Как спойлер влияет на аэродинамику автомобиля
Зачем нужен спойлер или антикрыло
Спойлер в автомобиле – приспособление, которое корректирует аэродинамику кузова авто при помощи перенаправления воздушных потоков и борьбы с загрязнениями. В итоге аэродинамическое сопротивление машины уменьшается, а прижимная сила увеличивается. Спортивные и тюнинговые автомобили комплектуются спойлером для более эффективного передвижения.
Аэродинамика авто
Когда машина развивает скорость движения больше 130-140 км/ч, за ней образуется зона турбулентности, которая мешает управлению автомобиля. Во время движения поверхность авто подвергается обтеканию воздуха с трех сторон – сверху и с двух боков. В нижней зоне днища поток воздушных масс сталкивается с деталями, которые выступают, в следствии происходят беспорядочные завихрения. Область под днищем автомобиля и зона двигателя подвергается лишнему давлению. При этом машина приподнята за счёт того, что сила прижима снижена. Происходит снижение сцепления шин с дорогой, управление автомобилем становится менее комфортным. Аэродинамический обвес состоит из таких элементов – спойлер и антикрыло помогают решить подобную проблему.
Элементы, которые влияют на аэродинамику автомобиля
Имеются факторы не связанные с обвесом, но влияющие на качество аэродинамики машины. А именно это:
Спойлер или антикрыло
Важнейшей частью автомобильного обвеса и названием устройства для изменения динамики самолетов является спойлер. Отличие автомобильной и авиа конструкции лишь в противоположном принципе действия.
Любители скорости для более безопасной езды, устанавливают спойлер. В противном случае элемент обвеса будет служить лишь в декоративных целях. Обвес будет полезен при скорости передвижения больше 90 км/час.
Предназначение спойлера
Главная функция данной части обвеса – перенаправление потока воздуха при поездках на повышенной скорости. Управление становится лучше и снижается расход топлива. Спойлер на автомобиле уменьшает загрязнение заднего стекла.
Куда устанавливаются на машину элементы аэродинамического обвеса?
Антикрыло
По своему внешнему виду и форме антикрыло напоминает крыло самолета в перевернутом положении. Служит данный элемент для того что бы прижимать авто к дороге при движении. Соответственно чем больше скорость, тем эффект будет более выраженным.
Грамотная установка элемента аэродинамического обвеса будет положительно сказываться на характеристиках при передвижении и обеспечит хорошее управление. Не маловажным моментом является правильный подбор размера и места установки. Очень близкое расположение к корпусу авто, маленький или слишком большой размер не принесет нужного эффекта и будет служить декоративным элементом.
Минусы антикрыльев
Спойлер или антикрыло, аэродинамика автомобиля
Пролог.
Всем привет! Не так давно, здесь, на Drive2, была поднята тема того, что один из пилотов болида назвал имеющийся на крышке багажника аэродинамический элемент спойлером. И множество автолюбителей тогда включилось в дебаты на тему спойлер или антикрыло, что и как работает, и можно ли считать это одним и тем же. Меня, как инженера, тоже заинтересовала данная тема, и я решил добиться окончательного результата, для этого мне понадобилась книга по аэродинамике авторов Б.В. Висленев и Д.В. Кузьменко «Теория авиации» четвертое исправленное издание, а также всеми нами любимый интернет, который не всегда достоверен.
1. Аэродинамика автомобиля
С момента появления автомобиля, люди стремились сделать его быстрее, экономичнее и комфортнее. Изначально, автомобили имели крайне плохую аэродинамику:
Ярким примером ранних автомобилей является легендарный форд модель Т. Как видно из фото, об аэродинамической составляющей на тот момент и не задумывались, и это вполне логично. Скорости, которых мог развить данный автомобиль, не позволяли в полной мере оценить аэродинамическое качество кузова.
Но все меняется с появлением понятия автоспорта, автомобили начинают приобретать обтекаемые формы:
Конечно, до современных автомобилей им еще очень далеко, но согласитесь, выглядит более обтекаемым, по сравнению с модель Т. И так на протяжении первой четверти 20 века автомобили эволюционировали не значительно, в плане аэроднамики, однако уже в 40-х годах, данный прогресс становится более заметным: формы становятся более гладкими, колеса скрываются в крылья:
Эта же тенденция продолжается и в последующие периоды:
Итак мы видим, что кузова автомобилей имеют явную аэродинамическую эволюцию.
2. Коэффициент лобового сопротивления
Многие автомобильные фирмы, в своих пресс-релизах, часто указывают коэффициент лобового сопротивление, обозначаемый Сх. Данный коэффициент показывает насколько обтекаем кузов автомобиля, и по этому же коэффициенту, также, можно предположить об уровне акустических шумов, возникающих в процессе движения.
