ВАЗ 2101 в аэродинамической трубе

via
Как говорил советский авиаконструктор Туполев: «Хорошо летать могут только красивые самолеты». В красоте итальянского автомобиля можно не сомневаться, но почему он не «летает», — это я решил выяснить. Для начала необходимо понять, что даже в наше время далеко не все автомобили проходили испытания в аэродинамической трубе, а уж в шестидесятые годы прошлого столетия, этим могли похвастаться исключительно самолеты.
За основу эксперимента взят автомобиль ВАЗ 2101 первых годов выпуска. Модель автомобиля разработана в программе SolidWorks.

Рис.1. Трехмерная модель ВАЗ 2101

Далее переходим в модуль Flow Simulation, который позволяет определить направление течения воздуха при движении автомобиля, скажем, на скорости 140 км/ч.

Рис. 2. Движение потоков воздуха

Рис. 3. Движение потоков воздуха

В трехмерном исполнении достаточно сложно оценить аэродинамику автомобиля, — лишь в общих чертах направление воздуха; куда более наглядным будет представление движения воздушных масс в плоскости перпендикулярной движению. Цветом разделены области разного давления, атмосферному давлению соответствует голубой цвет, красный и желтый – области высокого давления, синий – низкого.

Рис. 4. Движение потоков воздуха в плоскости

Рис. 5. Движение потоков воздуха в плоскости

Проанализировав поведение течения воздуха можно сделать следующие замечания:
а) спереди воздушный поток встречает на своем пути практически перпендикулярную плоскую поверхность, вследствие чего в этом месте возникает область повышенного давления и сопротивления, а также создает область повышенного давления в области картера, что, в свою очередь, частично разгружает переднюю ось;
б) слабый угол подъема капота и большой угол лобового стекла создают вихрь а области дворников и решетки капота (вот почему нет смысла устанавливать там пластиковые дефлекторы), практически аналогичная ситуация с задним стеклом и багажником, потому целесообразнее была б форма лифтбека;
в) резкий переход на плоскую заднюю часть создает срыв потока и огромную область завихрений;
г) поток под автомобилем идет гладко, что способствует хорошему охлаждению основных узлов и агрегатов.
На рис. 6 изображено распределение давления воздуха на поверхность автомобиля, как видно, повышенное давление находится в области звуковых сигналов и отверстия свежего притока воздуха для карбюратора, — что способствует неплохому наполнению цилиндров.

Рис. 6. Давление воздуха

Для сравнения рассмотрим аэродинамику этого же автомобиля, с тюнингом «иностранец». Данная модель не является заводской модификацией, а являет собой результат интеграции юношеского максимализма и дурного вкуса. Основные отличия: максимально поднятая передняя часть автомобиля, максимально опущенная задняя часть, литые диски большого диаметра, спойлер.

Рис. 7. ВАЗ 2101 с тюнингом

Рис. 8. ВАЗ 2101 с тюнингом

Аналогично продуваем автомобиль на той же скорости.

Рис. 9. Движение потоков воздуха

Рис. 10. Движение потоков воздуха в плоскости

Рис. 11. Движение потоков воздуха в плоскости

Как видно, перед автомобилем образовывается огромная область высокого давления, а также практически под всем его днищем (по моим предположениям, автомобиль должен взлететь где-то на скорости 180 км/ч). Спойлер, помимо большого сопротивления, — создающего крутящий момент разгружающий переднюю ось, дополнительно нагружает заднюю. Кстати, на первых Audi TT на больших скоростях заднюю ось разгружала форма кузова, что приводило к избыточной оборачиваемости, с чем и было принято решение об установке специального спойлера с завода.
Мировой рост цен на топливо заставил инженеров пересмотреть взгляды на аэродинамические свойства автомобиля, сделав их более обтекаемыми. Так, увеличили скругления бортов автомобиля, бампера сделали плавно переходящими в кузов, и уменьшили углы атаки лобового и заднего стекол.

Рис. 12. Форма кузова и движение потока воздуха

В результате аэродинамической доводки автомобилей, средний коэффициент лобового сопротивления был уменьшен с 0,55 до 0,35.
К всему вышесказанному хочется добавить, аэродинамика это наука сложная, и она показала автопроизводителям, что мировая тенденция по снижению лобового сопротивления, требует значительной переработки геометрической формы кузова автомобиля.
P.S. Не заводская установка спойлеров, утиных хвостов, обвесов и прочих элементов кузова, не способны изменить аэродинамику вашего авто в лучшую сторону.