Аэродинамика

Продувка автомобиля Москвич-2141, Дмитровский автополигон, 1988

Несмотря на то, что кузов "Москвича" был позаимствован у "Симки", инженерами АЗЛК была проведена определенная работа по доводке аэродинамических характеристик машины. Поскольку основное отличие "Москвича" от "Симки" заключалось в оформлении передней части, специалисты завода сосредоточили свое основное внимание именно на ней, а также пытались улучшить обтекание днища машины. В частности, скругленная передняя кромка капота позволила достичь безотрывного обтекания передка. Для уменьшения завихрений воздуха под днищем машины перед картером двигателя был установлен аэродинамический щиток. За счет удачного с потребительской точки зрения обтекания боковин, на которых поток воздуха был направлен вниз, удалось избавиться от брызговиков как за передними, так и за задними колесами.

К сожалению, в то время СССР не обладал собственной полноразмерной аэродинамической трубой для продувки автомобилей, а авиационные трубы были не слишком приспособлены для автомобилей. Масштабные модели автомобиля продувались на кафедре механики МГУ, а на заключительном этапе разработки полноразмерные образцы испытывались в ЦАГИ и на фирме Renault. Коффициент обтекаемости серийного автомобиля был объявлен равным 0,35. Это весьма неплохой параметр даже по сегодняшним меркам, а уж в восьмидесятых годах, для отечественной машины это была просто победа.

В 1988 году у отечественного автопрома появилась, наконец, своя полноразмерная аэродинамическая труба, построенная на Дмитровском автополигоне под Москвой. И в нее сразу же был направлен серийный "Москвич-2141". Отчет об этом знаменательном событии был опубликован в журнале "За рулем", на обложке которого была помещена гордая фотография "Москвича", установленного на шестикомпонентных весах дмитровской трубы. На фото видно в целом плавное обтекание машины. В зоне боковин кузова поток воздуха направлен вниз, за счет этого обеспечивается относительная чистота машины даже в слякоть. Обтекание задней двери безотрывное, именно это позволило отказаться от заднего стеклоочистителя, хотя сначала завод планировал устанавливать его как дополнительное оборудование. Однако в статье не было самого главного: цифр. Журнал не поместил результата испытаний серийного "Москвича". В то время я не придал этому значения, ведь "точную" цифру я уже знал ранее. Но все оказалось не так просто.

Здесь я хочу отвлечься и обсудить ту часть кузова "Симки", которая перешла на "Москвич" практически без изменений, и которая была неподвластна инженерам при доводке машины, а именно задок. В нескольких следующих абзацах содержатся интересные данные, полученные немецкими инженерами в 70-х годах при работе над первыми моделями "Гольфа", "Пассата" и "Ауди-100". Конечно, с тех прошло уже более 20 лет, но выводы, сделанные тогда, применимы и сейчас, тем более к автомобилю, который был скопирован с машины, выпущенной в 1975 году. Эта информация позволяет оценить аэродинамическую эффективность задней части "Москвича", а также проделанную работу по снижению аэродинамического сопротивления машины.

На рисунке вверху показано влияние угла наклона панели задка на коэффициент сопротивления воздуха и положение линии отрыва. На автомобилях с круто срезанной задней частью, с углом наклона задней панели к горизонтали от 40 до 60 градусов, линия отрыва потока совпадает с задней кромкой крыши. Кромочные вихри в форме вихревых трубок, которые создают на нацеленной поверхности задка разрежение, не возникают (см. нижний ряд рисунков на иллюстрации вверху).[19]

Изменеиие Cx в зависимости от наклона двери задка

В рассматриваемом случае базовый коэффициент аэродинамического сопротивления составляет: C_w=0,40. Если угол наклона поверхности задка уменьшать, то можно получить граничное значение угла, при котором линия отрыва переходит с кромки крыши на нижнюю кромку наклонной поверхности задка (см. верхний ряд рисунков). Одновременно образуются два сильных вращающихся вовнутрь продольных вихря, которые индуцируют на наклонной поверхности задка сильное разрежение (см. правый верхний эскиз на рисунке вверху). Этот процесс сопровождается повышением аэродинамического сопротивления, которое в рассматриваемом случае составляет 10%.[19]

