Зона разрежения
В среде физиков бытует поговорка: «Эксперимент надо ставить только тогда, когда заранее известен результат». Затевая этот сравнительный аэродинамический тест, мы, в принципе, тоже догадывались о его исходе. Но желание самим проверить, какой тип кузова предпочтительнее с точки зрения аэродинамики, все же оказалось сильнее. Именно поэтому в аэродинамической трубе Дмитровского полигона оказались три автомобиля: седан ВАЗ-2110, универсал ВАЗ-2111 и хэтчбек ВАЗ-2112.
http://vaz.ee/all_f/aero/aero06_a.jpgСх «десятки» чуть выше — из-за небольшой зоны разрежения, возникающей над крышкой багажникаhttp://vaz.ee/all_f/aero/aero09_a.jpgПервое, о чем должен позаботиться настоящий экспериментатор, — соблюдение корректности поставленного опыта. Если мы станем сравнивать характер обтекаемости, например, хэтчбека ВАЗ-2109 и универсала ВАЗ-2104, то выясним лишь отличия в аэродинамике этих конкретных моделей, но не сможем сделать из этого каких-либо общих выводов. Это совершенно разные автомобили! Но сравнение трех машин одного «десятого» семейства позволит нам уже смелее интерпретировать результаты. Ведь дизайн этих машин выполнен в одном стиле, а их передки и вовсе одинаковы. Так что разницу в обтекаемости, обусловленную именно разными типами кузовов, в этом случае «поймать» будет гораздо проще.
Кстати, для пущей корректности все три автомобиля отправились в Дмитров в одинаковой, стандартной комплектации — со стальными штампованными дисками, брызговиками за задними колесами и всеми полагающимися стеклоочистителями. И никаких дополнительных молдингов, накладок или антенн.
Занятно, что хэтчбек ВАЗ-2112 оказался в аэродинамической трубе Дмитровского автополигона впервые. Нет-нет, машину «продували», но не в Дмитрове, а уже в Тольятти, в недавно построенной вазовской трубе. А в руках дмитровских специалистов по аэродинамике «двенадцатая» успела побывать только в виде пластилинового макета. И каким именно окажется коэффициент аэродинамического сопротивления Сх хэтчбека ВАЗ-2112, дмитровчане только догадывались...
Зато и седан, и универсал ВАЗ-2111 прошли в Дмитрове полные циклы доводочных работ. Так что наш тест только подтвердил уже известные специалистам автополигона результаты.
http://vaz.ee/all_f/aero/aero05_a.jpgНад пятой дверью ВАЗ-2112 воздушный поток протекает безотрывно, что улучшает характер обтекаемостиhttp://vaz.ee/all_f/aero/aero08_a.jpgОбтекаемость универсала заметно хуже, нежели у седана. Если у «десятки» коэффициент аэродинамического сопротивления Сх равен 0,347, то у универсала он вырос до 0,381! Объясняется это просто. При движении за любым автомобилем возникает зона разрежения. Естественно, что за вертикальной задней стенкой универсала разрежение оказывается намного больше, нежели за багажником седана. А чем обширнее зона пониженного давления за автомобилем, тем существенней она «оттягивает» машину назад, увеличивая аэродинамическое сопротивление.
Несмотря на вполне закономерное и ожидаемое ухудшение обтекаемости универсала, полигоновцы все же сокрушались. «Зачем вазовские дизайнеры поставили этот спойлер в задней части крыши? Ведь был у нас гораздо более удачный вариант в виде дефлектора, отсекающего часть воздуха с крыши на дверь багажника. Он и зону разрежения уменьшал, и заднее стекло меньше грязью забрасывало...»
Зато с хэтчбеком тольяттинцы не подкачали — Сх «двенадцатой» модели оказался равным 0,335, что чуть меньше, чем у седана. Секрет успеха в том, что заднее стекло хэтчбека установлено с гораздо большим наклоном — угол к горизонтали составляет менее «пограничных» 28 градусов, и поэтому воздух стекает с машины ровно и безотрывно. А если бы щетка заднего стеклоочистителя «двенадцатой» в состоянии покоя лежала не горизонтально, а фиксировалась бы на стекле в вертикальном положении, то Сх удалось бы еще немного уменьшить.
http://vaz.ee/all_f/aero/aero07_a.jpg«Успокоившись» на длинной крыше универсала, воздух сходит с него ровной горизонтальной струей. Но за почти вертикальной задней дверью образуется обширная зона разрежения, увеличивающая Схhttp://vaz.ee/all_f/aero/aero10_a.jpgКстати, если вы помните, на первых фотографиях предсерийный хэтчбек представал то с небольшим антикрылышком над стеклом пятой двери, то с мощным лопатообразным антикрылом. В серию пошла последняя, самая серьезная с точки зрения аэродинамики конструкция — очевидно, она эффективнее снижает подъемную силу, действующую на заднюю часть кузова. В результате вазовцам удалось добиться того, что по значению подъемной силы хэтчбек ВАЗ-2112 лишь чуть-чуть проигрывает обычной «десятке».
