Что такое антикрыло и что такое спойлер [различия в принципе работы]
О кузовных деталях, помогающих снизить расход топлива и «не улететь»
Нас окружает воздух. В покоящемся состоянии воздух имеет постоянное атмосферное давление.
Что бы понять основы аэродинамики, о которых поговорим дальше, усвоим два закона Бернулли:
- «Когда жидкость или газ (воздух) попадает в узкое пространство, или сужение, скорость его увеличивается»;
- «У быстро двигающейся жидкости или газа (воздуха) давление уменьшается».
Как работают законы Бернулли
Если между двумя параллельно висящими шариками начать дуть потоком воздуха, они схлопнутся, а не разойдутся в стороны. Произойдет это, потому что струя воздуха, дующая между ними, потеряет плотность. Воздух между шариками потеряет плотность так как будет проходить через узкое пространство между ними, а, соответственно по закону Бернулли течь быстрее. В это время, атмосферное давление вокруг шариков останется неизменным, и будет выше давления образующегося между шариками. Из-за разницы в давлении, атмосферное давление вокруг шариков начнет сдавливать шарики с противоположных сторон притягивая друг к другу, т.к. плотность воздуха между ними будет меньше.
Легковую машину, стоящую на обочине скоростной автотрассы, может затянуть под проносящийся мимо нее на большой скорости грузовик, так как атмосферное давление между ними, резко потеряет свою плотность. Атмосферное давление начнет давить на грузовик и машину с разных сторон, вдавливая в образовавшееся пространство с низким давлением. Грузовик слишком тяжелый и вряд ли поддастся давлению атмосферы, но легкую машину может запросто кинуть на проезжающую фуру.
Близко стоящего к краю платформы пассажира, может затянуть под электричку воздушным потоком. Атмосферное давление просто толкнет пассажира к проносящейся электричке, так как из-за близкого расстояния между ними плотность воздуха снизится.
Влияние аэродинамики на автомобиль
При движении, на автомобиль воздействует встречное (лобовое) сопротивление воздуха и подъемная сила.
На небольшой скорости сопротивление воздуха оказывает на автомобиль незначительное давление и тот его с легкостью преодолевает. Но с увеличением скорости машины, лобовое сопротивление увеличивается по экспоненте. На скорости 120 км/ч лобовое сопротивление выше в 4 раза чем на скорости 60 км/ч. Чтобы уменьшить встречное сопротивление воздуха, кузова машин делают обтекаемыми – ближе к форме капли. Коэффициент аэродинамического сопротивления капли = 0,05 (у кирпича = 1).
В итоге свехру кузов получается в форме капали, но снизу плоский и это играет злую шутку – по законам Бернулли под кузовом создается подъемная сила.
Подъемная сила бывает положительной – поднимающей самолет вверх, и отрицательной – прижимающей вниз.
Чтобы разобраться в законах Бернулли, рассмотрите строение крыла.
Снизу площадь крыла меньше, чем сверху. Поток воздуха, следующий вдоль верхней поверхности крыла, «прилипает» к ней и старается следовать вдоль поверхности даже если она выпуклая. Это называется эффект Коанда. Прикоснитесь слегка к струе воды и увидите эффект Коанда в действии – струя преломится, стекая по вашей руке. При встрече крыла с потоками воздуха, над верхней частью крыла, из-за его выпуклой, продолговатой формы, образуется низкое атмосферное давление. В результате воздух по верхней части крыла стекает быстрее. В нижней части крыла, из-за несоответствия верхней и нижней площади крыла, давление увеличивается и воздух течет медленнее. Из-за низкой области давления над крылом и высокой под крылом, снизу воздух начинает «вдавливать» нижнюю часть крыла в область воздуха с низким давлением, создавая подъемную силу. Угол атаки усиливает подъем крыла. Положительная подъемная сила поднимает крыло самолета. Если быть достаточно честным, то крыло самолета также поднимает закон Ньютона, вязкость воздуха, и другие параметры, но не будем углубляться.
Если крыло перевернуть, то поток воздуха сверху, будет вдавливать крыло вниз по тем же причинам, что и поднимал в предыдущем примере.
Кузов автомобиля напоминает «крыло». Над кузовом, при движении, создаются разряженные потоки воздуха, то есть с низким давлением. Под кузовом медленно текут потоки высокого давления. Из-за разницы в плотности воздуха над автомобилем и под ним, снизу воздух начинает давить на автомобиль создавая подъемную силу. Тяжесть и гравитация не дают машине «взлететь в облака», но при этом у колес снижается сцепление с дорогой. Это повышает расход топлива, создает неустойчивость на больших скоростях, мешает плавному входу в повороты.
