Автомобиль это тоже физика

Проект «Законы физики в устройстве автомобиля»

Описание презентации по отдельным слайдам:

Индивидуальный учебный проект Выполнил обучающийся 9 «А» класса МКОУ «Касторенская СОШ №1 ЗАКОНЫ ФИЗИКИ В УСТРОЙСТВЕ АВТОМОБИЛЯ

Цели проекта: Изучить какие законы физики действуют в устройстве автомобиля Задачи проекта Изучить устройство автомобиля Применить теоретические знания для объяснения принципа действия механизмов автомобиля Изучить историю зарождения автомобилестроения

Тип проекта Информационный Актуальность проекта Многие профессии связаны с автомобилями. Знание законов физики помогает изучать устройство автомобиля

Немного истории Сердцем конструкции была паровая машина скорость 4,5 км/ч В 1769 году на улицах Парижа появилась причудливая самодвижущаяся повозка. создатель — артиллерийский инженер Николай Жозеф Кюньо

Начало эры машиностроения Леонтий Лукьянович Шамшуренков — русский изобретатель, конструктор и механик. его изобретение — «самобеглая коляска»

Трехколесная самокатка Кулибина скорость 16 км/ч Здесь были даже некоторые детали, которые применяются в современном транспорте по сей день, например, тормоз или коробка передач.

Автомобиль Фрезе и Яковлева — первый российский серийный автомобиль, представленный публике в 1896 году

Законы физики в автомобиле Когда автомобили передвигались сравнительно медленно, казалось, что форма кузова не влияет на скорость и расход топлива. При движении автомобиля в безветренную погоду со скоростью 100 километров в час неподвижный воздух, через толщу которого проходит автомобиль, давит на кузов с силой, равной силе ураганного ветра.

Обтекаемая форма не изобретена учеными, а подсказана им природой. Такую форму имеют быстродвижущиеся природные тела: падающая капля некоторые земноводные рыбы птицы некоторые млекопитающие

Чтобы преодолеть сопротивление воздуха, автомобилю приходится отдавать большую часть своей мощности. «Победа», например, имея двигатель мощностью в 50 лошадиных сил и развивая скорость до 110 километров в час, расходует 5 лошадиных сил на трение в трансмиссии, 20 — на сопротивление качению шин и 25 — на сопротивление воздуха. Эти 25 лошадиных сил выброшены в полном смысле слова «на ветер». Проведенные в большом масштабе аэродинамические исследования позволили найти правильную обтекаемую форму автомобиля. Конструкторам удалось, используя результаты исследований, довести эту форму до ее сегодняшнего вид

Современные автомобили работают на жидком топливе. Сердце автомобиля – двигатель внутреннего сгорания

В ДВС работает первый закон термодинамики: количество теплоты, полученное при сгорании топлива идет на нагревание газа и совершении газом работы (газ перемещает поршень)

Это основной рабочий ход. Но не забудем, чтобы двигатель работал бесперебойно, его, чаще всего делают 4-х цилиндровым. Вспомогательные системы двигателя внутреннего сгорания. Система зажигания Впускная система Топливная система Система смазки Выхлопная система Система охлаждения

Дви́гатель — устройство, «приводящее в движение» Через передающие механизмы двигатель вращает ведущие колеса.

Автомобиль приводит в движение СИЛА ТРЕНИЯ между колесами и полотном дороги.

Мы знаем, что сила трения скольжения меньше. Поэтому надо учитывать аквапланирование — это возникновение гидродинамического клина в пятне контакта шины — то есть полная или частичная потеря сцепления, присутствием водяного слоя Коэффициент трения зависит от качества поверхности. Поэтому так важна форма и глубина протектора, наличие шипов.

Сила трения останавливает автомобиль при прижатии тормозных колодок к колесам. А управление колодками осуществляется с помощью тормозной жидкости. Здесь используется закон Паскаля: Давление, производимое на жидкость или газ, передается в любую точку без изменений во всех направлениях.

https://yandex.ru/search/?text=%D0%B4%D0%B2%D0%B8%D0%B3%D0%B0%D1%82%D0%B5%D0%BB%D1%8C%20%D0%B2%D0%BD%D1%83%D1%82%D1%80%D0%B5%D0%BD%D0%BD%D0%B5%D0%B3%D0%BE%20%D1%81%D0%B3%D0%BE%D1%80%D0%B0%D0%BD%D0%B8%D1%8F&lr=8&clid=2186617 Источник: https://tractorreview.ru/dvigateli/ustroystvo/dvigatel-vnutrennego-sgoraniya-ustroystvo-i-printsip-rabotyi.html Фото автомобиля https://funart.pro/1749-klassicheskie-gonochnye-avto-114-foto.html, https://www.1zoom.ru/%D0%90%D0%B2%D1%82%D0%BE%D0%BC%D0%BE%D0%B1%D0%B8%D0%BB%D0%B8/%D0%BE%D0%B1%D0%BE%D0%B8/264552/z820.3/3000×1808 Автомобиль «Победа» https://8mith.livejournal.com/488380.html Кузов автомобиля https://ustroistvo-avtomobilya.ru/kuzov/obtekaemaya-forma-kuzova/

Номер материала: ДБ-1148461

Не нашли то что искали?

