что такое аэродинамика автомобиля
АВТОМОБИЛЬНАЯ АЭРОДИНАМИКА: ГИД ДЛЯ НАЧИНАЮЩИХ
Все мы неоднократно видели на спортивных машинах такие аэродинамические детали, как дефлекторы, сплиттеры, диффузоры и антикрылья. И это не говоря уже о полных аэрокитах. Все это, как известно, помогает улучшить динамические характеристики машины. Но как именно помогает? Почему автоспортсмены и их команды тратят кучу времени и сил на улучшение своих машин в области их взаимодействия с воздушными потоками? Чтобы понять все это, нужно сначала коснуться общих принципов аэродинамики.
Подъемная и прижимная силы
В зависимости от формы, любой объект, движущийся сквозь воздух, будет всегда либо подниматься вверх, либо наоборот, прижиматься к земле. Силы, действующие на него в этих случаях, известны как подъемная и, соответственно, прижимная. Большинство машин благодаря форме кузова при езде склонны к подъему и отрыву от земли. Причину этого эффекта когда-то открыл швейцарский ученый Даниил Бернулли. Эффект Бернулли состоит как раз в том, что чем выше скорость молекул воздуха, передвигающихся вокруг объекта, тем ниже давление воздуха на этот объект. И наоборот: чем ниже скорость молекул воздуха, тем выше давление.
Когда машина движется куда-то, она непрерывно «бомбардируется» воздушными молекулами. Столкнувшись с машиной «лоб в лоб», воздух стремится переместиться в какое-нибудь другое место. Тут возможны два варианта: либо воздушный поток обтекает машину сверху, либо он перемещается вниз, под ее днище. Возможно, вы подумаете, что так как над машиной, грубо говоря, больше пространства, давление на ее крышу должно быть выше. Но это не так. При езде давление над машиной ниже, чем под ней, благодаря как раз эффекту Бернулли. Так как молекулы быстрее движутся над машиной, их плотность там понижена. Соответственно, давление воздуха там тоже меньше. А вот снизу воздух более плотен, его потоки под автомобилем более медленные, и давление на машину снизу выше. Поэтому при наборе скорости машина все сильнее стремится «взлететь» – ее просто-напросто выталкивает наверх воздух снизу.
Аэродинамика в автоспорте
Если машина все время хочет оторваться от дороги, ни о каком сцеплении шин с поверхностью и речи быть не может. Значит, с подъемной силой нужно как-то бороться, иначе о каких высоких скоростях, прохождениях поворотов и прочем можно говорить? Плохая аэродинамика вызывает, например, потерю времени на кольце, и если вы хотите победить, с ней нужно считаться всерьез.
Рассмотрим конкретный пример — Volkswagen Beetle 2000 года выпуска. Стоковый Beetle на скорости в 200 км/ч поднимается вверх с силой около 1 кДж (или около 1.35 л.с. в секунду). Если учесть, что он весит около 1224 кг, можно сказать, что на этой скорости около 25% его веса пытается оторваться от земли. А теперь представьте себе модифицированный для гонок Beetle. Как вы думаете, 25-процентная потеря сцепления с дорогой в поворотах – это хорошая идея для получения главного приза?
Способ борьбы с подъемной силой прост – нужно генерировать силу прижимную. Для этого и нужны многочисленные аэрозапчасти – уже перечисленные нами дефлекторы, сплиттеры, диффузоры и так далее. Только как же их правильно применить?
Какие аэродетали лучше всего подойдут к моей машине?
Аэродинамическая составляющая тюнинга так же важна, как и все остальные его составляющие, и вносит свою немалую роль в повышении мощности машины. Давайте рассмотрим подробнее самые распространенные типы компоновки автомобилей, и наиболее подходящие к ним аэродетали.
Переднемоторная компоновка с приводом на переднюю ось (FF)
У этого типа машин вся мощность сосредоточена впереди. Для предотвращения потери сцепления шин с дорожным покрытием здесь можно использовать передний сплиттер («губу» на бампер) и дефлекторы – тоже на передний бампер. Это позволит переду машины сильнее прижиматься к земле на высокой скорости. Таким образом, потери мощности уменьшатся.
Среднемоторная компоновка с приводом на заднюю ось (MR)
Центр тяжести у таких машин расположен очень близко к их центру, а значит, перед здесь более «легкий». Это вызывает такой эффект, как избыточная поворачиваемость или очень резкий занос задней оси. Чтобы как-то сбалансировать это не всегда желаемое поведение машины, аэро-гуру также советуют усилить аэродинамическими деталями перед машины.
Однако и заднюю часть автомобиля можно украсить некоторыми новыми элементами. К их числу относят антикрылья, спойлеры и диффузоры. Они создают прижимную силу на задней оси, что особенно полезно для следующих типов машин:
Переднемоторная компоновка с приводом на переднюю ось (FF)
Как уже писалось выше, мощность и вес у такого рода машин сконцентрированы впереди. Следовательно, зад получается довольно легким, и для достижения баланса его нужно «нагрузить». Для этого и ставят задние спойлеры и антикрылья на багажник.
