Регистрация Войти
Вопрос

Каковы преимущества занижения автомобиля для участия в гонках

Опускание автомобиля влияет на многие аспекты, связанные с геометрией подвески и аэродинамикой. Я пытаюсь лучше разобраться в этих явлениях. Обратите внимание, что, хотя мой вопрос звучит как мнение, на самом деле я не это имел в виду. Я просто хотел описать, как я это понимаю, чтобы люди могли указать мне на ошибки в моём понимании и неверные предположения.


Во многих источниках в интернете говорится, что одна из основных причин занижения автомобиля — это снижение его центра тяжести относительно земли, что уменьшает крены кузова. Мне это кажется мифом, потому что, занижая автомобиль, вы влияете на геометрию подвески, смещая центр крена (ЦК) больше, чем центр тяжести (ЦТ). Поскольку сила, вызывающая крены кузова, должна преобразовываться в крутящий момент путём умножения расстояния между ЦК и ЦТ, то, увеличивая это расстояние, вы увеличиваете крены кузова. В этом смысле вы поступаете контрпродуктивно, занижая автомобиль и фактически увеличивая крены кузова в попытке их уменьшить. (Я намеренно не упоминаю более жёсткие пружины, которые используются для занижения автомобиля, просто потому, что это не лучшее оправдание для занижения: можно было бы использовать более жёсткие пружины, которые сохраняют ту же высоту дорожного просвета, или, что ещё лучше, более жёсткую стабилизирующую штангу).


Мой аргумент о том, что занижение центра тяжести не имеет смысла, основан на предположении, что центр крена не корректируется за счёт изменения геометрии подвески. Но даже если предположить, что вы внесли коррективы, скажем, с помощью проставок для рычагов подвески, вам всё равно было бы лучше просто поднять рычаг подвески, а не занижать автомобиль. Занижать автомобиль всё равно нет смысла. Крутящий момент, вызывающий крен кузова, не зависит от высоты автомобиля относительно земли и полностью зависит от расстояния между рычагом подвески и центром тяжести.


https://www.youtube.com/watch?v=Jgdpdtk3LSw


Итак, мой вопрос: зачем занижать гоночные автомобили?


Ещё один аргумент, который мы видим, — это аэродинамика. Когда я думаю об аэродинамике, я думаю о прижимной силе. Прижимная сила возникает из-за того, что давление сверху выше, чем снизу. Я также не могу понять, чем в этом смысле полезно занижение автомобиля. Если предположить, что у вашего автомобиля нет угла наклона (0 градусов между нижней плоскостью и дорогой) и что у вас нет заднего диффузора, то вы, безусловно, пропускаете меньшее количество воздуха через переднюю часть, уменьшая площадь, обращённую к воздуху, но при этом вы уменьшаете объём под автомобилем на тот же коэффициент ∆h (где ∆h — величина, на которую автомобиль был опущен). Исходя из этих рассуждений, я не понимаю, как давление под автомобилем может отличаться от давления над ним в результате опускания (в обоих случаях давление должно быть атмосферным).


Если вы используете задний диффузор, то я понимаю, как уменьшение объёма под ним может способствовать ещё большему снижению давления в диффузоре, тем самым создавая прижимную силу в задней части (поскольку увеличение объёма в диффузоре остаётся прежним, а общий объём под автомобилем уменьшается, то доля, на которую диффузор снижает давление воздуха по принципу Бернулли, увеличивается, а прижимная сила, возникающая из-за разницы давления сверху и снизу, возрастает).