Вам будут интересны эти курсы:

Оставьте свой комментарий

Подарочные сертификаты

Ответственность за разрешение любых спорных моментов, касающихся самих материалов и их содержания, берут на себя пользователи, разместившие материал на сайте. Однако администрация сайта готова оказать всяческую поддержку в решении любых вопросов, связанных с работой и содержанием сайта. Если Вы заметили, что на данном сайте незаконно используются материалы, сообщите об этом администрации сайта через форму обратной связи.

Все материалы, размещенные на сайте, созданы авторами сайта либо размещены пользователями сайта и представлены на сайте исключительно для ознакомления. Авторские права на материалы принадлежат их законным авторам. Частичное или полное копирование материалов сайта без письменного разрешения администрации сайта запрещено! Мнение администрации может не совпадать с точкой зрения авторов.

Источник

Автомобиль это тоже физика

Физика в конструкции автомобилей.

Актуальность темы проекта.

Возможно, моя исследовательская работа не имеет такого уж большого научного или практического значения, однако она может способствовать развитию интереса школьников к физике и технике, если, конечно, в будущем, учитель сочтёт полезным использование материалов моего проекта в образовательном процессе. Кроме того, для меня это первый опыт работы над проектом, и мне было интересно проверить себя, на что я способен, как у меня получится?

Новизна работы состоит в том, что в ней школьником /а, отнюдь, не инженером/ предпринята попытка взглянуть на автомобиль не как на транспортное средство, а именно с научно-технической точки зрения.

Цели проекта:

-узнать, что такое автомобиль, совершив экскурс в историю его создания;

-предположить, как, возможно, будут выглядеть автомобили в обозримом будущем;

-и, наконец, самое главное: выяснить, как в конструкции автомобиля использованы физические явления и законы

Гипотеза: я предположил, что в конструкции автомобиля нашли широкое применение физические явления и законы. Так ли это? Постарался разобраться.

Краткая историческая справка по теме проекта:

Кто и когда создал автомобиль?

В 1768 году француз Кюньо, собственно,это ещё был не вполне автомобиль, да и слова такого не существовало, так…самодвижущаяся «тележка»на паровом двигателе, т.к. даже идеи двигателя внутреннего сгорания тогда ещё и близко не было

В 1885г немецкий инженер Карл Бенц создал первый автомобиль, оснащённый бензиновым ДВС, изобретённым соотечественником Бенца инженером Николасом фон Отто

В конструкции современных автомобилей используются максимально лёгкие,но в то же время прочные/а в двигателе-жаропрочные сплавы/,а ещё различные виды пластика, керамика…В отделке салона присутствуют кожа, ткани, иногда даже древесина!

Как может измениться автомобиль в будущем?/Слайд 11/

-может, станет возможным и ездить по дороге и летать в небесах… /Слайд 12/

-или плавать под водой, /Слайд 13/

-а может российский автомобиль вернётся
к «классическому» дизайну, кто знает?! /Слайд 14/

Конструкционные связи устройства автомобиля с физическими явлениями и законами.

Далее, серьёзно подумав, как же конструктивные особенности автомобиля связаны с физикой, начал более глубокое исследование по данным направлениям. Ввиду того, что связь с физикой можно проследить буквально в каждой системе автомобиля, в каждом конструкторском и дизайнерском решении, рассмотреть абсолютно всё мне было невозможно, поэтому некоторые моменты как то физические процессы в работе ДВС, особенности в конструкции карбюраторного, инжекторного и дизельного ДВС, а также внешние аэродинамические особенности я не исследовал.

Я выбрал такие направления изучения связи физики с конструкцией автомобиля.

Силы, действующие на движущийся автомобиль.

Никакая электроника не в состоянии изменить законы физики, она помогает лишь до определенных пределов.

Необходимо знать основы физики движения. Они помогают лучше понять процесс вождения и причины возникновения аварийных ситуаций при управлении автомобилем.

Выезжая на дорогу, совсем не надо быть ученым-физиком, но разбираться в основах вождения и аэродинамики должен каждый человек, решивший сесть за руль автомобиля.

Всем нам хорошо известна карусель, где сиденья подвешены на цепях. При вращении эти сиденья стремятся уйти на своей гибкой подвеске по направлению от центра вращения, образуя угол вплоть до девяноста градусов по отношению к вертикали. Заставляет их это делать центробежная сила. Точно так же и на автомобиль, движущийся по окружности, воздействует центробежная сила, стремящаяся вытолкнуть его наружу поворота. При этом следует учитывать, что центробежная сила тем больше, чем больше масса машины и ее скорость. Но здесь есть одно “но”. Увеличивая скорость движения по окружности или в повороте в два раза, вы увеличиваете центробежную силу в четыре раза. Это надо знать и снижать скорость, входя в поворот.

