Топ-7 худших и лучших машин в мире аэродинамики (41 фото)
Главным показателем аэродинамических свойств автомобиля считается коэффициент лобового сопротивления — Cx. Цифры, которые демонстрируют свежие новинки, еще 10 лет назад казались недостижимыми для обычных, массовых машин.
Мы выбрали лучшие и худшие модели с точки зрения аэродинамики. В нашу подборку вошли только серийные легковые автомобили современности. То есть те, которые выпускаются сейчас либо выпускались в последние 15 лет и до сих пор встречаются на дорогах.
Для тех, кто хочет разобраться в вопросах аэродинамики подробнее, ниже мы приводим небольшой «ликбез», объясняющий, как рассчитывают аэродинамические коэффициенты и какие еще показатели, кроме Сх, имеют значение.
Аэродинамика для чайников:
Что такое коэффициент аэродинамического сопротивления Сх? Если выражаться предельно упрощенно, этот показатель демонстрирует, насколько автомобиль легче «прорезает» воздух по сравнению с условным цилиндром, площадь поперечного сечения которого равна максимальной площади сечения автомобиля. Еще это называют площадью фронтальной проекции машины, или коротко — мидель. У условного цилиндра Cx равен единице (в реальности точная цифра будет зависеть от длины цилиндра, но для простоты объяснения мы сейчас от этого абстрагируемся).
Cx показывает лобовое сопротивление — то есть по продольной оси «Х». Соответственно, есть еще Cy и Cz, но в случае с автомобилем они играют гораздо меньшую роль.
Как от формы тела меняется Сх? Все дело в создаваемых завихрениях. Если вместо цилиндра взять плоский щит такого же диаметра, то его сопротивление воздуху будет на 17-20% больше, чем у цилиндра (Cx щита = 1,17-1,2) за счет завихрений позади щита. Там создается зона разреженного воздуха, и она сама по себе как бы «тянет» щит назад. То же самое происходит и с автомобилем.
Одна из лучших форм с точки зрения аэродинамики — капля. У нее Сх будет равен лишь 0,04. То есть капля на 96% более обтекаема, чем цилиндр при равенстве диаметров. Это получается потому, что сзади у капли — длинный сужающийся хвост, а спереди — округлый «обтекатель». Они обеспечивают минимум завихрений. Создатели первых аэродинамичных автомобилей середины прошлого века экспериментировали именно с каплевидными формами кузова (вспомните, какой «хвост» у «Победы»).
У современных легковых автомобилей Сх чаще всего составляет около 0,3. Это означает, что автомобиль на 70% эффективнее с точки зрения аэродинамики, чем цилиндр.
Реальная сила, с которой воздух сопротивляется движению автомобиля, зависит, разумеется, от скорости. Причем с ростом скорости аэродинамическое сопротивление возрастает квадратично. Это влияет в первую очередь на расход топлива — и чем выше скорость, тем больше влияет. Само собой, и максимальная скорость тоже ограничена не только мощностью мотора, но и аэродинамическими особенностями автомобиля.
Создатели автомобилей, кроме обтекаемости машины в продольном направлении, также заботятся об обтекаемости сбоку и о подъемной силе, действующей на автомобиль.
Подъемная сила — это вторая по значимости проблема в аэродинамике автомобилей помимо лобового сопротивления воздуха. Дело в том, что абсолютно любой автомобиль по своим формам похож на профиль крыла самолета: снизу плоский, а сверху — выпуклый. Это означает, что воздух, протекающий над автомобилем, совершает более длинный путь, чем воздух снизу. И скорость потока снизу выше, чем сверху. Из-за этого над машиной появляется зона разреженного воздуха, а под ней, напротив, зона повышенного давления. Чем выше скорость, тем сильнее воздух снизу приподнимает автомобиль.
Разного рода аэродинамические элементы вроде антикрыльев, спойлеров, сплиттеров, диффузоров и накладок на днище призваны создать прижимную силу. В случае с гоночными болидами удается этого достичь в полной мере: чем выше скорость, тем сильнее прижимается машина к земле. Это увеличивает сцепление колес с дорогой и делает автомобиль более стабильным на высоких скоростях.
Тут еще надо упомянуть о таком явлении, как граунд-эффект — за счет особой формы днища и применения аэродинамических «юбок» вдоль бортов конструкторы гоночных машин научились в свое время создавать под машиной зону разреженного воздуха, за счет чего автомобиль «липнет» к дороге. Этим прежде пользовались конструкторы Формулы 1, однако в 80-е годы граунд-эффект в Королевских гонках был запрещен. С тех пор у всех болидов одинаковое ровное днище.
В случае с гражданскими автомобилями о создании прижимной силы говорить не совсем корректно. За счет аэродинамических ухищрений удается добиться снижения подъемной силы, но все равно машины на высоких скоростях немного «взлетают», колеса разгружаются и стабильность падает.
