Современные газодинамические устройства в автомобильной технике

  Как сказано  в пресс-релизе, мотивы, стоящие за этим решением – обеспечение устойчивого развития спорта и учет интересов автомобильной промышленности: «Результатом диалога с моторостроителями и экспертами стало следующее решение: двигатели будут четырехцилиндровыми, объемом 1,6 л., с турбонаддувом высокого давления до 500 бар и ограниченным до 12 тысяч числом оборотов.

  Эти двигатели  позволят снизить на 35% расход горючего и будут оснащены системами контроля за расходом и рекуперации энергии, но при этом сохранят текущие динамические характеристики».

  Предполагаемый  ресурс двигателя – 2500 км.

 

Новинки использования газотурбинных  установок в автомобильной  технике

 
 
 
 
 
 
 

 

II. Изменяемый по длине впускной коллектор

  Изготовленный для облегчения веса из пластика впускной коллектор имеет управляемый  поворотный золотниковый клапан, позволяющий  изменять длину впускного тракта. На низких оборотах он открыт для увеличения впускного тракта до 540 мм, что обеспечивает оптимальное использование инерции  воздушного потока для более эффективного наполнения цилиндров и увеличения крутящего момента. При высоких  оборотах двигателя клапан перекрывается, уменьшая рабочую длину впускного  коллектора до 270 мм, для улучшения  наполнения цилиндров и увеличения мощности двигателя.

  VIS(Variable Intake System) - изменение геометрии впускного тракта.  

  В чем суть технологии и зачем она  нужна.

  Впускной тракт, который образуют последовательно  воздушный фильтр, дроссель или карбюратор, впускной коллектор и клапана, существенно  влияет на процессы наполнения цилиндров горючей смесью. Поток воздуха, проходящий по впускному тракту, подвержен колебаниям и образует совместно с деталями тракта колебательную систему. Таким образом, процессы наполнения цилиндров сильно зависят от параметров этого колебательного контура. Добиться работы такой системы во всем диапазоне нагрузок и оборотов, крайне сложно. Отсюда пришла идея изменять параметры колебательной системы в процессе работы. Исследования показывают, что при коротком впускном коллекторе мотор лучше работает на высоких оборотах , при низких оборотах более эффективен длинный впускной тракт. Естественно напрашивалось решение сделать впускной тракт переменной длины и управлять им в зависимости от оборотов и нагрузки.  

  Реализация  на двигателях Opel X18XE1, X20XEV и Z18XE.

   Одной из систем, относящихся к классу систем изменения геометрии впускного  тракта, является система изменения длины впускного коллектора. Широкое применение на Opel эта система нашла в двигателях X18XE1 , X20XEV и получила дальнейшее развитие на моторе Z18XE . Впускной коллектор был сконструирован таким образом, что переключая внутреннюю заслонку, воздух направлялся коротким путем при полных нагрузках, и длинным путем при частичных. Функции исполнительного механизма выполняет вакуумный регулятор, который в зависимости от нагрузки двигателя переключает заслонки во впускном коллекторе (1).

    
 
 
 

  Внешний вид впускного  коллектора на двигателях X18XE1, X20XEV и Z18XE

  

3. Внешние аэродинамические устройства

  Двойной диффузор

  Пример  использования двойного диффузора Brawn GP

 

  

  Диффузор предназначен для повышения давления ускоренного  газа и снижения скорости потока. Грамотно спроектированный диффузор, включенный в общую концепцию аэродинамического  обвеса автомобиля может как снизить лобовое сопротивления, так и создать дополнительную прижимную силу, столь необходимую для спортивных автомобилей.

  Рассмотрим  одну из модификаций стандартного диффузора  – «двойной диффузор». Впервые он появился на болидах трёх команд  формулы 1, и его появление было связано с ограничениями регламента FIA: максимальная днища автомобиля высота над асфальтом должна была составлять 175 мм. Данное ограничение накладывало некоторый запрет на использование обычных больших, высокопроизводительных диффузоров. Это заставило инженеров разных команд придумать аэродинамическую новинку, которая позволила бы избежать проблем с потерей прижимной силы. Сразу три команды установили на свои болиды принципиально новую конструкцию - двойной диффузор. 