Если силовое замыкание между колесами машины и дорогой недостаточно, то автомобиль как раз благодаря воздействию на него центробежной силы в повороте может уйти в занос (неуправляемое скольжение передних или задних колес в зависимости от привода автомобиля — переднего или заднего). Чревато заносом в повороте и резкое, неграмотное управление тормозными механизмами, газом и рулем. Это надо учитывать перед вхождением в поворот и ни в коем случае не тормозить резко на дуге, не прибавлять резко газ и не уменьшать по возможности радиус поворота. Все это может делать, да и то с оговорками, только специально подготовленный водитель, прошедший курс экстремального вождения и знающий правила прохождения поворотов в управляемом заносе, или автогонщик, но ни в коем случае не новичок за рулем. Поэтому в каждой поездке водитель просто обязан “прочитывать” дорогу, то есть учитывать силовое замыкание (сухо, снег, лед, вода и так далее) и грамотно выбирать скорость в поворотах или при перестроениях.

Читайте также:  Автомобиль маз 502 история создания

Силовое замыкание.

Под силовым замыканием между автомобилем и дорогой понимается трение сцепления между рабочей поверхностью шины и поверхностью дорожного полотна. Чем оно больше, тем лучше для безопасного управления автомобилем. Зависит оно от силы, с которой колесо прижимается к дорожному полотну, и шероховатости (или скользкости) самого дорожного полотна, определяющих коэффициент трения.

Инерция. Инерция автомобиля вокруг вертикальной оси.

Инерция-явление сохранения скорости тела при отсутствии действия на него со стороны других тел.

Момент инерции тела – это мера инертности этого тела во вращательном движении, по аналогии с массой в поступательном движении. Момент инерции является очень важной массовой характеристикой автомобиля, поэтому его определяют ещё на этапе компоновки, назначая габариты, положение и массы узлов и агрегатов.

Помните второй закон Ньютона? Ускорение= Сила/Масса. Поэтому для достижения большего ускорения можно либо увеличивать силу, либо снижать массу. Вот и во вращательном движении также: Угловое ускорение=Момент сил/Момент инерции.

Что же такое момент инерции автомобиля вокруг вертикальной оси, проходящей через центр масс? Если мысленно разбить автомобиль на элементарные массы, то сумма произведений этих элементарных масс на квадрат расстояния от них до вертикальной оси и даст нам момент инерции относительно этой оси.

Представьте себе автомобиль, которому надо войти в вираж. Для этого водителю необходимо совершить поворот автомобиля относительно центра поворота, находящегося обычно приблизительно на продолжении задней оси.

Чем большей линейной скорости прохождения виража хочет добиться водитель, тем быстрее ему нужно направлять автомобиль в поворот, т.е. увеличивать угловое ускорение автомобиля.

Вращательное движение в автомобиле:

-Колеса автомобиля, кроме того, что они вместе со всем автомобилем движутся, вращаются вокруг одной оси;

Центр тяжести.

Для расчета весовых характеристик автомобиля в расчет обычно принимается масса взрослого человека (около 70кг), а для детей 35 кг. Центр массы взрослого человека принимается на обоснованном расстоянии от нижней крайней точки спинки сиденья и составляет 200 мм.

Проектирование автомобиля осуществляется с использованием следующих параметров: масса отдельных частей автомобиля, сухая масса автомобиля, реальные массы агрегатов. Сила тяжести определяется в Ньютонах. Для этого необходимо получить произведение массы автомобиля, умноженной на ускорение свободного падения 9,8м/с2.

Термодинамика.

Термодинамика – наука об основных способах преобразования внутренней энергии в механическую работу.

Справедлив постулат Клаузиуса и для автомобиля: «процесс, при котором не происходит других изменений, кроме передачи теплоты от горячего тела к холодному, является необратимым, то есть теплота не может перейти от холодного тела к горячему без каких-либо других изменений в системе».

Постулат Клаузиуса: «процесс, при котором не происходит других изменений, кроме передачи теплоты от горячего тела к холодному, является необратимым, то есть теплота не может перейти от холодного тела к горячему без каких-либо других изменений в системе».

Двигатели внутреннего сгорания (ДВС) переводят химическую энергию топлива в тепловую энергию, а затем с помощью кривошипно-шатунного механизма в механическую работу. При этом 1 литр бензина при сгорании выделяет около 9,5 кВт*ч тепловой энергии.

У современного ДВС К.П.Д достаточно низкий – до 30%, поэтому основная (70%) часть тепловой энергии, которая не была преобразована в механическую, должна быть отведена от ДВС. Если лишнюю энергию не отводить от двигателя, то он перегреется, что чревато выходом его из строя; прежде всего, заклиниванием поршней в цилиндрах.

Для регулирования скорости отвода «лишней» тепловой энергии нужен элемент системы охлаждения прибор термостат. Но при этом необходимо помнить, что это не единственный способ отвода избытка тепловой энергии.Он происходит тремя путями: 1) через конвекцию и тепловое излучение, 2) через систему выпуска выхлопных газов и 3) через систему охлаждения двигателя, где как раз и нужен термостат для регулирования объема охлаждающей жидкости.

Итак, я узнал, кто создатель первого авто-, как в общих чертах устроен современный автомобиль, предположил возможное совершенствование дизайна автомобиля в будущем, и, самое главное, изучил на доступном уровне физические принципы, заложенные в конструкцию любого автомобиля.

Источники информации:

-сайты сети интернет;
-собственные знания и размышления;
-энциклопедический словарь юного техника.

ВЫСТУПЛЕНИЕ НА ЗАЩИТЕ ПРОЕКТА.

1. Приступая к работе над проектом, я ставил перед собой следующие цели:

-узнать, что такое автомобиль, совершив экскурс в историю его создания;

-предположить, как, возможно, будут выглядеть автомобили в обозримом будущем;

-и, наконец, самое главное: выяснить, как в конструкции автомобиля использованы физические явления и законы

2. Краткая историческая справка по теме проекта:
Кто же и когда создал автомобиль? В 1768 году француз Кюньо, собственно,это ещё был не вполне автомобиль, да и слова такого не существовало, так…самодвижущаяся «тележка»на паровом двигателе, т.к. даже идеи двигателя внутреннего сгорания тогда ещё и близко не было
В 1885г немецкий инженер Карл Бенц создал первый автомобиль, оснащённый бензиновым ДВС, изобретённым соотечественником Бенца инженером Николасом фон Отто
В конструкции современных автомобилей используются максимально лёгкие,но в то же время прочные/а в двигателе-жаропрочные сплавы/,а ещё различные виды пластика, керамика…В отделке салона присутствуют кожа, ткани, иногда даже древесина!

3. Ход выполнения проекта:
Гипотеза: я предположил, что в конструкции автомобиля нашли широкое применение физические явления и законы. Так ли это? Постарался разобраться.
Сначала я решил выяснить для себя, что же такое автомобиль с научно-технической точки зрения.
Затем узнал кем и когда был создан первый автомобиль вообще и первый автомобиль с бензиновым двигателем.
Уяснил для себя общее устройство автомобиля, представив его в виде схемы.
Немного пофантазировал, представив как могут выглядеть автомобили будущего.
Далее, серьёзно подумав, как же конструктивные особенности автомобиля связаны с физикой, начал более глубокое исследование по данным направлениям. Ввиду того, что связь с физикой можно проследить буквально в каждой системе автомобиля, в каждом конструкторском и дизайнерском решении, рассмотреть абсолютно всё мне было невозможно, поэтому некоторые моменты как то физические процессы в работе ДВС, особенности в конструкции карбюраторного, инжекторного и дизельного ДВС, а также внешние аэродинамические особенности я не исследовал.
Я выбрал такие направления изучения связи физики с конструкцией автомобиля.
• Силы, действующие на движущийся автомобиль.
• Инерция. Масса – мера инертности.
• Вращение твёрдого тела.
• Центр тяжести.
• Термодинамика.
Рассказ сопровождается показом слайдов презентации. Кто это будет делать!?В.И.?

4. Выводы по теме проекта и собственная оценка работы над проектом.
Итак, я выяснил, кто создатель первого автомобиля, как в общих чертах устроен современный автомобиль, предположил возможное совершенствование дизайна автомобиля в будущем, и, самое главное, исследовал на доступном учащемуся уровне /то есть, к сожалению, лишь теоретически/ физические принципы, заложенные в конструкцию любого автомобиля. Надеюсь, в будущем эти знания помогут стать мне умелым и аккуратным на дороге водителем, а также механиком своему автомобилю, который когда-нибудь у меня, надеюсь, будет.
Уважаемые слушатели, на этом у меня всё. Спасибо за внимание!

Источник

Статья по физики на тему «Аэродинамика автомобиля»

ГЛАВА 1. Основные определения аэродинамики и зарождение ее в автомобилестроении.

1.2. История появления первых аэродинамических автомобилей…………………………………………………………….…..6

1.3. Основные понятия в аэродинамике……………………………………………… ……. ………..8

1.4. За счет каких элементов достигается изменение аэродинамики автомобиля?……………………………………………………….……..…9

ГЛАВА 2. Аэродинамика современных автомобилей.