Зато на универсал ВАЗ-2111 действует не подъемная, как обычно, а прижимающая сила! Вдобавок, она великолепно распределена между передними и задними колесами. Кольцевой болид, да и только! В чем секрет? Оказалось, что в длинной крыше. Как протекает воздух над седаном или над хэтчбеком? Взметнувшись за лобовым стеклом, он дугообразно огибает крышу и падает на заднее стекло. Эту дугу хорошо видно, если пустить на лобовое стекло машины тонкую струйку дыма (такую процедуру специалисты называют визуализацией воздушных потоков). В зоне этой дуги создается разрежение — точно так же, как и над самолетным крылом (см. схему внизу). А под днищем автомобиля, как правило, образуется зона повышенного давления. Именно эта разница давлений и обусловливает появление подъемных сил.
А на длинной крыше универсала, особенно если ее должным образом спрофилировать, воздух успевает успокоиться и протекает по-другому, не образуя столь обширной зоны разрежения. Поэтому и подъемная сила у универсала меньше.
http://vaz.ee/all_f/aero/graf1.gifМожно ли соотношение аэродинамических характеристик вазовских седанов, хэтчбеков и универсалов считать закономерным и распространять на другие семейства автомобилей? Специалисты дмитровской трубы согласны дать положительный ответ только применительно к седанам и универсалам — практически всегда последние будут иметь худшую обтекаемость и большее значение Сх, нежели трехобъемные машины одного и того же семейства. Кстати, благодаря большей «парусности» боковин универсалы, как правило, лучше «держат дорогу» на высокой скорости, нежели седаны и хэтчбеки (обратите внимание на то, как мал поворачивающий момент Mz у ВАЗ-2111).
А вот с хэтчбеками все не так однозначно. Здесь все зависит от геометрии задней части кузова — в основном от угла наклона заднего стекла. Если оно стоит почти вертикально, как, например, у хэтчбека VW Golf IV, то лобовое сопротивление такой машины будет больше, чем у седана. Ведь такой хэтчбек — почти универсал! Ну, а если стекло задней двери хэтчбека будет установлено столь же отлого, как на вазовской «двенадцатой» модели, то обтекаемость такой машины будет или такой же, как у седана, или лучшей. Впрочем, как показывает практика, лишь продувка в аэродинамической трубе может дать иногда неожиданный, но всегда точный ответ.
Аэродинамические характеристики автомобилей
.ВАЗ-2110ВАЗ-2111ВАЗ-2112Площадь фронтальной проекции, м21,9311,9621,944Сила лобового сопротивления Рх, Н536598521Коэффициент аэродинамического
сопротивления Сх0,3470,3810,335Подъемная сила Pz, Н332-33295Опрокидывающий момент Му, Нм–22921–264Момент крена Мх, Нм406661498Поворачивающий момент Mz, Нм571339499
Кстати...
http://vaz.ee/all_f/aero/aero22_a.jpgОтличный пример грамотной организации аэродинамики задней части универсала — новый Volvo V70, который мы «продували» в Дмитрове прошлой зимой. Над его пятой дверью расположен дефлектор, очень похожий на тот, от установки которого на ВАЗ-2111 в Тольятти отказались. Дефлектор отсекает часть воздушного потока, сходящего с крыши, и направляет его вниз. Какова польза такого приспособления? Во-первых, заднее стекло из-за этого меньше загрязняется. А во-вторых, разрежение позади автомобиля намного падает, что приводит к снижению Сх.
Профиль крыла
http://vaz.ee/all_f/aero/air1.gifПрироду возникновения подъемной силы при движении автомобиля проще всего проиллюстрировать на примере самолетного крыла. Ведь оно создает подъемную силу не только потому, что направляет поток вниз, как думают многие (хотя, конечно, подъемная сила и зависит от угла атаки). Все дело в профиле крыла. Форма его сечения такова, что поток воздуха над плоскостью проходит больший путь, чем поток под плоскостью. Поэтому скорость протекания воздуха над крылом и под ним неодинакова — над плоскостью поток течет быстрее, что, согласно закону Бернулли, и создает над крылом зону разрежения и, в конечном итоге, подъемную силу.
