Распределение давления на транспортном средстве

Эти основные механизмы отвечают за статическое распределение давления вдоль корпуса автомобиля. Рисунок 4.6 показывает экспериментально измеренные значения давления [3], построенные перпендикулярно к поверхности. Давление указано как отрицательное или положительное по отношению к окружающему давлению, измеренному на некотором расстоянии от автомобиля.

Рис. 4.6. Распределение давления вдоль осевой линии автомобиля.

Обратите внимание, что на передней кромке капота создаётся отрицательное давление, так как поток, поднимающийся над передней частью транспортного средства, пытается повернуть и следовать горизонтально вдоль капота. Неблагоприятный градиент давления в этой области имеет потенциал для остановки потока пограничного слоя, создавая сопротивление в этой области. В последние годы, чтобы избежать отрыва на капоте, который ведёт к росту сопротивления, моделированию деталей передней линии капота уделяется приоритетное внимание.

Вблизи нижней точки лобового стекла и капота поток должен быть развёрнут вверх, таким образом, испытывается высокое давление. Область высокого давления является идеальным местом для ввода воздуха для систем климат-контроля или воздухозаборника двигателя, и в прошлом была использована для этой цели в бесчисленной количестве автомобилей. Высокое давление в этом регионе сопровождается меньшими скоростями, что помогает предотвратить нарушения в работе стеклоочистителей из-за аэродинамических сил.

За линией крыши давление снова становится отрицательным, так как воздушный поток пытается следовать контуру крыши. Свидетельство низкого давления в этой области проявляется в развевании тканевой крыши кабриолетов. Из-за продолжающегося изгиба давление остаётся низким при движении вниз поверх заднего стекла и багажника. Именно в этой области отрыв потока наиболее вероятен. Конструкция углов и деталей контура кузова в этой области имеет критическое значение для аэродинамики. Из-за низкого давления поток по бокам автомобиля будет также пытаться подать воздух в эту область [4] и может увеличить вероятность отрыва. Обычные структуры потоков воздуха сверху и по бокам автомобиля показаны на Рисунке 4.7. Поток вдоль боков изогнут вверху в области низкого давления в задней области и, объединяясь с потоком над крышей, формирует вихри позади транспортного средства.

Рис. 4.7. Вихревые системы позади автомобиля.

Выбор углов заднего стекла и длины крышки багажника на задней части автомобиля оказывает прямое влияние на аэродинамические силы через контроль над точкой отрыва. Отрыв должен произойти в определённой точке, и чем меньше эта площадь, тем, как правило, меньше сопротивление. Теоретически, с точки зрения аэродинамики идеальная форма - это задняя форма в виде капли, то есть коническая форма, которая сужается в точку с небольшим углом в 15 градусов или меньше. Ещё в 1930-х годах было признано, что поскольку область по направлению к точке конуса достаточно мала, конец идеального транспортного средства можно отрезать без особых потерь в виде большой площади отрыва [5, 6, 7]. Тупая форма заднего конца позволяет увеличить высоту салона на заднем сиденье без существенного увеличения сопротивления. Эта характерная форма получила название "Kamm-back" (зад Камма, обрезанный зад, по имени немецкого инженера, Wunibald Kamm).

В то время как размер области отрыва напрямую влияет на аэродинамическое сопротивление, степень, с которой поток вынужден поворачивать позади автомобиля, влияет на аэродинамическую подъёмную силу сзади. Рисунок 4.8 иллюстрирует влияние четырёх стилей транспортного средства на подъёмную силу и сопротивление [4]. Управление потоком для минимизации области отрыва обычно приводит к большему аэродинамическому подъёму сзади из-за снижения давления, так как поток прижимает вниз.

Рис. 4.8. Аэродинамическая подъёмная сила и сила сопротивления, воздействующие на автомобили разного стиля.

В аэродинамической конструкции сзади надо принимать во внимание возможность осаждения грязи на заднее стекло и задние фонари. Высокая степень турбулентности в зоне отрыва увлекает влагу и грязь, поднимаемые с проезжей части шинами. Если зона отрыва включает эти объекты, в этих областях будет осаждаться грязь и видимость будет затруднена. Это явление иллюстрирует Рисунок 4.9.

Рис. 4.9. Влияние точки отрыва на отложение грязи сзади.

Если отрыв будет происходить на задней кромке линии крыши, то это будет сильно зависеть от формы в этом месте и угла заднего стекла. Для автомобиля слева острый край линии крыши способствует отрыву в данной точке. Хотя чёткая граница отрыва помогает свести к минимуму аэродинамическую вибрацию, наличие в области отрыва заднего стекла способствует отложению на окне грязи.

Хотя автомобиль справа имеет сопоставимый угол заднего стекла, плавный переход в задней части крыши и добавление небольшого расширения багажника способствует тому, что воздушный поток течёт по контуру автомобиля вниз по задней части кузова. Область отрыва хорошо определяется чёткими контурами края кузова, помогая стабилизировать зону отрыва и свести к минимуму вибрацию. В этой конструкции воздействию дорожной грязи подвергается только область заднего фонаря.