Как работают воздушные завесы в автомобилях

Воздушные завесы направляют поток воздуха на передние колёса, снижая их сопротивление. В них используется впускной воздуховод, обычно расположенный спереди в зоне высокого аэродинамического давления, и выпускной воздуховод, который находится внутри переднего крыла. Когда автомобиль движется вперёд, воздух проходит через воздуховод, обтекая колесо, уменьшая сопротивление.

Колёса мешают воздушному потоку автомобиля

Аэродинамическое сопротивление — это сила, действующая на автомобиль, вызванная тем, что ему приходится рассекать воздух. Чем больше сопротивление, тем больше энергии потребляет автомобиль, тем ниже максимальная скорость. Особенно важным это стало в эпоху электрических моделей, так как увеличенное сопротивление снижает дальность хода на одной зарядке.

Колёса и шины вызывают огромное увеличение аэродинамического сопротивления. На современном автомобиле колёса и шины отвечают примерно за 30% общего аэродинамического сопротивления. Колёса увеличивают площадь автомобиля. Коэффициент сопротивления (Cd) умножается на проекционную площадь лобовой части (A). Лобовая площадь — то, что можно увидеть, если отойти от автомобиля и посмотреть на него спереди, например, в бинокль. Шины составляют часть этой площади: если их снять, лобовая площадь уменьшится, а значит, и сопротивление будет ниже.

Колёса используют энергию для перемещения воздуха. Большинство колёсных дисков получают сложный узор, который при вращении на высокой скорости перемещает большое количество воздуха в вихревых потоках. Для этого требуется энергия, которая учитывается в аэродинамическом сопротивлении.

Кроме того, колёса нарушают плавное движение воздушного потока по остальным частям автомобиля. Наименьшее сопротивление возникает из-за того, что воздушный поток плавно скользит по панелям автомобиля. Любые нарушения этого потока, когда он перестаёт повторять форму автомобиля, увеличивают сопротивление. Воздушному потоку очень трудно скользит вслед за автомобилем в области вращающихся колёс. Именно с этим призваны бороться воздушные завесы.

© Tesla

Воздушные завесы уменьшают разделение потока воздуха

Большинство воздушных завес подают быстродвижущийся воздух через наружную сторону колеса. Но в некоторых случаях воздух направляется на внешний край покрышки. Струя воздуха имеет гораздо более высокую эффективную вязкость по краям, чем обычный объёмный поток, что позволяет ей либо «прилипать» к поверхностям, где раньше она бы не справилась, либо втягивать объёмный поток с большего расстояния. Направив воздушную завесу на квадратную или очень бугристую поверхность шины, можно добиться того, что воздух будет «прилипать» к ней. Без подобной завесы этого бы не произошло.

Однако это возможно, только если колёсный диск не «заглатывает» воздух внутрь. То есть чем более открыты спицы диска, тем менее эффективны подобные колёса для уменьшения лобового сопротивления. Поэтому многие электромобили получают диски с максимально закрытым дизайном.

Воздушные завесы — не волшебное средство для идеального сопротивления, но автопроизводители стараются использовать все, даже небольшие улучшения, для общего снижения сопротивления. Например, на Porsche Cayenne воздушные завесы помогли снизить лобовое сопротивление на всего на 0,003 Cd, это около 1%. Но даже такие крошечные шаги помогают сделать автомобиль более «скользящим».

Воздушные завесы часто встречаются спереди, но гораздо реже — сзади. Это связано в первую очередь с тем, что сзади нет зоны высокого давления, из которой может поступать воздух — передняя часть автомобиля находится слишком далеко. Кроме того, крепление потока на задних панелях очень сложно, поэтому задние воздушные завесы, скорее всего, будут менее эффективны.

© Porsche

Самые аэродинамичные автомобили

Saab 92 был вершиной аэродинамики своего времени. Шведская компания использовала в своей модели наработки, полученные во время создания самолётов. 92-й получил авиационные хитрости: отштампованный целиком из одного листа металла кузов и фары, спрятанные в кузове, чтобы не создавать лишнего сопротивления. Это в совокупности дало Saab неслыханный для своего времени коэффициент аэродинамического сопротивления 0,23 Cd. Современные легковые автомобили обычно имеют коэффициент сопротивления в пределах 0,25-0,30 Cd, а для внедорожников, ввиду их громоздкости, этот показатель возрастает до 0,45 Cd.

Самым обтекаемым кроссовером раньше считалась Tesla Model X. Но теперь это звание делят между собой американский и китайский кроссоверы. Модель Jiyue 01 при габаритах 4853/1990/1611 мм и колёсной базе 3000 мм получила коэффициент 0,249 Cd, такой же, как у Model X.

Porsche Taycan обладает достойным коэффициентом лобового сопротивления 0,22 Cd. Это стало возможным благодаря передовой трёхмерной вычислительной динамике потока. Выдвижные дверные ручки и спойлер в сочетании с относительно короткой носовой частью позволяют Taycan заявлять о самых лучших аэродинамических характеристиках среди других моделей марки.

С Taycan может посоревноваться новый китайский минивэн Li Auto Mega. При внушительных размерах 5350/1965/1850 мм и колёсной базой 3300 мм коэффициент лобового сопротивления составляет всего 0,215Cd. По утверждению автопроизводителя, это самый низкий показатель среди серийных MPV.

В ноябре прошлого года компания Chery показала концепт седана Aero с коэффициентом 0,168. Автопроизводитель заявил, что это самый низкий в мире показатель, и никто раньше не смог достичь того же. Однако результат не был проверен независимо. Если заявления Chery правдивы, то впечатляющая цифра. Однако это далеко не самый низкий коэффициент лобового сопротивления, который когда-либо видела автомобильная промышленность. Например, концепт Volkswagen ARVW достиг значения Cd 0,15 ещё в 1970-х годах. Концепт Ford Probe V 1985 года получил сопротивление 0,137, а Fiat Turbina 1954 года — 0,14.