Если угол наклона поверхности задка уменьшать дальше, то значение коэффициента аэродинамического сопротивления вследствие ослабления интенсивности продольных трехмерных вихрей снова уменьшается. При угле наклона 23° получается значение C_w=0,40, такое же, как у автомобиля с круто срезанной задней частью. Для низких спортивных купе допустимы углы наклона панели задка до 15°, что дает по сравнению с круто срезанной формой задней части уменьшение коэффициента аэродинамического сопротивления почти на 15%.[19]

Имеющие место на графике характерные точки залома кривой коэффициента аэродинамического сопротивления в зависимости от угла наклона панели задка соответствуют строго зафиксированным значениям угла наклона задка лишь тогда, когда переход крыши и поверхности задка выполнен в виде острой кромки (без округления). Если же этот переход выполнен со округлением, то переходная область, характеризующаяся пульсирующим изменением положения линии отрыва, перемещающейся с кромки крыши на нижнюю кромку наклонной панели задка, ограничивается диапазоном 28° ­ 32°.[19]

Угол наклона задней двери "Москвича" составляет примерно 27°, то есть чуть меньше, чем пограничное значение, при котором линия отрыва потока прыгает с нижней кромки двери на верхнюю и обратно. У "Москвича" срыв потока в задней части машины происходит строго по нижней кромки двери, и уже эта однозначность хороша сама по себе. Это положительно сказывается на чистоте заднего стекла, но отрицательно влияет на коэффициент лобового сопротивления. С точки зрения аэродинамического сопротивления у "Москвича" совершенно неудачный задок .

Стандартный Москвич-2141. Угол наклона задка - 27°	Возможное решение задней части Москвича. Угол наклона задка - 21°

А ведь снизить C_x на целых пять-шесть сотых можно было очень просто: приподнять задок, тем самым сделав его более пологим. Посмотрите на рисунки: слева стандартный "Москвич" с кузовом, доставшимся от "Симки", справа — практически такая же машина, но с приподнятым задком. Ничего не напоминает? Может быть, Citroen? SAAB 900? Или Opel Vectra? В облике машины сразу появилась какая-то лихость, спортивная нотка. Между прочим, у Citroen CX наклон задней двери по отношению к горизотали составлял 21°, а у нынешнего SAAB 9-3 — 20°. Посмотрите на график вверху, и сразу станет понятно, что это не просто "спортивный стиль", это суровая жизненная необходимость для "длинных" хетчбеков. Конечно, такой задок ухудшает обзорность, но если продлить заднее стекло измененного "Москвича" до задней кромки двери, то обзорность практически не изменится.

Citroen CX Год выпуска: 1974

Я не верю, что инженерам АЗЛК были недоступны эти данные. Книга, содержащая процитированную информацию, вышла в 1981 году. Учитывая, что она является сборником работ, проделанных разными командами разных фирм и исследовательских институтов, сами эти работы должны были быть доступны по отдельности еще раньше. Но даже если у дизайнеров АЗЛК не было доступа к литературе, примеры в "железе" были под носом, достаточно было посмотреть, например, на модели CX и GS фирмы Citroen, чтобы понять, в каком направлении нужно двигаться. Гладкое днище, обтекатель под двигателем, сильно наклоненные лобовое стекло и решетка радиатора, небольшой наклон задка, выступы-"ребра" по бокам задней двери - все это было уже реализовано и доказало свою эффективность. Нужно было лишь скопировать удачное решение! Вместо этого констукторы "Москвича", взяв за основу совершенно рядовую машину, побоялись или не захотели вносить во внешний вид практически никаких изменений. Сейчас уже думается, что они не стали бы даже сильно изменять передок, если бы смогли втиснуть москвичевский мотор под капот "Симки".

Ровно через 10 лет после статьи в журнале "За рулем" газета "Авторевю" решила повторить эксперимент, и испытать "Святогор" - модернизированный "Москвич" с измененным передком и двухлитровым двигателем Renault. Правда, брызговики за задними колесами, которые завод стал устанавливать на конвейре, испытатели убирать не стали. Измеренный ими коэффициент C_x оказался равным 0,47, на четверь больше, чем было заявлено заводом!