2.1. Влияние отдельных элементов на аэродинамику современных городских автомобилей…………………………………………………………….…11

2.2. Влияние отдельных элементов и форм кузова на аэродинамику современных спортивных автомобилей…………………………………………………………….…14

Проблема аэродинамики автомобиля, к сожалению, не так остро стоит в современном обществе. Но мы уже столкнулись с ней лицом к лицу, ведь каких-то сто лет назад автомобили и близко не могли приблизиться к тем показателям, которые демонстрируют современные автомобили. Такой стремительный рост требований к аэродинамике заставил производителей начать придумывать все новые и новые решения различных проблем.

Но как я уже говорил ранее, подобные автомобили стали стоить огромных денег, но все же были несовершенными и не пользовались популярностью среди населения. В настоящее время практически ничего не изменилось. Поэтому я бы хотел выявить наиболее лучшие способы улучшения аэродинамики, потому что данная тема является достаточно перспективной и активно развивающийся в настоящее время.

Читайте также:  Автомобильные ходовые огни на автомобиль

В настоящее время аэродинамика автомобиля играет огромную роль во множестве аспектах и решает множество задач. Ведь нынешние спортивные автомобили могут развивать скорость, подобную скорости отрыва самолетов от земли. И поэтому специалистам необходимо учесть множество факторов, влияющих на максимальную скорость автомобиля, его управляемость, возникновение подъемных сил, температуру двигателя и тормозных дисков. Но не подумайте, что расчеты аэродинамики необходимы только спортивным автомобилям, ведь и в городских версиях автомобилей тоже важны подобные расчеты, так как аэродинамика оказывает влияние на расход топлива автомобиля, уровень шума в салоне, загрязнение стекол, ручек дверей и других поверхностей, вентиляцию салона. Каждый современный автопроизводитель стремится к тому, чтобы автомобиль имел наилучшую аэродинамику и счет идет на долю значений, но есть место где можно поработать с аэродинамикой достаточно эффективно. В принципе, весь корпус автомобиля подчинен действию аэродинамических сил, и инженеры стараются создавать кузова с максимально зализанными формами. Но к сожалению, нынешним производителям автомобилей среднего класса не всегда удается достичь высоких показателей. Во многом это из-за того, что производители пытаются максимально удешевить выпускаемые автомобили, ведь подобные расчеты могут сильно завысить конечную стоимость, а для потенциального клиента такая покупка будет невыгодной, следовательно, и для компании производителя тоже. Именно поэтому я бы хотел сам разобраться в этом вопросе, изучив историю применения расчетов аэродинамики для автомобиля, за счет чего ее можно улучшить и т.д. Из полученной информации сделать вывод о наиболее лучшие способах улучшения аэродинамики автомобиля.

ГЛАВА 1. Основные определения аэродинамики и зарождение ее в автомобилестроении.

1.1. Что такое аэродинамика?

1.2. История появления первых аэродинамических автомобилей.

В начале прошлого века, когда автомобили только зарождались, их скорость едва превышала 40км/ч, а форма походила на карету, об аэродинамике, естественно, не задумывались – при величине Cx около единицы те модели едва ли могли поспорить по обтекаемости даже с пресловутым кирпичом. Однако все же находились энтузиасты, уделявшие этому внимание. Главным образом, то были разработчики рекордных автомобилей и тех, что мы бы сейчас назвали «концепт-карами».

Над формой долго не думали – её перенимали из других областей техники, таких как мореплавание или авиация. Соответственно, автомобили напоминали корабли, дирижабли, торпеды и другие тела вращения. Самым же первым представителем этой плеяды была машина La Jamais Contente Камилла Дженатци, на которой сам создатель впервые в истории преодолел рубеж в 100км/ч – произошло это аж в 1899 году. Cx того автомобиля, конечно, не известен, но, учитывая немалую мощность в 67 л.с., можно предположить, что его аэродинамика все же была далека от совершенства – сопротивление увеличивал водитель, возвышавшийся над кузовом, и совершенно неприкрытые элементы подвески и шасси. (приложение 1)

Более удачной попыткой создать обтекаемый автомобиль стала Alfa Romeo 40-60 HP – спортивная машина 1913 года, на шасси которой был установлен кузов в форме дирижабля. Полностью укрывающий пассажиров корпус, интегрированное шасси и компактные узлы подвески позволили при мощности 70 л.с. достигать уже 139 км/ч, что свидетельствует о весьма неплохой, а по тем временам и вовсе выдающейся, аэродинамике (приложение 2).

Постепенно стали подтягиваться и остальные автопроизводители – росла мощность моторов, увеличивались скорости, и к 70-ому году вместе с модой на угловатые кузова окончательно утвердилась и роль аэродинамики, как одной из приоритетных областей совершенствования автомобилей.

1.3. Основные понятия в аэродинамике.

Коэффициент аэродинамического сопротивления (Сх) – безразмерная величина, обычно меньше единицы. Определяется экспериментальным путем в аэродинамической трубе или с помочью расчетов. Физический смысл — отношение аэродинамической силы к скоростному напору и характерной площади. У современных автомобилей значение Сх в районе 0,30. Внедорожники имеют чуть больший коэффициент Сх из-за большей площади кузова.

Сила аэродинамического сопротивления (Рх) — сила, с которой поток воздуха «давит» на движущийся автомобиль. Всегда действует в сторону, противоположную движению. Чем больше, тем ниже максимальная скорость и динамика автомобиля при прочих равных условиях.

Подъемная сила (Рz) — направлена перпендикулярно к скорости автомобиля. При обтекании автомобиля частицы потока, обтекающие днище, проходят меньший путь, чем частицы, обтекающие капот, крышу и крышку багажника, то есть более выпуклую поверхность. А согласно уравнению Бернулли давление среды больше там, где скорость частиц меньше. Автомобиль превращается в крыло. Если ситуацию «запустить», с ростом скорости колеса машина будет терять контакт с дорогой, что негативно скажется на управляемости и устойчивости.

Мидель (от middel — средняя) – наибольшая площадь сечения автомобиля, перпендикулярная направлению движения.

Опрокидывающий момент (Му) — определяет перераспределение нагрузок между передними и задними осями автомобиля. Возникает из-за того, что Рх всегда действует под углом к продольной оси автомобиля. По Му можно судить о возможном изменении управляемости на высоких скоростях, а нулевое значение говорит о том, что независимо от скорости автомобиля тот будет управляться одинаково, а заложенный производителем баланс нагрузок на колеса не нарушится.

Момент крена (Мх) и разворачивающий момент (Мz) – характеризуют способность автомобиля противостоять порывам бокового ветра. Чем меньше абсолютные значения, тем меньше водитель чувствует влияние капризов природы.

1.4. Элементы, за счет которых можно усовершенствовать аэродинамику автомобиля.

Задача специалистов по аэродинамике состоит в уменьшении паразитных сил и моментов (Рх, Рz, Му, Мх и Мz).

Добиться можно с помощью дополнительных аэродинамических элементов, что ведет к увеличению площади миделя и как следствие – к увеличению силы лобового сопротивления. Но оказывается, грамотно сконструированные и тщательно продутые в аэродинамической трубе элементы позволяют уменьшить Сх.

Антикрыло. Создано для борьбы с подъемной силой. Первостепенная задача – создать прижимную силу, чтобы колеса не теряли контакт с дорогой ни при каких условиях. Взгляните на болиды Ф1 (приложение 6). Вот где антикрылья – усилия работы специалистов по аэродинамике. Но перебарщивать с размерами нельзя – резко растет аэродинамическое сопротивление, а значит – падает скорость, увеличивается расход топлива. Практически на всех спортивных автомобилях рабочая часть крыла выполнена регулируемой для возможности изменения угла атаки и возможности настройки. (приложение 7)

Спойлер (от spoil — портить). Аэродинамический элемент с одной рабочей поверхностью для изменения направления движения воздушного потока. Основная задача «правильного» спойлера – организация безотрывного и «плавного» обтекания воздушным потоком всей поверхности автомобиля, что повышает устойчивости при движении с высокими скоростями. Спойлер может бороться с подъемной силой, отсюда его сложные формы. Но эта деталь всегда примыкает к кузову автомобиля. (приложение 8)

Диффузор. Часть или элемент обвеса, преобразующая кинетическую энергию набегающего потока воздуха под авто в повышение давления равное атмосферному. При взаимодействии воздушного потока в диффузоре с дорожным полотном, образуется отрицательное давление, прижимающее автомобиль к дороге. (приложение 9)

ГЛАВА 2. Аэродинамика современных автомобилей

2.1. Влияние отдельных элементов на аэродинамику современных городских автомобилей.

Главные цели улучшения аэродинамических показателей – увеличение скоростей и экономия топлива, как я уже и говорил, основным направлением улучшения аэродинамики автомобиля является оптимизация обтекания кузова автомобиля, другими словами – уменьшение Сх. Первыми с этим столкнулись спортивные автомобили, именно там стали появляться обтекаемые формы. Позволившие снизить сопротивление внешней среды, благодаря чему повысились скорости движения. Надо сразу отметить, что в тот момент именно скоростные характеристики стояли на первом месте, об экономичности речи не шло. Но со временем именно топливная экономичность, вопросы безопасности и управляемости современных автомобилей стали решающими. За счет оптимальных форм кузова, а также обтекаемости внешних элементов отделки и дизайна (фар, ручек, решеток и т.д.) удалось поднять скорость движения и повысить топливную эффективность автомобиля. Сейчас, на примере городских автомобилей мы рассмотрим эти способы и как они влияют на аэродинамику.

2.2. Наружные зеркала заднего вида.

2.4. Зазоры между деталями кузова.

