Теория движения

Обтекаемый вопрос

Что меньше сопротивляется набегающему потоку воздуха: гоночный автомобиль или автопоезд? Не спешите с ответом.

Вот и начинается повествование в этом разделе нашего вестника. Заметки, опубликованные здесь, должны быть интересны широкому кругу читателей, поэтому нужно сразу оговориться, что сухих объяснений попробуем избежать. Постараемся использовать русские термины, наглядно иллюстрирующие принцип работы или внешний вид устройства: разделитель (рассекатель) вместо сплиттера, прерыватель вместо спойлера, «усы» или «баки» вместо флипов.

Данный ресурс ни в коей степени не является истиной в последней инстанции, поэтому любые обоснованные замечания и поправки будут приняты и учтены.

А начнем повествование с одного вопроса, о который часто спотыкаются студенты на экзаменах или при работе над курсовыми и дипломными проектами.

Что меньше сопротивляется набегающему потоку воздуха: гоночный автомобиль или автопоезд?

Как ни странно, но именно машина Ф1, настроенная, например, под трассу в Монако имеет больший коэффициент сопротивления воздуху, чем самый обычный автобус. Огромные антикрылья не только прижимают к земле, но и отчаянно упрямятся прорываться сквозь набегающий поток.

Одна из главных характеристик профиля – соотношение прижимной силы к силе сопротивления. Значения держатся в пределах 5-15. То есть, на каждую полезную тонну приходится около одного паразитного центнера, тормозящего автомобиль.

Однако без антикрыльев никуда не деться – гонки выигрываются в поворотах. Чем быстрее они проходится, тем выше скорость на прямых.

Не будем забывать и об открытых всем ветрам колесах гоночных машин. Вращающиеся против набегающего потока поверхности тормозят пограничный слой, вызывая значительное повышение статического давления.

Уже отчетливо слышатся голоса преподавателей и студентов, открывающих учебники по теории движения, и указывающие на знаменитые таблицы с коэффициентами сопротивления воздуху. Напротив гоночных машин там стоят поразительные 0,15-0,25. А автопоезд щеголяет куда более внушительными 0,75. Почему это противоречит всему вышеизложенному?

Ответ прост, как апельсин. Однажды напечатанная в шестидесятых годах табличка спокойно кочует из одного учебника в другой, портя настроение особо любознательным читателям. Во времена, когда собирались указанные коэффициенты, гоночные машины действительно походили на сигары на роликах, и коэффициент сопротивления был крайне низок.

Однако стоило автомобилям проявить склонность к полетам, как на помощь пришел опыт конструкторов удивительных ракетомобилей Опель-РАК и малоизвестных братьев Маев, оснастивших спортивный «Порше» 550 антикрылом еще в 1956 году. Гоночные машины начали обрастать разнообразными конструкциями, которые ухудшили коэффициент сопротивления, но зато позволили в полной мере реализовать потенциал двигателя и шин.

Как еще один вариант появления странных коэффициентов, можно упомянуть наличие рекордно-гоночных автомобилей, которые отличались весьма малым сопротивлением набегающему потоку. Возможно, их включили в одну группу с шоссейно-кольцевыми, что и привело к путанице.

По точным данным на середину девяностых, коэффициент сопротивления воздуху машины Ф1 составлял 0,75 (скоростные трассы) - 1,4 (городские автодромы). Спортивный автомобиль «МакЛарен» ГТР мог похвастать коэффициентом 0,5.

Чтобы понять существенную разницу, можно прикинуть максимальную скорость этих машин.  Лобовая площадь типичного механизированного представителя мира Ф1 – 1,49 квадратного метра. «МакЛарен» ГТР – 1,81. Мощность двигателя: 700 л.с. против 600 л.с. (не в пользу спортивной техники). И все равно ГТР теоретически разгонится до 317 км/ч против 314 км/ч для среднестатистической машины Ф1.

Так что, учебники нужно редактировать тщательнее, чтобы не вводить в заблуждение особо доверчивых студентов.

* На заглавном фото изображен один из грузовиков дизайнера Луиджи Колани.

Фото: f1technical.net, newscientist.com, speedhunters.com, zhurnal.lib.ru