Переднемоторная компоновка с приводом на заднюю ось (FR)
У машин с такой компоновкой мощность приходится на задние колеса. Чтобы эта мощность не пропадала зря, то есть колеса были всегда сцеплены с дорогой, здесь тоже нужна прижимная сила. Как и в предыдущем пункте, для этого понадобятся антикрыло либо спойлер.
Насколько важна высота антикрыла?
Мы все любим смеяться над стрит-рейсерами, громоздящими на свои машины безумно высокие «скамейки». На машинах, эксплуатирующихся только в городе, они и правда смотрятся смешно. А вот на треке – зачастую вовсе нет, потому что высокое антикрыло расположено в зоне «чистого воздуха».
«Чистый воздух» – это, в общих чертах, область воздушного потока, который ровно обтекает движущуюся машину. Двигаясь вперед, автомобиль как бы «замещает» собой некий объем воздуха. Впереди кузова образуется область повышенного давления, так как он при движении «сжимает» молекулы воздуха перед собой. А вот сзади давление как раз понижено, так как, «заместив» собой некоторый объем молекул воздуха и сжав их впереди, машины оставляет разреженное пространство сзади. Позади кузова получается в итоге некоторый вакуум (не совсем полный, конечно). А вот уже над «вакуумом» пролегает зона «чистого воздуха», который его обтекает.
Антикрыло может создать прижимную силу только в том случае, если на него воздействует поток воздуха. Само собой, в «вакууме» это маловероятно. Поэтому антикрыло и выносят повыше, иначе от него не будет никакой пользы. Теперь возникает другой вопрос: как выбрать оптимальную высоту антикрыла? А вот это уже зависит от типа кузова вашей машины.
Купе и лифтбэки/фастбэки
Заднее стекло на этом типе кузовов обычно «сбегает» вниз под довольно небольшим углом. Такая конструкция разрабатывалась для уменьшения лобового сопротивления и описанного выше явления «вакуума» сзади. Здесь хорошо будут работать антикрылья высотой от средних до больших величин.
Поскольку у седанов угол расположения заднего стекла к земле довольно крутой, эффект вакуума сзади проявляется здесь намного сильнее, чем у купе. Это означает, что низкие антикрылья точно не достанут до зоны «чистого воздуха». Лучший выход из ситуации – разместить антикрыло на багажнике как можно выше.
Хэтчбэки и универсалы
У хэтчбэков и универсалов есть одна общая проблема – отсутствие багажника, по крайней мере, в том же виде, что у седанов и купе. Куда же прикручивать спойлер? К счастью, благодаря форме кузова этих двух классов машин поток «чистого воздуха» проходит прямо над их крышей. Так что, поставив спойлер на крышу сзади, можно добиться нужного эффекта.
Что такое диффузор?
Задавались ли вы когда-нибудь вопросом о том, что это за выступы под задним бампером и зачем они нужны? Это диффузор, и он нужен для того, чтобы совместно с другими аэродеталями создавать дополнительную прижимную силу. Параллельные «каналы», которые образовывает диффузор, помогают потоку воздуха из-под днища быстрее перемещаться в нужном направлении – а именно назад, в зону «вакуума». В сочетании с антикрылом диффузор формирует более благоприятные воздушные потоки и повышает скорость машины и ее аэродинамические показатели.
Что такое аэродинамика автомобиля
Уменьшить расход бензина можно позаботившись об уменьшении действующих на автомобиль сил сопротивления. Расскажем что такое аэродинамика машины, основные термины и понятия, что на неё влияет в первую очередь.
На больших скоростях основной вклад вносит сила аэродинамического сопротивления. Аэродинамика имеет прямое отношение к управляемости, устойчивости и безопасности, особенно при движении с высокой скоростью. Даже способность загрязняться напрямую зависит, насколько качественно, с точки зрения аэродинамики, продуман автомобиль. А знаете, что такое «воздушный мешок» или «аэродинамическая тень», что такое «граунд-эффект»? Давайте разбираться.
Основные понятия аэродинамики
Чтобы легче разобраться в аэродинамике, определимся с терминами, принятыми в этой науке.
Сила аэродинамического сопротивления (Рх) — сила, с которой поток воздуха «давит» на движущийся автомобиль. Всегда действует в сторону, противоположную движению. Чем больше, тем ниже максимальная скорость и динамика автомобиля при прочих равных условиях.
Коэффициент аэродинамического сопротивления (Сх). Безразмерная величина, обычно меньше единицы. Определяется экспериментальным путем в аэродинамической трубе или с помочью расчетов. Физический смысл — отношение аэродинамической силы к скоростному напору и характерной площади. У современных автомобилей значение Сх в районе 0,30. Внедорожники имеют чуть больший коэффициент Сх из-за большей площади кузова.
