Аэродинамика автомобиля. Методы испытаний

В.В. Бернацкий, И.С. Степанов, В.Н. Кондрашов

Аэродинамика автомобиля.

Методы испытаний

Учебное пособие

Москва

Инфра-М

2015

В.В. Бернацкий, И.С. Степанов, В.Н. Кондрашов

Аэродинамика автомобиля.

Методы испытаний

Москва

Инфра-М; Znanium.com

2015

Бернацкий, В.В.

Аэродинамика автомобиля. Методы испытаний / В.В. Бернацкий, И.С. 

Степанов, В.Н. Кондрашов. – М.: Инфра-М; Znanium.com, 2015. – 153 с.

ISBN 978-5-16-103677-8 (online)

В учебном пособии представлен исторический обзор работ по исследованию 
аэродинамики автомобиля, рассмотрены основные аэродинамические 
характеристики автомобиля, конструкции аэродинамических труб. Подробно 
изложены методики проведения испытаний полноразмерных автомобилей и 
их моделей в аэродинамических трубах, в дорожных и дорожно-стендовых 
условиях.

ISBN 978-5-16-103677-8 (online)
© В.В. Бернацкий, И.С. Степанов,

В.Н. Кондрашов, 2013, 2015

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ 

РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ МАШИНОСТРОИТЕЛЬНЫЙ

УНИВЕРСИТЕТ (МАМИ)

В.В. Бернацкий, И.С. Степанов, В.Н. Кондрашов

АЭРОДИНАМИКА АВТОМОБИЛЯ

МЕТОДЫ ИСПЫТАНИЙ

Учебное пособие

Допущено УМО вузов РФ по образованию в области транспортных 

машин и транспортно-технологических комплексов в качестве учебного 
пособия для студентов, обучающихся по специальности «Автомобиле- и 
тракторостроение»

МОСКВА 2013

УДК  629.113 – 685

Бернацкий В.В., Степанов И.С., Кондрашов В.Н. Аэродинамика 

автомобиля. 
Методы 
испытаний: 
Учебное 
пособие 
по 
дисциплине 

«Испытания 
автомобиля» 
для 
студентов 
вузов, 
обучающихся 
по

специальности 190201.65 «Автомобилеи тракторостроение». –
М.:

Университет машиностроения (МАМИ), 2013. – 153 с.

В учебном пособии представлен исторический обзор работ по 

исследованию 
аэродинамики 
автомобиля, 
рассмотрены 
основные 

аэродинамические 
характеристики 
автомобиля, 
конструкции 

аэродинамических 
труб. 
Подробно 
изложены 
методики 
проведения 

испытаний полноразмерных автомобилей и их моделей в аэродинамических 
трубах, в дорожных и дорожно-стендовых условиях.

Рецензенты: Заслуженный деятель науки РФ, д.т.н., проф. Артёмов 

И.И.; профессор кафедры «Эксплуатация автотранспортных средств» РУДН 
д.т.н., проф. Натарзан В.М.

© БЕРНАЦКИЙ В.В., СТЕПАНОВ И.С., КОНДРАШОВ В.Н. 2013
© Университет машиностроения (МАМИ), 2013

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ.............................................................................................................. 4

Глава 1. ИСТОРИЧЕСКИЙ ОБЗОР АЭРОДИНАМИЧЕСКИХ ИСПЫТАНИЙ 
АВТОМОБИЛЯ....................................................................................................... 5

Глава 2. АЭРОДИНАМИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ АВТОМОБИЛЯ .. 37

2.1. Общие сведения................................................................................... 37

2.2. Аэродинамика легковых автомобилей.............................................. 44

2.3. Аэродинамика грузовых автомобилей и автопоездов..................... 54

2.4.  Аэродинамика автобусов................................................................... 64

Глава 3. АЭРОДИНАМИЧЕСКИЕ ТРУБЫ ....................................................... 67

Глава 4. ИССЛЕДОВАНИЕ АЭРОДИНАМИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК 
АВТОМОБИЛЯ В АЭРОДИНАМИЧЕСКИХ ТРУБАХ................................... 81

4.1. Аэродинамические трубы для испытаний автомобилей................. 81

4.2. Аэродинамические весы................................................................... 100

4.3. Моделирование дороги в аэродинамической трубе ...................... 102

4.4. Исследование процессов обтекания при помощи флюгеров и 

дымовых установок............................................................................................. 116

4.5. Определение давлений на поверхности кузова.............................. 120

4.6. Измерение скорости потока воздуха в аэродинамической трубе 124

Глава 5. ИССЛЕДОВАНИЕ АЭРОДИНАМИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК 
АВТОМОБИЛЯ ПРИ ИСПЫТАНИЯХ В ДОРОЖНЫХ УСЛОВИЯХ И С 
ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ СТЕНДОВ .................................................................... 129

5.1. Испытания моделей в дорожных условиях .................................... 129

5.2. Дорожные испытания с использованием дымовых установок..... 132

5.3. Дорожно-стендовые испытания автомобиля.................................. 136

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ................................................................................... 152

ВВЕДЕНИЕ

Аэродинамика – наука, изучающая взаимодействие движущегося тела с 

окружающей воздушной средой.

