[Из песочницы] Зачем нам «хвостатые» автомобили?

В последнее время все чаще можно встретить концепты с активной аэродинамикой. На реальных автомобилях используют активные спойлеры, и антикрыло с изменяемым углом атаки. Все разработки, реализованные в «металле» настоящих автомобилей, используются для улучшения управляемости, и прижимной силы.

Экономию топлива за счет активного изменения формы машины пока можно встретить только на концептах вроде Renault EOLAB, и Mersedes Benz IAA.

Развитие «активной аэродинамики», впрочем, не ограничивается легковыми автомобилями.

Например, устройство Trailer Tail («хвост» полуприцепа) фирмы ATDynamics (США) уже используют более 12 тысяч автопоездов.

Фактически это набор обтекателей для установки на заднем борту стандартного полуприцепа. Его монтаж в условиях АТП занимает не более часа для любого прицепа. На стоянке или перед погрузкой-разгрузкой груза «хвост» складывается за несколько минут без использования какого -либо инструмента, и фиксируется. При наезде сзади на полуприцеп панели «хвоста» легко деформируются, а затем так же легко восстанавливают форму, так как изготовлены из композита с о спец. свойствами.

Иной подход к решению проблемы срыва потока и турбулентности сзади полуприцепа применили в фирме ATS (Aerodynamic Trailer Systems, USA).

Они использовали надувную конструкцию «хвоста» — спойлер SmartTrail (имеющий электронное управление), который автоматически разворачивается или складывается во время движения автопоезда.

Устройство состоит из:

• Надувного спойлера, стеганные лепестки которого выполнены из очень гибкого термопластичного композита, и верхнего полимерного покрытия. Такая конструкция гарантирует герметичность и хорошую аэродинамику, а также легкость очистки и сопротивление налипанию снега (и образования ледяной корки).
• Два воздушных насоса (один для наддува «хвоста», а другой для откачки воздуха). Работают насосы автоматически в зависимости от скорости автопоезда.
• Система управления (бортовой микрокомпьютер) с GPS. Функции данной системы – регулирование работы «хвоста» в зависимости от скорости движения и полное сворачивание для открывания дверей полуприцепа. Система учитывает так же высоту над уровнем моря, температуру окружающего воздуха, скорость, и направление ветра.

Масса всего устройства составляет 59 кг. ширина 500… 610 мм.

Преимущества от спойлера SmartTrail такие:

• 4…7% экономии топлива
• автоматически сжимается при движении задним ходом, не влияя на длину автопоезда в стесненных условиях парковки
• не требует постоянного технического обслуживания, так как отсутствуют движущиеся механические части, подверженные воздействию дождя, снега и льда.

Помимо «хвостов» в Грузовой и Автобусной технике часто применяются спойлеры, и различные накладки с основной целью – экономия топлива. Все-таки при огромных объемах перевозок «зализанный» кирпич даже при нескольких процентах экономии приносит ощутимую финансовую выгоду.

У легковых автомобилей тема «активности» сейчас только набирает обороты. Очень интересен тут пример Mersedes Benz IAA.

Про «активные» колпаки колес многие наверно слышали раньше (даже был патент на такую конструкцию при СССР, но там была простейшая конструкция, в основном для лучшего охлаждения тормозов). Другие элементы тут уже имеют более современную «историю». Концепт IAA имеет два режима состояния автомобиля: «дизайн-режим» и «аэродинамический режим». Второй режим позволял снижать коэффициент лобового сопротивления (Сх) от 0.25 до 0.19. При движении после достижения 80 км/ч предусмотрен автоматический переход в аэродинамический режим.

Хвост в аэро-режиме выдвигается на 390 мм, и состоит из восьми специальных щитков.

На сегодняшний день предпринимаются попытки аналогичной доработки автомобилей своими руками. Например – Дарен Косгороув (Darin Cosgrove), провел простейший эксперимент на своем Pontiac Firefly. Он приделал к нему своеобразный хвост, по слухам сделанный в основном из скотча и картона, длинной в 137 см.

Результат «тюнинга» был хорошим – Сх упал с 0.34 до 0.23, а расход на скорости 90 км/ч упал на 15%. Для доказательства таких цифр экспериментатор проехал три отрезка по схеме А-В-А (с хвостом, без него и снова с ним). Тест совпал с расчетом, с учетом погрешности на температуру и ветер на этих отрезках, таким образом было доказано, что наличие удлиненной задней части может повысить аэродинамику. К слову похожие исследования проводились еще в 50-х, но там из-за плохой аэродинамики передней части автомобиля эффект не всегда был большим.

Дальше на сайте были и другие «самоделки» с большим потенциалом, но сомнительной практичностью. «Хвосты» для пикапов, и других машин.

Был подобный «хвостатый» тюнинг и у концептов СССР!