Подъемная сила и сила лобового сопротивления это еще не все. Важное значение имеют момент крена и поворачивающий момент (измеряются при повороте автомобиля под углом к воздушному потоку). Эти показатели отражают склонность машины реагировать на боковые порывы ветра. Чем меньше эти цифры, тем лучше машина держит скоростную прямую и меньше отклоняется от траектории, например, при проезде встречной фуры.
Еще один важный показатель — опрокидывающий момент. Положительные значения этих сил говорят о том, что с ростом скорости передние колеса разгружаются, а задние — нагружаются; отрицательные — наоборот. В идеале — должен быть близок к нулю.
се эти показатели измеряются «вживую» путем продувки автомобилей и макетов в аэродинамической трубе на разных скоростях воздушного потока и измерения реальных сил, действующих на кузов.
Аэродинамическая труба, позволяющая продувать полномасштабные макеты машин и реальные автомобили — это очень большое и сложное сооружение. Скажем, труба на «АвтоВАЗе» имеет длину 67,5 м, а ширину — 29 м. Воздух в ней проходит путь в 150 метров. Поток создается вентилятором, диаметр которого 7,4 м. Максимальная скорость воздушного потока в трубе — 216 км/ч.
Рейтинг худших автомобилей по части аэродинамики
Автомобилей с ужасной аэродинамикой в мире немало, но по понятным причинам многие производители не раскрывают официальные цифры аэродинамических показателей. Более того — у множества моделей они вообще никогда не измерялись ни производителем, ни независимыми исследователями. Мы выбрали семерку наиболее показательных машин, по которым данные известны и достоверны.
7. Lada 4×4 / ВАЗ-21213 «Нива». Коэффициент Сх = 0,536
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.
6. Mercedes-Benz G-класса. Коэффициент Сх = 0,54
Те, кто говорит, что у Гелендвагена аэродинамика кирпича, все-таки сильно сгущают краски. У тела кубической формы Сх равен 1,05, а у Мерседеса G-класса этот показатель вдвое меньше. Гелендваген очень сильно страдает от своей аэродинамики: какой бы мощный мотор ни ставили на эту модель, ее «максималка» оставляет желать лучшего. Даже безумная версия G 65 AMG, развивающая 630 л.с., способна набирать всего лишь 230 км/ч.
5. Вазовская «классика». Коэффициент Сх = 0,56-0,5
В зависимости от модели аэродинамика тольяттинских автомобилей классического семейства немного различается. Наши коллеги из «Авторевю» в 2000 году продули «семерку» и получили результат 0,546. Хуже всего дела у «копейки» — аж 0,56. Такие данные приводит учебник «Автомобили и тракторы. Основы эргономики и дизайна», изданный МАМИ в 2002 году. «Шестерка», по тем же данным, имеет коэффициент 0,54. А лучше всех себя показал универсал 2104 — 0,53.
4. Hummer H2. Коэффициент Сх = 0,57
Многие и не догадываются, что Hummer на трассе с трудом может угнаться за современной малолитражкой, включая Lada Granta. Американский внедорожник не способен ехать быстрее 160 км/ч, в то время как тольяттинской модели покоряется скорость в 183 км/ч. Понятно, что Hummer более чем вдвое тяжелее, но так и мотор у него какой! Выпускавшийся с 2002 по 2009 годы внедорожник имеет под капотом могучий V8 рабочим объемом 6,2 л (393 л.с.), но при Cx = 0,57 он просто не способен нормально «продираться» сквозь толщу воздуха.
3. Jeep Wrangler (поколение TJ). Коэффициент Сх = 0,58
Автомобиль, который произошел от армейского «Виллиса» образца 1941 (!) года, принципиально чужд высоким скоростям. Конечно, современная машина не имеет общих кузовных панелей с Джипом времен Второй мировой войны: Wrangler гораздо крупнее и имеет более обтекаемые формы. Но это не сильно помогает. Хуже всего дела обстоят у двухдверной модификации с открытым верхом (Сх = 0,58). А лучше всего, как можно догадаться, у длиннобазной пятидверки с жесткой крышей — Jeep Wrangler Unlimited. Эта версия имеет Cx, равный 0,495.
2. УАЗ «Хантер» / УАЗ-469. Коэффициент Сх = 0,6
Выпускающийся сейчас «Хантер» мало отличается от УАЗа-469 образца 1972 года, и потому не мог не попасть в наш антирейтинг. Данные по УАЗу-469 приводит вышеупомянутый учебник МАМИ. Доверять этим сведениям вполне можно: первый в списке авторов — профессор Игорь Степанов, много лет занимающийся именно аэродинамикой, а также Анатолий Карунин — в прошлом заведующий кафедрой «Автомобили», а ныне ректор МГТУ «МАМИ».
