Прижимная сила (аэродинамика): различия между версиями
[отпатрулированная версия] | [отпатрулированная версия] |
Викидим (обсуждение | вклад) →Литература: уточнение |
|||
(не показано 14 промежуточных версий 4 участников) | |||
Строка 4: | Строка 4: | ||
== Роль в конструкции гоночных автомобилей == |
== Роль в конструкции гоночных автомобилей == |
||
Для гоночных [[Автомобиль с открытыми колёсами|автомобилей с открытыми колёсами]] (включая [[Формула 1|Формулу 1]]), прижимная сила является одним из четырёх важнейших характеристик дизайна (наряду с мощностью двигателя, весом, и покрышками) по крайней мере с 1970-х годов<ref>Wright.P.G., Formula 1 Technology, Society of Automotive Engineers, Warrendale, PA, 2001.{{ref-en}}</ref>, |
Для гоночных [[Автомобиль с открытыми колёсами|автомобилей с открытыми колёсами]] (включая [[Формула 1|Формулу 1]]), прижимная сила является одним из четырёх важнейших характеристик дизайна (наряду с мощностью двигателя, весом, и покрышками) по крайней мере с 1970-х годов<ref>Wright.P.G., Formula 1 Technology, Society of Automotive Engineers, Warrendale, PA, 2001.{{ref-en}}</ref>, самой важной по состоянию на начало XXI века{{sfn|Макбит|2017}}. Известен случай, когда менее мощный 8-цилиндровый двигатель [[Cosworth DFV]] с конца 1960-х годов и до начала 1980-х крайне успешно конкурировал со значительно более мощными 12-цилиндровыми [[Оппозитный двигатель|оппозитными двигателями]] просто потому, что [[V-образный двигатель|V-образная]], узкая внизу, форма двигателя DFV предоставляла бо́льшую свободу в конструировании днища автомобиля и обеспечивала более высокую прижимную силу с использованием [[Эффект земли|эффекта земли]]<ref>Hughes, Mark (2004) The Unofficial Complete Encyclopedia of Formula 1, p. 55, Lorenz Books, ISBN 0-7548-1509-9{{ref-en}} С. 55.</ref><ref name=evolution>Jenkins, Mark, Steven Floyd. [https://dspace.lib.cranfield.ac.uk/bitstream/handle/1826/3184/Trajectories%20in%20the%20Evolution%20of%20Technology-2001.pdf Trajectories in the evolution of technology: A multi-level study of competition in Formula 1 racing] {{Wayback|url=https://dspace.lib.cranfield.ac.uk/bitstream/handle/1826/3184/Trajectories%20in%20the%20Evolution%20of%20Technology-2001.pdf |date=20190306042815 }} // Organization studies 22.6 (2001): 945—969.{{ref-en}}</ref>. Осознание того, что прижимная сила как аэродинамическая характеристика важнее [[Лобовое сопротивление|лобового сопротивления]] пришло постепенно в начале 1960-х годов. Хотя уже в 1956 году швейцарский инженер {{нп3|Мэй, Майкл|Майкл Мэй|en|Michael May (racing driver)}} установил первое [[антикрыло]] на [[Порше 550]], даже в начале 1960-х годов некоторые специалисты по аэродинамике подчёркивали, что самым важным для гоночного автомобиля является лобовое сопротивление{{sfn|Макбит|2017}}. |
||
[[Файл:2001 Goodwood Festival of Speed Brabham BT46B Fan car.jpg|right|thumb|250px|[[Brabham BT46|BT46B]]]] |
[[Файл:2001 Goodwood Festival of Speed Brabham BT46B Fan car.jpg|right|thumb|250px|[[Brabham BT46|BT46B]]]] |
||
В течение 15 лет с середины 1960-х годов конструкторы сумели утроить прижимную силу, вынудив внести изменения в правила Формулы 1 для обеспечения безопасности<ref>P.G. Wright. The influence of aerodynamics on the design of Formula One racing cars // International Journal of Vehicle Design 3(4):383 — 397. November 1982. {{doi|10.1504/IJVD.1982.061285}} |