Газ-А-Аэро (1934 г)

Этот автомобиль бывший ГАЗ-А, переделанный Алексеем Никитиным с максимально возможным приближением к идеальной форме – капле жидкости. Результат его работы был впечатляющим – коэффициент лобового сопротивления(Сх) снизился в 2 раза, в сравнении с оригинальным ГАЗ А. Максимальная скорость так же выросла до 106 км/ч.

Далее были аэродинамические «ракеты» на базе «Победы».

ГАЗ-СГ1

Авиатор Алексей Смолин создал в 50-х на базе ГАЗ М20 «Победа» рекордную машину. Крыша была занижена, а спереди и сзади появились обтекатели из дюраля. Колеса получили щитки, а «хвост» был вытянут в конус. Кроме того, был доработан мотор, а днище закрыто гладким поддоном. Машина могла развивать уже 190 км/ч!

Далее был уже максимально безумный проект Газ Торпедо. Тут уже идея каплеобразности была доведена до максимума.

В наше время частичным примером возрождения увлечений обтекаемыми машинами можно считать «Биодизайн» 90-х, и некоторые современные аналоги специфических концептов.

В общем идея хвоста уже довольно «бородатая», и возможно скоро снова переживет ренессанс. Все-таки, современные тенденции к увеличению продаж кроссоверов и микрокаров просто не оставляют выбора в сфере улучшения аэродинамики, ведь важный элемент, определяющий аэродинамику автомобиля – задняя часть кузова. Тут счет идет не на сотые, а десятые доли Сх.

Увлечение хетчбеками и лифтбеками немного улучшило ситуацию, но в плане максимального использования пространства лучше формы универсала нет, но именно эта форма значительно хуже в аэродинамическом смысле. За машиной при таком форм-факторе образуется большая зона разряжения, увеличивающая сопротивление движению. Так же в зону турбулентности засасывается много грязи, загрязняющей заднее стекло.

«Хвост» на универсале вполне может решить эти проблемы, и принести дополнительную пользу.

Дело в том, что в России, и тех же США – Канаде много длинных прямых участков дорог за 200-400 км, где установка «хвоста» скорее всего не будет проблемой для остальных участников движения. Таким образом пристроив к машине этот аэродинамический элемент перед дальней долгой дорогой можно было бы неплохо экономить топливо(энергию). Если учесть опыт грузовых аэродинамических элементов, то подобные конструкции вполне могли бы быть частично надувными (чтобы занимать минимум пространства в сложенном состоянии).

Учитывая, что наибольший эффект будет достигнут с помощью хвоста, по длине большей длины самого автомобиля, то как вариант решения проблемы логично будет использовать дополнительную точку опоры для хвоста (прицеп), а раскладывание «хвоста» вполне может быть телескопическим.

Тут даже есть оригинальные примеры…

Электромобиль с изменяемой площадью солнечной панели от Муханова Александра Леонидовича (Номер патента 2053142).

Солнечная панель в процессе движения удлиняется по принципу телескопической раскладушки. На поворотах и некоторых режимах движения длина минимальная, в движении на трассе и длительных стоянках — длина максимальная.

Так как это устройство будет нужно только для улучшения аэродинамики, то амортизация вполне может быть электронно-управляемая.

В условиях города при сложенном состоянии хвоста он будет занимать столько же места, как и обычный прицеп, а при дальнейших доработках может и меньше.

Пример — концепт Dock+Go с несколькими версиями модулей-прицепов.

Разумеется, при массовом использовании подобных конструкций возникнут вопросы законодательного характера. Максимальную длину «хвоста» на автомобилях различного класса надо будет ограничивать, чтобы обгон таких машин не был проблемой, но скорее всего при «активном» изменении длины в движении это будет касаться лишь отдельных участков дороги, и определенных дорожных условий в процессе передвижения.

Пассивная безопасность от такого устройства так же выиграет, так как при наезде сзади при выдвинутом «хвосте» зона смятия будет в разы больше (как правило инерцию удара сзади, в отличии от удара спереди, равноценно уменьшить практически невозможно).

Обзор сзади же вполне может заменить хорошая камера заднего вида (что будет гораздо надежнее и лучше огромного стекла, которое нужно прогревать, и протирать-мыть дворником). Даже возможный недостаток в виде повышенной парусности можно частично нивелировать за счет сопротивления поддерживающих колес «хвоста», так как без них разворачивающий момент будет серьезной проблемой при боковом ветре.

P.S. – Думаю что с временем подобные конструкции перейдут из разряда «самоделок» в вполне стандартный элемент тюнинга (как это было в свое время с спойлерами, антикрыльями и обвесами), а пока от автопроизводителей есть только патенты.

Так в США зарегистрирован патент от Toyota на странную конструкцию телескопического устройства для повышения аэродинамической эффективности автомобиля.

Патент был впервые подан в TEMA, подразделением исследований и разработок Toyota в Северной Америке, еще в 2016 году, но был опубликован только в 2018! Он описывает сплющенный телескопический механизм уменьшения сопротивления воздуха, который уменьшил бы аэродинамическое сопротивление воздуху.