Розігнати дев'ятку до 200 км/год – легко?.. І зменшити витрату!

Майже кожен день, прогортаючи бортжурнали різних автомобілів ВАЗ, янатикаюся на статті, де пишуть «завалив стрілку спідометра…», «розігнав до 200, міг би і більше, але КАМАЗ завадив…» або "...їхав нарівні з БМВ, по спідометру і по GPS було 205 ... ". Навітьне тільки в інтернеті, напевно, у кожного з нас є такі знайомі, якістверджують аналогічні речі. Результат суперечок з такими людьминайчастіше - втомлені від жестикуляції пальці. Щоб внести в розмовувагомі аргументи, пропоную провести наукове дослідження, якепідтвердить, а може й спростуватиме мою точку зору, асаме:максимальна швидкість ВАЗ 2108/2109 близько 150 км/ч. А як вивважаєте?
Пропонуємо написати цю статтю так, як вона була написана в кінцісімдесятих років, коли автомобіль ВАЗ 2108 був у стані розробки.Дляповноцінного відчуття тих років, всі зображення цьому матеріалібудуть чорно-білими і штучно зістареними. Повітря обмежуємаксимальну швидкість. Кажуть, що на швидкості 45 км/год сила опоруповітря стає відчутною, на фоні інших сил опору руху, а вже нашвидкості 60 км/год її величина більша від усіх сил опору разомузятих. Пропоную перевірити, як саме веде себе повітряний потік, щооминає автомобіль, і що ж не так з формою хетчбека? Орендуватиаеродинамічну трубу - недозволена розкіш, тому створимо аналогічнепродування машини, тільки на комп'ютері. Спочатку детальновідтворимо тривимірну модель автомобіля в конструкторськійпрограмі. Оскільки "дев'ятка" і "вісімка" мають однакові силуетикузова, а різниця лише в кількості дверей, немає принциповоїрізниці, яку з них створювати. Зупинимося на більш практичній ВАЗ2109. Двірники, решітка радіатора, протитуманні фари, елементипідвіски і силового агрегату, все це певною мірою впливає нааеродинаміку, і програма це нам покаже. Варто згадати, щорозрахунок проводиться для абсолютно готельного автомобіля, без«заниження» і без «підвально-спортивного» обважування. Перший разпродаємо автомобіль зі швидкістю 60 км/год . Запускаємо великукількість невагомих кульок у повітря і дивимося на характеробгинання:Як видно на малюнках, тривимірне уявлення повітряногопотоку важко сприймається людиною, далекому від аеродинаміки.Наочніше виглядатиме повітряний потік, що проходить рівнопосередині автомобіля:На малюнку чітко видно «зрив» потоку повітряіз задньої кромки даху. Цей зрив утворює під собою областьзниженого тиску, яка охоплює всю задню частину автомобіля. Черезнизький тиск, за «лядою» автомобіля утворюється завихрення, щозначно погіршує аеродинамічні характеристики автомобіля.Перетворюємо невагомі кульки у векторне уявлення швидкостіповітряних мас:На верхній частині малюнка видно, як передня частинаавтомобіля «грубо» розсікає повітря. Кут нахилу решітки радіатора іфар дуже слабкий, щоб плавно відкинути верхню частину потокуповітря. «Антикрило» на передньому бампері також не найкращевпливає на обтічність. До кута нахилу лобового скла претензійнемає, потік плавно перетікає з капота на прозору деталь. Однакрізкий перехід з лобового скла на дах як би зриває потік повітрявгору, тим самим створюючи повітряні обурення.
