Аэродинамика: Топ-7 худших и лучших машин в мире

Нет в мире автопроизводителя, который бы не находился в непрерывном поиске новых аэродинамических решений. От обтекаемости машины напрямую зависят и скоростные показатели, и расход топлива (или электроэнергии), и устойчивость на дороге, а значит, и безопасность. Маленькие прорывы в этой области случаются буквально каждый год. Главным показателем аэродинамических свойств автомобиля считается коэффициент лобового сопротивления — Cx. Цифры, которые демонстрируют свежие новинки, еще 10 лет назад казались недостижимыми для обычных, массовых машин.

Мы выбрали лучшие и худшие модели с точки зрения аэродинамики. В нашу подборку вошли только серийные легковые автомобили современности. То есть те, которые выпускаются сейчас либо выпускались в последние 15 лет и до сих пор встречаются на дорогах.

Для тех, кто хочет разобраться в вопросах аэродинамики подробнее, ниже мы приводим небольшой «ликбез», объясняющий, как рассчитывают аэродинамические коэффициенты и какие еще показатели, кроме Сх, имеют значение.

Аэродинамика для чайников

Что такое коэффициент аэродинамического сопротивления Сх? Если выражаться предельно упрощенно, этот показатель демонстрирует, насколько автомобиль легче «прорезает» воздух по сравнению с условным цилиндром, площадь поперечного сечения которого равна максимальной площади сечения автомобиля. Еще это называют площадью фронтальной проекции машины, или коротко — мидель. У условного цилиндра Cx равен единице (в реальности точная цифра будет зависеть от длины цилиндра, но для простоты объяснения мы сейчас от этого абстрагируемся).

 

Cx показывает лобовое сопротивление — то есть по продольной оси «Х». Соответственно, есть еще Cy и Cz, но в случае с автомобилем они играют гораздо меньшую роль.

Как от формы тела меняется Сх? Все дело в создаваемых завихрениях. Если вместо цилиндра взять плоский щит такого же диаметра, то его сопротивление воздуху будет на 17-20% больше, чем у цилиндра (Cx щита = 1,17-1,2) за счет завихрений позади щита. Там создается зона разреженного воздуха, и она сама по себе как бы «тянет» щит назад. То же самое происходит и с автомобилем.

Одна из лучших форм с точки зрения аэродинамики — капля. У нее Сх будет равен лишь 0,04. То есть капля на 96% более обтекаема, чем цилиндр при равенстве диаметров. Это получается потому, что сзади у капли — длинный сужающийся хвост, а спереди — округлый «обтекатель». Они обеспечивают минимум завихрений. Создатели первых аэродинамичных автомобилей середины прошлого века экспериментировали именно с каплевидными формами кузова (вспомните, какой «хвост» у «Победы»).

 

У современных легковых автомобилей Сх чаще всего составляет около 0,3. Это означает, что автомобиль на 70% эффективнее с точки зрения аэродинамики, чем цилиндр.

Реальная сила, с которой воздух сопротивляется движению автомобиля, зависит, разумеется, от скорости. Причем с ростом скорости аэродинамическое сопротивление возрастает квадратично. Это влияет в первую очередь на расход топлива — и чем выше скорость, тем больше влияет. Само собой, и максимальная скорость тоже ограничена не только мощностью мотора, но и аэродинамическими особенностями автомобиля.

 

Создатели автомобилей, кроме обтекаемости машины в продольном направлении, также заботятся об обтекаемости сбоку и о подъемной силе, действующей на автомобиль.

Подъемная сила — это вторая по значимости проблема в аэродинамике автомобилей помимо лобового сопротивления воздуха. Дело в том, что абсолютно любой автомобиль по своим формам похож на профиль крыла самолета: снизу плоский, а сверху — выпуклый. Это означает, что воздух, протекающий над автомобилем, совершает более длинный путь, чем воздух снизу. И скорость потока сверху выше, чем снизу. Из-за этого над машиной появляется зона разреженного воздуха, а под ней, напротив, зона повышенного давления. Чем выше скорость, тем сильнее воздух снизу приподнимает автомобиль.