Подробнее про коэффициент Сх в данной статье.
Подъемная сила (Рz) — направлена перпендикулярно к скорости автомобиля. При обтекании автомобиля частицы потока, обтекающие днище, проходят меньший путь, чем частицы, обтекающие капот, крышу и крышку багажника, то есть более выпуклую поверхность. А согласно уравнению Бернулли давление среды больше там, где скорость частиц меньше. Автомобиль превращается в крыло. Если ситуацию «запустить», с ростом скорости колеса машина будет терять контакт с дорогой, что негативно скажется на управляемости и устойчивости.
Коэффициент подъемной силы (Су). Тоже безразмерный, определяется аналогично Сх. Зависит от форм автомобиля, его ориентации в пространстве, чисел Рейнольдса и Маха.
Мидель (от middel — средняя) – наибольшая площадь сечения автомобиля, перпендикулярная направлению движения.
Опрокидывающий момент (Му) — определяет перераспределение нагрузок между передними и задними осями автомобиля. Возникает из-за того, что Рх всегда действует под углом к продольной оси автомобиля. По Му можно судить о возможном изменении управляемости на высоких скоростях, а нулевое значение говорит о том, что независимо от скорости автомобиля тот будет управляться одинаково, а заложенный производителем баланс нагрузок на колеса не нарушится.
Момент крена (Мх) и разворачивающий момент (Мz) – характеризуют способность автомобиля противостоять порывам бокового ветра. Чем меньше абсолютные значения, тем меньше водитель чувствует влияние капризов природы.
Как меняют аэродинамику автомобиля?
Задача специалистов по аэродинамике состоит в уменьшении паразитных сил и моментов (Рх, Рz, Му, Мх и Мz). Добиться можно с помощью дополнительных аэродинамических элементов, что ведет к увеличению площади миделя и как следствие – к увеличению силы лобового сопротивления. Тупик? Нет, оказывается, грамотно сконструированные и тщательно продутые в аэродинамической трубе элементы позволяют уменьшить Сх! Что это за устройства? Обычно при слове обвес речь идет о бамперах, порогах, спойлерах и антикрыльях.
Антикрыло. Создано для борьбы с подъемной силой. Первостепенная задача – создать прижимную силу, чтобы колеса не теряли контакт с дорогой ни при каких условиях. Взгляните на болиды Ф1. Вот где антикрылья – усилия работы специалистов по аэродинамике! Но перебарщивать с размерами нельзя – резко растет аэродинамическое сопротивление, а значит – падает скорость, увеличивается расход топлива. Практически на всех спортивных автомобилях рабочая часть крыла выполнена регулируемой для возможности изменения угла атаки и возможности настройки.
Спойлер (от spoil — портить). Аэродинамический элемент с одной рабочей поверхностью для изменения направления движения воздушного потока. Основная задача «правильного» спойлера – организация безотрывного и «плавного» обтекания воздушным потоком всей поверхности автомобиля, что повышает устойчивости при движении с высокими скоростями. Спойлер может бороться с подъемной силой, отсюда его сложные формы. Но эта деталь всегда примыкает к кузову автомобиля. По большому счету, бамперы и пороги это тоже большие спойлеры.
Диффузор. Дальше всех пошли спортсмены – они решили присосать автомобиль к трассе! Появились болиды с днищем, имитирующим «трубку Вентури» – создающие резкий рост скорости воздушного потока под машиной. В результате создавалась мощная прижимная сила. Плодами этого открытия норовит воспользоваться каждый автопроизводитель: диффузоры, обеспечивающие ускорение потока, появляются в задней части гражданских машин.
Проблема, что для максимально эффективной реализации т.н. «граунд-эффекта» нужны по возможности плоское днище и минимальный дорожный просвет. Если строители спортивных машин могут это позволить, то, к примеру, на Evolution диффузор служит скорее украшением, чем полноценным аэродинамическим элементом.
Что влияет на коэффициент Сх?
Один из лучших методов улучшения динамики машины – удалить все, что создает лишнее аэродинамическое сопротивление. Это могут быть банальные вещи. Вот как они увеличивают коэффициент Сх:
Аэродинамика автомобиля
Зачем это нужно
Для чего нужна аэродинамика автомобилю, знают все. Чем обтекаемее его кузов, тем меньше сопротивление движению и расход топлива. Такой автомобиль не только сбережет ваши деньги, но и в окружающую среду выбросит меньше всякой дряни. Ответ простой, но далеко не полный. Специалисты по аэродинамике, доводя кузов новой модели, еще и:
Причем решение одной задачи зачастую противоречит выполнению другой. Например, снижение коэффициента лобового сопротивления улучшает обтекаемость, но одновременно ухудшает устойчивость автомобиля к порывам бокового ветра. Поэтому специалисты должны искать разумный компромисс.