В течение 15 лет с середины 1960-х годов конструкторы сумели утроить прижимную силу, вынудив внести изменения в правила Формулы 1 для обеспечения безопасности<ref>P.G. Wright. The influence of aerodynamics on the design of Formula One racing cars // International Journal of Vehicle Design 3(4):383 — 397. November 1982. {{doi|10.1504/IJVD.1982.061285}}</ref>{{sfn|Макбит|2017}}. Период с 1978 по 1982 год характеризуется как «революция эффекта земли»<ref name=evolution/>. Команды, избравшие оппозитные двигатели почти метровой ширины, были вынуждены прибегать к отчаянным мерам. Именно тогда команда [[Брэбем (команда «Формулы-1»)|Брэбем]] построила знаменитый [[Brabham BT46|BT46B]], в котором гигантский вентилятор, предназначенный якобы для охлаждения двигателя, на самом деле отсасывал воздух из-под днища, увеличивая прижимную силу (после одной — победной — гонки этот «пылесос» больше не использовался из-за опасного разбрасывания вентилятором мусора с поверхности трека). [[Феррари (команда «Формулы-1»)|Команда Феррари]], также избравшая оппозитные моторы, не верила в реальность эффекта земли, сконцентрировалась на усовершенствовании двигателя и шасси — и безнадёжно проигрывала вплоть до 1981 года, когда с приходом нового главного инженера курс был изменён<ref name=evolution/>. |
||
Необходимость поддержания постоянного зазора для использования эффекта земли была основной причиной перехода от алюминиевых к более жёстким [[Углепластики|углепластиковым]] корпусам (1980 год, [[Макларен (автогоночная команда)|команда Макларен]])<ref name=evolution/>. |
Необходимость поддержания постоянного зазора для использования эффекта земли была основной причиной перехода от алюминиевых к более жёстким [[Углепластики|углепластиковым]] корпусам (1980 год, [[Макларен (автогоночная команда)|команда Макларен]])<ref name=evolution/>. |
||
Строка 13: | Строка 13: | ||
В молодёжных формулах применение устройств для увеличения прижимной силы ограничено или вообще запрещено{{sfn|Макбит|2017}}. |
В молодёжных формулах применение устройств для увеличения прижимной силы ограничено или вообще запрещено{{sfn|Макбит|2017}}. |
||
Подобно самолёту, крылья болида с высокой прижимной силой теряют свою эффективность при попадании в [[Спутная струя|спутную струю]] другого болида, потому пилоты жалуются на потерю прижимной силы и затруднённый обгон, что снижает зрелищность гонки. Высокая прижимная сила также сократила дистанцию остановки до десятков метров, что затрудняет обгон |
Подобно самолёту, крылья болида с высокой прижимной силой теряют свою эффективность при попадании в [[Спутная струя|спутную струю]] другого болида, потому пилоты жалуются на потерю прижимной силы и затруднённый обгон, что снижает зрелищность гонки. Высокая прижимная сила также сократила дистанцию остановки до десятков метров, что затрудняет [[обгон на торможении]] ({{lang-en|out-braking}}). С целью поддержания зрелищности и обеспечения безопасности по мере усовершенствования технологии [[Международная автомобильная федерация]] вынуждена модифицировать правила, чтобы уменьшить сцепление болидов с треком. Помимо модификации покрышек (что иногда практикуется), путь к этой цели лежит через ограничение прижимной силы (например, в 1998 году предельная ширина автомобилей Формулы 1 была уменьшена на 20 см, тем самым уменьшив площадь аэродинамических элементов). Специально созданная в 2007 году рабочая группа по обгону ({{lang-en|Overtaking Working Group, OWG}}) к 2009 году разработала новые правила, которые вновь снизили прижимную силу и позволили болидам сближаться с меньшим риском; в 2011 году для облегчения обгона на прямых было разрешено [[регулируемое заднее антикрыло]], которое, используя подвижные элементы, позволило в момент обгона уменьшать лобовое сопротивление (и прижимную силу){{sfn|Макбит|2017}}. |
||
== Устройства для повышения прижимной силы == |
== Устройства для повышения прижимной силы == |
||
Строка 19: | Строка 19: | ||
=== Антикрыло === |
=== Антикрыло === |
||
{{main|Антикрыло}} |
{{main|Антикрыло}} |
||
Принцип действия антикрыла аналогичен перевёрнутому [[Крыло самолёта|крылу самолёта]]: при обтекании воздушным потоком крыло создаёт силу, но не [[Подъёмная сила|подъёмную]], а прижимную. В ранних конструкциях антикрылья располагались на стойках над центром |
Принцип действия антикрыла аналогичен перевёрнутому [[Крыло самолёта|крылу самолёта]]: при обтекании воздушным потоком крыло создаёт силу, но не [[Подъёмная сила|подъёмную]], а прижимную. В ранних конструкциях антикрылья располагались на стойках над центром автомобиля, современные болиды Формулы 1 имеют два антикрыла: переднее и заднее{{Нет АИ|2|3|2019}}. Немногочисленные серийные автомобили с антикрылом используют заднее расположение на [[багажник]]е. |
||
После неудачного эксперимента Мэя (его машину не допустили к гонкам) следующую попытку сделал через десять лет {{нп3|Холл, Джим (гонщик)|Джим Холл|en|Jim Hall (racing driver)}}. Его {{нп3|Chaparral Cars|Chaparral 2E CanAm|en|Chaparral Cars}} с крылом, смонтированным на высоких подпорках, был немедленно скопирован другими командами. Высокое расположение антикрыла привело к ряду аварий и призывам запретить его использование, |
После неудачного эксперимента Мэя (его машину не допустили к гонкам) следующую попытку сделал через десять лет {{нп3|Холл, Джим (гонщик)|Джим Холл|en|Jim Hall (racing driver)}}. Его {{нп3|Chaparral Cars|Chaparral 2E CanAm|en|Chaparral Cars}} с крылом, смонтированным на высоких подпорках, был немедленно скопирован другими командами. Высокое расположение антикрыла привело к ряду аварий и призывам запретить его использование, однако после консультаций с конструкторами крылья были сохранены, с существенными ограничениями. В течение 1970-х годов антикрылья распространились и на другие категории автомобилей{{sfn|Макбит|2017}}. |
||
Поначалу антикрылья Формулы 1 были подвижными, с изменяемым [[Угол атаки|углом атаки]], но правила быстро запретили такую конфигурацию: все «аэродинамические» устройства должны оставаться неподвижными по отношению к корпусу{{sfn|Макбит|2017}}. |
Поначалу антикрылья Формулы 1 были подвижными, с изменяемым [[Угол атаки|углом атаки]], но правила быстро запретили такую конфигурацию: все «аэродинамические» устройства должны оставаться неподвижными по отношению к корпусу{{sfn|Макбит|2017}}. |
||
Строка 28: | Строка 28: | ||
=== Юбка === |
=== Юбка === |
||
Термин «юбка» в русском языке имеет два значения: так иногда называется передний спойлер (см. ниже), а также этим термином обозначаются гибкие свесы по сторонам корпуса, предназначенные отделения воздушного потока под днищем. Введённые командой «[[Лотус ( |