В борьбе за низкий расход топлива, автопроизводители стараются сделать автомобили легче. Чем легче автомобиль, тем хуже сцепление с дорогой у колес на больших скоростях из-за подъемной силы. Поэтому конструкторы проектируют дизайн кузова создающий достаточную прижимную силу, не дающую машине взлететь. Чтобы противостоять подъемной силе, на кузов дополнительно устанавливают аэродинамические детали и обвесы, создающие прижимную силу.
Виды аэродинамических деталей:
Cпойлер
«Cпойлер» (англ. spoile – портить) и «антикрыло» (англ. spoiler – прерывание потока) – два разных аэродинамических элемента кузова с разным принципом работы. Оба помогают бороться с подъемной силой воздушных потоков, которая уменьшает тяговое усилие автомобиля, увеличивает расход топлива, приводит к заносу на высокой скорости.
спойлер
Спойлер тормозит воздушные потоки, не создавая прижимной силы. Когда автомобиль встречается с потоком воздуха, перед ним формируется зона высокого давления. Из-за рассечения потоков кузовом, позади автомобиля формируется зона низкого давления. Из – за разницы в давлении впереди и позади автомобиля, создается сила оттягивающая его назад, в образовавшееся пространство с низким давлением. Спойлер прерывает ускоряющиеся потоки воздуха, проходящие по крыше кузова и спускающиеся к его задней части. Благодаря спойлеру позади машины не образуется «воздушная яма», в которую проваливался бы автомобиль. То есть спойлер портит воздух, соответствуя переводу своего английского названия.
Антикрыло
Антикрыло работает как перевернутое крыло самолета, которое не поднимает машину на воздушных потоках в небо, а прижимает к земле. Машина лучше сцепляется с дорогой, колеса не буксуют, угол входа в поворот становится острее. Антикрыло «разрезает» поток воздуха, идущий по кузову движущейся машины, уменьшая подъемную силу. За счет создания между антикрылом и крышкой багажника узкого места, воздух там течет быстрее, а соответственно разряжается. Атмосферное давление начинает давить на верхнюю часть антикрыла, вдавливая заднюю ось машины к земле. Колеса лучше прижаты к земле, тяга увеличена, автомобиль начинает плавно, без заносов входить в повороты, быстрей тормозить и ускоряться.
Пример, Audi TT 2013 года испытывала проблемы с устойчивостью при разгоне до 180 км/ч. Решением инженеров было установить маленький антикрыло на крышку багажника, что увеличило устойчивость.
антикрыло 2013 Audi TT
На серийных авто с двигателем до 2.5 л.с. антикрыло ни к чему, благоразумней поставить спойлер. Спойлер незначительно снизит расход топлива мешая отрицательной силе оттянуть автомобиль назад. Также спойлер защитит от пыли и грязи на заднем стекле, т.к. гасит завихрения за машиной втягивающие грязевые потоки из-под кузова и пачкающие машину. Антикрыло на кузове машины, не разгоняющейся до скорости 160 км/ч., только увеличит расход топлива.
Важно! Неправильная установка аэродинамического элемента кузова, может привести к тому, что в движении машину будет кидать по дороге. При этом расход топлива увеличится на 20-25 %, т.к. двигателю придется преодолевать лишнее отрицательное давление воздуха на кузов.
Модели с заводскими антикрыльями
Спортивные Ford Mustang, Ford Focus ST или Scion tC идут с антикрыльями уже с завода.
Многие спортивные модели, например, Porsche 911 имеют управляемое антикрыло. На скорости до 70 км/ч оно работает как спойлер, максимально снижая лобовое сопротивление. Выше 90 км/ч антикрыло приподнимается, незначительно снижая лобовое сопротивления и создавая прижимную силу на задние колеса. Выше 170 км/ч угол атаки антикрыла увеличивается создавая максимальную прижимную силу задней оси. Одновременно открываются передние закрылки воздухозаборника переднего бампера, прижимая переднюю ось. При экстренном торможении или изменении траектории движения модели на большой скорости, антикрыло резко меняет угол на 45 градусов, прижимая потоками воздуха заднюю часть машины для помощи в сокращении тормозного пути.
Бампер
«Бампер» – правильно собранный бампер препятствует попаданию больших потоков воздуха под автомобиль, направляя потоки по верхней части кузова. Через прорези в бампере охлаждается радиатор, а иногда, через специально сделанные каналы, передние тормоза.