Снижение лобового сопротивления
От чего зависит сила лобового сопротивления? Решающее влияние на нее оказывают два параметра – коэффициент аэродинамического сопротивления Сх и площадь поперечного сечения автомобиля (мидель). Уменьшить мидель можно, сделав кузов ниже и уже, но вряд ли на такой автомобиль найдется много покупателей. Поэтому основным направлением улучшения аэродинамики автомобиля является оптимизация обтекания кузова, другими словами – уменьшение Сх. Коэффициент аэродинамического сопротивления Сх – это безразмерная величина, которая определяется экспериментальным путем. Для современных автомобилей она лежит в пределах 0,26-0,38. В зарубежных источниках коэффициент аэродинамического сопротивления иногда обозначают Cd (drag coefficient – коэффициент сопротивления). Идеальной обтекаемостью обладает каплевидное тело, Сх которого равен 0,04. При движении оно плавно рассекает воздушные потоки, которые затем беспрепятственно, без разрывов, смыкаются в его «хвосте».
Иначе ведут себя воздушные массы при движении автомобиля. Здесь сопротивление воздуха складывается из трех составляющих:
Третья составляющая оказывает наибольшее влияние на аэродинамику автомобиля. Двигаясь, автомобиль сжимает находящиеся перед ним воздушные массы, создавая область повышенного давления. Потоки воздуха обтекают кузов, а там, где он заканчивается, происходит отрыв воздушного потока, создаются завихрения и область пониженного давления. Таким образом, область высокого давления спереди мешает автомобилю двигаться вперед, а область пониженного давления сзади «засасывает» его назад. Сила завихрений и величина области пониженного давления определяется формой задней части кузова.
А вот с задней частью кузова все гораздо сложнее. Как нетрудно догадаться, наименее аэродинамичными являются универсалы – их форма меньше всего напоминает идеальную «каплю». За их обширным «задком» образуется внушительная зона разряжения, которая не только снижает Сх, но и «засасывает» пыль и грязь, оседающую на заднем стекле. Немного уменьшить ее вредное воздействие можно с помощью установки дефлектора на верху пятой двери. Он направляет часть воздушного потока вниз, снижая разряжение и уменьшая загрязнение.
Не все просто и с хэтчбеками, хотя, на первый взгляд, их форма кажется наиболее обтекаемой. Впечатление обманчиво – яркий пример непредсказуемости аэродинамики. Сх хэтчбеков зависит от угла наклона задней части. При большом угле наклона (а таких моделей большинство) процесс обтекания практически не отличается от универсалов – воздушный поток отрывается от верхней кромки крыши и создает значительную зону разряжения.
С уменьшением угла наклона до 30-35 градусов точка отрыва потока перемещается на нижнюю кромку задней части. Казалось бы, зона разряжения и, соответственно, Сх должны уменьшиться. Но, как это на первый взгляд ни парадоксально, происходит все наоборот. Дело в том, что в этом случае воздушные потоки с боков кузова, попадая на наклонную поверхность, образуют кромочные вихри, которые, закручиваясь по спирали, создают за автомобилем еще большую зону разряжения. Борются с этим явлением с помощью спойлера, устанавливаемого на кромке крыши. При этом точка отрыва потока перемещается с нижней кромки задней части на верхнюю, что предотвращает образование кромочных вихрей и несколько улучшает общую аэродинамику.
А вот если уменьшить наклон «задка» до 20-23 градусов, воздушный поток с крыши почти идеально обтекает автомобиль, отрываясь от нижней кромки. При этом кромочные вихри уже не образуются, и зона разряжения получается минимальной. Но такие автомобили теряют в практичности и поэтому среди серийных моделей их совсем немного.
Наилучшие показатели обтекаемости демонстрируют автомобили со ступенчатой формой задней части – седаны и купе. Объяснение простое – сорвавшийся с крыши поток воздуха тут же попадает на крышку багажника, где нормализуется и затем окончательно срывается с его кромки. Боковые потоки тоже попадают на багажник, который не дает возникать вредным вихрям за автомобилем. Поэтому чем выше и длиннее крышка багажника, тем лучше аэродинамические показатели. На больших седанах и купе иногда даже удается достичь безотрывного обтекания кузова. Небольшое сужение задней части также помогает снизить Сх. Кромку багажника делают острой или в виде небольшого выступа – это обеспечивает отрыв воздушного потока без завихрений. В результате область разряжения за автомобилем получается небольшой.
Днище автомобиля также оказывает влияние на его аэродинамику. Выступающие детали подвески и выхлопной системы увеличивают сопротивление. Для его уменьшения стараются максимально сгладить днище или прикрыть щитками все, что «торчит» ниже бампера. Иногда устанавливают небольшой передний спойлер. Спойлер снижает поток воздуха под автомобилем. Но тут важно знать меру. Большой спойлер существенно увеличит сопротивление, но зато автомобиль будет лучше «прижиматься» к дороге. Но об этом – в следующем разделе.
