Aerodinamika_skorosti_Kak_forma_pobezhdaet_soprotivlenie_1

1.

Аэродинамика скорости: Как
форма побеждает
сопротивление
При движении любое тело встречает силу сопротивления воздуха. Она —
главный враг скорости, замедляющий прогресс и увеличивающий
энергозатраты. Понимание и преодоление этой силы критически важны
для инженеров и дизайнеров.

2.

Математика сопротивления
Вся мощь двигателя борется с фундаментальной физической формулой сопротивления воздуха:
Где F — сила сопротивления, ρ — плотность воздуха, S — площадь миделя, V — скорость движения. Ключевым элементом,
который мы можем контролировать, является коэффициент аэродинамического сопротивления (Cx).

3.

Волшебный коэффициент Cx
Что такое Cx?
Цель: Минимизация
Cx — это "аэродинамическая чистота" формы объекта.
Чем меньше значение Cx, тем совершеннее обтекание и
Он показывает, насколько эффективно тело проходит
ниже сопротивление. Наша главная инженерная задача
через воздух.
— максимально уменьшить этот коэффициент.

4.

Худшая форма: Плоская стена
Представьте плоскую пластину, движущуюся перпендикулярно потоку.
Это пример наихудшей аэродинамики, где Cx достигает значения
примерно 1.3.
Поток воздуха резко останавливается перед пластиной, создавая
зону высокого давления.
За пластиной возникает обширная зона турбулентности и разрежения,
которая буквально "тянет" тело назад, создавая эффект вакуума.
Это приводит к максимальным потерям энергии и ограничению
скорости.

5.

Уже лучше: Сфера
Сфера демонстрирует улучшенную, но всё ещё далёкую от идеала
аэродинамику с Cx около 0.47.
Воздух начинает плавно обтекать переднюю часть тела, создавая
меньше фронтального сопротивления по сравнению с плоской
пластиной.
Однако, по достижении середины сферы, поток резко срывается с
поверхности.
Это приводит к образованию широкого следа из завихрений за
сферой, что увеличивает сопротивление.

6.

Идеал природы: Форма капли
Минимальное
сопротивление
Плавное обтекание
Идеальная капля воды,
максимально плавное сужение в
обтекаемая воздухом, является
задней части, позволяя потоку
эталоном аэродинамики с Cx
воздуха следовать за телом без
около 0.04.
отрыва.
Минимум завихрений
Это минимизирует образование
турбулентных вихрей и зон
разрежения, что критически
важно для снижения
сопротивления.
Её форма обеспечивает

7.

Проблема: Автомобиль — не
капля
В то время как форма капли представляет собой аэродинамический идеал,
при проектировании автомобилей мы сталкиваемся с неизбежными
компромиссами:
Нужен салон
Колеса и мотор
Необходимость пространства для
Наличие выступающих колёс и
пассажиров и багажа делает
отсека двигателя создаёт
невозможным создание
дополнительные препятствия для
полностью обтекаемого профиля.
плавного обтекания.
Функциональность
Двери, зеркала, вентиляционные отверстия — все эти функциональные
элементы нарушают идеальный контур.

8.

Решение 1: Обтекаемый силуэт
Максимальное приближение к форме капли достигается за счёт формирования обтекаемого силуэта автомобиля:
Низкая посадка
Покатая крыша
Скошенная задняя часть
Снижает фронтальную площадь и уменьшает
Помогает воздуху плавно стекать с верхней части
Уменьшает зону турбулентности за автомобилем,
количество воздуха, попадающего под днище.
автомобиля, минимизируя отрыв потока.
сокращая эффект "затягивания".
Каждый из этих элементов работает на снижение Cx, делая автомобиль более "скользким" в воздушном потоке.

9.

Решение 2: Закруглить всё
Любой острый угол или выступ на поверхности автомобиля генерирует вихри и зоны турбулентности, увеличивая сопротивление.
1
2
3
Стыки и кромки
Фары и зеркала
"Успокаивание" потока
Особенно критичны места соединения
Эти элементы, даже если они выглядят
Плавные скругления всех внешних
элементов: лобовое стекло, фары,
компактно, могут значительно влиять
поверхностей позволяют воздушному
бамперы.
на аэродинамику.
потоку плавно огибать препятствия, не
отрываясь.

10.