Термин «юбка» в русском языке имеет два значения: так иногда называется передний спойлер (см. ниже), а также этим термином обозначаются гибкие свесы по сторонам корпуса, предназначенные отделения воздушного потока под днищем. Введённые командой «[[Лотус (команда «Формулы-1», 1958—1994)|Лотус]]» в 1978 году гибкие скользящие юбки были успешны (в сочетании с профилирование днища для создания [[Эффект Вентури|эффекта Вентури]], см. ниже), но уже в 1981 году они были запрещены{{sfn|Чжан|2006|с=40}}, так как иногда отрывались и создавали опасность на треке. |
||
=== Вентилятор === |
=== Вентилятор === |
||
Дж. Холл применил юбки раньше, в 1970 году, в сочетании с вентиляторами для создания разрежения под днищем его Chapparal 2J. Эти устройства |
Дж. Холл применил юбки раньше, в 1970 году, в сочетании с вентиляторами для создания разрежения под днищем его Chapparal 2J. Эти устройства подпали под запрет о движущихся аэродинамических деталях, что и заставило Бребэм позже утверждать, что их вентилятор попросту охлаждает двигатель{{sfn|Макбит|2017}}. |
||
=== Диффузор === |
=== Диффузор === |
||
Строка 41: | Строка 41: | ||
=== Спойлер === |
=== Спойлер === |
||
{{main|Спойлер (автомобиль)}} |
{{main|Спойлер (автомобиль)}} |
||
{{план}} |
{{план|дата=2019-03-02}} |
||
== Примечания == |
== Примечания == |
||
Строка 71: | Строка 71: | ||
| тираж = |
| тираж = |
||
| ref = Макбит |
| ref = Макбит |
||
}} {{ref-en}} |
|||
* {{книга |
|||
| автор = Simon McBeath |
|||
| часть = Airdams, Splitters and Spoilers |
|||
| ссылка часть = |
|||
| заглавие = Competition Car Aerodynamics |
|||
| оригинал = |
|||
| ссылка = https://books.google.com/books?id=RIP4DQAAQBAJ |
|||
| викитека = |
|||
| ответственный = |
|||
| издание = |
|||
| место = |
|||
| издательство = Veloce Publishing Ltd |
|||
| год = 2017 |
|||
| volume = |
|||
| pages = |
|||
| columns = |
|||
| allpages = 320 |
|||
| серия = |
|||
| isbn = |
|||
| doi = |
|||
| тираж = |
|||
| ref = Макбит2 |
|||
}} {{ref-en}} |
}} {{ref-en}} |
||
* {{статья |
* {{статья |
||
Строка 101: | Строка 124: | ||
|archivedate = |
|archivedate = |
||
}} |
}} |
||
{{auto-stub}} |
|||
[[Категория:Теория автомобиля]] |
[[Категория:Теория автомобиля]] |
Текущая версия от 07:29, 6 мая 2022
Прижимная сила — аэродинамическая сила, прижимающая автомобиль к дорожному покрытию[1]. Эта сила улучшает сцепление покрышек автомобиля с дорогой и тем самым улучшает его манёвренность, торможение и разгон.
Роль в конструкции гоночных автомобилей
[править | править код]Для гоночных автомобилей с открытыми колёсами (включая Формулу 1), прижимная сила является одним из четырёх важнейших характеристик дизайна (наряду с мощностью двигателя, весом, и покрышками) по крайней мере с 1970-х годов[2], самой важной по состоянию на начало XXI века[3]. Известен случай, когда менее мощный 8-цилиндровый двигатель Cosworth DFV с конца 1960-х годов и до начала 1980-х крайне успешно конкурировал со значительно более мощными 12-цилиндровыми оппозитными двигателями просто потому, что V-образная, узкая внизу, форма двигателя DFV предоставляла бо́льшую свободу в конструировании днища автомобиля и обеспечивала более высокую прижимную силу с использованием эффекта земли[4][5]. Осознание того, что прижимная сила как аэродинамическая характеристика важнее лобового сопротивления пришло постепенно в начале 1960-х годов. Хотя уже в 1956 году швейцарский инженер Майкл Мэй[англ.] установил первое антикрыло на Порше 550, даже в начале 1960-х годов некоторые специалисты по аэродинамике подчёркивали, что самым важным для гоночного автомобиля является лобовое сопротивление[3].
