Секреты аэродинамики: в поисках идеального диффузора
Ведущие команды Формулы 1 активно работают и создают оригинальные диффузоры – важнейшие аэродинамические устройства гоночных автомобилей (болидов). Время покажет, какая команда преуспела в этой области. А мы поговорим об основах аэродинамики гоночного автомобиля, чтобы понять, какой проект наиболее эффективен.
Ключевая роль диффузора на современном болиде – ускорение потока воздуха под автомобилем для создания области низкого давления и, тем самым, увеличения прижимной силы.
Вот чем суть процесса. Задняя часть кузова болида сделана таким образом, что она «вытягивает» воздух из-под кузова болида. Благодаря этому, автомобиль больше прижимается к трассе, создавая тем самым больший уровень сцепления шин с дорогой, чем тот какой он мог быть только с помощью шин и настройки подвески. Такое явление называется аэродинамическое сцепление.
Яркое воплощением этой теории было замечено на гоночном автомобиле Chaparral 2J. Пара вентиляторов в задней части автомобиля высасывает воздух из-под днища и выталкивает его на дорогу. Автомобиль больше похож на «обратное» судно на воздушной подушке.
Задача диффузора на гоночном автомобиле – ускорить воздушный поток в нижней части болида. В результате:
а)снижается давление под кузовом;
б)возникает разница давлений между верхней и нижней частями автомобиля;
в)генерируется прижимная сила;
д)возникает большее сцепление шин с дорогой;
е)болид проходит повороты с большей скоростью.
Получаем ключевой фактор для победы в гонках — скорость.
Диффузор увеличивается в объеме вдоль своей длины, создавая пустоты, которые заполняются воздухом, проходящим под днищем болида. Поток воздуха ускоряется (эффект Вентури) при прохождении узкой части диффузора, создавая желаемое низкое давление. Затем скорость потока возвращается к скорости окружающих частиц воздуха (Рис.1).
Углы наклона стенок диффузора важны. Они должны изменяться плавно постепенно, чтобы не допустить отделение потока от верхних или боковых сторон.
Добавление вертикальных перегородок к диффузору помогает оптимизировать эффективность его работы, гарантируя, что воздух будет высосан только из-под днища, и конструкция не будет воздействовать на верхнюю часть болида.
На рисунке показано как распределяется давление в диффузоре: синий цвет — области низкого давления, красный – высокого. Ясно видно снижение давления в области сужения диффузора, где скорость потока воздуха увеличивается, а давление снижается. Поскольку это происходит под днищем, то болид «присасывается» к земле. Данное явление — следствие работы диффузора.
Скорость воздуха уменьшается по мере его продвижения вдоль диффузора (рис 3 и 4), который в свою очередь повышает давление показанного на рис.2.
На рис. 3 и 4 показана скорость потока воздуха под днищем автомобиля: цвет красный – высокая скорость, синий – низкая.
Чем больше будет объем диффузора, тем больше воздуха он будет высасывать из-под днища, тем возникнет большая прижимная сила, а значит болид получит преимущество в гонке.
До 2011 года команды Brawn, Toyota и Williams благодаря нечетким формулировкам регламента из-за которых некоторые пункты можно было интерпретировать по разному, стали применять двойные диффузоры (другие названия «вторичный», «щелевой», «призрачный»), объем которых был большим, а следовательно они развивали большую мощность по сравнению с диффузорами которые подразумевались регламентом. По оценкам специалистов двойной диффузор давал преимущество в одну секунду на круге. Благодаря этой системе команда Brawn сумела выиграть сезон 2009 года в личном и командном зачетах.
В 2009 году технические директоры Формулы 1 договорились о запрете двойных диффузоров с 2011 года. Было наложено ограничение на объем диффузора путем сжимания высоты и ширины.
Устройства последних лет были намного длиннее, чем образцы 2009 года. Но возникла новая проблема – турбулентность, которую создают диффузоры, негативно влияет на прижимную силу идущих вслед болидов.
Диффузор
Диффузорами называют любые детали, которые перераспределяют воздушные потоки. В автомобиле носить название диффузор могут три элемента. Корпус вентилятора, который так и называют – “диффузор вентилятора”, деталь в карбюраторе о котором так и пишут – “диффузор карбюратора” и часть дополнительного обвеса кузова автомобиля — “диффузор кузова”.
