Docisk. Wielki sekret aerodynamiki Wielkość siły tarcia oblicza się ze wzoru

OGE 2018 Fizyka Część 1 Zadanie 20

Przeczytaj tekst i wykonaj zadania 20-22.

Skrzydło
Rozważmy ruch cieczy w rurze o zmiennym przekroju (rys. 1). W szerokich odcinkach rury ciecz powinna płynąć wolniej niż w wąskich, gdyż ilość cieczy przepływającej w równych odstępach czasu jest taka sama dla wszystkich odcinków rury. Ciśnienie wewnątrz cieczy, mierzone za pomocą rurek ciśnieniowych, zachowuje się odwrotnie: ciśnienie cieczy jest większe, gdy prędkość cieczy jest mniejsza i odwrotnie. Ta zależność między prędkością płynu a jego ciśnieniem jest znana w fizyce jako prawo Bernoulliego. Prawo Bernoulliego obowiązuje dla cieczy i gazów.

Aby zwiększyć siłę docisku dociskającego samochód do nawierzchni, stosuje się specjalne urządzenie - skrzydło. Rozważmy najpierw skrzydło o profilu symetrycznym, montowane ściśle poziomo (rys. 2a). W tym przypadku strumienie powietrza napływające w jego stronę będą się wokół niego zaginać dokładnie w ten sam sposób, a ciśnienie powietrza pod i nad skrzydłem również będzie takie samo.

Teraz zamontujmy skrzydło pod kątem do przepływu (ryc. 2b). Prędkość przepływu powietrza pod dolną powierzchnią skrzydła staje się większa niż prędkość nad górną powierzchnią. W związku z tym ciśnienie powietrza na górnej powierzchni skrzydła będzie większe niż ciśnienie na dolnej powierzchni. Ze względu na powstałą różnicę ciśnień, siła aerodynamiczna(ryc. 2b), którego składowa pionowa nazywa się docisk, a składowa pozioma to siła oporu.

Siła docisku skrzydła powstaje wskutek tego, że

Rozdział 7: Aerodynamika

Aerodynamika jest ważna, każdy to chyba wie. Zwłaszcza, gdy jedziesz szybko.

Jeśli nie jesteś przekonany, że aerodynamika odgrywa obecnie główną rolę w wyścigach samochodowych, prowadź swój samochód bez nadwozia. Zauważysz różnicę.

Niestety, podstawy fizyki i matematyki są bardzo złożone. Dlatego w tym rozdziale postaram się wyjaśnić podstawy efekty aerodynamiczne za pomocą przykładów z życia wziętych i dużej ilości zdjęć.

7.1 Opór

Czy zauważyłeś, że z biegiem lat samochody coraz bardziej przypominają damskie maszynki do golenia? Z gładkimi powierzchniami i zaokrąglonymi krawędziami. W przeszłości samochody miały agresywne chłodnice, ostre krawędzie, spiczaste noski i ogony, wiele anten z kostkami, tylne stateczniki i różne ozdoby naklejane wszędzie.

Poniższe zdjęcia zilustrują mój punkt widzenia:

Powodem całego tego rozwoju jest to, że wszystko ostre lub kanciaste powoduje opór, a opór spowalnia samochód.

Wiadomo, że najlepszy jest kształt kropli, taki, który stawia najmniejszy opór. Ostatnie badania wykazały, że kształt pingwina jest jeszcze lepszy. Poważnie. Ale osobliwość jest taka: powietrze porusza się wydajniej wzdłuż tępych obiektów, okrągłość powierzchni pozwala na przepływ powietrza wokół obiektu bez rozpadania się na małe wiry.

Zasadniczo wszystko, co jest ostre lub wystające, tworzy wiry (wiry to hałaśliwe obiekty, podobne do sytuacji, gdy spłukuje się toaletę). A to pochłania energię, ponieważ powietrze przesuwa się teraz zarówno względem siebie, jak i względem powierzchnia zewnętrzna Twój samochód. Energię traconą w wyniku tarcia można wykorzystać do przyspieszenia samochodu.

Opór można podzielić na dwie składowe: opór wynikający ze zwiększonego ciśnienia czołowego i opór wynikający z podciśnienia z tyłu. Jest to dość proste, ponieważ aby samochód mógł poruszać się w powietrzu, musi najpierw usunąć powietrze ze swojej drogi, a następnie, gdy samochód przejedzie, powietrze musi wrócić, aby wypełnić „pustkę”.

Gdy samochód porusza się w powietrzu, przód samochodu zderza się z masą powietrza i częściowo ją ściska. Efektem jest zwiększony nacisk na przednią powierzchnię samochodu. A jak każdy powinien pamiętać z podstawowego kursu fizyki, ciśnienie razy pole równa się sile. Dlatego ciśnienie powietrza pomnożone przez powierzchnię czołową samochodu równa się sile oporu. Silnik lub silnik musi pokonać tę siłę, więc albo poruszasz się wolniej, albo zużywasz więcej mocy.

Zatem im większa powierzchnia samochodu patrząc od przodu, tym większy będzie opór.

Dlatego jeśli zmniejszysz powierzchnię czołową samochodu, powstanie mniejszy opór. Tylko nie przesadzaj jak ci goście:

Mając to na uwadze, jeśli możesz zamontować obudowę kilka milimetrów niżej bez łamania zasad, mądrze byłoby to zrobić. Jest to również jeden z powodów, dla których Alfa Romeo 156 radzi sobie lepiej niż Dodge Stratus na długich, dużych i szybkich torach. Dach „Stratusa” jest bardzo szeroki, co zwiększa jego powierzchnię czołową i tym samym stwarza większy opór.

Ale jest jeszcze drugi element, o którym często się zapomina. Gdy samochód jedzie z dużą prędkością, za nim dzieje się wiele.

Mogę podać 2 przykłady z życia. Po pierwsze, czy zauważyłeś, że samochody biorące udział w 24-godzinnym wyścigu Le Mans zawsze mają wyszukane tyły?

Powód jest dość oczywisty, tor Le Mans ma niezwykle długie proste odcinki, a samochody te mogą osiągać bardzo duże prędkości. A ponieważ jest to wyścig 24-godzinny, ważna jest także wydajność i oszczędność paliwa.

Absurdalnie długie tylne końcówki sprawiają, że powietrze za samochodem zbiega się płynnie, nie rozdzielając się na duże wiry i nie oddzielając się od powierzchni samochodu.

Przykład numer 2 to użycie spoilerów (lub skrzydeł) w wielu nowoczesnych pojazdach samochody drogowe. Zwłaszcza w samochodach typu hatchback. Spoiler zmniejsza opór powietrza, eliminując małe wiry wzdłuż tylnej szyby.

Różnica między spojlerem a skrzydłem: spojler jest przymocowany do nadwozia i stanowi jego mniej więcej część, natomiast błotnik jest osobny element, który zwykle znajduje się nad nadwoziem i ma boczne zderzaki.

Być może wystarczą przykłady w pełnej skali; ten artykuł skupia się bardziej na modelach samochodów. Weźmy ciała Dodge'a Stratusa i Alfy Romeo 156.

Przód Alfy jest nieco pochylony, z przodu przednia szyba i dach są wąskie i umieszczone stosunkowo daleko z tyłu. Tylna część zagina się do wewnątrz i pod koniec staje się dość wąska.

