Коэффициент аэродинамического сопротивления

Коэффициент аэродинамического сопротивления определяется экспериментально при испытаниях в аэродинамической трубе или испытаниях при движении накатом. Определение CD приходит с помощью Уравнения (4-2):

(4-4)

Коэффициент аэродинамического сопротивления разных форм колеблется в широком диапазоне. Рисунок 4.20 показывает эти коэффициенты для ряда форм. В каждом случае предполагается, что воздух, набегающий на тело, не имеет боковой компоненты (то есть движется прямо вдоль продольной оси транспортного средства). Обратите внимание, что простая плоская пластина имеет коэффициент аэродинамического сопротивления 1.95. Этот коэффициент означает, что сила лобового сопротивления в 1.95 раза больше, чем динамическое давление, действующее на площадь пластины. Крайне большое сопротивление, создаваемое пластиной, связано с тем, что воздух, растекающийся вокруг пластины, создаёт область отрыва гораздо большую, чем сама пластина.

Рис. 4.20. Коэффициенты аэродинамического сопротивления различных тел.

На практике транспортное средство, едущее по дороге, в дополнение к составляющей ветра, вытекающей из его скорости, подвергается воздействию атмосферных ветров. Атмосферные ветры на территории Соединенных Штатов варьируются по интенсивности с типичными средними значениями от 10 до 20 миль/ч, а порывистые ветры от 50 до 60 миль/ч. Атмосферный ветер будет случайным по направлению по отношению к направлению движения транспортного средства. Таким образом, относительный ветер, встречаемый транспортным средством, будет состоять из большой компоненты вследствие его скорости, а также меньшей составляющей атмосферного ветра в любом направлении. Как случайным образом будет меняться относительный ветер иллюстрирует Рисунок 4.21.

Рис. 4.21. Относительный ветер, встречаемый автомобилем на дороге.

Когда атмосферный ветер дует в направлении к транспортному средству, присутствует "встречный ветер", и общая скорость, используемая в Уравнении (4-2) равна:

V = Vv + Vw

(4-5)

где:

Vv = Скорость транспортного средства

Vw = Скорость ветра

Дующий в направлении движения является "попутным ветром", и скорости вычитаются. Поскольку в Уравнении (4-2) используется квадрат скорости, увеличение аэродинамического сопротивления от встречного ветра намного больше, чем снижение сопротивления из-за попутного ветра такой же скорости.

В среднем, относительный ветер может быть представлен ​​в виде вектора, исходящего из любой точки на периметре окружности, и среднее аэродинамическое сопротивление на дороге не будет эквивалентно просто средней скорости движения транспортного средства. Особенно важным в этой связи является то, каким образом коэффициент аэродинамического сопротивления зависит от боковой компоненты ветра. Для тракторных прицепов боковые ветры особенно важны, потому что они нарушают поле аэродинамического потока. Рисунок 4.22 показывает поток воздуха вокруг трактора с прицепом, когда относительный ветер имеет угол в 30 градусов. Обратите внимание, что поток хорошо идёт вдоль правой стороны транспортного средства, но на подветренной стороне есть огромная область, где происходит отрыв. В дополнение к аэродинамическому сопротивлению, созданному таким ветром, сталкивающимся с передней частью грузовика, большие изменения импульса ветра, ударяющего прицеп, добавляют ещё одну большую компоненту аэродинамического сопротивления. Таким образом, для грузовых и легковых автомобилей изменение коэффициента аэродинамического сопротивления с углом направления ветра является очень важным.

Рис. 4.22. Воздушный поток вокруг трактора-полуприцепа при ветре, дующем под углом в 30 градусов.

В отличие от этого, при гораздо лучшей аэродинамической конструкции легковых автомобилей, их коэффициент аэродинамического сопротивления не так чувствителен к углу рысканья, потому что поток не будет так легко отрываться. Как правило, коэффициент аэродинамического сопротивления увеличивается от 5 до 10% при углах рыскания в типичном диапазоне при вождении легковых автомобилей по дороге. Рисунок 4.23 показывает типичное влияние угла рыскания на коэффициенты аэродинамического сопротивления нескольких различных типов транспортных средств.

Рис. 4.23. Влияние угла рыскания на коэффициенты аэродинамического сопротивления обычных типов транспортных средств.