Сх в свою очередь, напрямую зависит от такой величины, как площадь поперечного сечения, поэтому, современные автомобили выглядят довольно низкими, по сравнению с их предками. Но не Сх единым живет мир автомобилей. Люди сознательно портят обтекаемость автомобиля, в угоду управляемости.
4. Мир аэродинамики
Мир аэродинамики, со своими понятиями в первую очередь относится к миру авиации. Самолет не полетит, если форма его крыла не создаст необходимой подъемной силы, или, например, двигатель не сможет развить необходимой тяги, которая также необходима для развития подъемной силы.
Крыло самолета, как правило имеет определенный профиль, который, в зависимости от предназначения имеет разную форму.
И если присмотреться к автомобилю, то можно найти много общего:
И получается, что кузов автомобиля, при движении, испытывает точно такие же процессы, как и крыло самолета, но в гораздо меньших величинах, ведь подъемная сила крыла, напрямую зависит от его площади.
По закону Бернулли: в струе переменного сечения, газ имеет наименьшее давление там, где он движется с наибольшей скоростью. Что это значит, а это значит, что на верхней части кузова, образуется низкое давление, ввиду ускорения потока воздуха, относительно потока, проходящего по автомобилем, т.к. первому необходимо преодолеть большее расстояние, за то же время. И вот это низкое давление стремится поднять автомобиль, как крыло поднимает самолет, при этом развивается подъемная сила. Подъемная сила ухудшает сцепление колес автомобиля, и на больших скоростях, может привести к потере управления. И вот как раз с ней, и борются при помощи различных аэродинамических элементов.
Современные технологии, позволяют бороться с подъемной силой различными способами: установкой диффузоров, которые ввиду своей формы увеличивают скорость потока воздуха, идущего под автомобилем, тем самым вызывая падение давления и создание прижимной силы, которая противонаправлена подъемной силе. Но наиболее активно применяют спойлеры и антикрыло.
Так что же такое спойлер? Для этого следует, для начала, ознакомиться с устройством крыла.
Крыло самолета представляет собой довольно сложную конструкцию, в которой присутствуют такие элементы, как: предкрылки, закрылки, элероны и спойлеры (интерцепторы). И в нашем случае, нас интересуют только спойлеры. На крыле, спойлеры предназначены для уменьшения подъемной силы, путем увеличения аэродинамического сопротивления:
Таким образом, спойлеры, не улучшают, а ухудшают аэродинамику, при этом уменьшается подъемная сила.
Теперь попробуем понять, что такое антикрыло. Самолетная аэродинамика, не имеет четкого определения антикрыла, однако как видно из самого слова, оно составлено из приставки «анти», которая носит характер противопоставления и слова «крыло». Таким образом мы имеем, что антикрыло — это противопоставленное крыло, т.е. перевернутое. И как любое крыло, антикрыло должно иметь свой профиль, а также должно быть рассчитано, и иметь точно определенные значения прижимной силы, которые рассчитываются в зависимости от коэффициентов подъемной силы и коэффициента лобового сопротивления для данного профиля и при заданных углах атаки, а также площади крыла и плотности воздуха. Также следует учесть, что сила лобового сопротивления направлена в сторону, противоположную направлению движения и она будет увеличиваться с увеличением скорости.
Таким образом мы имеем, что спойлер борется с подъемной силой, увеличивая аэродинамическое сопротивление кузова. Антикрыло, также борется с подъемной силой, но другим способом, создавая противонаправленную прижимную силу.
P.S. В английском языке, откуда и пришло к нам понятие спойлера, действительно отсутствует формулировка антикрыло, однако зачастую его называют rear wing — заднее крыло. Но гораздо чаще употребляется понятие Spoiler — ведь по английски spoil — портить. Ну и следует учесть немногословие иностранного языка, например: Green — зеленый, зеленеть, красить в зеленый, трава и т.д.
Надеюсь данный пост будет кому-то полезен, ну и если нашли ошибки — подсказывайте, будем устранять и совершенствоваться.
Жабры, спойлер и вообще все что касается аэродинамики.
Спойлер.
Как то Алексей меня удивил, как он различает Н2, Н3 и Н5 сзади, я на тот момент одним взглядом определить не мог:
А сейчас различия на лицо, если смотреть на спойлера. Что же произошло с развитием? Экономия или уменьшение сопротивление воздуха во время движения, что увеличивает максимальную скорость и уменьшает расход топлива?