Диффузор Кузова
Диффузор кузова — часть дополнительного обвеса автомобиля, которая выполняет функцию перераспределения встречного воздушного потока между днищем и дорожным покрытием. Обычно является элементом тюнинга или конструктивной частью спортивного автомобиля. Но может быть установлена на серийную машину.
Зачем нужен диффузор кузова
Основным назначением диффузора является улучшение аэродинамических характеристик автомобиля. Он преобразует кинетическую энергию набегающего потока воздуха и создает под днищем область разрежения, которая стремится прижать автомобиль к дороге. Рост прижимной силы повышает качество сцепления покрышек с дорожным покрытием. За счет этого автомобиль получает улучшенную маневренность, эффективный разгон, безопасное торможение. Дополнительной функцией диффузора может быть распределение воздушного потока для дополнительного обдува тормозных механизмов.
Конструкция и расположение диффузора кузова
Диффузор для задней части автомобиля
Чаще всего диффузор монтируется под днищем в задней части автомобиля. Также он может быть установлен прямо под бампером.
Диффузор состоит из нескольких конструктивных элементов. Продольные ребра, образующие каналы для воздуха, которые разбивают поток и увеличивают его скорость. Также они ограничивают воздушный поток с боков. Иногда такие ребра могут еще и направлять воздух на диски и тормозные колодки.
Современные диффузоры изготавливают из высокопрочного и легкого углепластика (карбона). Диффузор вне зависимости от конструкции содержит пустоты, которые увеличиваются в объеме по всей его длине – для легкости конструкции.
Принцип его работы
Действие диффузора кузова основано на законе Бернулли. Объем воздуха, проходя через узкие каналы устройства, разбивается на несколько отдельных потоков. При этом скорость среды возрастает, что приводит к снижению давления. На выходе из диффузора давление сравнивается с атмосферным, а под днищем оно будет ниже. Благодаря возникающему разрежению воздуха прижимная сила увеличивается. Данный эффект позволяет повысить общую прижимную силу и снизить подъемную силу задней части автомобиля.
Большое значение имеет соблюдение правильного угла наклона стенок диффузора, который не должен резко изменяться. Поток воздуха не должен отделяться от верхних и боковых плоскостей. Вертикальные перегородки помогают повысить его эффективность и гарантировать, что воздух будет выбираться из-под днища и не влиять на верхнюю часть кузова автомобиля.
Виды диффузоров бампера
В зависимости от конструкции и места размещения различают несколько типов диффузоров:
Многие автовладельцы задумываются о том, как преобразить свой автомобиль с помощью аксессуаров тюнинга. Однако, есть и такие, кто желает не только внешних доработок своего авто, но и практической пользы. Именно таким элементом тюнинга является диффузор кузова автомобиля.
Функции диффузора
Автомобильный диффузор кузова служит для улучшения аэродинамических качеств транспортного средства. С его помощью потоки воздуха, проходящие под днищем авто, разряжаются и, таким образом, автомобиль получает прижимную силу к дороге. Другими словами, преобразуется кинетическая энергия встречного потока воздуха в повышенное давление. 
Работа диффузора. Розовым цветом показаны зоны повышенного давления (близкого к атмосферному), созданные передней юбкой и задним диффузором
Конструкция
Как правило, диффузор изготавливается из карбона (углепластика). В своем строении он имеет пустоты, что позволяет существенно снизить его вес.
Его ребра служат рассекателями воздушных потоков, тем самым увеличивая скорость прохождения воздуха под авто. В некоторых случаях с помощью ребер могут распределяться воздушные потоки на тормозные колодки и диски.
Если Вы заметили ошибку, неточность или хотите дополнить материал, напишите об этом в комментариях, и мы исправим статью!
avtoexperts.ru
Ответы (1)
Впервые диффузоры начали устанавливать на гоночные автомобили еще в 1980-х годах. Первые диффузоры появились на болидах Формулы 1, затем их стали применять на раллийных авто и автомобилях, подготовленных для дрифта. Сегодня диффузор можно увидеть даже на серийном автомобиле – в качестве одного из элементов тюнинга. Крепится он на задней части автомобиля, обычно – под задним бампером.