На нижній частині малюнка видно, як потоки повітря, а з ними пил ібруд, що йдуть з-під нижньої частини автомобіля, засмоктуються дозаднього скла, в зону низького тиску. Цим і пояснюється моментальнезасмічення заднього скла, на порятунок якого і покликаний заднійдвірник. Примітний той факт, що на Самарах перших років випуску буввідсутній задній двірник, хоча інженери спочатку знали пропроблему. . Для порівняння проведемо аналогію зі справжнімавтомобілем, що побував в аеродинамічній трубі, -картинки схожі.Скажу коментар, — комп'ютерна модель показує більшу кількістьточок, хоча ці точки комп'ютер вибирав сам, вважаючи їх«найцікавішими». Годину в дощову погоду, а краплі, що падають набічне скло, течуть не вниз, як це здається природним, а вгору, віддзеркала заднього виду до даху? Це явище походить від висхідногоприкордонного шару повітря, що прагне до верхньої частиниавтомобіля, в зону зниженого тиску, що чітко видно на малюнку.
Аналізуючи картину аеродинаміки, можна зробити простийвисновок:зустрічне повітря як би впирається в передню частинуавтомобіля, тим самим гальмуючи його, а в тому місці, де виходитьрозрідження, в районі дверцят багажника, повітря як пилососнамагається «засмоктати» автомобіль назад.
Далі було прийнято рішення провести розрахунок від 10 до 200км/год, з кроком 10 км, а результат зусилля повітря, і потужностівитрачається на його подолання, занесемо до таблиці.
Третій стовпець «Потужність, л.С.» показує необхідну кількістькінських сил, на подолання одного лише опору повітря, а четвертийстовпець враховує всі втрати, і показує необхідну кількістькінських сил у двигуна Як видно з таблиці, при швидкості 100км/год, витрачається всього лише 21 кінська сила, але призбільшенні швидкості вдвічі, кількість кінських сил зростає майже до156! Це тим, що сила опору повітря пропорційна квадрату швидкості, а потужність – її кубу. Для наочності переведемо числові значеннятаблиці на два графіки:Запчастини на фото:150160, 600400, 1000800Виходячи з розрахунків, — стандартний 1, 3 літровий двигун, потужністю 64 л .С. Дозволить розігнатися приблизно до 150 км/год, що підтверджує паспортні дані автомобіля.
На цих рядках половина читачів почнуть обурюватися, мовляв, «миспокійно розганяли і до ста вісімдесяти! ». З невеликої гірки, і здвигуном, розточеним під наступні ремонтні розміри, з карбюратором, відрегульованим подавати трохи багатшу суміш, ніж це було назаводі, за наявності шин низького опору коченню зі зношенимпротектором, при спідометрі, який може «брехати» у велику бік, алев міру належного (дивимося ГОСТ 1578-76, де за формулою можнавизначити допустиму похибку), - от і виходить ваші 180 км/год (реальні десь 155-160 км/год). Щоб розігнати до реальних 180 км/годрівною дорогою і на звичайних шинах автомобіль, необхідно матипотужність близько 114 к.С. Тут сперечатися марно — це чистаматематика, з якою не всі люди можуть порозумітися. Але що робити, якщо все-таки потрібно розігнатися на вашому автомобілі дошвидкості 200 км/год?
На мій погляд існує три можливі варіанти розігнати дітищерадянського автопрому до такої швидкості. Перший спосібнайскладніший - змінити форму кузова автомобіля, зробивши йогоеталоном обтічності, як скажімо у Lancia Stratos Zero 1970 випуску.Маленька площа поперечного перерізу і гладка, обтічна форма кузова, що не має різких переходів, дозволяє потоку повітря майже безтурбулентності обгинати автомобіль. Як видно переробляти доведетьсязанадто багато, особливо якщо врахувати, що висота автомобіляLancia всього 84 см, а двері у неї - лобове скло, що відкидаєтьсявгору.
