Силы и мощности сопротивления движению автомобиля

Силой сопротивления качению автомобиля Р_к называют сумму сил сопротивления качению всех его колес:

Для двухосного автомобиля, обозначая величины, относящиеся к передней оси, индексом 1, а к задней — индексом 2, можно записать:

Обычно считают /, = /, = { тогда.

где v_a— скорость автомобиля, м/с; G_a — вес автомобиля, Н. G_a~ М_а g; М_а — масса автомобиля, кг.

Мощность N_k, расходуемая на преодоление сопротивления качению, равна.

Если v_a выражена в км/ч, G_a в кг и N_k в л. с., то

Составляющую силы тяжести C_asina, параллельную плоскости дороги, называют силой сопротивления подъему и обозначают Р:

При небольших углах подъема (до 10°) синус в формуле (27) может быть заменен тангенсом. В дорожном строительстве крутизну дорожных подъемов и спусков часто характеризуют величиной (/) уклона, представляющей собой отношение превышения Н (рис. 11) к заложению В (/ = Н/В).

Поскольку tga = Н / В = i, то.

Мощность сопротивления подъему (л. с.) равна:

Сила Р_п может быть направлена как против движения, так и, но движению, в зависимости от знака угла, а (уклона /). Угол, а и уклон i считают положительными при подъеме и отрицательными при спуске.

Рис. 11. Определение уклона 46.

Сумму сил сопротивления качению автомобиля и сопротивления подъему называют силой сопротивлении дороги:

Сумму.

называют суммарным коэффициентом сопротивлении дороги.

Мощность сопротивления дороги (л. с.):

При движении автомобиля в воздушной среде в результате взаимодействия частиц воздуха с поверхностью автомобиля возникают элементарные силы, действующие в каждой точке поверхности автомобиля. Это аэродинамические силы, Составляющая полной аэродинамической силы, направленная, но продольной оси автомобиля, называется силой сопротивления воздуха.

Составляющие аэродинамических сил создают давление на поверхность автомобиля, различное по величине и направлению в различных точках. В передней части автомобиля силы давления направлены против движения и значительно больше, чем в задней, где они направлены по движению. Касательные к поверхности автомобиля составляющие элементарных сил взаимодействия автомобиля с воздухом (силы трения) всегда направлены против движения.

Если автомобиль движется при наличии ветра, то в общем случае, когда направление ветра составляет некоторый угол с направлением движения, различные по величине давления действуют и на боковые части автомобиля.

Равнодействующую всех элементарных сил взаимодействия воздуха с автомобилем будем называть полной аэродинамической силой.

Согласно законам аэродинамики полная аэродинамическая сила, действующая на любое тело, движущееся с относительной скоростью v (м/с) в воздушной среде, может быть найдена по формуле.

где с_ю — безразмерный коэффициент аэродинамической силы, зависящий от формы тела и направления воздушного потока; р_в — плотность воздуха, Н? с²/м⁴; F — Мидслево ссчснис тела, м².

• 11ри изучении движения автомобиля действующая на него полная аэродинамическая сила разлагается на три составляющие:
• 1) сила сопротивления воздуха Р , параллельная плоскости дороги и продольной оси автомобиля:

где с_х — коэффициент обтекаемости;

2) боковая аэродинамическая сила Р_к, параллельная плоскости дороги и перпендикулярная к продольной оси автомобиля:

где с — коэффициент боковой аэродинамической силы;

3) подъемная сила Р_ат, перпендикулярная к плоскости дороги:

где с. — коэффициент подъемной аэродинамической силы.

Коэффициенты с_г, с_у и с. определяются опытным путем. Наиболее точным способом определения этих коэффициентов является продувка автомобилей или их моделей в аэродинамической трубе. Возможно также определение некоторых или всех указанных коэффициентов путем дорожных испытаний, однако такие испытания дают менее точные результаты.

В процессе испытаний в аэродинамической трубе при неизменной скорости и направлении воздушного потока автомобиль (или его модель) поворачивается иод различными углами, что позволяет определить коэффициенты с_х, с и с. при различных углах набегания воздушного потока.

В качестве Миделева сечения F у автомобилей принимается площадь лобового сопротивления, равная площади проекции автомобиля на плоскость, перпендикулярную его продольной оси.

Принимая плотность воздуха постоянной (согласно ГОСТ 4401–64 на уровне моря считается р_в= 1,225 Н? с²/м⁴), можно произведение -^р_в ⁼ считать зависящим от формы автомобиля (в основном от формы и шероховатости поверхности кузова), угла между продольной осью автомобиля и направлением относительной скорости воздушного потока. Это произведение называют коэффициентом сопротивлении воздуха автомобили.

Если рассматривать движение автомобиля в неподвижной среде, то

Здесь v_a в м/с. Если же скорость автомобиля у_я задана в км/ч, то.

При движении в неподвижной воздушной среде направление скорости воздушного потока совпадает с продольной осью автомобиля. Для этого случая можно принимать к следующим: для легковых автомобилей 0,15. .0,3 Н • с²/м⁴ (кг/м³); для автобусов 0,25…0,5 Н? с²/м⁴ (кг/м³); для грузовых автомобилей 0,5…0,7 Н • с²/м⁴ (кг/м³).

Площадь лобового сопротивления приближенно может быть найдена, но формулам:

для грузовых автомобилей F = ВН_Г; (38) для легковых автомобилей.

где В — колея автомобиля, м; //.- габаритная высота автомобиля, м; В — габаритная ширина автомобиля, м.

Произведение к_в F = (Е_а называют фактором обтекаемости. Формула (37) может быть использована и для подсчета силы сопротивления воздуха автопоезда. В этом случае в формулу подставляется величина F для звена, имеющего наибольшую площадь лобового сопротивления, а коэффициент к_в определяется по тягачу и увеличивается на 25% на каждый прицеп.

При наличии ветра, направление которого составляет угол Р с направлением движения автомобиля, в формулу (37) надо вместо v_a подставить относительную скорость v_p воздушного потока, равную геометрической сумме скорости ветра v_b, м/с, и скорости движения автомобиля v, м/с. Величина относительной скорости воздушного потока может быть найдена но Формуле Коэффициент сопротивления воздуха имеет различное значение в зависимости от угла т между вектором равнодействующей скорости v_p и продольной осью автомобиля. Этот угол может быть найден по формуле:

С увеличением угла т коэффициент сопротивления воздуха, как правило, увеличивается.

При встречном ветре Р ⁼ 0; v_p = v_a + v_b, и формула (37) принимает вид:

При попутном ветре Р = 180°; v_p= v_a— v_h и

Коэффициент сопротивления воздуха к_в в обоих этих случаях такой же, как и при движении автомобиля в неподвижной воздушной среде. Мощность N_B, расходуемая на преодоление сопротивления воздуха,.

В неподвижной воздушной среде, подставляя значение Р_К из формул (37) и (37а), получим: