Сила сопротивления воздуха

Сопротивления воздуха движению автомобиля включает следующие основные виды (рис.2.14):

Рис. 2.14. Направления воздушных потоков, обтекающих автопоезд:

а – вид сбоку; б – вид сверху.

Сопротивление формы(50...60 %) вызвано разностью между повышен­ным фронтальным давлением, возникаю­щим перед автомобилем и пониженным давлением, вызванным завихрениями поза­ди него.

Внутреннее сопротивление(10…15 %), создаваемое потоками воздуха, проходящими через решетку радиатора и подкапотное пространство для охлаждения двигателя, воздухозаборники, колесные ниши, а также внутри автомобиля для вен­тиляции или обогрева кузова.

Сопротивление поверхностного трения(5...10%), вызываемое силами вязкос­ти пограничного слоя воздуха, движущего­ся у поверхности автомобиля, и зависящее от размера и шероховатости этой поверх­ности.

Индуктируемое сопротивление(5...10%), вызываемое взаимодействием сил, действующих в направлении продоль­ной оси автомобиля (подъемной) и пер­пендикулярно этой оси (боковой), а также подъемной силой, вызванной разностью давления воздуха внизу и вверху кузова.

Дополнительное сопротивление(≈15%), создаваемое различными выступающи­ми частями: фарами, указателями по­ворота, ручками, номерными знаками.

Известно, что сила сопротивления движению любого тела правильной формы в воздушном потоке вычисляется по формуле:

Р_в = ρ∙с_х∙S_м∙(V_т – V_п)²,

где ρ – плотность воздуха (для расчетов принимают ρ ≈ 1,225 кг/м³);

с_х – коэффициент обтекаемости тела;

S_м – мидель тела или «миделево сечение» тела (площадь проекции тела на плоскость, перпендикулярную направлению движения в воздушном потоке);

V_т – скорость движения тела;

V_п– скорость движения воздушного потока (при движении тела навстречу воздушному потоку величина V_п имеет знак «минус»).

Коэффициент с_х обтекаемости тела зависит от его формы, размеров и расположения в воздушном потоке, влияние этих факторов на с_х показано на рис.2.15. Однако, сопротивления воздуха движению автомобиля включает несколько видов указанных выше, и вычисление Р_в по представленной формуле вызывает определенные затруднения.

На практике чаще используют приближенную формулу:

P_в = k_в∙F_л∙V² (Н)

где k_в — коэффициент лобового сопротивления автомобиля в неподвиж­ной воздушной среде, зависящий от факторов указанных выше (Н∙с²/м⁴);

F_л — лобовая площадь автомобиля, м²;

V — ско­рость движения автомобиля, м/с.

Коэффициент k_в лобового сопротивления в данном случае приближенно учитывает плотность ρ воздуха, коэффициент с_х обтекаемости тела и другие факторы. Его определяют экспериментально, численно он равен силе сопротивления воздуха в ньютонах, создавае­мой 1м² лобовой площади автомобиля при его движении со скоро­стью 1 м/с.

Рис. 2.15. Линии воздушного потока при обтека­нии тел различной геометрической формы; а — вихреобразование за тонкой пластиной;

б — вихреобразование за сферической поверхно­стью; в — воздушный поток, обтекающий каплеобраз­ное тело; 1— направление воздушного потока;

2 — безвихревые линии обтекания (ламинарный поток); 3 — завихряющиеся линии обтекания (вихревой шлейф, турбулентный поток).

Лобовой площадью называют площадь проекции автомобиля на плоскость, перпендикулярную продольной оси автомобиля. Опреде­лить точное значение лобовой площади автомобиля до­вольно трудно из-за сложной формы его поперечного контура. По­этому пользуются приближенными формулами:

F_в = B∙H - для грузовых автомобилей и легковых старой конструкции;

F_в = 0,78B∙H - для легковых новой конструкции,

где В — колея автомобиля, м;

H — вы­сота автомобиля, м.

Произведение k_в∙ F_в = W_в называют «фактор обтекаемости автомобиля».

Приближенные значения коэффициента k_в показаны в табл. 2.7.

Таблица 2.7

Значение коэффициентов с_х и k_в

Поиск по сайту: