Автомобильная аэродинамика

Все мы неоднократно видели на спортивных машинах такие аэродинамические детали, как дефлекторы, сплиттеры, диффузоры и антикрылья. И это не говоря уже о полных аэрокитах. Все это, как известно, помогает улучшить динамические характеристики машины. Но как именно помогает?

Почему автоспортсмены и их команды тратят кучу времени и сил на улучшение своих машин в области их взаимодействия с воздушными потоками? Чтобы понять все это, нужно сначала коснуться общих принципов аэродинамики.

Подъемная и прижимная силы

В зависимости от формы, любой объект, движущийся сквозь воздух, будет всегда либо подниматься вверх, либо наоборот, прижиматься к земле. Силы, действующие на него в этих случаях, известны как подъемная и, соответственно, прижимная. Большинство машин благодаря форме кузова при езде склонны к подъему и отрыву от земли. Причину этого эффекта когда-то открыл швейцарский ученый Даниил Бернулли. Эффект Бернулли состоит как раз в том, что чем выше скорость молекул воздуха, передвигающихся вокруг объекта, тем ниже давление воздуха на этот объект. И наоборот: чем ниже скорость молекул воздуха, тем выше давление.

Когда машина движется куда-то, она непрерывно "бомбардируется" воздушными молекулами. Столкнувшись с машиной "лоб в лоб", воздух стремится переместиться в какое-нибудь другое место. Тут возможны два варианта: либо воздушный поток обтекает машину сверху, либо он перемещается вниз, под ее днище. Возможно, вы подумаете, что так как над машиной, грубо говоря, больше пространства, давление на ее крышу должно быть выше. Но это не так. При езде давление над машиной ниже, чем под ней, благодаря как раз эффекту Бернулли. Так как молекулы быстрее движутся над машиной, их плотность там понижена. Соответственно, давление воздуха там тоже меньше. А вот снизу воздух более плотен, его потоки под автомобилем более медленные, и давление на машину снизу выше. Поэтому при наборе скорости машина все сильнее стремится "взлететь" – ее просто-напросто выталкивает наверх воздух снизу.

Аэродинамика в автоспорте

Если машина все время хочет оторваться от дороги, ни о каком сцеплении шин с поверхностью и речи быть не может. Значит, с подъемной силой нужно как-то бороться, иначе о каких высоких скоростях, прохождениях поворотов и прочем можно говорить? Плохая аэродинамика вызывает, например, потерю времени на кольце, и если вы хотите победить, с ней нужно считаться всерьез.

Рассмотрим конкретный пример - Volkswagen Beetle 2000 года выпуска. Стоковый Beetle на скорости в 200 км/ч поднимается вверх с силой около 1 кДж (или около 1.35 л.с. в секунду). Если учесть, что он весит около 1224 кг, можно сказать, что на этой скорости около 25% его веса пытается оторваться от земли. А теперь представьте себе модифицированный для гонок Beetle. Как вы думаете, 25-процентная потеря сцепления с дорогой в поворотах – это хорошая идея для получения главного приза?

Способ борьбы с подъемной силой прост – нужно генерировать силу прижимную. Для этого и нужны многочисленные аэрозапчасти – уже перечисленные нами дефлекторы, сплиттеры, диффузоры и так далее. Только как же их правильно применить?

Какие аэродетали лучше всего подойдут к моей машине?

Аэродинамическая составляющая тюнинга так же важна, как и все остальные его составляющие, и вносит свою немалую роль в повышении мощности машины. Давайте рассмотрим подробнее самые распространенные типы компоновки автомобилей, и наиболее подходящие к ним аэродетали.

Переднемоторная компоновка с приводом на переднюю ось (FF)

У этого типа машин вся мощность сосредоточена впереди. Для предотвращения потери сцепления шин с дорожным покрытием здесь можно использовать передний сплиттер ("губу" на бампер) и дефлекторы – тоже на передний бампер. Это позволит переду машины сильнее прижиматься к земле на высокой скорости. Таким образом, потери мощности уменьшатся.

Среднемоторная компоновка с приводом на заднюю ось (MR)

Центр тяжести у таких машин расположен очень близко к их центру, а значит, перед здесь более "легкий". Это вызывает такой эффект, как избыточная поворачиваемость или очень резкий занос задней оси. Чтобы как-то сбалансировать это не всегда желаемое поведение машины, аэро-гуру также советуют усилить аэродинамическими деталями перед машины.

Однако и заднюю часть автомобиля можно украсить некоторыми новыми элементами. К их числу относят антикрылья, спойлеры и диффузоры. Они создают прижимную силу на задней оси, что особенно полезно для следующих типов машин:

Переднемоторная компоновка с приводом на переднюю ось (FF)

Как уже писалось выше, мощность и вес у такого рода машин сконцентрированы впереди. Следовательно, зад получается довольно легким, и для достижения баланса его нужно "нагрузить". Для этого и ставят задние спойлеры и антикрылья на багажник.

Переднемоторная компоновка с приводом на заднюю ось (FR)

У машин с такой компоновкой мощность приходится на задние колеса. Чтобы эта мощность не пропадала зря, то есть колеса были всегда сцеплены с дорогой, здесь тоже нужна прижимная сила. Как и в предыдущем пункте, для этого понадобятся антикрыло либо спойлер.