Более или менее серьезно исследователи заинтересовались этим 

вопросом в конце XIX века в связи с появлением и развитием авиации. Уже 
тогда создавались аэродинамические трубы для исследований крыльев 
летательных аппаратов.

Поначалу аэродинамика как наука развивалась благодаря интуиции и 

здравому смыслу исследователей. Однако не всегда на это можно полагаться. 
Гладкое тело без выступающих углов, без каких-либо дополнительных 
устройств, обтекаемое, с аэродинамически идеальной формой с точки зрения 
логики и здравого смысла может, тем не менее, обладать большим 
аэродинамическим сопротивлением по сравнению с телом «не обтекаемой» 
формы.

Современный высокий уровень развития вычислительной техники и 

компьютерного моделирования, также, не
позволяет
в полной мере

определить на стадии проектирования оптимальную аэродинамическую 
форму кузова автомобиля.

Достоверные результаты могут быть получены только при проведении 

экспериментальных исследований аэродинамики автомобиля как на стадии 
проектирования с использованием модельных испытаний, так и на стадии 
доводки при испытаниях натурных образцов автомобилей.

При скорости движения 100
км/ч 75-80% мощности двигателя 

легкового автомобиля среднего класса расходуется на преодоление 
сопротивления воздуха, а, следовательно, снижение сопротивления воздуха 
позволяет существенно улучшить экономические, экологические, скоростные 
показатели автомобиля.

Поэтому 
в 
настоящее 
время 
аэродинамике 
автомобиля 

автопроизводители во всем мире уделяют пристальное внимание. Несмотря 
на высокую степень совершенства современного автомобиля, аэродинамика 
таит в себе значительные резервы улучшения его свойств.

Ввиду особой важности вопросов, связанных с исследованием 

аэродинамических характеристик автомобиля, в данном учебном пособии 
наряду с обзором исследований в области аэродинамики, определением 
основных аэродинамических характеристик автомобиля, систематизирован 
материал по экспериментальным исследованиям: рассмотрены конструкции 
аэродинамических 
труб, 
методики 
испытаний 
автомобилей 
в 

аэродинамических трубах, а также методики дорожных испытаний 
автомобилей в реальных условиях и дорожно-стендовые испытания.

Глава 1. ИСТОРИЧЕСКИЙ ОБЗОР АЭРОДИНАМИЧЕСКИХ 

ИСПЫТАНИЙ АВТОМОБИЛЯ

Начиная с 20-х годов XX столетия во всем мире наблюдается 

повышенный интерес к вопросам, связанным с аэродинамикой автомобиля. 
Появляются автомобили с кузовами обтекаемой формы,
проводятся 

исследования в этой области с использованием различных методик и 
оборудования.
Ниже 
рассмотрено 
развитие 
и 
использование 

аэродинамических труб для продувок  автомобилей, другого оборудования 
для испытаний, отмечен вклад основных исследователей, работающих в этой 
области в промышленно развитых странах, а также показаны автомобили, 
сыгравшие важную роль в процессе уменьшения значения коэффициента 
сопротивления воздуха.

Уже в древности люди использовали то, что заложено в живой 

природе, обтекаемость тел, быстро перемещающихся в воздушной и водной 
среде, проводили исследования. Эти вопросы изучали Леонардо да Винчи, 
Галилей, Ньютон и другие и получили определенные результаты. В 
дальнейшем получила развитие аэродинамика летательных аппаратов, как 
более близкая к природе, да и появились летательные аппараты раньше 
автомобиля в силу извечного желания человека летать.

В самом начале зарождения аэродинамики как дисциплины, главным 

образом в интересах воздухоплавания, исследователи пришли к заключению, 
что для получения экспериментальных данных движение тела в воздухе 
необходимо заменить движением воздуха относительно тела. Этот принцип 
был реализован при создании аэродинамической трубы. Аэродинамические 
трубы, первоначально построенные для исследования аэродинамики 
самолетов, со временем во всем мире стали также использоваться для 
продувки моделей автомобилей. Потом появились трубы специально для 
исследования аэродинамики колесных транспортных средств.

Первым наземным транспортным средством, которое продули в 1899 г. 

в аэродинамической трубе, стал железнодорожный поезд. Автомобили 
начали испытывать в аэродинамических трубах только после первой мировой 
войны. В настоящее время комплексами для проведения аэродинамических
испытаний обладают все крупнейшие автопроизводители мира. Однако 
появились они не сразу.

Наряду с испытаниями в аэродинамической трубе существуют и другие

методики. Имеющиеся способы аэродинамических испытаний автомобилей в 
естественных условиях являются очень неудобными и негибкими. Например, 
в 1927 г. во Франции Вольфард (Wolfard) проводил испытания, устанавливая 
автомобили на железнодорожной платформе, оборудованной специальными 
весами. 
Платформа 
разгонялась 
паровозом 
и 
затем 
определялось 

аэродинамическое 
сопротивление 
автомобилей. 
При 
таком 
способе 

испытаний ветер и погода оставались неконтролируемыми факторами. Тот 

же 
недостаток 
присущ 
и 
способу 
определения 
аэродинамического 

сопротивления при движении по инерции, предложенному Хоернером 
(Hoerner) в 1950 г.

