TUCSON Club UA - Аэродинамическое сопротивление автомобиля

Коэффициент аэродинамического сопротивления автомобиля-Сх
Коэффициент аэродинамического сопротивления (Cx) — безразмерная величина, отражающая отношение силы сопротивления воздуха движению автомобиля к силе сопротивления движению цилиндра:
Cx = Fauto / Fcylinder,
при условии, что наибольшее поперечное сечение автомобиля равно поперечному сечению цилиндра.
Другими словами, сила сопротивления воздуха, действующая на корпус автомобиля, равна силе, действующей на цилиндр с понижающим коэффициентом Cx:
Fauto = Cx * Fcylinder,
где Cx — безразмерный коэффициент, обычно меньший единицы (от С — coefficient, х — продольная ось цилиндра и автомобиля).
Сх не имеет единицы измерения и действует для всех геометрически подобных тел, вне зависимости от их конкретных размеров.
Чем меньше Cx, тем лучше проработана аэродинамика автомобиля. Для современных автомобилей Cx < 0,3.
Коэффициент определяется экспериментальным путём — в аэродинамической трубе, либо компьютерным моделированием.
К основным этапам компьютерного моделирования относятся:
• постановка задачи, определение объекта моделирования;
• разработка концептуальной модели, выявление основных элементов системы и элементарных актов взаимодействия;
• формализация, то есть переход к математической модели; создание алгоритма и написание программы;
• планирование и проведение компьютерных экспериментов;
• анализ и интерпретация результатов.
Различают аналитическое и имитационное моделирование. При аналитическом моделировании изучаются математические (абстрактные) модели реального объекта в виде алгебраических, дифференциальных и других уравнений, а также предусматривающих осуществление однозначной вычислительной процедуры, приводящей к их точному решению. При имитационном моделировании исследуются математические модели в виде алгоритма(ов), воспроизводящего функционирование исследуемой системы путем последовательного выполнения большого количества элементарных операций.
АЭРОДИНАМИЧЕСКОЕ СОПРОТИВЛЕНИЕ
АЭРОДИНАМИЧЕСКОЕ СОПРОТИВЛЕНИЕ (лобовое сопротивление) - составляющая аэродинамич. силы RA, с к-рой газ (воздух) действует на движущееся в нём тело (см. Аэродинамические сила и момент). Возникает вследствие необратимого перехода кинетич. энергии тела в тепловую. А. с.- одна из важнейших аэродинамич. характеристик летат. аппарата, определяющих его лётно-техн. данные, в частности требуемую тягу двигат. установки. Оно зависит от формы и размеров тела, его ориентации к направлению движения (или к скорости набегающего потока), от скорости движения, а также от свойств и состояния среды, в которой движется тело.
Характеризуется А. с. безразмерным коэф. Сха ( Аэродинамические коэффициенты ).А. с. является суммой проекций на ось распределённых по поверхности тела нагрузок, направленных по нормали (давление) и касательной (вязкое трение) к этой поверхности. Рассеяние кинетич. энергии и превращение её в тепловую происходит посредством образования вихрей, ударных волн, аэродинамического нагрева поверхности.
В идеальной, несжимаемой жидкости вихреобразо-вание и образование ударных волн невозможно, а поэтому, теоретически, не возникает и А. с. (см. Д' Аламбера-Эйлера парадокс). Наличие вязкости в реальных средах приводит к А. с. трения, а также к отрыву потока от тела, влияющему на распределение давления по поверхности тела. Возникновение ударных волн изменяет величину и распределение давления по поверхности тела, а также сказывается на сопротивлении трения (напр., стимулирует переход от ламинарного течения к турбулентному). T. о., А. с. тела формируется в сложном взаимодействии перечисленных явлений, и вклад этих явлений в создание А. с. различен.
При дозвуковом течении осн. вклад в А. с. вносят сопротивление трения и отрыв потока с вихреобразованием, причём для хорошо обтекаемых тел (крылья, тонкие тела вращения при малых углах атаки и скольжения) - сопротивление трения, а для плохо обтекаемых - отрыв потока, вихреобразование. Режим и характер вязкого течения зависят от Рейнолъдса числа Re (рис. 1).
В области дозвукового течения, когда возникают локальные зоны, где местная скорость течения достигает, а затем и превышает скорость звука, Сха быстро растёт (рис. 2).

Рис. 1. Зависимость коэффициента аэродинамического сопротивления Сха от Rе при дозвуковых скоростях.

Рис. 2. Зависимость Cxa от числа М при коэффициенте подъемной силы Cya = 0. Заштрихованная область - вклад волнового сопротивления, Mкр - значение числа Маха, при котором начинают возникать зоны со сверхзвуковой скоростью (M > 1).
А. с., обусловленное диссипацией кинетич. энергии летящего тела в ударных волнах, наз. волновым сопротивлением; оно вносит основной вклад в А. с. при больших сверхзвуковых скоростях для затупленных тел (например, спускаемых аппаратов). Часть А. с., связанную с созданием подъёмной силы, наз. индуктивным сопротивлением. Оно, также как и волновое, изменяет распределение давления в результате вихреобразования и отрыва потока. Сопротивление при нулевой подъёмной силе (для симметричного крыла - при a=0) иногда наз., в отличие от индуктивного, профильным сопротивлением. Тогда коэф. А. с. тела

где - коэф. сопротивления давления и трения, характеризующие профильное сопротивление, - коэф. волнового, - коэф. индуктивного сопротивления.
Осн. метод определения А. с.- аэродинамический эксперимент.
Лит.: Фабрикант H. Я., Аэродинамика, M., 1964; Лойцянский Л. Г., Механика жидкости и газа, 5 изд., M., 1978; Аржаников H. С., Мальцев В. H., Аэродинамика, M., 1952; Аржаников H. С., Садекова Г. С., Аэродинамика больших скоростей, M., 1965.
Ю. А. Рыжов.
В продолжении темы, можно вспомнить:
Аэродинамическая сила.
Аэродинамическая сила - сила, с которой газообразная среда действует на поверхность движущегося в ней твердого тела. Полная аэродинамическая сила раскладывается:
-1- на аэродинамическое сопротивление;
-2- на подъемную силу; и
-3- на боковую силу, перпендикулярную аэродинамическому сопротивлению и подъемной силе.
Вывод: В настоящий момент в современных авто Коэффициент аэродинамического сопротивления автомобиля- Сх : Cx < 0.3