Nos „Stratusa” jest bardzo tępy, z przodu Przednia szyba ogromny, dobrze ustawiony pod kątem i umieszczony bezpośrednio nad środkiem samochodu. Tył jest bardzo duży i kwadratowy.

Pod względem oporu oznacza to, że Alfa ma wyraźną przewagę. Jego powierzchnia czołowa jest mniejsza i tył bardziej przypomina samochody Le Mans, o których mówiliśmy wcześniej. Częściowo dlatego na dużych, szybkich torach Alfa będzie najlepszym wyborem.

Porównując te dwa nadwozia pojawiają się jeszcze inne problemy, głównie w obszarze siły docisku.

7.2 Siła docisku

Kolejnym problemem aerodynamicznym jest docisk. Docisk to świetny wynalazek, pozwala uzyskać większą przyczepność kół bez obciążania samochodu. Innymi słowy: możesz szybciej pokonywać zakręty. Jedyną wadą jest to, że większy docisk oznacza również większy opór.

7.2.1 Generowanie docisku

Istnieją dwa sposoby wyjaśnienia siły docisku, jeden prosty i jeden złożony.

Wypróbujmy najpierw prostą metodę. Spojlery, błotniki, pochylony przód – to wszystko „wypycha” powietrze do góry. Powietrze jest wypychane do góry, samochód jest spychany w dół. Akcja równa się reakcji. Im większa i bardziej nachylona powierzchnia, tym większy jest generowany docisk.

Przejdźmy teraz do złożonego wyjaśnienia.

Sposób działania prawdziwych, ukształtowanych skrzydeł jest zasadniczo taki sam jak zwykłych skrzydeł, ale jest odwrócony. Skrzydło samolotu wytwarza siłę nośną, skrzydło samochodu wytwarza ujemną siłę nośną, co jest po prostu fantazyjnym określeniem siły docisku. To uniesienie (lub uniesienie ujemne) jest spowodowane różnicą ciśnień po obu stronach skrzydła. Jak wyjaśniono wcześniej, ciśnienie razy pole równa się sile. Zatem większa różnica ciśnień lub większe skrzydło to sposoby na zwiększenie siły docisku.

Ale w jaki sposób powstaje różnica ciśnień? Jeśli przyjrzysz się uważnie zdjęciom, zobaczysz, że górna część skrzydła jest stosunkowo prosta, podczas gdy dolna część jest zakrzywiona. Oznacza to, że powietrze przepływające nad skrzydłem przemieszcza się po stosunkowo prostej, ale krótkiej drodze. Powietrze pod skrzydłem musi podążać za krzywizną i dlatego pokonuje większą odległość. Istnieje prawo Bernoulliego, które stanowi, że całkowita ilość energii w danej objętości cieczy musi pozostać stała (chyba że ją podgrzejesz lub poddasz zamkniętą objętość działaniu jakiejś formy Praca mechaniczna). Jeśli założymy, że powietrze nie porusza się zbytnio w górę i w dół, sprowadza się to do tego: jeśli powietrze (lub płyn) przyspiesza, jego ciśnienie spada. Z energetycznego punktu widzenia ma to sens: jeśli do utrzymania prędkości cząstek potrzeba więcej energii, wówczas mniej energii jest dostępnej do wykonania pracy polegającej na wywieraniu nacisku na powierzchnię.

W skrócie: wadą jest to, że powietrze musi pokonać większą odległość w tym samym czasie, co oznacza, że ​​musi przyspieszyć, co oznacza spadek jego ciśnienia. Większy nacisk na górną stronę skrzydła i mniejszy na dolną stronę skutkuje siłą netto skierowaną w dół. To jest docisk.

Jeśli więc chcesz wiedzieć, że jakieś nadwozie wytwarza siłę docisku, poszukaj czegoś zakrzywionego lub w kształcie skrzydła (odwrotnie).

7.2.2 Środek ciśnienia (C.P.)

Ale jest to o wiele bardziej złożone niż tylko wysoki i niski docisk. Istnieje tak zwany ośrodek ciśnienia. Podobnie jak rozkład masy, istnieje również rozkład siły docisku. Lub rozkład ciśnienia, w zależności od tego, co jest dla Ciebie bardziej zrozumiałe.

Zacznijmy od środka ciśnienia i środka ciężkości (lub środka masy).

Środek ciężkości to wyimaginowany punkt, w którym może skoncentrować się cała masa pojazdu. Tak więc, jeśli dodasz masy wszystkich elementów samochodu i ich położenie, otrzymasz środek ciężkości, czyli CG. Zaletą jest to, że można teraz udawać, że zamiast grawitacji działającej na każdą część samochodu, istnieje tylko jedna siła grawitacji równa ciężarowi samochodu działającemu na środek ciężkości.

To samo dotyczy środka nacisku. Zamiast wywierać ciśnienie powietrza na całe nadwozie samochodu, można je dodać i otrzymać pojedynczą siłę aerodynamiczną działającą na środek ciśnienia. Zazwyczaj siła ta będzie działać w dół (siła docisku) i do tyłu (opór).

Można zatem zbudować komputerową symulację nadwozia samochodu, umieścić ją w jakimś symulatorze aerodynamicznym i określić środek nacisku samochodu. Albo to, albo po prostu spójrz krytycznie na swój samochód, próbując określić, gdzie znajduje się środek ciśnienia (CP) w stosunku do środka ciężkości i pracuj na tej podstawie.

Myślę, że tutaj potrzebny jest przykład. Przykład numer jeden: lotka do badmintona. Około 95% masy lotki znajduje się w kopulastej korkowej końcówce. Dlatego oczywiste jest, że środek ciężkości znajduje się blisko góry.

Jednak z aerodynamicznego punktu widzenia, jeśli pomyślisz o tym, gdzie generowane jest ciśnienie, będzie to głównie tył, gdzie znajdują się wsporniki siodełka. Tworzą dużą powierzchnię i wypychają powietrze na boki, gdy lotka leci w powietrzu. Dlatego środek nacisku (CP) znajduje się gdzieś w pobliżu piór, stosunkowo daleko z tyłu.

Teraz, gdy uderzysz rakietą w lotkę, niemal natychmiast przewróci się ona na drugą stronę i poleci jako pierwsza. Dlaczego to się dzieje?

Najpierw musisz zrozumieć ten mały fragment podstawowej fizyki:
Poniższy diagram powinien wyjaśnić, w jaki sposób dwie równe, ale przeciwne siły, które nie działają na tej samej linii, są równoważne momentowi obrotowemu.

W naszym przypadku oznacza to, że dopóki środek ciężkości nie znajduje się bezpośrednio przed środkiem ciśnienia (CP), moment obrotowy będzie próbował to skorygować. Im większe te dwie siły lub im większa odległość między środkiem ciśnienia (CP) a środkiem ciężkości, tym większy moment obrotowy.

Przyłożona do lotki siła rakiety działa w środku ciężkości, od ciebie, a siła aerodynamiczna, w tym przypadku czysty opór, działa w środku ciśnienia (CP) w twoją stronę. Jeśli środek ciężkości nie znajduje się bezpośrednio przed środkiem ciśnienia (CP), pojawi się moment obrotowy, aby to skorygować. Pozycja środka ciężkości przed środkiem nacisku jest najbardziej stabilną i naturalną pozycją.