Разного рода аэродинамические элементы вроде антикрыльев, спойлеров, сплиттеров, диффузоров и накладок на днище призваны создать прижимную силу. В случае с гоночными болидами удается этого достичь в полной мере: чем выше скорость, тем сильнее прижимается машина к земле. Это увеличивает сцепление колес с дорогой и делает автомобиль более стабильным на высоких скоростях.

Тут еще надо упомянуть о таком явлении, как граунд-эффект — за счет особой формы днища и применения аэродинамических «юбок» вдоль бортов конструкторы гоночных машин научились в свое время создавать под машиной зону разреженного воздуха, за счет чего автомобиль «липнет» к дороге. Этим прежде пользовались конструкторы Формулы 1, однако в 80-е годы граунд-эффект в Королевских гонках был запрещен. С тех пор у всех болидов одинаковое ровное днище.

В случае с гражданскими автомобилями о создании прижимной силы говорить не совсем корректно. За счет аэродинамических ухищрений удается добиться снижения подъемной силы, но все равно машины на высоких скоростях немного «взлетают», колеса разгружаются и стабильность падает.

Подъемная сила и сила лобового сопротивления это еще не все. Важное значение имеют момент крена и поворачивающий момент (измеряются при повороте автомобиля под углом к воздушному потоку). Эти показатели отражают склонность машины реагировать на боковые порывы ветра. Чем меньше эти цифры, тем лучше машина держит скоростную прямую и меньше отклоняется от траектории, например, при проезде встречной фуры.

Еще один важный показатель — опрокидывающий момент. Положительные значения этих сил говорят о том, что с ростом скорости передние колеса разгружаются, а задние — нагружаются; отрицательные — наоборот. В идеале — должен быть близок к нулю.

Все эти показатели измеряются «вживую» путем продувки автомобилей и макетов в аэродинамической трубе на разных скоростях воздушного потока и измерения реальных сил, действующих на кузов.

Аэродинамическая труба, позволяющая продувать полномасштабные макеты машин и реальные автомобили — это очень большое и сложное сооружение. Скажем, труба на «АвтоВАЗе» имеет длину 67,5 м, а ширину — 29 м. Воздух в ней проходит путь в 150 метров. Поток создается вентилятором, диаметр которого 7,4 м. Максимальная скорость воздушного потока в трубе — 216 км/ч.

Рейтинг худших автомобилей по части аэродинамики

Автомобилей с ужасной аэродинамикой в мире немало, но по понятным причинам многие производители не раскрывают официальные цифры аэродинамических показателей. Более того — у множества моделей они вообще никогда не измерялись ни производителем, ни независимыми исследователями. Мы выбрали семерку наиболее показательных машин, по которым данные известны и достоверны.

7. Lada 4x4 / ВАЗ-21213 «Нива»

Коэффициент Сх = 0,536

В том, что классическая «Нива» не умеет ездить быстро, вина не только слабого 81-сильного мотора, но и, конечно, аэродинамики. «Максималка» у этого автомобиля — всего лишь 137 км/ч. Впрочем, для машины родом из 70-х годов прошлого века это не так плохо. Владельцы «Лады 4х4» могут утешать себя тем, что Гелендваген, являющийся практически ровесником тольяттинского внедорожника, по обтекаемости еще хуже.

6. Mercedes-Benz G-класса

Коэффициент Сх = 0,54

Те, кто говорит, что у Гелендвагена аэродинамика кирпича, все-таки сильно сгущают краски. У тела кубической формы Сх равен 1,05, а у Мерседеса G-класса этот показатель вдвое меньше. Гелендваген очень сильно страдает от своей аэродинамики: какой бы мощный мотор ни ставили на эту модель, ее «максималка» оставляет желать лучшего. Даже безумная версия G 65 AMG, развивающая 630 л.с., способна набирать всего лишь 230 км/ч.

