CC BY
107
УДК 629.33
Р. Р. ЖАМАЛОВ, Е. В. КОРОЛЕВ, А. И. КОТИН АЭРОДИНАМИЧЕСКИЙ ФАКТОР
Ключевые слова: анализ, аэродинамическое сопротивление, габаритные размеры, изменения, классы, площадь Миделя.
Аннотация. Рассмотрен показатель, характеризующий аэродинамическое сопротивление автомобиля. Этот показатель включает в себя коэффициент лобового сопротивления воздуха и площадь поперечного сечения автомобиля. Рассмотрена динамика изменения этих показателей во времени для всех классов легковых автомобилей.
До недавнего времени об аэродинамических качествах автомобиля судили по величине коэффициента лобового сопротивления Cх [1, 2, 3, 4 и др.], значение которого для автомобилей с течением времени постоянно уменьшается. Но так как аэродинамическое сопротивление зависит и от площади поперечного сечения F автомобиля, то стали чаще применять другой параметр - аэродинамический фактор, который представляет собой произведение двух показателей - Сх и F.
Легковые автомобили отличаются большим многообразием типов кузовов и их габаритных размеров. Для упорядочивания анализа легковые автомобили разбиваем на шесть классов согласно европейской классификации, основным отличительным признаком в которой являются длина, ширина и база автомобиля: автомобили разбиваются на классы A, B, C, D, E и F.
Класс А (рис. 1)
В классе особо малых легковых автомобилей коэффициент лобового сопротивления Сх уменьшался с годами в большей степени, чем увеличивалась площадь Миделя F.
В данном классе величина коэффициента лобового сопротивления Сх уменьшилась в среднем от 0,76 до 0,58, при этом площадь Миделя (Б) увеличилась с 1,44 до 2,1 м2.
На данном историческом отрезке с 1930 по 2010 годы аэродинамический фактор автомобилей данного класса уменьшился на 10 %.
© Жамалов Р. Р., Королёв Е. В., Котин А. И., 2014
б
Рисунок 1 - Изменение по годам для автомобилей класса А: а - коэффициента аэродинамического сопротивления Сх; б -аэродинамического фактора Б^Сх
Класс В (рис. 2)
б
Рисунок 2 - Изменение коэффициента аэродинамического сопротивления Сх (а) и аэродинамического фактора Б*Сх (б) по годам для автомобилей класса В
В данном классе коэффициент лобового сопротивления Сх уменьшался с 0,90 до 0,58, при этом площадь Миделя (F) увеличилась от 1,72 до 2,14 м2.
У японского автомобиля Mitsubishi наблюдается значительное
а
а
понижение аэродинамического фактора (на 60 %) на данном временном отрезке.
На том же отрезке у немецкого автомобиля Opel наблюдается незначительное повышение величины аэродинамического фактора до 2 %, что свидетельствует о недостаточном внимании к аэродинамике автомобиля со стороны производителя. У отечественного переднеприводного автомобиля Lada наблюдается скачкообразное понижение аэродинамического фактора до 10 %.
Класс С (рис. 3)
Рисунок 3 - Изменение по годам для автомобилей класса С: а - коэффициента аэродинамического сопротивления Сх; б -аэродинамического фактора FxCx
В среднем классе автомобилей С коэффициент лобового сопротивления Сх уменьшается от 0,94 до 0,51. Площадь Миделя увеличилась от 1,7 до 2,27 м2.
На данном историческом отрезке наблюдалось, что величина аэродинамического фактора автомобиля Ford Focus понизилась на 20 %.
Аэродинамический фактор японского автомобиля Mazda 3 значительно понизился - на 58 %.
Аэродинамический фактор автомобиля BMW 3 значительно понижался (на 68 %), что свидетельствует о большом внимании к аэродинамике автомобиля со стороны немецкого производителя.
Аэродинамический фактор автомобиля Audi понизился на 40 %. Класс D (рис. 4).