Прижимная сила
Каких-либо специальных мер для борьбы с этим явлением конструкторам обычных серийных автомобилей выдумывать не приходится, так как то, что делается для улучшения обтекаемости, одновременно увеличивает прижимную силу. Например, оптимизация задней части уменьшает зону разряжения за автомобилем, а значит и снижает подъемную силу. Выравнивание днища не только уменьшает сопротивление движению воздуха, но и повышает скорость потока и, следовательно, снижает давление под автомобилем. А это, в свою очередь, приводит к уменьшению подъемной силы. Точно так же две задачи выполняет и задний спойлер. Он не только уменьшает вихреобразование, улучшая Сх, но и одновременно прижимает автомобиль к дороге за счет отталкивающегося от него потока воздуха. Иногда задний спойлер предназначают исключительно для увеличения прижимной силы. В этом случае он имеет большие размеры и наклон или делается выдвижным, вступая в работу только на высоких скоростях.
Практическая аэродинамика
Выполнение нескольких несложных правил позволит вам получить экономию из воздуха, снизив расход топлива. Однако эти советы будут полезны только тем, кто часто и много ездит по трассе.
При движении значительная часть мощности двигателя тратится на преодоление сопротивления воздуха. Чем выше скорость, тем выше и сопротивление (а значит и расход топлива). Поэтому если вы снизите скорость даже на 10 км/ч, сэкономите до 1 л на 100 км. При этом потеря времени будет несущественной. Впрочем, эта истина известна большинству водителей. А вот другие «аэродинамические» тонкости известны далеко не всем.
Расход топлива зависит от коэффициента лобового сопротивления и площади поперечного сечения автомобиля. Если вы думаете, что эти параметры заложены на заводе, и автовладельцу изменить их не под силу, то вы ошибаетесь! Изменить их совсем несложно, причем можно добиться как положительного, так и отрицательного эффекта.
Что увеличивает расход? Непомерно «съедает» топливо груз на крыше. И даже бокс обтекаемой формы будет отнимать не менее литра на сотню. Нерационально сжигают топливо открытые во время движения окна и люк. Если перевозите длинномерный груз с приоткрытым багажником — тоже получите перерасход. Различные декоративные элементы типа обтекателя на капоте («мухобойки»), «кенгурятника», антикрыла и других элементов доморощенного тюнинга хоть и принесут эстетическое наслаждение, но заставят вас дополнительно раскошелиться. Загляните под днище — за все, что провисает и выглядывает ниже линии порога, придется доплачивать. Даже такая мелочь, как отсутствие пластиковых колпаков на стальных дисках, повышает расход. Каждый перечисленный фактор или деталь по отдельности увеличивают расход не на много — от 50 до 500 г на 100 км. Но если все суммировать, «набежит» опять же около литра на сотню. Эти расчеты справедливы для малолитражных автомобилей при скорости 90 км/ч. Владельцы больших автомобилей и любители блльших скоростей делайте поправку в сторону увеличения расхода.
Если выполнить все вышеперечисленные условия, мы сможем избежать излишних трат. А можно ли еще снизить потери? Можно! Но это потребует проведения небольшого внешнего тюнинга (речь идет, конечно, о профессионально выполненных элементах). Передний аэродинамический обвес не дает воздушному потоку «врываться» под днище автомобиля, накладки порогов прикрывают выступающую часть колес, спойлер препятствует образованию завихрений за «кормой» автомобиля. Хотя спойлер, как правило, уже включен в конструкцию кузова современного автомобиля.
Так что получать экономию из воздуха – вполне реально.
Стримлайнеры или история аэродинамики автомобиля. Начало
Доброго дня!
Ещё до рассвета автомобиля было теоретически известно, что наибольшее препятствие для достижения высокой скорости и топливной экономичности всегда представлял воздух, а точнее его сопротивление. Разрешение таких проблем на практике — длинная и захватывающая история. Мечтатели, инженеры, гонщики и предприниматели — все соблазнялись потенциальными преимуществами аэродинамики. Усилия, предпринятые для понимания и развития этих вопросов, позволили построить одни из самых замечательных автомобилей, когда-либо созданых, даже если они бросали вызов эстетическим предпочтениям своего времени. Сейчас мы живём во времени высокоаэродинамических машин, но проходя этот путь с появления автомобиля, человек встречал большое «воздушное сопротивление».
Истоки аэродинамики уходят во времени, как минимум, на двести лет назад. Идеальная обтекаемая форма была описана в 1804 году сэром Джорджем Кейли (George Cayley) как «очень продолговатый сфероид». И уже в 1865 году Самуал Калторп (Samual Calthorpe) запатентовал так называемый «воздухорассекающий поезд», который выглядел удивительно продвинуто с учетом того времени.
Гонщики, особенно те, которые гонятся за желанным рекордом наземной скорости (РНС), как правило, были первыми, кто начал на практике использовать аэродинамические средства. La Jamais Contente (Всегда недовольный — рус.) — это первый автомобиль, разогнавшийся свыше 100 км/ч, который побил рекорд наземной скорости в 1899 году. Самое занимательное, что это был электромобиль!