Na zdjęciu zakłada się, że lotka porusza się w kierunku lewej strony ekranu.

To samo dzieje się z dartem. Jego masa jest skoncentrowana wokół spiczastej końcówki, tak że środek ciężkości ponownie znajduje się z przodu. A środek nacisku znajduje się bardziej z tyłu, w pobliżu zamiatanych ostrzy. Ponownie, jeśli nie masz żadnego doświadczenia w grze w rzutki pod wpływem alkoholu i rzucisz strzałkę na bok, skoryguje się ona i wyleci jako pierwsza.

Nie powinno Cię to dziwić, kiedy piszę: to samo dzieje się z samochodem. Środek ciśnienia samochodu (CP) znajduje się za (a jak sądzę, zwykle powyżej) środkiem ciężkości. Chociaż nie tak ekstremalnie jak w przykładach z rzutkami i lotką. Ale mimo to efekt jest taki sam.

Im dalej znajduje się środek nacisku (CP), tym większy będzie moment korygujący podczas chodzenia na boki. Innymi słowy: jeśli środek nacisku (CP) znajduje się dalej do tyłu niż środek ciężkości, samochód będzie bardzo stabilny i nie będzie łatwo zmieniać kierunku ani zjeżdżać na boki.

Jak zatem zmienić położenie środka nacisku (CP)? Głównie poprzez poruszanie skrzydłem. Przesuń skrzydło do tyłu, a środek nacisku (CP) przesunie się wraz z nim do tyłu. Przesuń skrzydło do przodu, a środek nacisku przesunie się do przodu. Dość istotna jest tutaj także przednia szyba, jej rozmiar i położenie. Posiadanie dużej przedniej szyby z przodu samochodu oznacza, że ​​środek nacisku przesuwa się również do przodu samochodu.

Przykład z życia wzięty: Powodzenia w próbie skrócenia Dodge'a Vipera z dużą prędkością.

Obawiam się, że można powiedzieć więcej na temat środka nacisku. Ważna jest także jego wysokość. A o tym często się zapomina.

Jeśli spojrzysz z boku i okaże się, że środek ciśnienia (CP) jest wyższy niż środek ciężkości lub odwrotnie, to występuje moment obrotowy, ponieważ opór działa w środku ciśnienia (CP), a siła poruszająca samochód działa w CG. Ten moment obrotowy wytwarza dodatkowe ciśnienie na tylnych kołach i nieznacznie je zmniejsza na przednich.

W tym momencie dosłownie próbujemy przewrócić samochód do tyłu, podobnie jak czasami robią to mechaniczne zabawki dla psów.

Oznacza to, że montując skrzydło „wyżej” zyskujesz więcej tylne sprzęgło i mniej sterowania.

Znowu przykład z życia wzięty: wyczynowe dragstery. Nie sądzę, że są w stanie wznieść skrzydła wyżej bez przewrócenia się. Powodem numer 1 jest to, że potrzebują przyczepności tylko dla tylnych kół, przednie nie są tak ważne, ponieważ dragstery są zaprojektowane tak, aby jechały po linii prostej. Powód numer 2 jest taki, że im są one wyższe, tym „czystsze” jest powietrze, czystsze w sensie braku turbulencji.

7.2.3 Rozkład ciśnienia

Przejdźmy teraz do rozkładu ciśnienia. Przypomina to rozkład ciężaru i moment bezwładności obrotowej.

Zasadniczo, jeśli ciężar jest skoncentrowany w pobliżu środka samochodu, obrotowy moment bezwładności będzie bardzo niski, a samochód może bardzo szybko zmieniać kierunek, przechylać się i odchylać bez większego wysiłku. Jeśli ciężar zostanie rozłożony na wszystkie strony, moment bezwładności obrotowej będzie duży, a samochód będzie zbyt stabilny i niechętny do zmiany kierunku.

Rozkład ciśnienia działa w bardzo podobny sposób. Samochód z jednym dużym skrzydłem pośrodku szybko i łatwo zmieni kierunek. Samochód z dużym skrzydłem z przodu i jeszcze większym skrzydłem z tyłu będzie bardzo stabilny duże prędkości, a zawracanie będzie bardzo trudne.

Przykład z życia wzięty: miniatura samochody wyścigowe w porównaniu z omawianymi wcześniej samochodami Le Mans. Myślę, że zdjęcia mówią same za siebie.

Myślę, że największa różnica pomiędzy nadwoziami Alfy i Stratusa polega na rozkładzie ciśnienia.

Jak wspomniano wcześniej, Stratus ma ogromną, dobrze pochyloną przednią szybę. A to pochylenie zaczyna się jeszcze wcześniej, od maski. Dlatego większość ciśnienia koncentruje się w pobliżu środka samochodu. Z przodu siła docisku jest dość słaba ze względu na stępiony przód. Tylne skrzydło nie jest wystarczająco skuteczne, ponieważ przednia szyba i dach są tak szerokie, że skrzydło nie dostaje się w „czysty” strumień powietrza.

Alfa natomiast ma zupełnie odwrotny rozkład ciśnienia. Jego dach jest bardzo mały i wąski. Ale przód jest mocno nachylony i to samo dzieje się z przodem maski. Dlatego z przodu jest dość duży docisk. A ponieważ dach jest bardzo wąski, tylne skrzydło jest wystawione na przepływ „czystego” powietrza, dzięki czemu dość skutecznie wytwarza siłę docisku. Dlatego Alfa zapewnia większy docisk z przodu i na bagażniku, a nie za duży w środku.

Różnice w zarządzaniu są dość dramatyczne. Alfa ma początkowo dużą podsterowność ze względu na pochyloną przednią chłodnicę, ale z drugiej strony jest dość stabilna w tym sensie, że nie jest łatwo skręcać ostro i szybko. Przy dużych prędkościach zachowuje się bardzo dobrze, gdyż docisk działa na całe nadwozie. Wszystko to sprawia, że ​​doskonale nadaje się na duże, wolne i szybkie tory.

Ciało „Stratusa” jest moim skromnym zdaniem jednym z najlepiej zrealizowanych. Zawsze sprawia wrażenie bezpośredniego i zrównoważonego. Ponieważ większość siły docisku jest skupiona, jest bardzo zwinny i bardzo stabilny. Podczas pokonywania zakrętów siła docisku pozostaje bardzo stała. Myślę, że jest to spowodowane tępą sylwetką. Jeśli więc tor jest mały, ciasny lub ma dużo zakrętów, kadłub Stratus będzie Twoim wyborem.

Kolejną rzeczą, która jest w dużej mierze niedoceniana, jest znaczenie osłon bocznych na skrzydłach. Osobiście uważam, że przepisy są w tej kwestii nieco surowe.

Ograniczniki zapobiegają „wypływowi” powietrza z boku skrzydła. Jest to szczególnie ważne przy dużych prędkościach, kiedy nacisk na powierzchnię skrzydła ogromnie wzrasta. Większe ograniczniki sprawiają, że skrzydło jest znacznie wydajniejsze.