б
Рисунок 4 - Изменение по годам для автомобилей класса D: а - коэффициента аэродинамического сопротивления Сх; б -аэродинамического фактора F*Cx
В данном классе D автомобилей коэффициент лобового сопротивления Сх уменьшался от 0,88 до 0,545, при этом площадь Миделя увеличилась с 1,78 до 2,18 м2.
На данном историческом отрезке величина аэродинамического фактора автомобилей класса D незначительно уменьшилась (на 5 %).
Класс Е (рис. 5).
Коэффициент лобового сопротивления Сх уменьшается от 0,95 до 0,58, при этом площадь Миделя возрастает с 1,77 до 2,3 м2.
Аэродинамический фактор автомобиля Mercedes значительно понижается - на 65 %, что свидетельствует о большом внимании к аэродинамике автомобиля со стороны немецкого производителя.
Аэродинамический фактор автомобиля BMW, основного конкурента Mersedes, снижается на 35 %.
Аэродинамический фактор Audi и Mazda снижается на 24 %.
Класс F (рис. 6).
В классе автомобилей F величина коэффициента лобового сопротивления Сх снижается с 0,96 до 0,65, при этом площадь Миделя увеличилась с 2,13 до 2,58 м2.
На данном историческом отрезке наблюдается уменьшение вели-
а
чины аэродинамического фактора автомобиля ВМ\¥ 7 на 28 %.
а б
Рисунок 5 - Изменение по годам для автомобилей класса E: а - коэффициента аэродинамического сопротивления Сх;
б -аэродинамического фактора БхСх
1990
а б
Рисунок 6 - Изменение по годам для автомобилей класса F: а - коэффициента аэродинамического сопротивления Сх; б -аэродинамического фактора FxCx
Нами проанализированы изменения габаритных размеров для двух наиболее массовых классов автомобилей В и D.
На рисунке 7 показано изменение длины автомобилей класса В. Из анализа рисунка следует, что длина автомобилей на временном отрезке с 1972 до 2006 годы увеличилась на 10 %, а после 2006 года -уменьшилось на 4 %.
Рисунок 7 - Изменение длины автомобилей класса В по годам
На рисунке 8 показано изменение длины автомобилей класса D, из анализа которого следует, что за период с 1976 по 1989 годы длина автомобилей увеличилась на 5,5 %, а затем снизилась к 2012 году на 8,5 %.
Рисунок 8 - Изменение длины автомобилей класса D по годам
На рисунке 9 показано изменение ширины автомобиля класса В, из анализа которого следует, что ширина автомобилей за период с 1976 по 1989 годы увеличилась на 15 %.
1яшШ
■ 111111
11111111
Рисунок 9 - Изменение ширины автомобилей класса В по годам
На рисунке 10 показано изменение ширины автомобиля класса D, из анализа которого следует, что ширины автомобиля за период с 1976 по 2012 годы увеличилась на 13 %.
Рисунок 10 - Изменение ширины автомобилей класса D по годам
На рисунке 11 показано изменение высоты автомобилей класса В. За период с 1972 по 2006 годы она увеличилась на 9 %, а после 2006 года уменьшилась на 1,5 %.
2011 2012
Рисунок 11 - Изменение высоты автомобилей класса В по годам
На рисунке 12 приведены изменения высоты автомобилей класса D за период с 1976 по 2012 годы. Высота автомобилей с 1976 до 2002 года увеличилась на 8 %, а после 2002 года происходит ее снижение на 0,5 %.
V V
Рисунок 12 - Изменение высоты по годам для автомобилей класса D
Таким образом, коэффициент лобового сопротивления Сх значительно уменьшился в течение 35-40 лет у всех классов автомобилей: класс А - с 0,76 до 0,58 (на 31 %), класс В - с 0,90 до 0,58 (55 %), класс С - с 0,94 до 0,51 (84 %), класс D - с 0,88 до 0,545 (61 %), класс Е - от 0,95 до 0,58 (64 %), класс F - от 0,96 до 0,65 (48 %).
