Автомобиль и сопротивление воздуха

Движение автомобиля сопровождается многочисленными процессами взаимодействия с окружающим его воздухом. Эти процессы можно объединить в три группы:

- обтекание внешней поверхности автомобиля;

- потоки внутри кузова;

- потоки внутри агрегатов.

Обтекание внешним потоком воздуха приводит к возникновению сил и моментов, действующих на автомобиль, которые весьма существенно влияют на потребляемую мощность и курсовую устойчивость.

На рисунке наглядно показаны поля обтекания легкового автомобиля. Такое обтекание имеет место при движении автомобиля в условиях отсутствия ветра или когда направление ветра точно совпадает с линией движения.

Сопротивление воздуха, а также другие компоненты результирующей аэродинамической силы и их моменты возрастают в квадратичной зависимости от скорости движения автомобиля.

Вид сбоку Вид сверху

Рассматривая срывное обтекание, можно выделить два различных типа отрывов, приводящих к появлению сопротивления давления. Рассмотрим случай с кромкой отрыва перпендикулярной дороге (автомобили, имеющие круто спускающую форму задней части - большие грузовики, фуры). Когда кромка отрыва расположена поперечно к направлению потока, то сначала позади возникают вихри. В течении времени происходит периодический отрыв вихрей. За машиной образуется вихревой след, внутри которого в определенный момент времени существуют довольно равномерное распределенное пониженное давление и очень малые скорости потока. Из рисунков видно что часть потоков даже возвращается назад. Это следует учитывать при выборе дистанции. Легковой автомобиль на близком следовании за фурой при прочих неблагоприятных условиях может туда «затянуть».

Увеличение плотности движения почти всегда приводят к образованию колонн автомобилей, чаще состоящих из грузовых автомобилей. Вследствие отсутствия условий для обгона и существования ограничения максимальных скоростей движения такие колонны распадаются очень медленно. В то же время очень часто имеет место довольно высокая средняя скорость движения в колоннах, по крайней мере, на трассе. В этом случае наблюдается интерференция между полями потоков, обтекающих автомобили. Каждый автомобиль оставляет позади себя характерный вихревой след. Он уменьшает давление скоростного напора, действующее на следующий за ним автомобиль. Этот эффект, известный на автотранспорте под названием «движение в спутной струе» для грузовых автомобилей выражен особенно сильно, поэтому, по мере удаления от начала колонны наблюдается явное снижение значений коэффициента аэродинамического сопротивления автомобилей.

Если колонна состоит из нескольких автомобилей и водители при скорости движения 80 км/ч соблюдают безопасную дистанцию, равную половине показаниям спидометра 40 м, то сила сопротивления воздуха, действующая на второй автомобиль, будет на 20 % ниже, чем на первый, а для третьего и каждого последующего она будет меньше примерно на 30 %. При этом вовсе не обязательно следовать точно по колее предыдущего автомобиля, можно смешаться вбок на величину до половины ширины автомобиля. Поскольку с уменьшением дистанций между автомобилями снижение значений коэффициентов аэродинамического сопротивления становится еще больше, то следует категорически предостеречь от возможной эйфории по поводу экономим топлива, так как существенное уменьшение расхода топлива может быть приобретено ценой опасного для участников движения уменьшения дистанции между автомобилями.