Эволюция аэродинамики автомобилей, установивших рекорды наземной скорости проходила достаточно быстро, как это видно на примере Stanley Steamer Rocket 1906 года. Здесь хотелось бы остановиться подробнее. Компания Stanley Motor Carriage была американским производителем паровых автомобилей. Компания основана в 1898 году и зарегистрирована в 1901 году. Автомобили, производимые компанией, назывались Stanley Steamers (Паровики Стэнли). Они производились с 1896 по 1924 год. В начале 1900-х годов пар использовался для привода локомотивов, пароходов и даже швейных машин. А вышеназванный Stanley Steamer Rocket преодолела 200-километровый барьер скорости и развил 205,44 км/ч! Этот рекорд держался до 1924 года, и до 2009 года для транспортных средств с паровым двигателем.
Первая задокументированная попытка создать аэродинамический, обтекаемый пассажирский автомобиль датируется 1914 годом. Этот автомобиль построен компанией ALFA (впоследствии Alfa Romeo) совместно с кузовным ателье Кастанья (Carrozzeria Castagna) для итальянского графа Рикотти (Ricotti), и получил название ALFA 40/60 HP Aerodinamica. Очень продвинутый внешне, как будто только сошёл со страниц научно-фантастического романа, из-за чрезмерно тяжелого полностью алюминиевого кузова оказался не столь быстрым, как того хотелось. С технической точки зрения автомобиль ничем не отличался от серийной модели, но имел обтекаемый кузов с формой дирижабля. Это был один из первых опытов перенесения принципов воздушных полетов в область наземных транспортных средств. В целях аэродинамики внутрь салона помещены не только места водителя и пассажиров, но и двигатель. Открытыми остались лишь колеса, фары и радиатор. Для лучшего обозрения установлено трехсекционное панорамное лобовое стекло, дополненное круглыми боковыми окнами. Хорошая обтекаемость позволила увеличить скорость лишь на 14 км/ч по сравнению с серийной машиной. Его максимальная скорость составила 139 км/ч и была сравнима только со скоростью форсированных гоночных экземпляров.
Аэродинамически прорывным легковым автомобилем стал Rumpler Tropfenwagen (в дословном переводе кузов-капля) 1921 года, который был совершенно не похожим на другие автомобили своим целостным кузовом, оригинальным дизайном и инженерной конструкцией. Tropfenwagen разработан австрийским инженером-авиастроителем Эдмундом Румплером (Edmund Rumpler) и стал первым аэродинамическим серийным автомобилем. Коэффициент лобового сопротивления (Cd) Rumpler равен всего 0,28, что удивило более поздних инженеров и является конкурентоспособным значением даже сегодня. Для сравнения, десятка самых аэродинамических серийных автомобилей в 2014-2015 годах попадала в значение 0,26, а Fiat Balilla в середине 1930-х, напротив, обладал значением 0,60. Чтобы обеспечить необходимую аэродинамическую форму автомобиля, при разработке впервые в мире использовались изогнутые окна – ветровое и боковые стёкла значительно изгибались, позволяя снизить лобовое сопротивление. На Rumpler Tropfenwagen ставился необычный верхнеклапанный двигатель W6 от Siemens и Halske объемом 2580 куб. см. производительностью 36 л.с. Мотор устанавливался прямо перед задней осью. Двигатель, трансмиссия и главная передача были собраны вместе и установлены как единое целое. Задние «качающиеся» оси, изобретенные Румплером, были подвешены на ведомых листовых рессорах, а передняя балка была подвешена на ведущих листовых рессорах, т.е. задние колёса реагировали на неровности независимо друг от друга, в результате чего автомобиль прекрасно держал дорогу.
Важно помнить, что Cd является коэффициентом и обозначает относительную «аэродинамическую скользкость» тела, независимо от его общего размера. Кирпич любого размера имеет Cd 1,0; пуля около 0,295. Форма Rumpler была не только очень аэродинамической, но и довольно высокой и квадратной, что привело к тому, что сто или около того серийных автомобилей использовались в основном в качестве такси, ездящих по Берлину из-за их вместительных салонов. Ироничный конец для Rumpler, но его идеи породили заимствования и распространились по всему миру.
С расположенным по средине двигателем и «качающимися» осями сзади, Rumpler Tropfenwagen являлся не только прямым предком легендарных гоночных автомобилей Benz и Auto-Union тридцатых годов, но и всех гоночных автомобилей со средним расположением двигателя по сей день. Настоящий первооткрыватель!