Зазоры между отдельными элементами кузова тоже являются немаловажным фактором, влияющим на аэродинамику автомобиля. По расчетам специалистов, мы можем увидеть, что неправильно подогнанные детали при сборке автомобиля, могут заметно влиять на Сх. Например, у двух одинаковых автомобилей, с различием только в зазорах, разница Сх составляет около 0,05. С первого взгляда может показаться, что это незначительная разница, но нет, в этом деле специалисты борются за доли значений. Следовательно, в современных автомобилях при сборке стараются подогнать детали как можно ближе друг к другу, а в концепт карах и вовсе, сделать кузов автомобиля монолитным, что позволяет значительно увеличить скорость на спортивных автомобилях (приложение 12).

Читайте также:  Автосервисы для грузовых автомобилей в сургуте

2.5. Отдельные и выступающие элементы.

Очень большую роль в аэродинамике автомобиля оказывают выступающие элементы, такие как выезжающие фары (более не используются из-за новых правил дорожного движения, запрещающих установку выступающих элементов на капоте (для безопасности пешеходов)), но они увеличивали показатели Сх от 0,02 до 0,09, что достаточно существенно, высокие стабилизирующие ребра увеличивали показатели Сх на 0,03, стеклоочистители до 0,09, передние крылья с фронтальной поверхностью выше буфера до 0,04, а также передние и задние отдельные бампера до 0,15 и антенны до 0,02 – все это огромным образом влияет на аэродинамику, поэтому современные автопроизводители пытаются усовершенствовать автомобили и исключают эти элементы кузова (приложение 13).

2.1.1 Влияние отдельных элементов и форм кузова на аэродинамику современных спортивных автомобилей.

Мы рассмотрели основные элементы, влияющие на аэродинамику городских автомобилей, но что касается спортивных автомобилей? А в спортивных автомобилях по мимо всех этих элементов есть еще и антикрылья, спойлера, диффузоры, в целом более обтекаемые формы кузова, также продумывают системы отвода воздуха и убирают выступающие элементы. Сейчас мы рассмотрим все эти элементы и их влияние на аэродинамику автомобиля. 2.2.2. Антикрыло и спойлер

Кузов автомобиля при движении испытывает точно такие же процессы, как и крыло самолета, но в гораздо меньших величинах. Это значит, что на верхней части кузова образуется низкое давление, ввиду ускорения потока воздуха, относительно потока, проходящего под автомобилем, так как первому необходимо преодолеть большее расстояние, за то же время. И это низкое давление стремится поднять автомобиль, как крыло поднимает самолёт, при этом развивается подъёмная сила. Подъемная сила ухудшает сцепления колес автомобиля, и на больших скоростях, может привести к потере управления. И вот как раз с ней, и борются при помощи различных аэродинамических элементов. Одними из наиболее ключевых элементов являются спойлеры и антикрылья (спойлер отличается антикрыла тем, что спойлер вплотную прилегает к кузову и жестко закреплен, он может быть расположен в передней части кузова, как обтекатель (часто называют сплиттер) боковые пороги и сам спойлер, расположенный в задней части кузова, либо на кромке багажника (у заднемоторных автомобилей – это кромка капота (приложение 7)), либо в продолжение линии крыши), а антикрыло имеет зазор с кузовом автомобиля и обычно расположен в задней части автомобиля (приложение 6)). Сделано это неспроста, достаточно крутой наклон кузова в этих местах может приводить к разделению набегающего потока воздуха – он становится турбулентным, создавая зону низкого давления, увеличивая сопротивление и нестабильность воздуха. Спойлер позволяет увеличить давление воздуха, наращивая прижимную силу. А сплиттеры (приложение 13) выполняют ту же функцию, но в отношении днища автомобиля. Технически спойлеры и антикрылья можно разделить на две основные категории – это жестко зафиксированные или стационарные и подвижные или активные (наиболее часто используются у современных автомобилей, они выдвигаются автоматически при достижении автомобилем определенной скорости). Самой наглядной иллюстрации важности спойлера стал спорткар Audi TT первого поколения (приложение 14). Автомобиль получил очень яркий дизайн кузова, и инженеры не стали портить его дополнительными аэродинамическими элементами, но вскоре выяснилось, что красота в прямом смысле требует жертв. На скорости свыше 180 км/ч в поворотах или просто при смене полосы движения TT теряла устойчивость, что приводило к серьёзным авариям, череда инцидентов, в том числе со смертельными исходами, вынудило Audi отзывать уже проданные автомобили и вносить доработки. Одним из элементов доработок стал спойлер. Данный элемент существенно улучшил стабильность движения машины на высоких скоростях. Именно поэтому в современных спортивных автомобилях устанавливают подобные элементы, во избежание подобных ситуаций и увеличения уровня устойчивости автомобиля.

