Диффузор (автомобильный) - Diffuser (automotive)

Вверху: вид сбоку; красные круги обозначают переднюю воздушную заслонку / сплиттер и задний диффузор. Внизу: сзади.

В автомобильном контексте диффузор представляет собой профилированную часть задней части автомобиля, которая улучшает аэродинамические свойства автомобиля за счет усиления перехода между высокоскоростным воздушным потоком под автомобилем и гораздо более медленным набегающим потоком воздуха в окружающей атмосфере . Он работает, обеспечивая пространство для замедления и расширения воздушного потока под днищем (по объему, поскольку плотность считается постоянной при скоростях движения автомобилей), так что он не вызывает чрезмерного разделения потока и сопротивления , обеспечивая степень " wake infill "или, точнее, восстановление давления . Сам диффузор ускоряет поток перед собой, что помогает создавать прижимную силу . Это достигается за счет изменения скорости воздуха, проходящего под диффузором, за счет придания ему переднего угла, который, в свою очередь, вызывает изменение давления и, следовательно, увеличивает прижимную силу .

Обзор

Когда используется диффузор, воздух втекает в днище автомобиля спереди, ускоряется и снижает давление . На переходе плоского дна и диффузора есть пик всасывания. Этот переход находится там, где обычно находится самое низкое давление, и называется горловиной диффузора. Затем диффузор возвращает этот высокоскоростной воздух обратно к нормальной скорости, а также помогает заполнить пространство позади автомобиля, делая всю нижнюю часть кузова более эффективным устройством для создания прижимной силы за счет уменьшения сопротивления автомобиля. Диффузор также передает восходящий импульс воздуху, что еще больше увеличивает прижимную силу.

Задняя или передняя кромка диффузора может иметь выступ - точный небольшой выступ, выступ или крыло для улучшения его характеристик.

Работа (задний диффузор)

В кормовой части днища автомобиля обычно располагается задний диффузор. Он работает, увеличивая скорость воздушного потока под автомобилем. На выходе из диффузора воздушный поток имеет такое же давление и скорость, что и окружающий, поскольку его геометрия расширяет заднюю часть, выходная площадь намного больше, чем входная, поэтому для сохранения принципа массы воздушный поток будет иметь гораздо большая скорость на входе в диффузор и, как следствие, на днище автомобиля в целом. Следствием увеличения скорости потока является снижение давления по принципу Бернулли . Поскольку давление под кабиной ниже, чем сбоку и над кабиной, при правильной реализации создается прижимная сила.

Также существуют передние диффузоры (особенно на прототипах Ле-Мана или подобных автомобилях); однако они создают прижимную силу исключительно за счет обмена импульсом с воздухом, так как впереди им нечего двигать. Плохо спроектированный передний диффузор может создать область низкого давления по направлению к передней части автомобиля, что замедлит поток воздуха позади него и снизит эффективность остальной части днища. Передние диффузоры обычно направляют воздух от автомобиля, чтобы он не влиял на остальную часть днища. Воздух может быть выпущен через канал или выброшен возле передних колес.

Впрыскивание выхлопных газов в задний диффузор также может помочь удалить воздух из-под автомобиля. Выхлопные газы эффективно активизируют пограничный слой, помогая поднять давление быстро движущегося воздушного потока низкого давления обратно до атмосферного давления на выходе из диффузора. Этот быстро движущийся воздух помогает быстрее откачать воздух из диффузора, что помогает снизить давление в нижней части кузова. Однако это делает диффузор довольно чувствительным к оборотам двигателя. Когда водитель поднимает дроссельную заслонку , поток выхлопных газов значительно уменьшается, что делает диффузор менее эффективным и лишает автомобиль прижимной силы. Таким образом, это отрицательно сказывается на управляемости.