  Конструкция и принцип действия двойного диффузора  на примере болида Brawn GP.

  Центральная часть диффузора разделялась  на две части: нижняя часть соответствовала  регламенту и была не выше 175 мм над  уровнем асфальта, а верхняя образовывала канал достаточно большого сечения, в который воздух попадал как  из-под днища автомобиля, так и  через специальные каналы в задней части боковин болида. Таким образом, удалось разбить зону задней части болида на 3 зоны давления: первая – под днищем – высокоскоростной поток с низким давлением, вторая – поток из центральной части диффузора – давление ниже атмосферного, но выше чем под днищем, и третья – над диффузором – скорость потока воздуха существенно ниже, чем в диффузоре, следовательно, и давление выше. Эти перепады давления и создают прижимную силу. Стоит отметить, что применение большего диффузора позволяет лучше стабилизировать поток в задней части болида, что положительно сказывается на общей аэродинамике.

  Ниже представлено фото реализации впускных каналов двойного диффузора на болиде Red Bull Racing. Подвод воздуха к диффузору осуществляется в центральной части болида, а затем по каналам поступает к двойному диффузору. Предположительно, суммарная эффективность двойного диффузора у Red Bull Racing оказывается выше, чем у Brawn GP.

  

  Впускные  каналы на болиде Red Bull Racing. 

  Выдувной  диффузор

  В машине 2010 года, инженеры команды Red Bull использовали очередную новинку аэродинамики: «выдувной диффузор».

  

  Принцип действия заключается в следующем: поток  выхлопных газов направляется к  нижней части болида. В свою очередь, непосредственно за выхлопной трубой в корпусе болида прокладывается канал в диффузор, который позволяет  нагретым выхлопным газам попадать в двойной диффузор. Выхлопные  газы увеличивают продувку в диффузоре, тем самым увеличивая общую прижимную  силу задней части болида.

  Стоит отметить, что ранее данная технология не могла  быть применена ввиду низкой жаропрочности  углеволокна, из которого сделано шасси  болида. Тем не менее, выход был найден. Инженеры Zirritech разработали уникальный материал для термоизоляции – элементы машины покрываются специальной керамикой на основе двуокиси циркония, которая сохраняет свои свойства при температурах свыше 13000 градусов Цельсия при минимальном весе напыления. Данные технологии ранее применялись для атомных станций. 

  Переднее  и заднее антикрылья

  Сложно представить  современный спортивный автомобиль без антикрыла. Не исключением стала  и формула 1. В настоящее время, переднее антикрыло представляет собой  сложное наукоёмкое устройство. На него ложится ответственность не только за создание прижимной силы в передней части болида, но и  за распределение потоков воздуха  вокруг всего болида. Считается, что  аэродинамические характеристики болида  на 50-60% зависят от переднего антикрыла.

  Существенная  аэродинамическая нагрузка ложится  и на заднее антикрыло. Оно вносит существенный вклад в аэродинамический баланс задней части болида.

  На скорости около 260 км/ч переднее и заднее антикрыло, при средних настройках, добавляют  к весу машины около 1200 кг. Чем выше скорость, тем больше нагрузка на элементы аэродинамики, иногда антикрылья не выдерживают  и разрушаются именно на прямых или в скоростных поворотах. 
 
 
 

  Примеры переднего и заднего  антикрыльев болида Vodafone McLaren Mercedes MP4-25

  

  

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

  Литература

1. http://www.autotechnic.su/technology/boost/boost.html
2. http://www.autotechnic.su/technology/tsi/tsi.html
3. Журнал «Зарулём» 2007-2010гг.
4. http://www.f1news.ru/