В настоящее время при изготовлении диффузоров используют карбон – самый популярный материал в тюнинге. Основная функция диффузора – улучшение аэродинамических характеристик машины. Благодаря тому, что у диффузора есть «ребра» (обычно их три или четыре), поток воздуха, проходящий под днищем автомобиля, перераспределяется, создавая дополнительно давление и увеличивая прижимную силу машины. В болидах Формулы 1 конструкция диффузора такова, что помимо воздушных потоков, эта деталь обвеса использует для уменьшения подъемной силы задней части авто выхлопные газы. Таким образом, создается граунд-эффект, когда обвес уменьшает аэродинамическое сопротивление автомобиля, что положительным образом сказывается на его динамических характеристиках.
По своей конструкции диффузоры, устанавливаемые на болиды Формулы 1 и автомобили, подготовленные для дрифта, отличаются. Дрифтовое авто в силу специфики соревнований, вынуждено постоянно тормозить, из-за чего тормозные колодки и диски сильно нагреваются. А диффузор со специальными сечениями направляет потоки воздуха на колодки и иски, охлаждая их.
Итак, перечислим плюсы диффузора: 1) увеличение прижимной силы автомобиля, 2) уменьшение подъемной силы задней части машины, 3) охлаждение тормозных колодок и дисков у автомобилей, участвующих в соревнованиях по дрифту. Характерных минусов у диффузора нет.
Диффузор на Subaru
Бампер с диффузором на BMW 1-Series M Coupe
Диффузор (автомобиль)
Диффу́зор в автомобильной промышленности — часть или элемент обвеса. Обычно диффузор располагается в задней части днища.
В текущее время (2008 год) диффузор изготавливается из карбона и имеет три или четыре ребра, которые способствуют оптимизации выходящих из под днища автомобиля воздушных потоков, улучшая тем самым аэродинамические свойства автомобиля. Также существуют диффузоры, изготовленные из специального стойкого пластика и металла.
Функция диффузора
Поскольку выходное сечение диффузора больше, чем входное, поток воздуха в нём тормозится. Вследствие этого давление в направлении течения растёт (Закон Бернулли), и кинетическая энергия потока частично преобразуется в потенциальную энергию давления. В болидах Формулы 1 один диффузор используется для создания граунд-эффекта. Его применяют для уменьшения подъёмной силы задней части болида за счёт торможения потока.
Полезное
Смотреть что такое «Диффузор (автомобиль)» в других словарях:
Диффузор (научное определение) — Диффузор (в аэрогидродинамике) часть канала (трубы), в которой происходят замедление (расширение) потока и увеличение давления. При скоростях, не превышающих скорости звука, площадь поперечного сечения Д. вдоль потока возрастает, а при… … Википедия
Диффузор (аэрогидродинамика) — У этого термина существуют и другие значения, см. Диффузор. Диффузор (в аэрогидродинамике) часть канала (трубы), в которой происходят замедление (расширение) потока и увеличение давления. При скоростях, не превышающих скорости звука, площадь… … Википедия
Диффузор (гидроаэродинамика) — У этого термина существуют и другие значения, см. Диффузор. Диффузор (в гидроаэродинамике) часть канала (трубы), в которой происходят замедление (расширение) потока. При этом перепад статических давлений на диффузоре может быть меньше, чем… … Википедия
Автомобиль с открытыми колёсами — Гоночный автомобиль Mercedes Benz класса «Формула 1», 2011 год … Википедия
Mercedes-Benz SLR McLaren — Эту статью следует викифицировать. Пожалуйста, оформите её согласно правилам оформления статей … Википедия
Мерседес-Бенц SLR McLaren — Mercedes Benz SLR McLaren … Википедия
Сплиттер (автоспорт) — У этого термина существуют и другие значения, см. Сплиттер (значения). Сплиттер автомобиля ДТМ Сплиттер (англ. splitter рассекатель) аэродинамическая плоскость, служащая для ограничения поступления воздуха под днище, и соответственно, создания… … Википедия
Монопост — Автомобиль Формулы 1, команда Рено, 2005 г. Lola серии IndyCar, 1993 г. Автомобиль с открытыми колёсами тип гоночного автомобиля, представляющий собой одноместный, в большинстве случаев, автомобиль с колесами, вынесенными из кузова. Этот тип,… … Википедия
Bugatti Veyron — Эту статью следует викифицировать. Пожалуйста, оформите её согласно правилам оформления статей … Википедия
Mercedes-Benz W212 — Эту статью следует викифицировать. Пожалуйста, оформите её согласно правилам оформления статей … Википедия