Но наш спойлер трудно даже приблизительно назвать прижимным, т.к. для этого в дополнение существуют специальные обвесы и бампера, которые своей конструкцией уменьшают количество проходимого под машиной воздуха, что положительно сказывается на устойчивости автомобиля и если без этого сильнее прижать заднюю ось, то передняя утратит устойчивость, что может привести к ДТП. Но это совсем про другие машины, которые развивают далеко за 200 км/ч. Ну и в добавок представьте прижимную силу на наш спойлер в хотя бы в пол тонны? Так точно, я его и руками пополам согну.
Поэтому наш спойлер заднего стекла предназначен только для защиты от грязи и воды
И мое мнение остается неизменным — украли!
А тут еще и выясняется, что у Н2 спойлер это настоящий спойлер, реально работающий да так что задний дворник ржавеет потому что не используется. Вот пример: antoxa757 www.drive2.ru/l/7191977/
А на Н5? Это некое продолжение крыши, подобие спойлера для красоты — вообще не работает. Чтобы вы представили машину без спойлера привожу ссылку на 7й и 9й фотке: www.drive2.ru/l/7272064/ некрасиво правда :).
Что до Н3 — так это некий средний вариант, потому что есть случаи переделки — улучшения.
Так вот для красоты у меня картина на стене, а в машине все для дела и спойлер должен работать.
Как же должен работать спойлер?
Воздух проходящий вдоль кузова имеет большую скорость, а за автомобилем при движении этот поток срывается и образуется разряжение. Так вот высокая степень турбулентности в зоне отрыва потока идущего вдоль автомобиля увлекает влагу и грязь, если зона отрыва включает влагу и грязь, вся эта смесь теряет скорость и осаждается на задней части машины и видимость ухудшается. Туда устремляются пыль, капли, снег, грязь поднимаемые с проезжей части шинами.
Рыбакам представить очень легко, вспомнив как образуются наносы и обратное течение на реке на повороте или за островом:
И избавиться от этого практически не возможно, но можно опустить зону загрязнения ниже, или отдалить её от автомобиля путем подачи в вихревую зону отсекающего потока, с чем и призван справляться спойлер.
И на Н2 он справляется, а на Н5 это выглядит как на второй картинке.
И долго я мечтал об этом чудо спойлере и мечта сбылась:
И скажу я вам, практика подтверждает теорию! Я счастлив в поездках по пыльным или заснеженным дорогам, а так же в дождь. Стекло чистое!
Как поменять? Имея новый спойлер снимаем старый. Откручиваем два болта на родном изнутри багажной двери. Разогреваем долго и равномарно с большого растояния строительным феном 5-ю дверь, где откручивали болты и двусторонний скотч размягчается. Пробуем отрывать, скотч потянется и тонкой отверткой или ножом тыкаем в скотч надрывая его. Там еще есть клипса, она не ломается и выходит спокойно. Спойлер от Н2 сажается на двусторонний скотч желательно по цвету машины и прикручивается теми же болтами, клипса выбрасывается, т.к. не совпадают отверстия.
Но это не все у Н2 дверь на 5мм шире и спойлер может задевать фонари, я подтачивал кромки на спойлере до покраски и немного на фонарях.
Накладки на боковые стекла.
Здесь все просто — штуки нужные, обсуждать нечего и я их поставил первыми после ковриков.
Уменьшают поддувание воздуха и попадание дождя в салон при открытых стеклах.
На коэффициент аэродинамического сопротивления практически не влияют.
Значительно ухудшают обзорность из –за “расширения” рамы ветрового стекла. Хорошо вытягивается сигаретный дым.
Информация прежде нужна мне для будущей установки жабер.
Если в поездке подкапотное ещё худо-бедно продувается, то при остановке воздух там застаивается надолго. Повышенная температура пагубно влияет на все полимерные детали и элементы, они быстрее стареют, становятся хрупкими, ломаются. Ну и понятно, там у нас турбина, коллектор, радиатор и двигатель требуют охлаждения.
Итак хочу обратить внимание на 2 момента: машина стоит и машина движется. Пока мы стоим горячий воздух, понятно, движется вверх во всевозможные щели. Но стоит нам поехать, тут вмешиваются набегающие потоки, образуются зоны повышенного и пониженного давления. Как совместить в пользу эти моменты? В этом и хочу разобраться, а так же рассказать что известно мне.
Жизненный случай:
Вот seregasmiles приводит эксперимент и пишет:
«Исходные данные. Москва, температура +30+35. Над дорогой бывает и за 40 в пробках. Уаз и датчик температуры под капотом.
1. Снимаем уплотнитель капота (у них щель образуется 3-4 мм). Ситуация с температурой меняется незначительно.