Одна из аэродинамических причин, по которой гоночные автомобили занижают, — это уменьшение количества воздуха, попадающего в поперечное сечение шин и колёсных арок, что снижает сопротивление. Но является ли это единственной причиной или я многого не понимаю?
Авто и транспорт

Перевод вопроса с Mechanics Stack Exchange
Лицензия: CC BY-SA (2.5–4.0)
Оригинальный вопрос: https://mechanics.stackexchange.com/questions/92601/what-are-the-benefits-of-lowering-a-vehicle-for-racing
3
+ Читать

6 Комментариев

  1. Я думаю, что самый простой способ опровергнуть ваш первоначальный аргумент почему нужно опускать центр тяжести можно легко продемонстрировать с помощью одного простого утверждения. Если то, что вы предлагаете, верно, то почему бы не создать гоночные автомобили с центром тяжести (ЦТ) на высоте 10 футов? Причина проста: у вас не будет поперечной устойчивости. По мере опускания ЦТ устойчивость улучшается.


    Следует понимать, что CG и Roll Center (RC), хотя и имеют взаимосвязь, - это две разные вещи. Изменяя одно, вы не обязательно меняете другое.


    Две цитаты из книги «Настройся на победу»Кэрролла Смита (стр. 29–30):


    Центр тяжести:



    ЦЕНТР ТЯЖЕСТИ любого тела определяется как точка, вокруг которой, если бы тело было подвешено, все его части находились бы в равновесии, то есть не имели бы тенденции к вращению. Это трёхмерная точка равновесия гоночного автомобиля. Можно считать, что все силы ускорения, действующие на тело, проходят через центр тяжести этого тела. Мы хотим, чтобы центр тяжести нашего гоночного автомобиля был как можно ниже.



    Центр рулона:



    Центр крена системы подвески — это точка в поперечной плоскости осей, вокруг которой под действием центробежной силы будет крениться подрессоренная масса этого конца транспортного средства. Это своего рода точка геометрического равновесия. Это также точка, через которую на шасси воздействуют поперечные силы, передаваемые от контактных пятен шин.



    Центр тяжести измеряется геометрическими углами подвески, которые могут меняться в процессе эксплуатации автомобиля, поскольку геометрические углы подвески меняются в процессе эксплуатации. Центр тяжести не меняется в процессе эксплуатации автомобиля (если не учитывать такие мелочи, как перемещение водителя и жидкостей в автомобиле, которые могут оказывать некоторое влияние, но на самом деле очень незначительное).


    Я не совсем понимаю, что вы имеете в виду.



    Мой аргумент в пользу того, что центр тяжести находится ниже, основан на предположении, что центр крена не корректируется за счёт изменения геометрии подвески.



    Я говорю это потому, что управляемость автомобиля полностью зависит от геометрии подвески. От того, как настроена геометрия подвески, зависит управляемость автомобиля.


    Этот источник утверждает:



    При прохождении поворота на центр тяжести автомобиля действует центробежная сила, которая стремится вытолкнуть автомобиль за пределы поворота. Это приводит к тому, что центр тяжести вращается вокруг поперечного рычага. Поскольку поперечный рычаг находится ниже центра тяжести, сила, действующая при прохождении поворота, заставляет автомобиль вращаться в направлении, противоположном этой силе. Таким образом, автомобиль отклоняется за пределы поворота.



    и продолжает с:



    Когда рычаг подвески находится далеко от центра тяжести (нижняя часть рычага подвески), при прохождении поворотов центр тяжести оказывает большее воздействие на рычаг подвески, поэтому автомобиль сильнее кренится.




    Когда рычаг подвески находится ближе к центру тяжести (выше), при прохождении поворотов центр тяжести оказывает меньшее воздействие на рычаг подвески, поэтому автомобиль меньше кренится.




    Если бы центр тяжести находился прямо над рулевой колонкой, то при прохождении поворотов центр тяжести не оказывал бы давления на рулевую колонку, и автомобиль вообще не кренился бы.



    Учитывая это, вашей главной целью должно быть максимально низкое расположение центра тяжести, чтобы было проще разместить регулятор высоты как можно выше, при этом не нарушая геометрию.


    По вашему вопросу об аэродинамике и почему. Вы уже затрагивали вопрос "почему", поскольку чем меньше воздуха под автомобилем, тем лучше. Чем больше воздуха проходит под автомобилем, тем больше подъемной силы возникает у автомобиля. Чтобы бороться с этим, инженеры используют три основные вещи: передний сплиттер; аэродинамические панели под автомобилем; задний диффузор.