1. Caterham Seven. Коэффициент Сх = 0,7
Как ни странно, у этого спорткара дела с аэродинамикой обстоят гораздо хуже, чем у угловатых внедорожников. Дело в том, что перед нами фактически разработка 50-х годов — Lotus Seven. Но самое интересное, что ужасная аэродинамика ничуть не мешает этой модели отлично проявлять себя на треке: дело в том, что сухой вес Caterham — лишь 575 кг. Поэтому при мощности в 260 л.с. (с «топовым» мотором) эта модель может набирать 250 км/ч. Ну а разгон до 100 км/ч и вовсе суперкаровский — 3,1 секунды.
Рейтинг лучших автомобилей по части аэродинамики
Борьба за улучшение аэродинамики машин сейчас обострилась как никогда: многие автопроизводители идут буквально «колесо в колесо». Поэтому на некоторых строчках нашего рейтинга расположились не одна и не две, а сразу несколько моделей (и в некоторых случаях это еще не полный список!). По каждой из моделей приведены данные той модификации, которая является лучшей по значению Сх.
Места с седьмого по пятое делят сразу два десятка машин, так что отдельно комментировать каждую из них мы не будем. Ну а начиная с четвертого места — то есть с Cx = 0,23 — остановимся на каждой модели.
Какой коэффициент аэродинамического сопротивления
5.7. Аэродинамические характеристики самолета
   В общем случае при полете самолета (при наличии угла атаки α и угла скольжения β) вектор полной аэродинамической силы самолета Ra ориентирован в пространстве произвольным образом. В соответствии с записанным ранее выражением для полной аэродинамической силы проекции ее на оси скоростной системы координат можно записать в следующем виде:
 |
 |
 |
 |
 |
   Физический смысл коэффициентов CYa, CXa, CZa аналогичен физическому смыслу коэффициента полной аэродинамической силы CRa .
   Составляющие ( CYa, CXa и CZa ) безразмерного коэффициента полной аэродинамической силы CRa и положение точки ее приложения (центр давления) полностью описывают аэродинамические характеристики самолета.
   В установившемся полете без скольжения (β=0) боковая сила отсутствует, поэтому, естественно,
 |
 |
    Обычно принято представлять аэродинамические характеристики самолета в виде зависимостей составляющих коэффициента полной аэродинамической силы ( CYa и CXa ) от полетных углов (α и β). Примерные зависимости CYa(α) и CXa (α) приведены на рис. 5.31.
 |
 |
   На основании поляры самолета можно построить зависимость аэродинамического качества от угла атаки (рис. 5.34).
   Значения аэродинамических коэффициентов существенным образом зависят от скорости (числа М) полета. Для скоростей полета, соответствующих M ¥ ¥ ³ Mкрит, к этому сопротивлению добавляется волновое сопротивление.
   В общем виде
Рис. 5.35. Зависимость аэродинамических коэффициентов прямого крыла от числа М (пример)
   До чисел М £ 0,4 значения всех аэродинамических коэффициентов практически постоянны, так как сжимаемость воздуха в потоке не проявляется.
   С ростом скорости до соответствующей Mкрит увеличение коэффициента C α Ya происходит из-за проявления сжимаемости и увеличения зоны разрежения над крылом; коэффициент CXaо медленно растет из-за увеличения зоны повышенного давления перед крылом.
   В диапазоне чисел М от Mкрит до М=1 увеличение C α Ya замедляется из-за образования местной сверхзвуковой зоны и прямого скачка уплотнения над крылом и достигает максимума к моменту появления местной сверхзвуковой зоны и скачка уплотнения под крылом. С дальнейшим ростом скорости происходит сначала уменьшение до минимума, а затем опять увеличение коэффициента C α Ya, так как смещаются к задней кромке скачки уплотнения сначала на нижней, а затем на верхней поверхности крыла, что сопровождается соответствующим увеличением зон разрежения на этих поверхностях. Увеличение коэффициента C α Ya прекращается с появлением головного прямого отсоединенного скачка при М=1.
   Одновременно резко увеличивается коэффициент лобового сопротивления в связи с развитием волнового кризиса; коэффициент CXaо достигает максимального значения при М=1 вследствие появления головного прямого отсоединенного скачка.
   В диапазоне чисел M>1 с ростом сверхзвуковой скорости головной скачок уплотнения приближается к передней кромке, приобретая форму косого, затем скачок становится присоединенным, углы наклона скачков уменьшаются, соответственно уменьшаются зоны возмущений на верхней и нижней поверхностях профиля, что приводит к уменьшению коэффициентов C α Ya и CXaо.
   Резкое увеличение лобового сопротивления (рис. 5.35, 5.36) и, соответственно, уменьшение качества самолета (рис. 5.37) требуют для полета со скоростями, соответствующими M >Mкрит (преодоления так называемого «звукового барьера» ), значительного увеличения тяги двигателя P.
   Напомним, что для совершения горизонтального полета необходимо выполнить условия:
 |
 |
   Отсюда потребная для горизонтального полета тяга двигателя
   Самолеты с прямым крылом и поршневыми двигателями с воздушными винтами не могли не только достигнуть скоростей полета, соответствующих M ³ 1, но даже и приблизиться к таким скоростям.
 |  |
