродинамика автомобиля: Технология появилась в 1800-х годах
( 1 оценка, среднее 5 из 5 )
Источник: http://honda-1.ru/tovary-dlya-avto/aerodinamika.html