Дело трубы
Никита ГУДКОВ | Фото компании BMW
Аэродинамический центр BMW, в строительство которого за три года вложено 170 миллионов евро, не уникален. Но столь крупных современных аэродинамических труб в мире не наберется и десятка! Беговые дорожки, отсос пограничного слоя, точнейшие весы… Зачем все это?
Невероятно, но факт: строгой научной теории аэродинамики автомобиля, в отличие от авиации, до сих пор не создано! Слишком много дополнительных факторов. Ведь самолет обычно летит в спокойной равномерной среде, а автомобиль едет всего в десятке-другом сантиметров от земли с ее постоянно меняющейся поверхностью. А еще — боковые потоки, турбулентность от других автомобилей…
 |
| Пять беговых дорожек, сложная система отсоса пограничного слоя и регулируемые закрылки на выходе из рабочей камеры — аэродинамическая труба BMW претендует на звание одной из самых совершенных |
И тем сложнее построить такую аэродинамическую трубу, которая сможет максимально приблизить условия испытаний к реальным!
Один из основных показателей аэродинамического комплекса — площадь выходного сечения сопла трубы, то есть «площадь ветра». Чем она больше по отношению к лобовой площади автомобиля — тем меньше так называемый коэффициент блокировки потока и точнее замеры. В новой большой трубе BMW площадь сопла не так велика — до 25 м². Давно существуют трубы с выходом в полтора-два раза большим — даже в знакомой нам трубе АвтоВАЗа эта величина достигает 18,6 м². Но BMW не выпускает ни грузовиков, ни фургонов, а для легковушек новой трубы хватит «за глаза».
Очень важна и организация потока воздуха — чтобы в любой точке рабочей камеры давление было одинаковым. И здесь аэродинамики BMW уверяют, что достигли почти стопроцентной «равности»! Главное ноу-хау — регулируемые закрылки по периметру выходного сопла, то есть в конце камеры. Угол их установки выбирается в зависимости от скорости испытания и размеров объекта — в итоге в высоченном (11 метров!) помещении поток получается даже равномернее, чем в трубах с щелевыми стенами, таких как старая труба BMW в Ашхайме или комплексы в Тольятти и Дмитрове.
Еще 30 лет назад аэродинамики спорили, так ли нужен отсос пограничного слоя воздуха, если его толщина не превышает клиренса обычного легкового автомобиля. Но любая современная труба оснащена щелями на входе в камеру — дорожные просветы стали меньше, требования к точности замеров — выше. Однако если отсос есть даже в тольяттинской трубе (АР №19, 2001), то беговых дорожек пока нет ни в одной из российских аэролабораторий.
А в большой трубе BMW их целых пять! Центральная, проходящая под днищем, одна из самых длинных в мире — десять метров. Ее задача — стабилизировать поток воздух до и после кузова, что особенно важно при изучении вихрей, срывающихся с задка. А под каждым вращающимся колесом — своя собственная беговая дорожка: кузов крепится четырьмя стойками за пороги.
Воздушный поток в полноразмерной
аэродинамической трубе BMW выходит на
максимальные 300 км/ч всего за 30 секунд, а весы с десятиграммовой точностью позволяют инженерам измерить все параметры испытуемого объекта, включая Сх
Новая «малая» труба устроена чуть иначе — беговая дорожка здесь одна, зато шириной целых три метра! Ее длина — девять метров, что позволяет исследовать взаимное влияние нескольких объектов — например, при обгоне. Теоретически сюда можно загнать и автомобиль в сборе (выходное сопло площадью 14 «квадратов» это позволяет), но коэффициент блокировки будет великоват. Кстати, для соблюдения корректности испытаний (для постоянства так называемого числа Рейнольдса) при продувке масштабных моделей скорость потока воздуха приходится увеличивать пропорционально их уменьшению. То есть если модель «половинная», то для продувки на 150 км/ч поток нужно разогнать до 300 км/ч!
Уменьшенный в два-четыре раза пластилиновый макет подвешивается на огромную обтекаемую 20-тонную «лапу». А каждое из четырех колес... не связано с ним, а закреплено на отдельных кронштейнах. Для чего? Так проще менять их взаимное расположение, а то и вовсе убрать колеса и закрыть арки заглушками, изучая аэродинамику кузова в «чистом» виде.
Зачем это нужно?
Сейчас автомобильные кузова «вылизаны» почти до совершенства: Сх=0,26—0,30 не редкость. Куда идти дальше? Но, во-первых, помимо обтекаемости и подъемных сил инженеров интересуют охлаждение агрегатов, аэродинамический шум, загрязнение стекол, зеркал и фонарей. А для кабриолетов — еще и аэродинамика салона с опущенной крышей. Да и борьба с сопротивлением воздуха еще не закончена. Четверть «наружного» сопротивления кузова дает качество поверхности — гладкость краски, стыки, неизбежно выступающие детали вроде номерных знаков и антенн. Здесь остались только радикальные решения — например, на BMW готовы отказаться от наружных зеркал заднего вида в пользу телекамер, но сделать это не позволяют сертификационные требования.
А во-вторых, на «внешнюю» аэродинамику автомобиля приходится всего около 40% суммарного сопротивления воздуха. Целую треть дают колеса и колесные ниши, 20% — днище кузова и 10% — внутренние потоки (охлаждение двигателя, вентиляция салона). Если «помечтать» и убрать колеса вовсе, а ниши полностью закрыть снизу и сбоку, Сх кузова «трешки» BMW улучшится разом на 35% — с 0,29 до 0,18. А если вспомнить, что Сх полутела вращения без колес равен 0,15, станет ясно, насколько проработка внешних форм кузова близка к совершенству!
 |
 |
| Колесные арки, колеса и днище вместе дают половину сопротивления воздуху! Именно на доводке этих элементов в ближайшие годы собираются сосредоточиться аэродинамики BMW |
Беговая дорожка шириной три и длиной девять метров тоже разгоняется до 300 км/ч — для этого она «опирается» на слой сжатого воздуха под давлением семь атмосфер. В малой трубе модель и (отдельно) ее колеса крепятся к стойкам — весов под беговой дорожкой нет |
Изыскание «внутренних резервов» — основная задача инженеров BMW на ближайшие годы. Простейший пример, который нам показали «вживую» на модели в масштабе 1/4: добавление просчитанного сопла от переднего бампера в область переднего колеса позволяет снизить Сх с 0,29 до 0,27! А одна десятая Сх позволяет приблизительно на 2,5% снизить расход топлива в смешанном цикле. И это — только один из примеров скрытой от глаз аэродинамики.
Подобные решения обязательно пойдут в серию под флагом EfficienceDynamics — как, например, стали реальностью на некоторых автомобилях BMW и Mercedes активные жалюзи радиатора. А дальше, глядишь, появятся и еще более совершенные аэродинамические трубы, способные достоверно воспроизводить реальную картину обтекания автомобиля — к примеру, на шершавом асфальте или с учетом обгоняемых машин. Например, в трубе фирмы Pininfarina пытаются создать искусственно возмущенный поток, ставя турбулизаторы перед рабочей камерой. Прогресс продолжается!
Малая аэродинамическая труба — аэролаборатория — тоже оснащена системой отсоса пограничного слоя (видна щель перед полом рабочей камеры)