Чтобы представить возникающее поле автомобильной аэродинамики в перспективе, типичный двухобъёмный автомобиль двадцатых годов был более аэродинамичным, двигаясь назад, а не вперед, как это доказал DeSoto, двигаясь задом наперед на тестах. Также в ходе рекламной кампании DeSoto Airflow колесил по США, чтобы привлечь внимание к автомобильной аэродинамике и подготовить общественность к выходу нового, более дорогого и роскошного Chrysler Airflow. Дизайн DeSoto представлял собой первую большую попытку сгладить объекты и детали, сопротивляющиеся потокам воздуха, и имеющиеся на автомобилях той эпохи. Передние фары были перенесены из своих традиционных мест перед радиатором и размещены в скрытых креплениях с обеих сторон широкой решетки в стиле водопада, в которой отсутствовали традиционная вертикальная горловина радиатора и декоративное украшение крышки. Вместо плоского ветрового стекла, которое стояло на большинстве автомобилей (и создавало лобовое сопротивление), было установлено ветровое стекло, разделённое на две отдельных стеклянных панели, каждая из которых наклонена, чтобы лучше перенаправить воздух вокруг. Передние и задние крылья получили более плавные и округлые формы. Задние колеса закрывались специальными кожухами, так же, для направления встречных потоков воздуха.
Из-за цельной конструкции автомобиля пассажиры располагались в пределах рамы автомобиля. Кузов был более жестким, а автомобиль, в целом, обладал лучшим распределением веса благодаря расположению двигателя над передними колесами, в отличие от обычной практики установки центра тяжести двигателя непосредственно за передними колесами. Автомобильная пресса дала автомобилю положительные отзывы за управляемость и ускорение.
Родившийся в Венгрии Пауль Ярай (Paul Jaray) использовал свой опыт работы в авиационной области, особенно в разработке дирижаблей Zeppelins, для разработки специальной формулы принципов аэродинамического проектирования автомобилей, которая привела к получению патента. В 1919 году Ярай разработал и построил аэродинамическую трубу для испытания дирижаблей.
В 1921 году Пауль подал патентную заявку на «Обтекаемый автомобиль». В 1922 году на машиностроительном заводе фирмы Ley в тюрингском Арнштадте на шасси автомобиля Ley Т6 по проекту Ярая был построен аэродинамический кузов. Данная машина считается первым обтекаемым автомобилем, созданным на базе теории аэродинамики и аэродинамических исследований.
В начале 1920-х годов инженер пытался реализовать идею автомобиля без выступающих крыльев и с более рациональной компоновкой кузова. Полагал, что обтекаемая форма кузова автомобиля дает ряд ощутимых преимуществ по сравнению с угловатой формой кузова. В 1923 году переехал в Швейцарию, открыв офис в Бруннене. Пауль разрабатывал собственные автомобили начиная с Ley 1923 года, а затем разработал модели для Chrysler, Mercedes-Benz, Maybach, Apollo, Dixi, Audi, Adler, Jawa, Ford, Steyr и других. Эксперименты с аэродинамикой и опыт, полученный при продувке «Цеппелинов» был использован им для проектирования автомобильных кузовов для Benz, Adler, Hanomag, Maybach и Audi. Автомобильные компании Chrysler и Peugeot заплатили ему за использование идеи оптимальной формы обтекаемого кузова для их моделей Airflow и 402. В 1927 году Ярай основал консалтингово-инженерную компанию Stromlinien Karosserie Gesellschaft в Цюрихе, где разрабатывал аэродинамические кузова для различных фирм, но ещё до того создал три образца кузова для компаний Ley, Audi и DIXI (которая позже станет BMW). А обтекаемый стримлайнер (транспортное средство обтекаемой формы) на базе Audi Type K существенно опередил своё время.
Одним из самых влиятельных и известных дизайнеров всей эпохи был австриец Ханс Ледвинка (Hans Ledwinka). После того как он стал главным инженером-конструктором в чешской фирме Tatra в 1921 году он разработал основу для серии замечательных автомобилей Tatra и, в конечном итоге, заднемоторную основу с каркасами обтекаемых линий, независимыми подвесками, воздушным охлаждением двигателя, которые оказали глубокое влияние и по существу надстроили шаблон того, что стало известно, как «стримлайнер». А их влияние распространилось на автомобили по всему миру в течение многих лет.
Компактная Tatra v570 1933 года является предшественником многих больших Татр, которые скоро появятся, и построена с явным влиянием Ярая, но не лицензирована им. Этот автомобиль более похож на ранние разработки Фердинада Порше (Ferdinand Porsche), которые приводят к созданию первого Volkswagen.
Прототип Volkswagen – предшественник Beetle, выпущенный в 1934 году, действительно очень сильно напоминает Tatra v570 с некоторыми дополнительными усовершенствованиями. Хотя визуальные подсказки на самом деле не так значительны, как они могут показаться сейчас, потому что они были самыми современными элементами дизайна того времени и широко применялись и распространялись по обе стороны Атлантики.