5. Вазовская «классика»

Коэффициент Сх = 0,56-0,53

В зависимости от модели аэродинамика тольяттинских автомобилей классического семейства немного различается. Наши коллеги из «Авторевю» в 2000 году продули «семерку» и получили результат 0,546. Хуже всего дела у «копейки» — аж 0,56. Такие данные приводит учебник «Автомобили и тракторы. Основы эргономики и дизайна», изданный МАМИ в 2002 году. «Шестерка», по тем же данным, имеет коэффициент 0,54. А лучше всех себя показал универсал 2104 — 0,53.

4. Hummer H2

Коэффициент Сх = 0,57

Многие и не догадываются, что Hummer на трассе с трудом может угнаться за современной малолитражкой, включая Lada Granta. Американский внедорожник не способен ехать быстрее 160 км/ч, в то время как тольяттинской модели покоряется скорость в 183 км/ч. Понятно, что Hummer более чем вдвое тяжелее, но так и мотор у него какой! Выпускавшийся с 2002 по 2009 годы внедорожник имеет под капотом могучий V8 рабочим объемом 6,2 л (393 л.с.), но при Cx = 0,57 он просто не способен нормально «продираться» сквозь толщу воздуха.

3. Jeep Wrangler (поколение TJ)

Коэффициент Сх = 0,58

Автомобиль, который произошел от армейского «Виллиса» образца 1941 (!) года, принципиально чужд высоким скоростям. Конечно, современная машина не имеет общих кузовных панелей с Джипом времен Второй мировой войны: Wrangler гораздо крупнее и имеет более обтекаемые формы. Но это не сильно помогает. Хуже всего дела обстоят у двухдверной модификации с открытым верхом (Сх = 0,58). А лучше всего, как можно догадаться, у длиннобазной пятидверки с жесткой крышей — Jeep Wrangler Unlimited. Эта версия имеет Cx, равный 0,495.

2. УАЗ «Хантер» / УАЗ-469

Коэффициент Сх = 0,6

Выпускающийся сейчас «Хантер» мало отличается от УАЗа-469 образца 1972 года, и потому не мог не попасть в наш антирейтинг. Данные по УАЗу-469 приводит вышеупомянутый учебник МАМИ. Доверять этим сведениям вполне можно: первый в списке авторов — профессор Игорь Степанов, много лет занимающийся именно аэродинамикой, а также Анатолий Карунин — в прошлом заведующий кафедрой «Автомобили», а ныне ректор МГТУ «МАМИ».

1. Caterham Seven

Коэффициент Сх = 0,7

Как ни странно, у этого спорткара дела с аэродинамикой обстоят гораздо хуже, чем у угловатых внедорожников. Дело в том, что перед нами фактически разработка 50-х годов — Lotus Seven. Но самое интересное, что ужасная аэродинамика ничуть не мешает этой модели отлично проявлять себя на треке: дело в том, что сухой вес Caterham — лишь 575 кг. Поэтому при мощности в 260 л.с. (с «топовым» мотором) эта модель может набирать 250 км/ч. Ну а разгон до 100 км/ч и вовсе суперкаровский — 3,1 секунды.

Рейтинг лучших автомобилей по части аэродинамики

Борьба за улучшение аэродинамики машин сейчас обострилась как никогда: многие автопроизводители идут буквально «колесо в колесо». Поэтому на некоторых строчках нашего рейтинга расположились не одна и не две, а сразу несколько моделей (и в некоторых случаях это еще не полный список!). По каждой из моделей приведены данные той модификации, которая является лучшей по значению Сх.

Места с седьмого по пятое делят сразу два десятка машин, так что отдельно комментировать каждую из них мы не будем. Ну а начиная с четвертого места — то есть с Cx = 0,23 — остановимся на каждой модели.

