 |
|
Сопротивление воздуха
Автор: Юлиюс Мацкерле (Julius Mackerle)Источник: «Современный экономичный автомобиль» [1]
27277 
5
На расход топлива, в особенности при больших скоростях движения, значительное влияние оказывает сопротивление воздуха (аэродинамическое сопротивление), сила аэродинамического сопротивления пропорциональна квадрату скорости и рассчитывается по формуле
Pv = cx·S·v2·ρ/2,
где S – площадь фронтальной проекции автомобиля, м2; v – скорость движения автомобиля относительно воздуха, м/с; ρ – плотность воздуха, кг/м3; cх – коэффициент аэродинамического сопротивления.
Аэродинамическое сопротивление не зависит от массы автомобиля [2]. Площадь фронтальной проекции автомобиля определяется формой кузова и требованиям по обеспечению комфортного расположения водителя и пассажиров на сиденьях. Например, автомобиль большого класса может быть ниже, чем малого, так как сиденья у него зачастую располагаются ниже. У автомобиля малого класса из-за его небольшой массы и длины сиденья расположены выше над полом, и поэтому расстояние между передними и задними сиденьями меньше. Более прямое расположение водителя и пассажиров в автомобиле малого класса требует его большей высоты, но меньшей длины. Площади фронтальных проекций обоих автомобилей при этом почти одинаковы, но низкий и длинный кузов автомобиля большого класса аэродинамически более выгоден.
Мощность двигателя, необходимая для преодоления аэродинамического сопротивления, пропорциональна, следовательно, кубу скорости:
Nv = Pv·v/3600 (кВт),
где v — относительная скорость движения автомобиля, км/ч.
Коэффициент аэродинамического сопротивления, как видно из таблицы, представленной ниже, изменяется в широком диапазоне в зависимости от формы кузова автомобиля.
| Кузов автомобиля | Коэффициент сопротивления воздуха cx | Мощность, необходимая для преодоления аэродинамического сопротивления (кВт), при площади фронтальной проекции 2 м2 и скорости | ||
|---|---|---|---|---|
| 40 км/ч | 80 км/ч | 120 км/ч | ||
| Открытый четырёхместный | 0,7 – 0,9 | 1,18 – 1,47 | 9,6 – 11,8 | 31,0 – 40,5 |
| Закрытый, с наличием углов и граней | 0,6 – 0,7 | 0,96 – 1,18 | 8,0 – 9,6 | 26,4 – 30,8 |
| Закрытый, с закруглением углов и граней | 0,5 – 0,6 | 0,80 – 0,96 | 6,6 – 8,0 | 22,0 – 26,4 |
| Закрытый понтонообразный | 0,4 – 0,5 | 0,66 – 0,80 | 5,2 – 6,6 | 17,6 – 22,0 |
| Закрытый, хорошо обтекаемый | 0,3 – 0,4 | 0,52 – 0,66 | 3,7 – 5,2 | 13,2 – 17,6 |
| Закрытый, аэродинамически совершенный | 0,20 – 0,25 | 0,33 – 0,44 | 2,6 – 3,3 | 9,8 – 11,0 |
| Грузовой автомобиль | 0,8 – 1,5 | – | – | – |
| Автобус | 0,6 – 0,7 | – | – | – |
| Автобус с хорошо обтекаемым кузовом | 0,3 – 0,4 | – | – | – |
| Мотоцикл | 0,6 – 0,7 | – | – | – |
Коэффициент аэродинамического сопротивления устанавливается продувкой автомобиля или его макета в аэродинамической трубе или приближенно в ходе эксплуатационных испытаний. При испытаниях в аэродинамической трубе на макетах получаются менее точные значения, чем при тех же испытаниях на реальных автомобилях. Это вызвано тем, что на изменение сопротивления воздуха оказывают влияние неточности изготовления некоторых узлов и деталей автомобиля: ручек дверей, днища кузова, бамперов, зеркал заднего вида и т. д. Кроме того, значительное влияние на величину сх оказывает воздух, проходящий в кузов для охлаждения и вентиляции.
При больших скоростях движения автомобиля аэродинамическое сопротивление является преобладающим.
На рисунке ниже показано изменение мощностей, необходимых для преодоления сопротивления качению Nf и аэродинамического сопротивления Nv в зависимости от скорости v для автомобиля среднего класса. При скорости 60 км/ч мощности, необходимые для преодоления сопротивления качению и сопротивления воздуха, равны, что характерно для данного вида автомобилей. По сумме потребляемых мощностей можно убедиться в важности сопротивления воздуха. При скорости 80 км/ч мощность, затрачиваемая на его преодоление, в 4 раза больше, чем при скорости 40 км/ч, а при скорости выше, чем 120 км/ч, общая мощность, необходимая для движения, растет почти пропорционально кубу скорости автомобиля.
 |
| Мощность, затрачиваемая на преодоление сопротивлений движению |
|---|
| Масса автомобиля 1350 кг, площадь фронтальной проекции S автомобиля 2 м2; коэффициент сопротивления качению f равен 0,015; коэффициент аэродинамического сопротивления сх равен 0,456. |
При определении мощности двигателя, необходимой для достижения максимальной скорости, большей той, которую обеспечивает номинальная мощность установленного на автомобиле двигателя, можно использовать без значительной ошибки следующее соотношение:
N2 = N1·(v2/v1)3,
где N2 – требуемая мощность, кВт; N1 – достигнутая максимальная мощность, кВт; v2 – требуемая скорость, км/ч; v1 – достигнутая максимальная скорость, км/ч.
Через точку X – максимальная мощность N1 при максимальной скорости v1 – проведена кривая зависимости мощности от куба скорости. Разница между этой кривой и линией мощности, требуемой для движения при максимальной скорости, незначительна.
Показанная сумма мощностей сопротивления качению Nf и аэродинамического сопротивления Nv представляет собой мощность сопротивления равномерному движению автомобиля по горизонтальному участку дороги при безветрии.
Последнее обновление 02.03.2012Опубликовано 16.03.2011
Читайте также
-
Неодимовые магниты для экономии топлива
Неодимовые магниты для экономии топлива: разбор на примере устройства «SuperFuelMAX», отзывы, результаты испытаний.
-
Цена на электромобиль «Тесла» в России или как купить мечту
Эта статья рассказывает о том, как купить и по какой цене электромобили «Тесла» в России, которые для многих людей стали автомобилями мечты. Также проведен обзор доступных моделей.
Сноски
- ↺ Мацкерле Ю. Современный экономичный автомобиль/Пер. с чешск. В. Б. Иванова; Под ред. А. Р. Бенедиктова. - М.: Машиностроение, 1987. - 320 с.: ил.//Стр. 110 - 114 (книга есть в библиотеке сайта). – Прим. icarbio.ru
Комментарии
Все материалы, представленные на данном сайте, защищены законодательством в области авторского права. Смотрите публикация Ваших материалов, условия перепечатки материалов, соблюдение авторских прав.
Дизайн и поддержка – Владимир Егоров, icarbio.ru 2023 ©.
спасибо автору. все довольно просто рассказано:)
Понимаю, почему сопротивление имеет квадратичную зависимость от скорости, но никак не пойму, почему "мощность двигателя, необходимая для преодоления аэродинамического сопротивления, пропорциональна кубу скорости"?
N=F*V, F~V^2 => N~V^3
График сопротивления неправильный. Сумма сопротивлений всегда будет больше сопротивления воздуха - параболы не будут пересекаться!
Все отлично только добавить про турбулентные и ламинарные потоки.