Ale to nie wszystko, działają też jak ostrza w darcie, jeśli musisz skręcić w bok (czego nie powinieneś, ale zawsze możesz zwalić winę na tego, kto się z tobą zderzy), mają dużą powierzchnię czołową, tworząc duży opór w kierunek boczny i skutecznie zatrzymać obrót.

Dlatego warto zadbać o to, aby zderzaki tylnego skrzydła były jak największe, bez łamania zasad.

7.2.4 Efekt podłoża

Jest jedna rzecz, o której nie wspomniałem w całym artykule, ponieważ, jak sądzę, łamie to zasady we wszystkich kategoriach wyścigów samochodów RC. To jest efekt wpływu ziemi.

Efekt naziemny może zapewnić docisk skuteczniej niż skrzydła lub spojlery, ponieważ można uzyskać pewne efekty specjalne blisko ziemi (lub wody). Czy ktoś pamięta rosyjski ekranoplan?

OK, to był strzał w dziesiątkę. Czy ktoś pamięta erę efektu gruntowego w wyścigach Formuły 1?

To było wspaniałe, dlatego ostatecznie działanie ziemi zostało ściśle ograniczone, przy użyciu drewnianych płyt, minimalna wysokość i inne rzeczy.

Ale mimo to: efekt naziemny jest skuteczniejszy niż skrzydła i spoilery. Może wytworzyć większy docisk (lub uniesienie, w przypadku ekranoplanu) przy tej samej wielkości oporu.

7.2.4.1 Dyfuzor

Jest jednak sposób na obejście zasad: jeśli odetniesz tylną część nadwozia bezpośrednio pod zderzakiem i zostawisz „osłony” tuż za sobą tylne koła, spowoduje to powstanie pewnego rodzaju efektu podłoża. Tylny zderzak musi być nienaruszony, takie są zasady. Ponieważ z tyłu jest duża szczelina, powietrze będzie zasysane, gdy samochód jedzie z dużą prędkością. Trzeba skądś wyssać powietrze z organizmu. Jeśli nie ma dziur w ciele i nadkola dobry kształt i gęstość, powietrze będzie musiało zostać odessane od dołu. Innymi słowy, Twój samochód będzie trzymał się toru. To bardzo fajny efekt, polecam spróbować.

Zwróć uwagę, że tarcze są również lekko wygięte na zewnątrz. Spełnia to 2 funkcje. Po pierwsze, wzmacnia osłony i zapobiega ich wyginaniu się do wewnątrz i dotykaniu kół przy dużych prędkościach. Po drugie: tworzy efekt dyfuzora.

Domyślam się, że teraz zastanawiasz się, czym jest dyfuzor i do czego służy. Jeżeli tak nie jest, przejdź na inną stronę.

Dyfuzor to urządzenie przypominające tunel, wbudowane w spód samochodu. Staje się szerszy lub wyższy w kierunku tyłu samochodu.

Zasada działania dyfuzora polega na tym, że powietrze przepływające pod samochodem jest „rozciągane” podczas jego przepływu. Dlatego im dalej powietrze przemieszcza się w kierunku tyłu samochodu, tym niższe staje się jego ciśnienie. To niskie ciśnienie dosłownie wciąga samochód do asfaltu.

Kolejnym fajnym efektem jest to, że powietrze opuszczające dyfuzor dobrze „wypełnia próżnię” pod tylnym skrzydłem, dzięki czemu skrzydło jest bardziej wydajne.

Jak więc możemy zastosować tę wiedzę w modelach naszych samochodów? Bardzo proste, sprawiają, że całe ciało wygląda jak jeden duży dyfuzor.

Widzisz podobieństwa?

Inną opcją jest wycięcie całej powierzchni pod tylnym zderzakiem, pod nadwozie gąsienicowe.

Ale osobiście wolę, aby boki ciała były zakrzywione na zewnątrz z tyłu. Podobny do poniższego obrazu:

Oglądane z góry nadwozie ma teraz kształt trapezu, z szerokim bokiem z tyłu. Obudowy wąskie z przodu i szerokie z tyłu nie wymagają zakrzywiania boków.

Co więcej, ta mała sztuczka ma dodatkową zaletę duże prędkości nadwozie jest nieco bardziej odporne na zassanie pod pojazd zanieczyszczeń, które mogłyby zderzyć się z elementami podwozia lub kołami.

7.2.4.2 Dzielnik

Jest jeszcze jedno ciekawe urządzenie, które pozwala wytworzyć docisk z przodu samochodu - jest to splitter. Splitter wytwarza siłę docisku z przodu samochodu, powodując różnicę ciśnień.

Aby zrozumieć, w jaki sposób splitter wytwarza siłę docisku, potrzebujesz trochę wiedzy na temat mechaniki płynów. Powinieneś przynajmniej zdawać sobie sprawę z różnicy pomiędzy ciśnieniem statycznym i dynamicznym. Przydatna jest także wiedza na temat związku ciśnienia dynamicznego z natężeniem przepływu. Zależność tę podaje słynne równanie Bernoulliego. Zasadniczym punktem, który zostanie wyciągnięty z równania Bernoulliego, jest to, że ciśnienie w strumieniu powietrza jest powiązane z prędkością, z jaką porusza się strumień powietrza. Wraz ze wzrostem prędkości przepływu powietrza ciśnienie dynamiczne w powietrzu maleje. W przypadku samochodu przydatne będzie założenie, że samochód jest nieruchomy, a przepływ powietrza porusza się w jego stronę. Zbliżające się powietrze dociera do samochodu z prędkością V 1, która jest prędkością samochodu, i pod ciśnieniem P 1, które jest powiązane z V 1 zgodnie z równaniem Bernoulliego. P 1 będzie nieco niższe niż ciśnienie atmosferyczne.

Zdjęcie pokazuje, że gdy napływające powietrze dotrze do przodu samochodu, musi się zatrzymać przed zawróceniem w górę lub w dół i pod samochodem lub wokół samochodu. Region, w którym zatrzymuje się napływający strumień powietrza, nazywany jest „obszarem stagnacji”. Wraz ze spadkiem prędkości wzrasta ciśnienie (ciśnienie stagnacyjne). Zatem przód jadącego samochodu jest obszarem stosunkowo wysokie ciśnienie. Większość ludzi jest już tego świadoma.

Jedną z właściwości ciśnienia jest to, że działa ono we wszystkich kierunkach. Zatem stosunkowo duże ciśnienie stagnacyjne z przodu poruszającego się pojazdu wypycha go do tyłu (tworzy opór). Teraz, jeśli przymocujemy splitter od dołu do podstawy spoilera, wówczas ciśnienie stagnacyjne będzie naciskać również na górną powierzchnię splittera. Ale jakie jest ciśnienie na spodniej stronie rozdzielacza? Jeśli będzie ono takie samo jak ciśnienie na górze rozdzielacza, to na rozdzielacz nie będzie działać żadna siła. Przeanalizujmy ciśnienie spod rozdzielacza.