Диффузор кузова – часть дополнительного обвеса автомобиля, которая выполняет функцию перераспределения встречного воздушного потока между днищем и дорожным покрытием. Диффузорами называют любые детали, которые перераспределяют воздушные потоки. В автомобиле носить название диффузор могут три элемента. Корпус вентилятора, который так и называют – «диффузор вентилятора», деталь в карбюраторе, о котором так и пишут – «диффузор карбюратора» и часть дополнительного обвеса кузова автомобиля – «диффузор кузова», сейчас о нем мы и поговорим. Основным назначением диффузора является улучшение аэродинамических характеристик автомобиля. Он преобразует кинетическую энергию набегающего потока воздуха и создает под днищем область разрежения, которая стремится прижать автомобиль к дороге. Рост прижимной силы повышает качество сцепления покрышек с дорожным покрытием. За счет этого автомобиль получает улучшенную маневренность, эффективный разгон, безопасное торможение. Дополнительной функцией диффузора может быть распределение воздушного потока для дополнительного обдува тормозных механизмов. Чаще всего диффузор монтируется под днищем в задней части автомобиля. Также он может быть установлен прямо под бампером. Диффузор состоит из нескольких конструктивных элементов. Продольные ребра, образующие каналы для воздуха, которые разбивают поток и увеличивают его скорость. Также они ограничивают воздушный поток с боков. Иногда такие ребра могут еще и направлять воздух на диски и тормозные колодки. Современные диффузоры изготавливают из высокопрочного и легкого углепластика (карбона). Диффузор вне зависимости от конструкции содержит пустоты, которые увеличиваются в объеме по всей его длине – для легкости конструкции. Действие диффузора кузова основано на законе Бернулли. Объем воздуха, проходя через узкие каналы устройства, разбивается на несколько отдельных потоков. При этом скорость среды возрастает, что приводит к снижению давления. На выходе из диффузора давление сравнивается с атмосферным, а под днищем оно будет ниже. Благодаря возникающему разрежению воздуха прижимная сила увеличивается. Данный эффект позволяет повысить общую прижимную силу и снизить подъемную силу задней части автомобиля. Большое значение имеет соблюдение правильного угла наклона стенок диффузора, который не должен резко изменяться. Поток воздуха не должен отделяться от верхних и боковых плоскостей. Вертикальные перегородки помогают повысить его эффективность и гарантировать, что воздух будет выбираться из-под днища и не влиять на верхнюю часть кузова автомобиля. В зависимости от конструкции и места размещения различают несколько типов диффузоров: задний диффузор, который заканчивается под бампером автомобиля передний диффузор или сплиттер, который создает зону пониженного давления в носовой части; задний двухуровневый или вторичный диффузор, который имеет повышенный объем и позволяет вытягивать большее количество воздуха из-под днища.

2.2.4. Формы кузова современного спортивного автомобиля.

Наименьший коэффициент аэродинамического сопротивления имеет каплевидное тело. При движении в воздушной массе такое тело плавно перед собой разводит поток, не создавая области повышенного давления, а имеющийся «хвост» позволяет за собой сомкнуть поток без обрывов и завихрений, то есть разрежение тоже отсутствует. Получается, что воздух просто обтекает тело, создавая минимальное сопротивление. Для такого тела коэффициент Сх составляет всего 0,05. Конструкторам, работая с аэродинамикой автомобиля добиться, таких показателей пока не удается. И все потому, что при движении сопротивление создается несколькими факторами: Формой кузова, трением потока о поверхности при обтекании, попаданием потока в подкапотное пространство и салон. Примечательно, что на коэффициент оказывает наибольшее влияние не передок авто, а его задняя часть. И виной этому становится создание разрежения и завихрений в результате отрыва потока от кузова. Поэтому конструкторы по большей части занимаются приданием необходимой формы именно задней части. Фольксваген XL1. Коэффициент сопротивления Volkswagen XL1 (приложение 15) составляет всего 0,19. Снизить коэффициент Сх позволяет также уменьшение количества выступающих частей, причем везде на авто (бока, крыша, днище, передок), а тем элементам, которые не удается убрать с поверхности придается максимально возможная обтекаемая форма. Сейчас очертания автомобилей приближаются к этому идеалу. Конструкторы заглаживают поверхности, изменяют плоскости и углы легкими выпуклостями и округлениями, убирают с поверхности и утапливают в корпусе кузова фары, фонари, ручки. Проведенные в большом масштабе аэродинамические исследования позволили найти правильную обтекаемую форму автомобиля. Конструкторам удалось, используя результаты исследований довести эту форму до ее сегодняшнего вида. Автомобили не только приобрели более изящный и стремительный вид, но и более удобное расположение пассажирских сидений и механизмов, а также приблизились к желаемой обтекаемой форме кузова, обеспечивающей большую быстроту движения при меньших потерях мощности на преодоление сопротивления воздуха. В современных автомобилях это очень важно, именно поэтому ученые пытаются усовершенствовать формы автомобиля.

Источник

Ответы на популярные вопросы
Adblock
detector