Аэродинамическая труба кажется чем-то из мира авиации и гоночных болидов, но без неё сейчас не обходится ни один современный автомобиль. Именно в аэродинамической трубе проверяют, как машина ведёт себя в потоке воздуха, сколько энергии тратит, чтобы преодолеть его сопротивление, и откуда берутся шумы на скорости. Своей внешностью, экономичностью и устойчивостью на трассе машина во многом обязана как раз испытаниям в аэродинамической трубе, в закрытом зале с мощными вентиляторами и датчиками.
Зачем машине вообще аэродинамическая труба
Пока автомобиль стоит на парковке, его форма имеет исключительно эстетическое значение, но стоит выехать на загородную трассу, и главным противником машины становится воздух. Уже на скорости около 80–90 км/ч сопротивление потоку начинает играть большую роль, а после 110–120 км/ч именно аэродинамика забирает на себя основную часть мощности двигателя. Двигатель может быть современным и экономичным, а трансмиссия — чудом техники, но если кузов плохо рассекает воздух, все эти достоинства быстро теряют смысл.
Благодаря аэродинамической трубе можно заранее увидеть то, что на дороге измерить невозможно. Десятые доли коэффициента сопротивления превращаются в дополнительные литры топлива на трассе, увеличивают шум в салоне и ухудшают устойчивость на высокой скорости. Это особенно важно для массовых автомобилей, которые большую часть жизни проводят именно на шоссе. Здесь огромное значение имеют удобство вождения, шум и литры топлива, сэкономленные за годы эксплуатации.
Удивительно, что к автомобилю применимы те же законы аэродинамики, что и в случае с огромным авиалайнером. Потоки давят на переднюю часть, срываются с крыши, закручиваются за кормой и создают зоны разрежения, которые буквально тянут автомобиль назад. В аэродинамической трубе инженеры видят эту картину целиком и могут скорректировать кузов. Здесь даже небольшие изменения в форме зеркал, стоек или днища дают огромный эффект. Разумеется, без этой экзотической техники подобный результат невозможен.
Аэродинамическая труба для автомобилей
Некоторые считают, что автомобильная аэродинамическая труба — это просто большой вентилятор и площадка для машины. На самом же деле, всё гораздо сложнее. По сути, это замкнутый канал, в котором поток воздуха разгоняется до заданной скорости, проходит через испытательную зону и возвращается обратно, не теряя своей стабильности. Размеры таких установок впечатляют: легковой автомобиль в них выглядит каким-то маленьким, а сам зал по площади сопоставим с промышленным цехом. Это необходимо, чтобы поток обтекал кузов без искажений и не «упирался» в стены.
Одна из особенностей автомобильной трубы — движущийся пол. Если оставить машину неподвижной на обычной площадке, воздух под днищем будет вести себя не так, как на дороге. В реальных условиях асфальт убегает назад вместе с автомобилем, и поток под машиной формируется иначе. Поэтому в трубе под колёсами работает специальная лента или система роликов, синхронизированная со скоростью воздуха. Без этого данные по подъёмной силе и сопротивлению сильно отличались бы от реальных. Оснащение тоже впечатляет – внутри трубы установлены десятки датчиков. Они измеряют силу сопротивления, боковые нагрузки, давление в разных точках кузова, уровень шума и даже вибрации отдельных элементов. Воздух в таких установках разгоняется до 180–250 км/ч, а иногда и выше, что требует огромной мощности. Современные установки потребляют мегаватты энергии и способны работать часами, поддерживая стабильный поток с минимальными колебаниями.
Испытания формы и не только
Проверка формы кузова – это лишь часть большого комплекса испытаний, мелким деталям уделяется не меньше внимания. Потоки воздуха вокруг зеркал заднего вида, стоек лобового стекла и кромок капота часто становятся источником раздражающего шума. В трубе это хорошо видно и слышно, и такие проблемные зоны можно дорабатывать ещё до начала серийного производства. Не меньше трудностей доставляет днище. На современные автомобили довольно часто ставят пластиковые панели под моторным отсеком и полом салона. При этом гладкое днище заметно снижает сопротивление и уменьшает турбулентность, особенно на трассе. В аэродинамической трубе инженеры смотрят, как воздух проходит под машиной, где возникают завихрения и как они влияют на устойчивость и расход топлива.
Здесь же проверяют работу систем охлаждения. Воздух должен хорошо проходить через радиаторы, забирать тепло и выходить наружу, не создавая лишнего сопротивления. В итоге у серийной модели может измениться форма решётки или направляющих каналов. Здесь оценивают даже загрязнение заднего стекла и фонарей, поведение потоков в дождевых условиях и влияние открытых окон или люка.
Серийные машины, концепты и прототипы
В аэродинамической трубе оказываются и эффектные суперкары, и самые обычные серийные автомобили, а последние там проводят больше всего времени. Производители регулярно возвращают в трубу старые модели, чтобы проверить изменения в комплектациях, обновлённые бамперы, новые колёсные диски или доработанное днище. Даже косметический рестайлинг может заметно изменить поведение в потоке воздуха.
На ранних этапах разработки в трубе работают с прототипами и макетами. Чаще всего это не полноценные автомобили, а кузова из глины или композитов, благодаря чему можно быстро поменять форму отдельных элементов и сразу увидеть результат. Машина может заехать в трубу без окраски, без интерьера и даже без стекол, если нужно оценить базовую аэродинамику силуэта. Отдельно проверяют разные способы эксплуатации. Автомобиль испытывают с багажником на крыше, с открытыми окнами, с альтернативными зеркалами или колёсами большего диаметра. Иногда это сильно ухудшает показатели, и приходится искать компромисс между внешним видом, практичностью и поведением на скорости.
Ограничения трубы
При всей своей точности аэродинамическая труба – это всего лишь лаборатория. Поток воздуха в ней стабилен и лишён случайных помех, с которыми автомобиль сталкивается на дороге. В реальной жизни ветер может менять направление, дуть с большими порывами, а проезжающие рядом машины создают сильную турбулентность. В трубе всё это можно воспроизвести лишь частично. Именно поэтому данные испытаний в аэродинамической трубе всегда дополняются дорожными. На полигоне и на обычных трассах проверяют, насколько совпадают расчёты с ощущениями водителя, уровнем шума и реальным расходом топлива. Очень часто автомобиль ведёт себя хорошо в лабораторных условиях, а после испытаний в реальных условиях требует доработок.
Как бы то ни было, без аэродинамической трубы современный автомобиль создать просто невозможно. Благодаря ей можно решить многочисленные проблемы ещё до выхода в серийное производство, когда делать что-либо будет уже поздно.
Суперкары тоже проводят в аэродинамической трубе очень много времени, а больше всего уходит сил на концептуальные новинки с новейшей аэродинамикой, которые буквально летают по трассе.