Также было отмечено, что готовый VW Beetle имеет поразительное сходство с дизайном Джона Тьяарды (John Tjaarda ) 1933 года. А именно сходство с обтекаемым автомобилем с задним расположением двигателя, который он создал для компании Briggs Manufacturing Company. В Briggs, базирующемся в Детройте, Тьяарда разрабатывал радикальный автомобиль для Ford, который стал известен, как Linkoln Zephyr. Компания Ford продемонстрировала выставочный образец на выставке «Century of Progress Exhibition» (Век прогресса) в Чикаго 1933-34 гг, как «Автомобиль мечты Бриггса» (Briggs Dream Car). Один из более поздних экземпляров выглядел почти точно так же, как Beetle, если укоротить колесную базу и убрать два боковых окна. Утверждается даже, что Фердинанд Порше посетил Компанию Бриггса, когда Тьяарда был там руководителем отдела Научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ (НИОКР), и некоторые автоисторики утверждают, что на «Народный автомобиль Порше» повлияли проекты Тьяарды.
Но при всём при том, первым серийным стримлайнером из-за океана стал потрясающий Chrysler Airflow в 1934 году. По сути, прагматичный подход Airflow также сохранил традиционную переднемоторную заднеприводную конфигурацию, но добился некоторых значительных улучшений в плане дизайна и установки двигателя дальше от передней оси. Это, в сочетании с более широким корпусом, значительно улучшило внутреннее пространство.
У Chrysler Airflow имелись некоторые проблемы с лобовым сопротивлением. Виной тому большая площадь решётки радиатора в виде водопада. Эти проблемы в 1936 году исправил изумительный Lincoln Zephyr. Прагматичная адаптация прототипа Tjaarda по-прежнему сохраняла свою привлекательность и имела успех в продажах, несмотря на то, что была механически не столь совершенна, как Airflow.
Еще менее прагматичным, но очень продвинутым американским автомобилем был Stout Scarab. Авиационный инженер Уильям Б. Стаут (William B. Stout) сконструировал этот чрезвычайно вместительный предшественник минивэна, используя унифицированную конструкцию кузова и заднее расположение двигателя Ford V8. Первый вариант построен в 1932 году, а еще несколько вариантов (всего девять) были построены в середине тридцатых годов, но серийное производство так и не сдвинулось с мертвой точки, потому что запрашиваемая цена почти в четыре раза выше чем у Chrysler Imperial Airflow того времени. Но это не значит, что те тоже хорошо продавались.
Гораздо более радикальным подходом к рационализации стал Dymaxion Бакминстера Фуллера (Buckminster Fuller), первый из нескольких прототипов которого увидел свет в 1933 году – в разгар плодородного периода стримлайнеров по обе стороны Атлантики. Заднемоторный Dymaxion также оснащался двигателем Ford V8, но с трехколесным шасси и рулевым управлением, привязанным к заднему колесу, что позволяло ему разворачиваться на месте.
Еще одним менее известным вариантом популярного аэродинамического транспортного средства с двигателем Ford V8 был Dubonnet Ford 1936 года, чей очень гладкий и обтекаемый кузов позволял ему разогнаться до 108 миль в час (173,81 км/ч)!
Но вернемся в Чехословакию – в дизайнерские студии Tatra.
В 1933 году изготовлено несколько глиняных макетов, демонстрирующих развитие как маленького VW-подобного v570, так и более старших моделей. Первый из них – T77 построен в 1934 году. T77 обладал коэффициентом лобового сопротивления Cd 0,212! Это рекордное значение было побито серийным автомобилем EV-1 GM только в 1995 году, его коэффициент достиг значения в 0,195! Длиннохвостый и заднемоторный T77 оснащался V8 с воздушным охлаждением и задал направление дизайна Tatra вплоть до 1980-х годов. Имя Татра стала синонимом продвинутой обтекаемой формы довоенной эры, обеспечивающей быстрое передвижение (160 км/ч) на начинающих строится автобанах Третьего рейха.
Чтобы продемонстрировать, насколько быстро и далеко распространялась тема аэродинамики в это золотое для нее десятилетие, например, прототип Schlörwagen 1939 года при первоначальных испытаниях показал коэффициент Cd 0,186. При повторных испытаниях прототипа компания VW в семидесятых годах получила коэффициент Cd 0,15. Любое из этих значений помещает Schlörwagen в верхнюю часть списка самых аэродинамических концептуальных автомобилей, когда-либо созданных (полный список здесь). Что касается конкретно Schlörwagen, разработанного Карлом Шлором (Karl Schlör) и представленного публике на Берлинском автосалоне 1939 года, то он так и не поступил в производство, а единственный прототип, как это часто бывало, не сохранился.
Важно отметить, что рост интереса к аэродинамике в 1930-х годах возник из-за желания заново изобрести автомобиль и исходя из предположения, что средние скорости движения будут расти с появлением современных автомагистралей. Развитие аэродинамики было очень перспективным мероприятием, так как большинство водителей все еще двигались со скоростью 50-70 км/ч за пределами городов, а первые автострады уже строились в Германии и в США.
А какие красивые и аэродинамически эффективные автомобили подарили нам 30-е. Чего стоят только Pierce Arrow и Bugatti Atlantique coupe.