Решение 3: Спрятать "брюхо"
Днище автомобиля, часто скрытое от глаз, играет огромную роль в аэродинамике. Нередко оно является источником значительного сопротивления.
Проблемное днище
Гладкое "лыжня" для воздуха
У старых автомобилей днище было неровным, с множеством выступающих элементов, создающих хаотичные вихри и
Современные спорткары используют ровное, закрытое днище. Оно действует как "лыжня", позволяя воздуху
турбулентность.
проскальзывать под машиной с минимальными помехами.

11.

Диффузор: Магия прижимной силы сзади
Диффузор — это один из самых эффективных элементов пассивной
аэродинамики. Он ускоряет поток воздуха под днищем автомобиля,
создавая область пониженного давления. Это приводит к увеличению
прижимной силы, улучшая сцепление с дорогой, особенно на высоких
скоростях.
Кроме того, плавное расширение диффузора помогает потоку воздуха
сомкнуться за автомобилем, что снижает турбулентность и общее
аэродинамическое сопротивление.

12.

Спойлеры и антикрылья: Функция важнее формы
Многие ошибочно полагают, что спойлеры и антикрылья служат лишь
для "спортивного вида". На самом деле, их основная задача —
генерировать прижимную силу (downforce). Они отклоняют набегающий
поток воздуха вниз, создавая реактивную силу, которая буквально
прижимает автомобиль к трассе.
Эта прижимная сила критически важна для улучшения сцепления шин,
особенно в поворотах и при торможении, обеспечивая лучшую
управляемость и безопасность.

13.

Компромисс: Скорость против сцепления
Низкое сопротивление
Высокая прижимная сила
Для скоростных прямых, где важен каждый километр в час,
На извилистых трассах, где решающее значение имеет
инженеры минимизируют площадь антикрыльев, снижая
прохождение поворотов, устанавливают массивные
лобовое сопротивление.
антикрылья для максимального сцепления.
Это постоянный поиск баланса. Больше прижимной силы означает большее аэродинамическое сопротивление, что
замедляет автомобиль на прямых. Опытные инженеры подбирают оптимальные конфигурации для каждой конкретной
трассы.

14.

Активная аэродинамика:
Интеллектуальное
преобразование
Современные автомобили используют активную аэродинамику, чтобы
преодолеть компромисс между сопротивлением и прижимной силой. Элементы
кузова меняют свою форму и положение в зависимости от скорости и режима
движения.
На прямых участках дороги
В поворотах или при интенсивном
спойлеры убираются, а
торможении эти элементы
воздухозаборники закрываются,
выдвигаются или открываются,
чтобы минимизировать коэффициент
значительно увеличивая прижимную
аэродинамического сопротивления
силу для лучшей устойчивости и
(Cx) и обеспечить максимальную
сцепления с дорогой.
скорость.

15.

Коэффициент аэродинамического сопротивления (Cx): От седана к гиперкару

16.

Инструменты инженера: Труба и компьютер
Создание аэродинамически эффективной формы — это сложный процесс, требующий точности и множества итераций.

17.

Энергетический эффект: Борьба с невидимым
врагом
Аэродинамическое сопротивление — это основной потребитель энергии двигателя на высоких скоростях. Каждый сотый в
коэффициенте Cx имеет огромное значение.
Например, при скорости 300 км/ч до 85% мощности двигателя расходуется исключительно на преодоление сопротивления
воздуха. Уменьшение Cx всего на несколько тысячных долей может сэкономить значительную часть этой мощности, что
напрямую влияет на максимальную скорость и топливную эффективность.

18.

Аэродинамика вокруг нас: От авто до
архитектуры
Принципы аэродинамики применяются не только в автомобилестроении, но и во многих других областях нашей жизни. Это
часть нашей инженерной культуры.
Велоспорт
Скоростные поезда
Архитектура
Трековые велосипеды и шлемы
Обтекаемые формы поездов
Даже опоры мостов и высотные здания
проектируются с учетом минимального
позволяют им двигаться с высокой
проектируются с учетом ветровых
сопротивления для достижения
скоростью, сокращая потребление
нагрузок для обеспечения
рекордных скоростей.
энергии.
устойчивости и безопасности.

19.

Дизайн — это физика: Красота, выточенная
ветром
В мире высокоскоростных технологий, эстетика и функциональность неразрывно связаны. Каждая элегантная линия
гоночного автомобиля или современного гиперкара — это не просто прихоть дизайнера.
Это материализованная физика, тщательно рассчитанная и выточенная встречным потоком воздуха, где форма следует за
функцией, а функция рождает подлинную красоту.
Спасибо за внимание! Вопросы?