Другий варіант - установка роторно-поршневого двигуна (рПД), розробленого на заводі ВАЗ. Ці двигуни мають зовсім іншуконструкцію, в якій немає звичних для нас поршнів та механізму ГРМ.Такі двигуни розвивали потужність близько 150 к.С., проте їхніймалий ресурс і висока витрата палива не дали масовості такимдвигунам. Дев'ятки з РПД випускалися дрібносерійно, протепотужності вистачало, щоб розігнати цю машину майже до 200 км/год.Третій варіант найпростіший, але найнебезпечніший:їхати впритул заавтомобілем у зоні зниженого тиску. Таким чином, автомобіль, що йдепопереду вас, розсікатиме повітря замість вас. Спосіб цілкомдосяжний у реальному житті, проте, попереду автомобіль, що йде, повинен бути набагато потужнішим, ніж ваш, і бажано якомога меншобтічний, щоб створити достатню область розрідження позаду себе.Дотого ж небезпека криється саме в безпосередній близькості цьогоавтомобіля, адже на таких швидкостях будь-який пісок на дорозістане такою перешкодою, що зможе різко знизити швидкість кілометрівна 20 на годину, створивши аварійну ситуацію вам, адже ймовірністьв'їхати в нього «дзьобом» свого автомобіля. Дуже велика.
Звичайно ж, жоден із способів не варто втілювати в життя, оскількивони всі незаконні:у першому та другому випадку – внесення змін доконструкції автомобіля, що без реєстрації в ДАІ є порушенням. Утретьому способі – відсутність необхідної дистанції, і як наслідокстворення аварійної ситуації.
Як видно за графіками, з підвищенням швидкості, зростає і споживанаавтомобілем потужність, а з ним і витрата палива. Виходить, щоповільніше їдеш, то економічніше. Але це не зовсім так… Але як тодівиходить, що при швидкості 90 км/год, витрата мінімальна? Пропонуюрозібратися!

Частина друга:Мінімальна витрата
Напевно, всі погодяться, що чим більша вага автомобіля, тим більшийу неї витрата. Наприклад, у середньостатистичної мікролітражкифірми «D» витрата за містом становить близько 5, 5 літра на стокілометрів, а великий позашляховик фірми «H», може не вписатисянавіть у 15 літрів. Це пояснюється тим, що менша маса автомобілясприяє меншим втратам, таким як тертя шин, тертя в коробкахпередач, меншим навантаженням на двигун при розгоні або їзді напідйом. Значить, якщо у вас з другом абсолютно однакові автомобілі, але з різним об'ємом двигуна (у вас, наприклад, 1, 2 літра, а вдруга якийсь атмосферний V8 на 4 літри), то витрата за містом маєбути однаковим. Але це не так, і зараз я спробую пояснити чому.
Трохи теорії. Будь-який автомобіль розрахований на певнідинамічні характеристики. Найдешевша малолітражка ніколи в житті незможе змагатися з автомобілем середнього класу, як максимальноюшвидкістю, так і розгоном. Двигуни з маленьким об'ємом завждипрацюють у більш «напружених» умовах, ніж двигуни з більшимоб'ємом, оскільки їхня потужність невелика, і їх доводиться частіше«викручувати». Але як би це не здавалося дивним, але саме нависоких оборотах (три-чотири тисячі оборотів за хвилину) з великимнавантаженням, питома витрата палива на кожну кінську силу будеменшою. Припустимо, що у Вас "дев'ятка", потужністю всього 64 к.С., а у Вашого друга така ж "дев'ятка", тільки її потужність близько120 к.С. Ви їдете з ним на швидкості 90 км/год. У Вас ця швидкістьбуде порівнянна із середнім натисканням на педаль газу, а у вашогодруга зі слабким, тому що споживана потужність у Вас становитиме, наприклад, третину потужності, а в друга — лише сьому (теоретично).При більш відкритому дроселі у Вас, циліндри будуть більш ефективнонаповнюватися, і як наслідок, Ваш двигун працюватиме на кращихрежимах, ніж у вашого друга, і Ваша витрата буде значно меншою.Подивимося на графік витрати палива, при різному відкриттідросельної заслінки у автомобіля ВАЗ 2109 (стосовно всіх обсягівдвигуна).