Ponieważ rozdzielacz znajduje się blisko powierzchni drogi, stwarza ograniczenie przepływu powietrza pod nim (mini Venturi, jeśli wolisz). Tak jak woda w rzece przyspiesza, gdy kanał się zwęża, tak powietrze gromadzące się przed spojlerem musi przyspieszyć, jeśli chce przecisnąć się pod rozdzielaczem. A jak wiemy z równania Bernoulliego, gdy przepływ powietrza przyspiesza, jego ciśnienie maleje. Zatem obszar między dzielnikiem a nawierzchnia drogi jest obszar niskie ciśnienie. Podsumowując - na górze rozdzielacza panuje wysokie ciśnienie, a na dole rozdzielacza niskie ciśnienie. Prowadzi to do wytworzenia siły docisku na rozdzielaczu. A ta siła docisku jest wprost proporcjonalna do powierzchni rozdzielacza. Zatem im większy rozdzielacz, tym większą siłę docisku może wytworzyć.

Poniżej zdjęcia przykładów realizacji przegrody. Zwróć uwagę na ogromny rozmiar przegrody na lewym zdjęciu. I dalej Samochód Forda W Mondeo BTCC wyraźnie widać bardzo wąski profil Venturiego pod splitterem. Przyspiesza to przepływ powietrza i zmniejsza lokalne ciśnienie.

Niektórzy projektanci samochodów sportowych kładą duży nacisk na zastosowanie przedniego spojlera Venturi.

7.2.4.3 Wykorzystanie efektu Venturiego

Jeśli sprawdzimy spoiler w DTM/ITC Mercedes-Benz 1996 pokazany powyżej, zauważymy, że nie ma on żadnego dzielnika. W rzeczywistości jest to przeciwieństwo dzielnika. Dolna część spojlera wygina się z powrotem w stronę pojazdu, zamiast wystawać do przodu, w obszar stagnacji. Projektanci starali się wymusić przepływ powietrza pod wysokim ciśnieniem przed spojlerem pod samochodem. W ten sposób mogli zmaksymalizować efekt Venturiego pod przodem samochodu. Zasadniczo obszar przedniego spojlera samochodu tworzy „mini tunel z efektem podłoża”. W obszarze „zwężenia Venturiego” przepływ powietrza przyspiesza, a co za tym idzie, spada lokalne ciśnienie. To tworzy siłę docisku. Im dłuższy obszar stożka, tym większy docisk można wygenerować. Poniższy rysunek przedstawia uproszczony schemat przepływu powietrza nad i pod samochodem wyposażonym w spojler Venturiego.

Istnieje wiele możliwych modyfikacji koncepcji rozdzielacza/spojlera Venturiego. Niektóre samochody sportowe używaj tylko rozdzielacza lub tylko spoilera Venturiego. Inni programiści próbowali połączyć te dwa elementy, próbując zmaksymalizować przedni docisk w granicach współczesnych przepisów (które zazwyczaj wymagają płaskiego podwozia od przedniej do tylnej osi). Poniżej znajdują się dwa przykłady zastosowania połączonych konstrukcji rozdzielacza/zwężki Venturiego. Proszę zapłacić Specjalna uwagaże Volvo S-40 ma przedni splitter umieszczony u góry, nad wejściem do Venturiego.

Teraz czas porozmawiać o czymś, o czym nie mówiłem: opór i siła docisku są proporcjonalne do kwadratu prędkości. Można to poczuć: przy niskich prędkościach, na przykład podczas pokonywania ciasnych zakrętów, liczy się wyłącznie czysto mechaniczna równowaga samochodu. Ale gdy nabierzesz prędkości, w grę wchodzą efekty aerodynamiczne. Od pewnego momentu stają się nawet dominujące. Zwykle jeżdżę samochodem po okolicy maksymalna prędkość jest kwestią czysto aerodynamicznej równowagi. Pamiętaj to. Jeśli na przykład Twój samochód jest podsterowny na kilku zakrętach, ale poza tym radzi sobie dobrze, nie próbuj zwiększać przedniego docisku: będzie on całkowicie bezużyteczny na zakrętach i zaburzy równowagę samochodu na pozostałej części toru.

7.2.5 Przeciągnięcie przepływu

„Zatrzymanie przepływu” jest oczywiste, występuje, gdy „przepływ” jest „oddzielony” od powierzchni. W rzeczywistości przeciągnięcie przepływu oznacza początek przepływu turbulentnego. Przy małych prędkościach płyny przepływają laminarnie: prosto, bez turbulencji, bez mieszania się warstw. Z energetycznego punktu widzenia jest to bardzo korzystne, ponieważ przepływ laminarny wymaga bardzo małej ilości energii.

Po przekroczeniu określonej prędkości krytycznej (lub spadku gęstości lub lepkości płynu, ale w przypadku samochodów sterowanych radiowo nie ma to miejsca) w tzw. warstwie granicznej zaczynają pojawiać się małe wiry. I dość szybko przepływ staje się całkowicie turbulentny, co wymaga znacznie więcej energii.

W przypadku skrzydła przeciągnięcie następuje, gdy prędkość powietrza lub kąt natarcia jest zbyt duża.

Powiedzmy, że potrzebujesz całego docisku, jaki możesz uzyskać, więc ustawiasz skrzydło pod dużym kątem (nazywa się to „kątem natarcia”).

Co to oznacza: skrzydło straciło swoją skuteczność aerodynamiczną. Obszar pod tylną krawędzią skrzydła, który powinien być obszarem niskiego ciśnienia, jest teraz wypełniony małymi wirami.

Po prostu można przesadzić. Każde skrzydło może zapewnić tylko określoną siłę docisku, a jeśli ustawisz je pod zbyt dużym kątem natarcia lub będzie musiało pracować ze zbyt dużymi prędkościami, skrzydło stanie się wyjątkowo nieskuteczne. Potrzebujesz dużego skrzydła (duża powierzchnia).

7.2.6 Tarcze Gurneya (GurneyKlapy)

Klapa Gurneya to niewielka listwa montowana prostopadle do tylnej krawędzi skrzydła. Nazywa się ją także wikliną lub wargą Gurneya. Został nazwany na cześć Dana Gurneya. Jeśli chcesz przeczytać jego historię, odwiedź stronę: http://www.allamericanracers.com/gurney_flap.html.

Pierwszą rzeczą, która się wydarzy, będzie wzrost oporu. Naturalnie umieściliśmy właśnie barierę dla przepływającego sprężonego powietrza wysoka prędkość zasadniczo nie jest to zbyt mądry pomysł.

Ale bardzo interesującym efektem ubocznym tarczy Gurneya jest to, że stworzyliśmy obszar bardzo niskiego ciśnienia. Jest to prawie taki sam efekt, jak „próżnia zwrotna”, o której mówiliśmy w części poświęconej oporowi.

Bardzo niskie ciśnienie na krawędzi spływu zmniejsza przeciągnięcie na spodniej stronie skrzydła, ponieważ niskie ciśnienie „zasysa” powietrze do góry, skutecznie zmuszając je do podążania za konturem skrzydła. Jeśli nie ma przeciągnięcia, utworzony właśnie obszar niskiego ciśnienia będzie również zasysał powietrze przepływające pod krawędzią spływu, co wytworzy trochę dodatkową siłę docisku.

Znaleźliśmy więc skuteczny sposób na walkę z przeciągnięciem przy dużych prędkościach: klapę Gurneya. Jednak nic nie ma za darmo: trzeba ponieść ciężar większego oporu przy prędkościach niższych niż prędkość, przy której nastąpiło przeciągnięcie przed zamontowaniem klapy Gurneya. Jeśli nadal tu jesteś, to chcę tylko powiedzieć, że jest mały problem z oporem.