В течение 15 лет с середины 1960-х годов конструкторы сумели утроить прижимную силу, вынудив внести изменения в правила Формулы 1 для обеспечения безопасности[6][3]. Период с 1978 по 1982 год характеризуется как «революция эффекта земли»[5]. Команды, избравшие оппозитные двигатели почти метровой ширины, были вынуждены прибегать к отчаянным мерам. Именно тогда команда Брэбем построила знаменитый BT46B, в котором гигантский вентилятор, предназначенный якобы для охлаждения двигателя, на самом деле отсасывал воздух из-под днища, увеличивая прижимную силу (после одной — победной — гонки этот «пылесос» больше не использовался из-за опасного разбрасывания вентилятором мусора с поверхности трека). Команда Феррари, также избравшая оппозитные моторы, не верила в реальность эффекта земли, сконцентрировалась на усовершенствовании двигателя и шасси — и безнадёжно проигрывала вплоть до 1981 года, когда с приходом нового главного инженера курс был изменён[5].
Необходимость поддержания постоянного зазора для использования эффекта земли была основной причиной перехода от алюминиевых к более жёстким углепластиковым корпусам (1980 год, команда Макларен)[5].
В молодёжных формулах применение устройств для увеличения прижимной силы ограничено или вообще запрещено[3].
Подобно самолёту, крылья болида с высокой прижимной силой теряют свою эффективность при попадании в спутную струю другого болида, потому пилоты жалуются на потерю прижимной силы и затруднённый обгон, что снижает зрелищность гонки. Высокая прижимная сила также сократила дистанцию остановки до десятков метров, что затрудняет обгон на торможении (англ. out-braking). С целью поддержания зрелищности и обеспечения безопасности по мере усовершенствования технологии Международная автомобильная федерация вынуждена модифицировать правила, чтобы уменьшить сцепление болидов с треком. Помимо модификации покрышек (что иногда практикуется), путь к этой цели лежит через ограничение прижимной силы (например, в 1998 году предельная ширина автомобилей Формулы 1 была уменьшена на 20 см, тем самым уменьшив площадь аэродинамических элементов). Специально созданная в 2007 году рабочая группа по обгону (англ. Overtaking Working Group, OWG) к 2009 году разработала новые правила, которые вновь снизили прижимную силу и позволили болидам сближаться с меньшим риском; в 2011 году для облегчения обгона на прямых было разрешено регулируемое заднее антикрыло, которое, используя подвижные элементы, позволило в момент обгона уменьшать лобовое сопротивление (и прижимную силу)[3].
Устройства для повышения прижимной силы
[править | править код]Антикрыло
[править | править код]Принцип действия антикрыла аналогичен перевёрнутому крылу самолёта: при обтекании воздушным потоком крыло создаёт силу, но не подъёмную, а прижимную. В ранних конструкциях антикрылья располагались на стойках над центром автомобиля, современные болиды Формулы 1 имеют два антикрыла: переднее и заднее[источник не указан 2111 дней]. Немногочисленные серийные автомобили с антикрылом используют заднее расположение на багажнике.
После неудачного эксперимента Мэя (его машину не допустили к гонкам) следующую попытку сделал через десять лет Джим Холл[англ.]. Его Chaparral 2E CanAm[англ.] с крылом, смонтированным на высоких подпорках, был немедленно скопирован другими командами. Высокое расположение антикрыла привело к ряду аварий и призывам запретить его использование, однако после консультаций с конструкторами крылья были сохранены, с существенными ограничениями. В течение 1970-х годов антикрылья распространились и на другие категории автомобилей[3].
Поначалу антикрылья Формулы 1 были подвижными, с изменяемым углом атаки, но правила быстро запретили такую конфигурацию: все «аэродинамические» устройства должны оставаться неподвижными по отношению к корпусу[3].
С началом применения турбонаддува мощности моторов резко возросли, и дополнительное сопротивление, вносимое антикрыльями, стало неважным. В эту эпоху (1980-е годы) антикрылья обросли дополнительными «крылышками» для увеличения прижимной силы[3].