Кузов автомобиля также взаимодействует с потоком через диффузор. Помимо создания прижимной силы, переднее крыло и носовая часть пытаются поддерживать «чистый воздух», циркулирующий вокруг автомобиля и, что более важно, под ним. Чистый воздух под автомобилем предотвращает отрыв потока в диффузоре, который серьезно ухудшит его рабочие характеристики. Заднее крыло также влияет на диффузор. Когда крыло установлено низко и близко к диффузору, низкое давление под крылом помогает всасывать воздух через диффузор. В автомобилях, таких как Toyota Eagle MkIII и Jaguar XJR-14, для усиления этого эффекта использовались двухъярусные крылья. Один профиль был установлен высоко, чтобы попасть в относительно чистый воздух. Другой профиль был установлен почти заподлицо с кузовом позади шасси. Профиль этого крыла используется для приведения в действие диффузора, создавая зону низкого давления, которая помогает отводить воздух от днища. По словам Хиро Фухимори, специалиста по аэродинамике проекта Toyota Eagle MkIII , это двухплоскостное крыло давало на 18% больше прижимной силы при таком же лобовом сопротивлении, как и обычное крыло. И наоборот, равные уровни прижимной силы могут быть достигнуты для значительного снижения лобового сопротивления с этим крылом "Red Baron".

Многопалубные диффузоры

В 2009 году сетка Формулы-1 была охвачена противоречиями. Виновником был так называемый двухэтажный диффузор, который сначала представили Brawn GP , WilliamsF1 и Toyota Racing , но позже стали использовать все команды. Эти три команды использовали лазейку в правилах, позволявшую увеличить объем диффузора. Правила гласят, что диффузор должен начинаться в точке, совпадающей с центральной линией задних колес. Отверстие позволяло делать отверстия в днище, перпендикулярные плоскости отсчета (не видимые как отверстие, если смотреть прямо сверху), которые питали канал диффузора, который находился над основным диффузором. По словам Майка Гаскойна, это значительно увеличило доступную прижимную силу и стоило примерно полсекунды за круг . Команды решили снова разрешить использование двухъярусных диффузоров в 2010 году. Однако в 2011 году Техническая рабочая группа Формулы 1 решила запретить использование многоярусных диффузоров.

Разветвители

Порше RS Spyder Эво использует передний сплиттер в сочетании с плоскостями погружения

Поскольку передняя часть автомобиля замедляет движение воздуха без диффузора, это идеальное место для воздухозаборника. Здесь обычно используется сплиттер , служащий для увеличения прижимной силы в передней части автомобиля. Воздушный поток останавливается над разделителем воздушной заслонкой, создавая зону высокого давления. Под разделителем воздух перенаправляется из зоны застоя и ускоряется, в результате чего давление падает. Это в сочетании с высоким давлением на сплиттер создает прижимную силу. Чем больше площадь сплиттера, тем больше создается прижимная сила. В большинстве гоночных автомобилей с закрытыми колесами нижняя часть сплиттера плавно соединяется с днищем, образуя одну большую плоскую поверхность, приводимую в движение задним диффузором. Некоторые гоночные автомобили, такие как Toyota GT-One , фактически используют дополнительный диффузор сразу за сплиттером, чтобы создать большую прижимную силу. Воздух, удаляемый этим диффузором, выходит через вентиляционные отверстия в боковых опорах или над кабиной кабины.

Примеры диффузоров и сплиттеров

Задний диффузор , выступающий снизу бампера на Chevrolet Corvette C6.R . Обратите внимание на полосы для выпрямления воздушного потока.
Двухэтажный диффузор автомобиля Формулы-1 ( Toyota TF109 ). Обратите внимание на каналы над основным рассеивателем по обе стороны от источника света.
Задний диффузор виден под номерным знаком на Porsche 918 Spyder .
Большой передний сплиттер под носом на Audi R10 TDI
Передний сплиттер виден под носом на Aston Martin DBR9
Передний сплиттер интегрирован в бампер Lotus Exige S .
Небольшой передний сплиттер под бампером Subaru Impreza WRX .
Двухъярусное заднее крыло с установленным нижним профилем для усиления воздушного потока через диффузор.
Разветвитель автомобиля NASCAR, вид спереди (белый)
Разветвитель автомобиля NASCAR, вид сбоку (белый)