Staraj się o tym pamiętać, próbując wymyślić, jak zwiększyć wydajność małego skrzydła przy dużych prędkościach.

Wspomniałem już, że jeśli chodzi o rozmiary skrzydeł, zasady są nieco rygorystyczne. Naszym stosunkowo małym skrzydłom przydałaby się niewielka pomoc przy dużych prędkościach, dlatego często stosuje się klapy Gurneya, które zwiększają skuteczność tylnego skrzydła przy dużych prędkościach.

Powodem, dla którego realistyczne skrzydła nie działają w modelach samochodów, jest to, że ciecze nie skalują się: można zmniejszyć samochód, statek i samolot, ale nie można zmniejszyć skali wody i powietrza.

Wydaje się, że w modelach samochodów nigdy nie stosuje się profili aerodynamicznych skrzydeł, podczas gdy pełnowymiarowe samochody i samoloty tak robią. Dlaczego to się dzieje?

Powód jest dość prosty: samochody są za małe i jeżdżą za szybko.

Powietrze jest cieczą, a ciecze zawsze w pewnym stopniu poruszają się powoli. Nazywa się to bezwładnością. Powietrze nie jest cieczą bardzo gęstą, dlatego nie stanowi dla niego dużego problemu przemieszczanie się o kilka centymetrów w górę lub w dół, przepływając wzdłuż skrzydła pełnowymiarowego samolotu, które notabene ma kilka metrów szerokości. Nawet przy prędkości kilkuset kilometrów na godzinę.

Płaty mają maksymalny kąt natarcia 17 stopni. Przy większych kątach natarcia następuje zatrzymanie przepływu, jak wyjaśniono wcześniej. Ponadto około 80% wytwarzanej przez nie siły docisku pochodzi z niskiego ciśnienia panującego pod spodem. Tylko 20% zapewnia zwiększone ciśnienie z góry. Oznacza to, że skrzydło musi być zamontowane wysoko, aby powietrze mogło swobodnie przepływać pod nim. Do prawidłowego funkcjonowania potrzebują również bardzo, bardzo czystego i równego powietrza. Wszelkie turbulencje spowodują zatrzymanie przepływu.

Oczywiście nie ograniczy to nas do modeli samochodów. Kąt natarcia wynoszący 17 stopni nie wystarczy, aby zapewnić niezbędny docisk skrzydłu łuskowemu. Powietrze nie tworzy kamienia, jak pamiętasz?

W większości przypadków instalowanie skrzydła wysoko, daleko od korpusu, w czystym powietrzu, nie jest dozwolone przez przepisy. Poza tym nie jest to dobry pomysł, jeśli planujesz czasami spowodować wypadek.

Jeśli więc chcesz zrobić opcjonalne skrzydło o realistycznym wyglądzie przypominającym samochód torowy, powinno to być coś w rodzaju czerpaka. Po prostu wznieś powietrze do góry, użyj dużego kąta natarcia, jeśli chcesz i nie przejmuj się tym, co dzieje się na spodniej stronie skrzydła. Jeśli po prostu wypychasz powietrze w górę, nie musisz się martwić, że przepływy powyżej i poniżej skrzydła połączą się ze sobą.

Oczywiście nie będzie tak skuteczny jak płat, ale przynajmniej zapewni jakiś docisk.

Dodatkową korzyścią jest to, że zakrzywione skrzydełka płytowe pozostają mniej lub bardziej skuteczne w brudnym, turbulentnym powietrzu: niezależnie od tego, jakiego rodzaju powietrze, laminarne czy turbulentne, wymiotujesz, powietrze jest powietrzem. Nie są one jednak całkowicie niewrażliwe; czyste powietrze jest zawsze lepsze.

7.3 Materiał praktyczny

Dobre nadwozie ma nadkola, które nie są większe niż to konieczne. Ale powinieneś także spróbować ustawić ciało jak najniżej, nie dotykając ziemi. Każdy kontakt z podłożem pochłania ogromną przyczepność, dlatego należy go za wszelką cenę unikać.

Podczas montażu obudowy należy zwrócić szczególną uwagę na wywiercenie otworów montażowych, upewniając się, że obudowa nie zakłóca równowagi osiowej. Otwory muszą bardzo dokładnie odpowiadać słupkom wsporczym obudowy. Nadwozie, które nie jest w równowadze, przesunie środek ciężkości w jedną stronę, powodując przechylenie samochodu na jedną stronę.

I jak potężne dragstery, tylne skrzydło będzie skuteczniejsze, jeśli zostanie zamontowane wyżej, gdzie powietrze jest wolne od turbulencji. Ale zasady zwykle implikują pewne ograniczenia dotyczące wysokości skrzydła. W przypadku wagonów torowych skrzydło nie może znajdować się powyżej poziomu dachu.

Mam nadzieję, że po przeczytaniu tego jasno zrozumiesz, jak działa aerodynamika samochodu. Mam też nadzieję, że od czasu do czasu przyjrzycie się Państwo bliżej budowie swojego samochodu i zastanowicie się, co można by poprawić lub poprawić.

W Formule 1 decydujący wpływ na wynik ma wydajność aerodynamiczna, ale wygenerowane maszynowo Siła docisku zależy od kilku czynników. O nich, a także o nadchodzących zmianach w regulaminie, na łamach brytyjskiego dziennika F1 Racing wypowiadał się szef działu technicznego Williamsa, Pat Symonds…

Kiedy inżynierowie mówią o docisku lub oporze, starają się wykluczyć wpływ warunków zewnętrznych. Siła docisku przy prędkościach powyżej 300 km/h będzie się różnić w ciepły dzień, gdy gęstość powietrza jest niska, i w zimny dzień, gdy gęstość powietrza jest znacznie wyższa. Piloci samolotów o tym wiedzą i dostosowują prędkość startu z pasa startowego, ponieważ siła nośna skrzydła zmienia się w zależności od temperatury i ciśnienia powietrza.

Aby wyeliminować niepewność, inżynierowie wyrażają siłę docisku za pomocą tak zwanego „współczynnika siły nośnej”. W przypadku docisku – gdy skrzydło jest skierowane w dół – przyjmuje on wartość ujemną. Współczynnik ten, pomnożony przez gęstość powietrza, kwadrat prędkości i powierzchnię umowną, pozwala obliczyć wartość siły docisku. Powierzchnia konwencjonalna z reguły odnosi się do przedniej powierzchni przekroju pojazdu, wiele zespołów uważa ją za równą 1,5 m2, ale nie ma ścisłych ograniczeń, więc obliczenie współczynnika siły nośnej może się różnić w różnych przypadkach.

Załóżmy, że samochód ma współczynnik siły nośnej -3,5. Pracując w tunelu aerodynamicznym, możesz ulepszyć go o setne. Dla wygody aerodynamiki określają wartość 0,01 jako punkt. Zatem wraz ze wzrostem siły docisku o jeden punkt wartość współczynnika zmieni się z -3,5 na -3,51. Ale osiągnięcie nawet takiego efektu jest tak trudne, że zwykle mówimy o tysięcznych, a każdy taki ułamek nazywa się jednostką.