Юбка
[править | править код]Термин «юбка» в русском языке имеет два значения: так иногда называется передний спойлер (см. ниже), а также этим термином обозначаются гибкие свесы по сторонам корпуса, предназначенные отделения воздушного потока под днищем. Введённые командой «Лотус» в 1978 году гибкие скользящие юбки были успешны (в сочетании с профилирование днища для создания эффекта Вентури, см. ниже), но уже в 1981 году они были запрещены[7], так как иногда отрывались и создавали опасность на треке.
Вентилятор
[править | править код]Дж. Холл применил юбки раньше, в 1970 году, в сочетании с вентиляторами для создания разрежения под днищем его Chapparal 2J. Эти устройства подпали под запрет о движущихся аэродинамических деталях, что и заставило Бребэм позже утверждать, что их вентилятор попросту охлаждает двигатель[3].
Диффузор
[править | править код]Прорыв в области увеличения прижимной силы осуществила команда Лотус, сформировав днище болида по образцу сопла Вентури. Первая модель, Лотус 78, была не очень удачной, но уже в 1978 году следующий вариант, Лотус 79, достиг выдающихся успехов. Дизайн был быстро скопирован и улучшен в таких классических болидах как FW07 команды Уильямс и автомобилях других формул Ralt RT2/3/4. Серийные спортивные автомобили использовали широкие днища для создания прижимных сил, измерявшихся в тоннах. Однако правила были вновь изменены, и стали требовать плоского днища между осями[3].
С завершением «турбо-эпохи» в 1989 году сопротивление, вносимое антикрыльями, опять стало заметным, конструкторы вновь обратились к днищу автомобиля и обнаружили, что при небольшом наклоне корпуса вперёд разрежение может быть достигнуто даже при плоском днище, но для этого воздух должен свободно выходить из-под корпуса в его задней части. Форма кузова, обеспечивающая расширение зазора между кузовом и покрытием в задней части автомобиля стала называться диффузором[3].
Спойлер
[править | править код]Этот раздел статьи ещё не написан. |
Примечания
[править | править код]- ↑ Глоссарий // Мартин Роуч. Автомобили. Самые дорогие и самые мощные суперкары всех времен. АСТ, 2017. С. 253.
- ↑ Wright.P.G., Formula 1 Technology, Society of Automotive Engineers, Warrendale, PA, 2001. (англ.)
- ↑ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 Макбит, 2017.
- ↑ Hughes, Mark (2004) The Unofficial Complete Encyclopedia of Formula 1, p. 55, Lorenz Books, ISBN 0-7548-1509-9 (англ.) С. 55.
- ↑ 1 2 3 4 Jenkins, Mark, Steven Floyd. Trajectories in the evolution of technology: A multi-level study of competition in Formula 1 racing Архивная копия от 6 марта 2019 на Wayback Machine // Organization studies 22.6 (2001): 945—969. (англ.)
- ↑ P.G. Wright. The influence of aerodynamics on the design of Formula One racing cars // International Journal of Vehicle Design 3(4):383 — 397. November 1982. doi:10.1504/IJVD.1982.061285
- ↑ Чжан, 2006, с. 40.
Литература
[править | править код]- McBeath, Simon. Competition car downforce: a practical guide. GT Foulis, 1998. 192 с. (англ.) ISBN 978-0854299775
- Agathangelou, Ben, Gascoyne, Mike. Aerodynamic Design Considerations of a Formula 1 Racing Car. SAE Paper No. 980399, Society of Automotive Engineers, Warrendael, PA, 1998.
- Simon McBeath. Historical Background // Competition Car Aerodynamics. — Veloce Publishing Ltd, 2017. — 320 p. (англ.)
- Simon McBeath. Airdams, Splitters and Spoilers // Competition Car Aerodynamics. — Veloce Publishing Ltd, 2017. — 320 p. (англ.)
- Zhang X., Toet W., Zerihan J. Ground effect aerodynamics of race cars (англ.) // Applied Mechanics Reviews. — 2006. — Vol. 59, no. 1. — P. 33—49.