Запчастини на фото:55006000

Як видно, при маленькому відкритті дросельної заслінки, витратапалива на кожну кінську силу в годину буде максимальною. Більштого, мінімальна величина витрати палива на кожну кінську силу будепри повністю відкритій дросельній заслінці при оборотах рівних 4000(! ). При підвищенні оборотів, набирає чинності економайзер потужнихрежимів і еконостат, які як із відра ллють бензин у двигун, щоботримати, хоч на кілька кінських сил велику потужність. Саме томурозкручування двигуна вище 4000 недоцільно.
Оскільки на швидкості 90 км/год опір повітря досить великий, знизимося до 60 км/год. Двигун потужністю 64 л. Їхатиме на слабовідкритому дроселі, а двигун зі 120-ма конячками взагалі намінімально відкритому. Знову виграш у витраті за вашим двигуном.Здавалося б, двигун працює на гірших умовах, ніж за швидкості 90км/год, тим більше вже їдемо не на п'ятій «економічній», а начетвертій, отже, витрата має бути більшою, але це не так! Справа втому, що на швидкості 90 км/год двигун повинен видавати 16 к.С., ана швидкості 60 всього 6. Не дивлячись на те, що двигун працює вгірших умовах і споживання палива на одиницю потужності більше, різниця у потужності, що видається настільки велика, що робитьдоцільніше їхати саме з меншою швидкістю.
Звичайно, набагато ефективніше зробити двигун об'ємом півлітра, іїхати навіть на третій передачі. Потужності такого двигуна будемало, відкрита заслінка буде майже повністю, і автомобіль їхатимеще економічніше. Однак з таким двигуном неможливо буде розігнатисяшвидше, його потужності не вистачить для обгону або піднятися накруту гірку. До того ж ресурс такого двигуна буде набагато меншим, ніж вашого, а кількість шуму, що видається - нестерпно високим. Яквидно з графіка, мінімальна витрата бензину на дев'ятці становитьтрохи менше шести літрів на сто кілометрів, при їзді 55-60 км/год.На меншій швидкості двигун працює на дуже поганих режимах з низькоючастотою обертання колінчастого валу, а в циліндрах великі насоснівтрати. На швидкостях більше 60 км/год витрата починає зростати.П'ята передача приходить на допомогу лише за 90 км/год, тим самимзаощаджуючи бензин. Нижче 90 км/год використовувати п'ятунедоцільно. Більше того, п'ята передача поступається четвертою увсьому діапазоні швидкостей, - вона занадто довга, щоб двигун мігрозвинути максимальну потужність, а з нею і максимальну швидкість.Це і пояснює відсутність п'ятої передачі на перших «вісімках», оскільки її вплив на максимальну швидкість дорівнює нулю, а економіяспочатку здалася інженерам не суттєвою.
Суть не в числових значеннях графіка, у кожного з вас вони (значення) можуть відрізнятися в той чи інший бік, проте принципзалишається незмінним. Для підтвердження моїх розрахунків наведуприклад із журналу «АвтоРевю» вересень 2014 року, стор. 27, тамописувалися діаграми витрати бензину на різних автомобілях іззастосуванням різних октанових чисел та на різних швидкостях. Увсіх випадках витрата на 60 км/год завжди менша. Підсумок, скажуодну розумну річ, — автомобілі сімейства Самара і Жигулістворювалися. Для економії гаманця власника у всіх аспектах — відбензину до запчастин. Вони не ставили рекорди швидкості, чикомфортності, вони мали просто їхати. Може саме невибагливість, простота, і дешевизна цих автомобілів пояснює їх велику кількість, і до цього дня, на наших дорогах? . > https://megadriver.org/p342954-iak-rozignati-ziguli-do-200-kmgod-abo-vitrata-paliva-6-litriv-na-sotniu
Ставимо лайки, коментуємо, підписуємося, читаємо інші мої статті, атакож ділимося з тридверними друзями, оскільки стаття відноситьсятакож і до "вісімок".