Основное преимущество натурных испытаний в дорожных условиях 

заключается в том, что при таких испытаниях естественным образом 
учитывается влияние поверхности дороги. В аэродинамической трубе 
правильно смоделировать дорогу трудно, поскольку движется воздух, а не 
автомобиль.

Одна из первых аэродинамических труб была построена в 1871 г. в 

Англии Уэнхамом (Wenham) и Браунингом (Browning). Они использовали ее 
для экспериментов с крыльями различных форм. Во Франции в 90-х годах 
XIX столетия Марей (Marey) при исследовании обтекания тел различных 
форм 
в 
простой 
трубе 
использовал 
дымовой 
поток. 
В 
1899 
г. 

аэродинамическая 
труба 
была
применена 
для 
изучения 
обтекания 

воздушным потоком железнодорожного поезда, который в то время был 
самым быстрым транспортным средством. В 1901 г. братья Райт (Wright) 
проводили испытания профилей крыла в аэродинамической трубе, которую 
сами спроектировали и построили в г. Дейтоне штата Огайо.
Со временем 

экспериментальные аэродинамические исследования становились более 
общими. Исходя из возможностей конкретных аэродинамических труб и 
существующего 
оборудования 
исследования 
приобретали 
местные 

особенности 
и
традиции. 
Поэтому 
исследования
по 
аэродинамике 

автомобиля в разных странах развивались по своему.

Повышенный 
интерес 
к 
аэродинамике 
легковых 
автомобилей 

проявился в начале ХХ столетия с ростом скоростей движения,
совершенствованием дорог, и непосредственно проявился в эволюции форм 
кузовов. При этом можно выделить три этапа, хотя четких границ по времени 
между этими этапами провести невозможно. На рис. 1.1 схематически 
показано развитие аэродинамических форм кузовов легковых автомобилей в 
разные годы. 

На первом этапе конструкторы автомобильных кузовов, не имея 

достаточного опыта аэродинамических исследований, заимствовали формы 
из других областей техники – из судостроения, авиации. Однако для 
автомобилей эти формы оказались непригодными. Если сделать легковой 
кузов с задней частью, подобной корме корабля, то на его верхней части и в 
области шасси остается большое количество выступающих деталей, и общий 
результат улучшения аэродинамики оказывается ничтожным. Характерные 
для авиации формы с сильно вытянутой хвостовой частью, также, мало 
пригодны для эксплуатации автомобиля в обычных условиях, они 
целесообразны для гоночных автомобилей. К автомобилям с кузовами 
удобообтекаемых форм следует отнести автомобили, построенные Женетти, 
Бергманом, Альфа-Ромео, Румплером и Яраем, появившиеся не столько в 
связи с изучением законов аэродинамики, сколько в результате чисто 

механического заимствования форм, используемых в снарядо-, корабле-, 
дирижабле- и самолетостроении. 

Исходные

Формы

1900-1930 гг.

1921-1923 гг.

Автомобили
обтекаемых

форм

1922- 1939 гг.

1934-1939 гг.

После 1955 г.

Формы,

полученные
оптимизацией

элементов

После 1974 г.

Рис. 1.1. Развитие аэродинамических форм легковых автомобилей: 

1 – торпеда; 2 – корпус корабля; 3 – дирижабль; 4 – форма Румплера; 5 – форма Бугатти; 6
– форма Джерея; 7 – форма Камма; 8 – форма Шлера; 9 – автомобиль Ситроен DS19; 10 –

автомобиль NSU; 11, 12 – типичные европейские автомобили 80-х годов

В Германии после первой мировой войны осталось мало самолетов, но 

было много бездействующего оборудования для их испытаний. В связи с 
этим немецкие исследователи переключились на исследования аэродинамики 
автомобилей и в этой области опередили других почти на десятилетие.

Первым в этом, вне сомнения, был Румплер (Rumpler). Этот известный 

авиаконструктор в 1921 г. представил автомобиль «Тропфенваген» 
(Tropfenwagen) с кузовом в форме капли и с двигателем, расположенным в 
задней части, т. е. в форме выпуклого крылового профиля, установленного на 
колесах (рис. 1.2). Основная идея, заложенная в конструкцию автомобиля 
Румплера, была основана на интуиции и на опыте самолетостроения. 

Румплер провел испытания этого автомобиля в Исследовательском бюро
Эйффеля (Eiffel) во Франции.

Рис. 1.2. Оригинальный автомобиль «Тропфенваген», построенный Румплером в 1921 г. и 

испытанный Клемперером

Он также сравнил свой автомобиль с другими автомобилями того 

времени (рис. 1.3).

Рис. 1.3. Схемы обтекания обычного автомобиля 20-х годов и автомобиля 

«Тропфенваген» Румплера

В 1922 г. Клемперер (Klemperer) испытал модель туристического 

автомобиля 
Румплера, 
выполненного 
с 
открытым 
верхом, 
в 

аэродинамической 
трубе 
самолетостроительного 
завода 
«Цеппелин»