2. Поднимаем заднюю часть капота в петлях на сантиметр. Температура падает (на 15-20град). Радуемся полученному результату. Но страдает эстетика. Сильно греется лобовуха и горячий воздух идет в воздухозабор печки. Кондиционер становится бесполезным.
Вырываемся из пробки на трассу и не понимаем почему машина греется? Температура под капотом становится выше чем с уплотнителем.
3. Режем жабру. В пробках температура под капотом снижается на те же 15-20 градусов. На трассе температура так же держится ниже исходного варианта…
И делает Вывод:
1. В зоне кромки капота у лобового имеем зону повышенного давления. Создается подпор и воздух уже не может выходить. Что даже ухудшает ситуацию. Многие это отмечали, особенно при езде по перевалам. С приподнятым капотом машина греется сильнее.
2. Жабра в крыле располагается в зоне пониженного давления при движении. Тем самым вытягивая дополнительно жар из подкапотного пространства. И на стоячем авто она работает не плохо, из жабры как из фена дует жаром, т.к. она располагается в верху.
А что же происходит в движении:
Ну из картинок понятно где в движении будет вытягивать, а где вдувать.
Сформулируем цель: протянуть максимальное количество воздуха через радиатор СО и удалить жар из подкапотного (создать разряжение) не нарушив эстетику.
Обана! А здесь еще и внутренняя аэродинамика автомобиля, а мы ставим подкрылки, чтобы грязь не летела, ставим защиту днища — тем самым меняем аэродинамику заложенную на заводе.
И у нас как раз первая, то есть после радиатора воздух уходит вниз под машину и если необдуманно нарезать дыр, то можно уменьшить поток через радиатор, что не есть хорошо.
Изучаем и выясняем:
проведенные в ЛСХИ, показали, что средняя скорость воздушного потока перед фронтом радиатора при малых скоростях движения автомобиля (≤40 км/ч) в значительной степени зависит от работы вентилятора, тогда как при больших скоростях (≥80 км/ч) влияние вентилятора становится мало ощутимым. И сам вентилятор и в большей степени его кожух увеличивают сопротивление воздуха.
Сопротивление, встреченное воздушным потоком при прохождении через радиатор, связано с теплопередачей от воды к воздуху, тогда как все прочие сопротивления на его пути являются «вредными» и их необходимо по возможности снизить.
Читаем technomag.bmstu.ru/doc/404548.html и смотрим на картинку ниже с большущими глазами.
Посмотрите и подумайте, как на скорости через это проходит поток воздуха и с права система на современных автомобилях www.drive2.ru/l/947646/
Так же если сравнивать со стоком — у них юбка внизу.
А у нас, с резанными бамперами — поток пройдя через решетку бампера упираясь в радиатор большей частью уходит вниз, там как раз отрицательное давление.
Думаем, что делать?
Здесь буду добивать решения, осуществление — новая тема.
Устанавил нивовский двойной вентилятор снаружи радиатора, а так же сделал впуск двигателя из под лобовухи через жабо, и как шнорк тоже ничего.
ПС.
Уже многое сделано, но об этом позже…
Спойлеры: навстречу ветру
15 вопросов о спойлерах.
Что называют спойлером?
В «гражданском» автостроении термин «спойлер» имеет широкое значение – так называют любой элемент внешнего обвеса машины, конструктивно призванный изменять направление и характер воздушных потоков, обтекающих автомобиль.
Куда устанавливаются спойлеры?
Фактически – на любое место кузова. Спойлеры ставят под бамперы, на пороги, крышки капота и багажника, крышу автомобиля, заднюю дверь хетчбека, внедорожника или универсала.
Уже давно появился термин обвес», обозначающий комплект спойлеров, связанных друг с другом эстетически и функционально.
Какие функции выполняют спойлеры?
С точки зрения аэродинамики, задачи автомобильных спойлеров могут быть различны. Спойлер может работать на уменьшение лобового сопротивления. Пример таких спойлеров – наклонные обтекатели, устанавливаемые на кабинах грузовиков, а также обтекатели мотоциклов.
Часто спойлер служит только для изменения направления отдельных воздушных потоков, не оказывая существенного влияния на аэродинамикую. Такую работу выполняют небольшие спойлеры, которые ставят на заднюю дверь хетчбеков, универсалов и внедорожников с целью предотвращения забрызгивания стекла грязью.
Также спойлер может выполнять роль антикрныла – это делают фронтальные спойлеры-«юбки», устанавливаемые под передним бампером (либо монолитно с ним связанные), и бсковые пойлеры – «расширители порогов». Они создают разряжение под днищем, отчего аэродинамическое сопротивление несколько увеличивается, однако при возникает «прижимная сила», позволяющая удерживать автомобиль на дороге при езде на высоких скоростях.