Москвич-2141-00 "Святогор", Дмитровский автополигон, 1998

Неужели завод бессовестно обманывал своих покупателей? Как бы это сказать... в общем, да. Другое дело, что такой "обман" довольно распространен в автомобильном мире. Конечно, никто не придумывает значения C_x из головы. Машину действительно испытывают. Вопрос в том, как, где, и какую именно машину.

Во-первых, коэффициент C_x можно просто вычислить, например по мощности мотора, массе машины и максимальной скорости. Расчетные методы недостаточно точны, и не позволяют определить, какая именно деталь требует доработки для того, чтобы снизить лобовое сопротивление, однако вполне могут служить официальным значением, помещенным в руководство по эксплуатации. А то, что при определении C_x таким способом можно "немного" ошибиться, можно использовать для "улучшения" параметров машины на бумаге. В конце концов, потребителя больше интересуют расход топлива и максимальная скорость, чем какой-то абстрактный коэффициент.

Во-вторых, машину можно специально подготовить: закрыть щели в решетке радиатора, заклеить стыки и проемы липкой лентой, снять зеркала, стеклоочистители, установить колпаки на колеса и спойлер на заднюю дверь. Все это, конечно, не очень красиво, но ведь заявлятся C_x автомобиля, а не автомобиля с зеркалом, правда?

Третий способ — это использование "хороших" аэродинамических установок. Поскольку все установки разные и по конструкции, и по размерам, то испытания в разных установках могут дать различные результаты. Конечно, весы аэродинамических труб тарируются с помощью "эталонных" автомобилей, но где гарантия, что если две трубы показывают одинаковый C_x для эталонного тягача, они покажут одинаковый же C_x для другого автомобиля? Напомню, финальные испытания "Москвича" проводились во Франции.

Все эти уловки и дают возможность указывать C_x, значение которого может сильно расходиться с испытаниями обычной серийной машины в конкретной аэродинамической трубе. Но все-таки 0,35 и 0,47... уж слишком велика разница. Не верится, что при такой неудачной форме задней части конструкторы АЗЛК смогли добиться великолепного на то время значения Cx только за счет измененного по сравнению с "Симкой" передка и заклеенных "липучкой" дверных проемов.

Здесь стоит вспомнить о выставке "Автодизайн", проходившей в 1988 году на ВДНХ в Москве. На выставке был показан Москвич с аэродинамическим обвесом, разработанным на заводе. Он, в частности, включал гладкие колесные колпаки, аэродинамические профили порогов и спойлер над задней дверью. Подчеркиваю, спойлер располагался не снизу двери, а в ее верхней части. Таким образом, спойлер помогал перенести линию срыва потока с нижней кромки задней двери наверх и избежать продольных вихрей, приводящих к увеличению аэродинамического сопротивления. Поскольку такая схема обтекания задка приводит к интенсивному забрызгиванию заднего стекла дорожной грязью, машина была оборудована стеклоочистителем на задней двери. Коэффициент обтекаемости этой машины был объявлен равным 0,37. Где инженеры АЗЛК добыли оставшиеся 2 "сотки" - непонятно. Так или иначе, заявленный коэффициент 0,35 был близок к правде только на сильно "затюнингованной" машине и не мог быть достигнут на серийном автомобиле. Думается, что C_x серийной машины составлял где-то 0,42-0,45.

Кроме того, вполне возможно, что при рестайлинге передней части "Москвича" в 1997 году было нарушено обтекание передка, и коэффициент лобового сопротивления, будучи и без того выше "официального", опять подрос, теперь уже за счет передней части автомобиля. Также стоит отметить, что с выпуском "Святогора" АЗЛК перестал устанавливать обтекатель под передним бампером. Стали шире шины. Брызговики вошли в стандартную комплектацию. А как изменились процессы под капотом? Это вообще никому не известно. Но то, что "Святогор-Рено" легко перегревается, говорит о наличии каких-то проблем с охлаждением. В общем, модернизированный "Москвич" стал более симпатичным, но менее аэродинамичным. Самым правильным было бы испытать не "Святогор", а "настоящий" "Москвич-2141", но по правилам машина должна быть новая, только что с конвейра, а где же ее сейчас взять?

Оглавление     Двигатель