В то же время увеличивается за данный период площадь миделева сечения автомобилей в основном из-за увеличения их ширины: класс А - с 1,44 до 2,1 м2 (на 46 %), класс В - с 1,72 до 2,14 м2 (24 %), класс С - с 1,7 до 2,27 м2 (34 %), класс D - с 1,78 до 2,18 м2 (22 %), класс Е -с 1,77 до 2,3 м2 (30 %), класс F - с 2,13 до 2,58 м2 (12 %).
Так как темпы снижения коэффициента лобового сопротивления Сх автомобилей класса А на данном историческом отрезке были выше темпов роста площади F миделева сечения, то аэродинамический фактор автомобилей уменьшился на 10 %.
В классе В ряд производителей не обращали достаточного внимания на аэродинамические показатели автомобилей. Так, у автомобиля Opel наблюдается даже незначительное повышение величины аэродинамического фактора на 2 %, у отечественного переднеприводного автомобиля Lada аэродинамический фактор снизился на 10 %, в то время как у японского автомобиля Mitsubishi наблюдается понижение аэродинамического фактора на 60 %.
В классе автомобилей С в данное время аэродинамический фактор снизился у автомобиля Ford Focus на 20 %, Audi - на 40 %, Mazda 3 - на 58 %, BMW 3 - на 68 %, что свидетельствует о большом внимании к аэродинамике со стороны данных производителей.
Величина аэродинамического фактора автомобилей класса D незначительно уменьшилась - на 5 %.
К аэродинамике автомобилей класса В производители также относились серьезно: аэродинамический фактор автомобиля Mercedes значительно понижается - на 65 %, автомобиля BMW - основного конкурента Mersedes снижается на 35 %, а автомобилей Audi и Mazda уменьшается на 24 %.
Величина аэродинамического фактора автомобиля BMW 7 класса F на данном историческом отрезке снизилась на 28 %.
ЛИТЕРАТУРА
1. Евграфов А. Н. Аэродинамика автомобиля: учеб. пособие. М. : МГИУ, 2010. 356 с.
2. Краснов Н. Ф. Аэродинамика: учеб. для вузов. 3-е изд., перераб. и доп. М. : Высшая школа, 1980. 495 с.
3. Михайловский Е. В. Аэродинамика автомобиля. М. : Машиностроение, 1973. 224 с.
4. Прикладная аэродинамика: учеб. пособие для втузов. М. : Высшая школа, 1974. 732 с.
AERODYNAMIC FACTOR
Keywords: the analysis, aerodynamic resistance, overall dimensions, variations, classes, area of Midel.
Annotation. The parameter describing aerodynamic resistance of the car is considered. This parameter includes factor offrontal resistance of air and the area of cross-section section of the car. Dynamics of variation of these parameters in time for all classes of cars is considered.
ЖАМАЛОВ РАФИК РАФАИЛЕВИЧ - преподаватель кафедры «Тракторы и автомобили», Нижегородский государственный инженерно-экономический институт, Россия, Большое Мурашкино ([email protected]).
ZHAMALOV RAFIK RAFAILEVICH - the teacher of the chair «Tractors and automobiles», Nizhny Novgorod state engineering-economic institute, Russia, Bolshoe Murashkino ([email protected]).
КОРОЛЁВ ЕВГЕНИЙ ВИКТОРОВИЧ - кандидат технических наук, профессор кафедры «Тракторы и автомобили», Нижегородский государственный инженерно-экономический институт, Россия, Княгинино ([email protected]).
KOROLEV EVGENIY VIKTOROVICH - candidate of technical sciences, the professor of the chair «Tractors and automobiles», Nizhny Novgorod state engineering-economic institute, Russia, Knyaginino ([email protected]).
КОТИН АЛЕКСАНДР ИВАНОВИЧ - преподаватель кафедры «Тракторы и автомобили», Нижегородский государственный инженерно-экономический институт, Россия, Большое Мурашкино ([email protected]).
KOTIN ALEXANDR IVANOVICH - the teacher of the chair «Trac-tors and aotomobiles», Nizhny Novgorod state engineering-economic institute, Russia, Bolshoe Murashkino