7. BMW 3-й серии (E90), BMW i8, Jaguar XE, Lexus LS, Mazda 3, Mercedes B-класса, Mercedes C-класса Coupe, Mercedes E-класса, Infiniti Q50, Nissan GT-R

Коэффициент Сх = 0,26

6. Alfa Romeo Giulia, Honda Insight, Audi A2, Peugeot 508

Коэффициент Сх = 0,25

5. Tesla Model S, Tesla Model X, Hyundai Sonata Hybrid, Mercedes C-класса, Toyota Prius

Коэффициент Сх = 0,24

4. Audi A4, Mercedes CLA, Mercedes S 300 h

Коэффициент Сх = 0,23

Сразу оговоримся: у Audi такие чудеса аэродинамики демонстрирует только одна модификация — Audi A4 2.0 TDI ultra (190 л.с.), которая имеет специальные щитки, экранирующие днище, а также активные жалюзи в решетке радиатора. А вот у остальных модификаций А4 аэродинамика не столь выдающаяся: Сх = 0,26-0,27. За счет удачной обтекаемости автомобиль с аэродинамическими щитками потребляет за городом (то есть на сравнительно высоких скоростях) всего лишь 3,4-3,5 л солярки на 100 км. В смешанном цикле — 3,9-4 л.

У «Мерседеса» тоже не все модификации CLA демонстрируют Сх, равный 0,23, а только версии BlueEfficiency. Может показаться странным, что самые худшие цифры — у мощных спортивных версий. Скажем, CLA 250 4Matic имеет Cx = 0,29, а версия AMG 45 — и вовсе 0,30. Но удивляться не следует: при доводке аэродинамики этих машин инженерам надо было особо позаботиться о снижении подъемной силы на предельных скоростях, и обтекаемость отчасти принесена в жертву.

В случае с S-классом лишь самая младшая версия S 300 h демонстрирует отличные показатели. А вот у «шестисотого» Сх = 0,28.

3. Tesla Model 3

Коэффициент Сх = 0,21

Новый электромобиль, который Tesla представила этой весной, а запустит в производство на будущий год, отличается феноменальной аэродинамикой. Да, он все же уступил двум моделям в нашем рейтинге, но каким! Те, что заняли первые два места, представляют собой миниатюрные экспериментальные машины, не особо подходящие для нормальной эксплуатации и задуманные как мелкосерийные. «Тесле» же удалось сделать кузов гольф-класса — вполне практичный и при этом сверхобтекаемый. И эта модель рассчитана на массовое производство. За первую неделю приема предзаказов эта машина нашла более 300 тысяч покупателей.

2. General Motors EV1

Коэффициент Сх = 0,195

Эту модель, выпускавшуюся с 1996 по 1999 год, называют первой серийной разработкой современного автопрома, которая изначально создавалась именно как электромобиль. И, кстати, это единственный случай в истории, когда GM выпустил автомобиль под собственным именем, а не под одной из марок своих подразделений. Двухместное купе EV1 имело запас хода до 160 км, что сравнимо с современными электромобилями вроде Nissan Leaf. Автомобиль опередил свое время и по-настоящему массовым не стал: тираж составил 1117 штук.

Много лет именно эта машина удерживала титул самой аэродинамичной модели в мире, пока в 2013 году не был представлен…

1. Volkswagen XL1

Коэффициент Сх = 0,189

Футуристическая капсула с полностью закрытыми задними колесами выглядит как пришелец из будущего. В движение XL1 приводит гибридная силовая установка с дизельным мотором, которая, по задумке создателей, должна тратить всего 1 л топлива на 100 км пути. Добиться таких впечатляющих показателей удалось во многом благодаря уникальной аэродинамике.

Volkswagen XL1 продается на Западе с середины 2014 года по цене €111 000. Тем, кто хочет купить эту модель, надо поторопиться: тираж ограничен 250 экземплярами.