Efekt poprawy o jeden punkt może się różnić w zależności od toru, ale wzrost o 3 punkty może spowodować utratę około jednej dziesiątej na okrążeniu. Biorąc pod uwagę gęstość wyników, może to być czynnikiem decydującym.

Siła docisku wytwarzana przez maszynę zależy od jej wielkości prześwit, kąt ustawienia kół, siła przepływu spaliny i inne czynniki. Aby ocenić wzajemne oddziaływanie, inżynierowie przedstawiają je na specjalnym wykresie, na którym wzdłuż osi rozmieszczone są np. wartości prześwitu na przedniej i tylnej osi, a punkty pokazują poziom docisku.

Kształt wykresu jest równie ważny w pracy nad prędkością, jak opisane współczynniki; aerodynamiki starają się sprowadzić go do możliwie gładkiej linii - pozwala to tak skonfigurować samochód, aby przy określonej prędkości i prześwicie zapewnia wstępnie obliczoną wartość siły docisku. Jeśli kształt wykresu odbiega od ideału, dobór ustawień jest niezwykle trudny, podobnie jak prowadzenie samochodu po torze.

W 2014 roku parametry aerodynamicznego zestawu nadwozia ulegną znacznej zmianie. W szczególności szerokość przedniego błotnika zostanie zmniejszona z 1800 do 1650 mm, a inżynierowie będą musieli umieścić stożek przedni niżej, aby zapewnić większe bezpieczeństwo w razie wypadku.

Elementy aerodynamiczne samochodu muszą działać jako jedna całość, ale kluczowe pozostaje przednie skrzydło. Kiedy w 2009 roku zwiększono szerokość skrzydła, inżynierowie spędzili dużo czasu na optymalizacji przepływu powietrza. W rezultacie na skrzydle pojawiły się płyty końcowe o skomplikowanym kształcie. Teraz krawędzie skrzydła zostaną przesunięte do środka samochodu, w przeciwnym razie będzie na nie wpływał obrót przednich kół - optymalizację trzeba będzie zacząć od nowa.

Z tyłu samochodu widać teraz małe skrzydełko, które zapewnia połączenie pomiędzy strumieniem powietrza przechodzącym nad samochodem a strumieniem kierowanym z dyfuzora. W 2014 roku tego elementu nie będzie, a ogólna wydajność aerodynamiczna znacznie spadnie.

Zmieni się także umiejscowienie wydechu: jedyny króciec wydechowy zostanie umieszczony nad skrzynią biegów i nie będzie w stanie zapewnić tak znaczącego efektu, jaki daje obecnie układ wydechowy. Jeśli weźmiemy pod uwagę, że górna płaszczyzna tylnego skrzydła również straci swoją powierzchnię, poziom docisku zmniejszy się zarówno z przodu, jak i z tyłu.

Trudno powiedzieć, do jakiego spadku prędkości to doprowadzi. Kiedy po raz pierwszy przetestowano nową specyfikację aerodynamiczną w tunelu aerodynamicznym, okazało się, że jest ona o 30% mniej skuteczna – i to bez system wydechowy, co jest teraz bardzo pomocne. Od tego czasu inżynierowie poczynili pewien postęp, ale na początku roku nadal będziemy świadkami znacznego zmniejszenia prędkości.

Powrót do dzisiejszego poziomu wydajności aerodynamicznej w samochodzie na rok 2014 zajmie trochę czasu, ale inżynierowie Formuły 1 są bardzo kreatywni. W 2009 roku zmiany w przepisach miały na celu spowolnienie postępu, jednak niejednoznaczna interpretacja przepisów pozwoliła na wprowadzenie podwójnych dyfuzorów ze znacznie większym skutkiem. Czy taki sam przełom czeka nas w 2014 roku? Poczekaj i zobacz.

Dzięki asymetrycznemu profilowi ​​przepływ nad płaszczyzną skrzydła przepływa szybciej, co zgodnie z prawem Bernoulliego tworzy nad skrzydłem strefę rozrzedzenia i w efekcie siłę nośną.

Dlaczego skrzydło samolotu wytwarza siłę nośną? Wcale nie ze względu na kąt między nim a nadchodzącym strumieniem, jak się wydaje na pierwszy rzut oka - kąt ten może wynosić zero (choć wraz ze wzrostem wzrasta siła nośna). Sekret skrzydła tkwi w jego specjalnym profilu. Okazuje się, że będąc asymetrycznym, odcina napływające powietrze w taki sposób, że górny strumień pokonuje dłuższą drogę niż dolny. Biorąc pod uwagę nieściśliwość powietrza (przy małych prędkościach), oznacza to, że nad skrzydłem prędkość przepływu jest większa, a ciśnienie statyczne odpowiednio mniejsze. Ta różnica ciśnień tworzy siłę nośną.

Co to ma wspólnego z samochodem? I pomimo tego, że charakter otaczającego go powietrza jest prawie taki sam: dolny strumień, nurkując pod dnem, opływa ciało w linii prostej, a górny strumień jest zmuszony przyspieszyć, aby mieć czas na obejdź samochód od góry. Stąd ta sama różnica w ciśnieniu i wzroście. Co prawda jest to w dużej mierze kompensowane przez dynamiczne ciśnienie powietrza na masce i przedniej szybie - wypychając przepływ do góry, samochód zgodnie z zasadą zachowania pędu sam jest dodatkowo dociskany do podłoża. Dzięki temu siła udźwigu jest niewielka – z reguły nawet przy maksymalnej prędkości samochód rozładowuje się o nie więcej niż 100 kg.

Charakter opływu samochodu w dużej mierze powtarza sytuację ze skrzydłem - powietrze z góry jest nadal przyspieszane, a jego ciśnienie spada.

Generalnie wartość tę można pominąć, problem jednak w tym, że rozkłada się ona nierównomiernie wzdłuż osi – jeśli przód auta jak już wspomniano jest dodatkowo obciążony napływającym powietrzem to często kończy się także tylna część nadwozia w obszarze silnej próżni z powodu separacji przepływu. W rezultacie wraz ze wzrostem prędkości równowaga samochodu stopniowo się zmienia: tylna oś jest odciążana, co zwiększa ryzyko wpadnięcia w poślizg. Z tym problemem borykają się głównie producenci samochodów produkowanych masowo, zwłaszcza, że ​​do pewnego momentu zmniejszenie siły nośnej nie zaprzecza zmniejszeniu oporu powietrza.

Przykładowo, chęć ciągłego przepływu powietrza wokół nadwozia zmniejsza nie tylko Cx, ale także siłę nośną, ponieważ w tym przypadku nad samochodem nie powstają lokalne strefy silnie obniżonego ciśnienia. Podobnie wyrównywanie powierzchni dna ma również dwa cele - przepływ powietrza pod samochodem mniej „przywiera” do nierównych powierzchni, jego prędkość wzrasta, a wręcz przeciwnie, ciśnienie spada.

Na stabilność samochodu wpływa także charakter opływu powietrza wokół nadwozia, skierowanego pod pewnym kątem do jego osi wzdłużnej. W tym przypadku powstająca siła oporu przyłożona do środka żagla, który znajduje się w pewnej odległości od powierzchni styku pojazdu z drogą, a jednocześnie jest przesunięty od jego środka masy, powoduje moment obrotowy i przechylenie samochodu. Piękno tego zjawiska można poczuć na przykład w Tavrii jadąc z dużą prędkością, gdy w pobliżu przejeżdża „ciężarówka”.

Hałas aerodynamiczny powstający podczas ruchu samochodu wskazuje na słabą aerodynamikę lub jej całkowity brak. Powstają one na skutek drgań elementów ciała w przypadku zakłócenia przepływu powietrza z ich powierzchni. Na podstawie obecności lub braku hałasu przy dużych prędkościach można określić stopień rozwoju konstrukcji samochodu w sensie aerodynamicznym.

Jak rozumiesz, nie da się obliczyć tak ogromnej liczby parametrów aerodynamicznych samochodu. Dlatego projektanci tworzą go i udoskonalają poprzez liczne testy przedmuchu w tunelach aerodynamicznych, zarówno modeli samochodów, jak i pełnowymiarowych próbek.

Ku zaskoczeniu wielu miłośników motoryzacji i fanów tuningu, skrzydło i spojler to urządzenia o różnym przeznaczeniu. Wybierzmy się na krótką wycieczkę do świata aerodynamiki samochodu, aby zrozumieć rolę spojlera i tylnego skrzydła.

Z teorii aerodynamiki

Skrzydło, jak sama nazwa wskazuje, jest przeciwieństwem skrzydła. Główna zasada pracą skrzydła jest tworzenie siły nośnej. Różnicę ciśnień pomiędzy dolną i górną płaszczyzną profilowanego korpusu opisał Bernoulli. To profilowany kształt skrzydła, w którym górna płaszczyzna ma dużą powierzchnię, wykorzystywany jest w lotnictwie do tworzenia siły nośnej. W przypadku skrzydła zachodzi ten sam proces fizyczny, ale tylko skrzydło jest odwrócone. W ten sposób płaszczyzna, na której zamontowana jest oprawa, otrzymuje dodatkową siłę docisku. To jest główny cel anty-skrzydeł.

Jak działa tylne skrzydło w samochodzie?

Powierzchnia dolnej części skrzydła jest większa niż powierzchnia górnej płaszczyzny, dzięki czemu powietrze nad skrzydłem przepływa szybciej. W dolnej części tworzony jest obszar niskiego ciśnienia, a w górnej części tworzony jest obszar wysokiego ciśnienia. Efekt zwiększa się, umieszczając epokę pod ujemnym kątem natarcia. Aby zapewnić przepływ strumieni powietrza, musi istnieć odległość między dnem a płaszczyzną, na której zamontowane jest skrzydło. Właśnie w ten sposób montaż tylnych i przednich błotników zapewnia samochodowi dodatkowy nacisk na powierzchnię styku koła z drogą. Innymi słowy, siła docisku wzrasta.

Trochę o spoilerze

Ale po co w takim razie spoiler? Termin ten w świat motoryzacji również pochodził z lotnictwa. W skrzydle samolotu zastosowano specjalne wielofunkcyjne spojlery zwane spojlerami. Ich głównym celem jest przeciwstawienie się unoszeniu. Dotyczący spoiler samochodowy, to jest to urządzenie służące do przekierowania strumieni powietrza w celu zmniejszenia oporu aerodynamicznego. Dodatkową, ale nie mniej ważną funkcją tylnego spojlera jest usuwanie spływów błota. Podczas jazdy z dużą prędkością za samochodem tworzą się turbulencje, co prowadzi do zasysania strumieni błota przepływających pod dnem. Dlatego tylny spojler ma za zadanie redukować turbulencje.

Co dziwne, w sportach motorowych spoilery służą do wytworzenia próżni za samochodem. Turbulencje tworzą strefę niskiego ciśnienia w tylnym zderzaku, co zwiększa siłę docisku. Zwiększa się prędkość przepływu powietrza pod podłogą samochodu. W tym przypadku spoiler pomaga całemu nadwoziu pełnić rolę skrzydła (trzeba pamiętać o prawie Bernoulliego).

Główna charakterystyka

Podsumowując trochę, możemy dokonać ogólnego porównania. Skrzydło:

• tworzy siłę zaciskania;
• zwiększa współczynnik oporu.

NA samochody cywilne montowane są tylko spojlery, ponieważ zastosowanie skrzydła prowadzi do wzrostu zużycia paliwa, a w konsekwencji ilości szkodliwe substancje ze spalin. Dlatego biura projektowe pracują nad zmniejszeniem wartości Cx (współczynnika oporu powietrza).

Cuda aerodynamiki

Zapaleni miłośnicy samochodów mogą pamiętać klasyczny element aerodynamiczny stosowany przez Porsche. Tak zwany kaczy ogon, który ma wiele samochodów sportowych z silnikiem z tyłu. Kaczy ogon nie może otrzymać nazwy tylnego skrzydła, ponieważ nie ma odległości między korpusem a dolną krawędzią elementu aerodynamicznego. Ale pomysł Porsche nie może być spoilerem, ponieważ znajduje się na długo przed punktem, w którym przepływ powietrza zostaje zakłócony. I ten aspekt jest jednym z głównych, jeśli mówimy o zdefiniowaniu tylnego spojlera.

Dzięki dużemu kątowi natarcia kaczy ogon znacznie zwiększa siłę docisku tylnej osi. Ale taką właśnie rolę spełnia skrzydło. Ponadto za elementem aerodynamicznym powstaje podciśnienie, które powoduje ślizganie się strumieni powietrza wzdłuż tylnej części samochodu, jednocześnie wychwytując gorące powietrze z komora silnika. W ten sposób inżynierowie rozwiązali dwa ważne problemy.

Wiele nowoczesnych samochodów sportowych ma kontrolowane skrzydło. Może nie tylko zmieniać kąt natarcia, ale także do pewnego momentu być całkowicie integralną częścią ciała. Skrzydło automatycznie wysuwa się po osiągnięciu określonej prędkości i zmienia kąt nachylenia w zależności od siły hamowania i intensywności manewrowania.

Aerodynamika z przodu

Pomimo tego, że większość ludzi myśląc o spoilerze, ma na myśli tylne akcesorium aerodynamiczne, nawet „wargę” można sklasyfikować jako rozdzielacz przepływu powietrza. przedni zderzak. Przedni spojler usuwa część powietrza z powierzchni drogi i kieruje je w stronę karoserii. „Spódnica” pozwala zredukować turbulencje, które nieuchronnie powstają podczas zginania się wokół części zawieszenia, skrzyni biegów i układu wydechowego. Konstruktorzy nowoczesne samochody starają się usprawnić dno, ukrywając elementy pod osłonami aerodynamicznymi.

W sportach motorowych wykorzystuje się nie tylko klasyczne „spódnice”, ale także bardziej rozbudowane spojlery przedniego zderzaka. Tak zwane splittery, których zadaniem jest odcięcie napływającego strumienia powietrza, przepuszczającego je kanały wewnętrzne przewody powietrzne Zasysane powietrze można wykorzystać do chłodzenia silnika, hamulców lub do dyfuzora w tylnym zderzaku.

W próbach czasowych zwiększony opór napływającego powietrza jest kompensowany wzrostem mocy. Głównym celem jest poprawa prowadzenia pojazdu, stabilności i skuteczności hamowania.