    Передний сплиттер рассекает набегающий поток воздуха. Часть воздуха, находящаяся над сплиттером, выталкивается вверх, наружу и обтекает автомобиль. Часть воздуха всё равно проходит под автомобилем, но без сплиттера по мере увеличения скорости автомобиля всё больше воздуха будет попадать под него. Чем больше воздуха, тем выше давление. Чем выше давление, тем больше подъёмная сила. Чем больше подъёмная сила, тем ниже устойчивость на скорости.


    Аэродинамические панели под днищем автомобиля уменьшают количество препятствий для воздуха, проходящего под автомобилем (то есть обеспечивают более плавное движение воздуха от передней части автомобиля к задней).


    Задний диффузор, как вы и предположили, помогает за счёт эффекта Вентури всасывать воздух, находящийся под автомобилем, и быстрее выбрасывать его позади транспортного средства. Это создаёт эффект вакуума под автомобилем, который прижимает его к дороге. (Примечание: под «вакуумом» я подразумеваю нечто меньшее, чем давление окружающего воздуха.) Представьте себе площадь поверхности под автомобилем. Теперь представьте себе вакуум, который притягивает всю эту поверхность вниз. Допустим, если бы вы могли получить 1 фунт на квадратный дюйм площади, это легко могло бы привести к сотням фунтов прижимной силы.


    При опускании автомобиля количество воздуха, которое может попасть под автомобиль, уменьшается. Дефлектор обеспечивает первоначальный надрез, но при опускании автомобиля под него попадает меньше воздуха, что снижает сопротивление и позволяет автомобилю легче проходить повороты.
  1. Похоже, существует ошибочное мнение, что занижение автомобиля минимизирует крены кузова. Этого можно добиться, уменьшив расстояние между рулевым управлением и центром тяжести. Теоретически это расстояние не зависит от высоты автомобиля, поэтому автомобиль МОЖЕТ находиться в воздухе на высоте 10 футов и при этом иметь небольшой крен кузова, но в этом случае эффект «подъёма» будет огромным. Эффект «подъёма» — это отдельная история, связанная с положением рулевого управления относительно земли. Посмотрите эту статью: racecar-engineering.com/tech-explained/… И эту: racingaspirations.com/suspension-jacking-forces
  1. @EmilePapillon-Corbeil — Согласен, в этом ты прав... Я спишу свою оплошность на затуманенный мозг :о) Я неправильно на это посмотрел.
  1. @Pᴀᴜʟsᴛᴇʀ2 Если вы опустите его с помощью пружин, вы толкнёте его вниз. Подумайте вот о чём: если вы приблизите поворотный кулак к кузову (верхней части колёсной арки), не меняя места крепления рычагов подвески к подрамнику, рычаги подвески будут направлены больше «вниз», точка схождения рычагов подвески (мгновенный центр) будет ниже, как и линия, соединяющая мгновенный центр с пятном контакта (центр крена). Вы можете посмотреть видео на YouTube, которое я прикрепил к своему вопросу, чтобы убедиться в этом.
  1. На самом деле, если вы установите заниженные пружины, я полагаю (не проверял, правда ли это), что вы фактически измените геометрию подвески, чтобы приподнять радиоуправляемую модель.
  1. Спасибо. Я имел в виду, что «моя критика аргумента о нижнем центре тяжести основана на предположении, что ваш центр крена не корректируется за счёт изменения геометрии подвески». Это было похоже на «при прочих равных», если бы вы только опустили автомобиль, установив более короткие пружины, но не изменили геометрию иным образом, чтобы поднять центр крена. Из-за более коротких пружин рычаги будут направлены вниз, что приведёт к снижению центра крена и его смещению относительно исходного положения.
Вы уже ответили на этот вопрос