Переднее крыло
«Переднее крыло» ставят в нижней части переднего бампера. Переднее крыло прижимает переднюю часть бампера к дороге, когда задняя прижата задним спойлером. Передним крылом могут служить подкрылки бампера, которые за счет регулировки потоков воздуха еще и охлаждают тормозные диски, колодки, радиатор через дефлекторы. В продвинутых машинах, когда прижимная сила на скоростях до 140 км/ч не нужна, так как она снижает расход топлива, подкрылки закрыты. При увеличении скорости подкрылки автоматически открываются, прижимая машину к дороге.
Дефлектор заднего стекла
Дефлектор заднего стекла – ставится для улучшения обтекаемости. Когда воздух струится по поверхности кузова, он разлетается после прохождения по крыше «как Бог на душу положит». Дефлектор заднего стекла плавно направляет поток по заднему стеклу и багажнику, где он встречается с антикрылом или спойлером и создает прижимную силу. Дефлектор заднего стекла не дает расходовать струящийся поток понапрасну, а заставляет его работать на вас.
Передняя губа
«Юбка», «передняя губа», «сплиттер» – элемент направляющий встречные потоки воздуха, ограничивая попадание воздуха под днище автомобиля, направляя его по верхней части кузова и по бокам. Элементы подвески, трансмиссии, выхлопной системы под днищем кузова создают излишнее сопротивление потокам протекающим под кузовом. Передняя губа заставляет потоки беспрепятственно пройти ниже днища машины, не задевая элементы автомобиля. Кроме того, губа пропускает по низу автомобиля меньшее количество воздуха создавая поток с низким давлением, что улучшает аэродинамику машины.
Undertray
Альтернатива передней губе «undertray» – закрытое в кожух днище автомобиля или аэродинамическая алюминиевая накладка от переднего бампера до оконечности задних колес. Накладка предотвращает «зацепы-спотыкания» потоков воздуха за выступающие под днищем машины механизмы. Воздух проходит быстрее, снижается воздушное давление, увеличивается прижимная сила. В Tesla днище Model3 закрывает электробатарея, растянувшаяся на площадь всей нижней части машины – прекрасный пример undertray.
Диффузор
«Диффузор» – аэродинамический элемент, устанавливаемый в переднюю или заднюю часть кузова под бампер. На переднем диффузоре лопасти разряжают воздух, идущий под днищем разделяя его на несколько потоков. Это называется «Эффект Вентури», когда принудительно суженый поток воздуха или жидкости теряет давление. Зажмите поливальный шланг, когда моете машину и ощутите эффект Вентури в действии. Ускоренные потоки проходя под автомобилем, теряют давление, а значит атмосферное давление сверху кузова сильней прижимает машину к земле, как один из шариков в примере выше.
Лопасти заднего диффузора в отличие от переднего имеют расширяющуюся форму. Разряженный воздух, идущий под машиной, встречает расширяющиеся каналы заднего диффузора и стремится заполнить это пространство затягиваясь как пылесос. На выходе, из-за расширяющихся каналов заднего диффузора воздух замедляется, так как проходит уже через менее узкий канал, а значит плотность его увеличивается. На выходе он встречается с атмосферным воздухом той же плотности и машину не «оттягивает назад», отрицательная сила не создается. Если бы из-под машины вырвался воздух с низким давлением, это создавало бы зону с низким давлением. Следовательно, плотный атмосферный воздух спереди сильней бы давил на автомобиль, вдавливая в образовавшуюся сзади воздушную яму, оттягивая машину назад.
Чтобы понять, как это работает, возьмите два листа бумаги, держите их перед собой, а потом прыгните в образовавшееся пространство между ними. Увидите как листы схлопнуться, а не отлетят друг от друга.
Расширители порогов
«Расширители порогов», «боковые накладки», «пороги», «боковые юбки» или «обвесы» – работают по принципу диффузора. Они создают под днищем кузова узкий канал, который воздух преодолевает быстрее и теряет давление создавая прижимную нагрузку. Еще расширители порогов не дают боковому ветру выдуть воздух с низким давлением из-под днища кузова, который мы так тщательно создавали передним диффузором или передней губой, чтобы увеличить прижимную силу.
Канарды
«Канарды» – пластиковые накладки по бокам бампера отводящие встречный воздух по бокам кузова и направляя вверх, что создает небольшую, но дополнительную прижимную силу. Канарды ставят только на спортивные автомобили участвующие в гонках, для регулировки баланса подъемной силы.
Комментарии
Добавить комментарий (появится после одобрения администратора)