Ну и наконец, не будет забывать про эстетику – элегкантный, установленный «в тему» спойлер, а тем более целый комплект – «обвес» смотрятся очень хорошо и придают индивидуальный шарм автомобилю.
Из чего изготавливаются спойлеры?
Как правило, материалом для спойлеров служат различные виды пластиков. Но также существуют варианты из алюминия и карбона.
Как закрепляются?
Креплания закрепляются спойлеров является специальный клей, которым они приклеиваются к кузову, а также резьбовое соединение через кронштейн. Их применяют как по отдельности, так и одновременно.
Может ли спойлер быть опасен?
Может. Нередки случаи, когда полукустарные, ненадежно закрепленные спойлеры отрывало на скорости и они повреждали «свой» автомобиль, другие машины или наносили травму пешеходам..
Такие «кооперативные» спойлеры непредсказуемо ведут себя и при крупных авариях –куски изделия, часто имеющие рваные острые края могут разлетаться в самых неожиданных направлениях.
Спойлер должен быть предназначен только для конкретной модели или может быть универсальным?
Существуют оба вида спойлеров. К «универсальным» относятся, например, «крыло» на крышку багажника, предназначаемое для установки на ряд моделей. Однако, функциональность таких спойлеров, в большинстве своем ограничивается лишь эстетичностью. Для того, чтобы спойлер или комплект-«обвес» работали аэродинамически, они должны быть разработаны только под конкретную форму кузова – т.е. модель автомобиля. Исключение тут составляет разве что «обтекатель» на крышу грузовика.
Не возникает ли проблем при мойке?
При ручной мойке не должнобыть никаких проблем. Но при автоматической возможны казусы – различные слишком высоко стоящие на кронштейнах «крылья», могут быть загнуты или отломаны.
Не повреждает ли установка спойлера кузов и краску?
Как уже говорилось, спойлеры закрепляются на клей и/или саморезы. Соответсвенно, часть краски с кузова придется удалять, придется делать дополнительные отверстия.
Спойлер можно установить на любой автомобиль?
Теоретически – да. Впрочем, и практически тоже – сегодня наверное, уже не осталось машин, для которых тюнингисты не придумали обвеса.
Можно ли ставить спойлеры на машину, находящуюся на гарантии у дилера?
Можно, но только после согласования со спейциаличстами дилерского сервиса. Иначе возникнут трудности с гарантией. Впрочем, что касается различных обвесов, дилеры палки в колеса, как правило, не ставят. Единственног, дилер может настаивать на установке именно «своего» обвеса – по своим, разумеется, расценкам.
Что повлечет за собой снятие штатного спойлера?
Возможно, ничего не повлечет, если спойлер установлен «для красоты». Если же он разрабатывался специально чтоб не закидывало грязбю заднее стекло, то соответсвенно, получим обратный результат. Кроме того, обнажатся пустые крепежные отверстия.
Существуют ли легкосъемные или складные спойлеры?
Современные обтекатели для грузовиков могут складываться и подниматься. Также сужествуют съемные «юбки» под бампер, которые демонтирую на зиму, а летом ставят опять. Правда «легкосъемными» их назвать сложно – снятие-установка их достаточно трудоемки и делаются в мастерской.
Может ли спойлер ухудшать аэродинамику?
Может, и это делает спойлер-антикрыло. Но делает с пользой, увеличивая прижимную силу. Быть не во благо, а во вред могут различные полукустарные спойлеры, поставленные «для красоты», которые непредсказуемо изменяют воздушные потоки, от чего аэродинамика автомобиля только ухудшается.
Как обстоит дело со страхованием спойлеров и получением возмещения в случае их повреждения?
По ОСАГО получить за разбитый нештатный спойлер ничего нельзя – заплатят или отремонтируют только заводские детали. Поэтому, чтобы уберечь хороший обвес, его нужно страховать по КАСКО. Главное, нужно сохранить чеки или иные документы, в которых указывается стоимость самого обвеса и работ по его установке. Тогда компания просто переоценит автомобиль и застрахует его исходя из новой стоимости с учетом всех поставленных спойлеров.
Но если машина в обвесе была куплена «с рук» и документов на работы не сохранилось – тогда возникнуть трудности. Как оценить, сколько может стоить обвес? Взгляды компании и клиента тут часто расходятся. Клиент не хочет страховать «за копейки» эксклюзивный обвес, а компания опасается заплатить втридорога за крашеный пластик.