Сопротивляемость воздуха
В Советском Союзе принцип аэродинамики автомобилей стали серьезно изучать еще на заре отечественной автомобильной промышленности — в середине 1930-х годов. Тогда был построен уникальный образец для ходовых испытаний ГАЗ-А-Аэро
В начале прошлого века конструкция автомобилей развивалась стремительно. Инженеры бились над тем, чтобы машины ездили дальше, быстрее, шел поиск решений повышения управляемости. Максимальные скорости росли и уже к тридцатым годам приближались к 100 км/ч, а зачастую и превышали их. А вот подходы к созданию кузова оставались практически неизменными, унаследовавшими многое от карет, где присутствовали выступающие крылья, отдельно стоящие фонари, плоская лобовая проекция.
Такая конструкция явно не была приспособлена к высоким скоростям. Машины могли разгоняться до 40 км/ч по идеальной дороге. Но по большей части ездили не быстрее 10 км/ч, а в городах и того медленнее. Высоким скоростям не способствовали ухабы, все дороги были грунтовыми. В тридцатые годы прошлого века в Европе начали активно заниматься строительством автомобильных магистралей с твердым покрытием. Вспомните Германию тридцатых, постройка автобанов являлась практически национальным проектом. Так что дороги строились и уже позволяли перемещаться с большими скоростями, но этого не происходило. Для увеличения максимальной скорости поднимали мощность моторов, их делали многоцилиндровыми, повышая рабочий объем. Машины становились больше, тяжелее, прожорливее.
Вспомните автомобили тридцатых годов, отличавшиеся длинными капотами. Дело в том, что под ними стояли рядные шести-, двенадцати-, а то и шестнадцатицилиндровые двигатели. Но, несмотря на увеличение мощности, скорость росла незначительно. Зачастую у производителей заказывалось только шасси, на которое уже потом крепился кузов, сделанный по заказу в одном из «кузовных ателье». Эти ателье раньше изготавливали кареты и только потом стали выпускать кузова для авто (потому типы автомобильных кузовов до сих пор называются фаэтон, ландо, кабриолет).
Строители карет не задумывались о сопротивлении воздуха, для конных экипажей это не являлось важным фактором. Однако при проектировании автомобильных кузовов ситуация была иной. Требовалось учитывать, что сила сопротивления воздуха увеличивается пропорционально квадрату скорости. То есть чем быстрее мы едем, тем сильнее сопротивление среды. А потому решить проблему только увеличением мощности мотора не получалось. К тому же движение на высоких скоростях приводило к огромному расходу топлива. Это первое, что мешало ездить машинам быстрее. Второе: при достижении высокой скорости поток воздуха, попадавший под днище машины, создавал подъемную силу, которая уменьшала вес машины и ухудшала сцепление с дорогой. То есть машина теряла управление. Все эти факторы заставили задуматься об изменении конструкции кузова.
Идеи, как говорят, витают в воздухе, и работы по созданию автомобильного кузова с уменьшенным коэффициентом лобового сопротивления начались во многих странах — в США, Германии, Чехии, Франции и многих других. Например, в исследовательских центрах Германии машины начали продувать в аэродинамической трубе.
В СССР к исследованиям по изучению аэродинамики кузовов автомобилей приступили в 1934 году. Их целью было улучшение ходовых показателей и уменьшение расхода топлива за счет снижения коэффициента аэродинамического сопротивления (Сх).
Вести эти работы поручили автомобильной кафедре Военной академии механизации и моторизации Красной Армии (ВАММ РККА). Непосредственно проектом руководил молодой инженер Алексей Осипович Никитин. Он родился в 1903 году в крестьянской семье, окончив школу, поступил в Московский механический институт на автомобильное отделение моторно-транспортного факультета, стал инженером-механиком. Важным для Никитина было открытие Военной академии механизации и моторизации РККА в 1932 году, где он и стал работать на автомобильной кафедре.
Теоретическая часть проекта началась с создания нескольких макетов кузовов в масштабе 1:10. Было понятно, что надо избавиться от всех выступающих деталей кузова, убрать все плоские поверхности лобовой проекции, уменьшить поток воздуха под машиной. Идеальной тогда казалась форма капли. И макеты делались, исходя их этих предположений. Но любая теория проверяется на практике. Для этого все макеты начали продувать в аэродинамической трубе лаборатории имени профессора Жуковского в МАИ.
По итогам таких исследований был выбран и доработан один из макетов с учетом технологических возможностей и условий эксплуатации. Так, пришлось отказаться от длинного заднего спуска кузова, который обеспечивал плавность схождения воздушного потока без завихрений, но значительно удлинял автомобиль и ухудшал маневренность. Для постройки прототипа за основу взяли легковой автомобиль ГАЗ-А, выпускаемый на Горьковском автозаводе. По сути, выбора и не было, ГАЗ-А являлся единственным легковым автомобилем, выпускаемым в то время серийно.
В том же 1934 году ВАММ совместно с экспериментальным цехом ГАЗа построил образец для ходовых испытаний. Машина создавалась на шасси ГАЗ-А, которое пришлось модифицировать для получения ощутимого снижения сопротивления воздуха. По расчетам, кузов не должен был превышать 1700 мм. Поскольку машину делали на агрегатах ГАЗ, ей присвоили название ГАЗ-А-Аэро. Во время испытаний показатели прототипа сравнивали с серийной машиной ГАЗ-А.
От ГАЗ-А взяли раму, подвеску, трехступенчатую коробку передач, рулевой механизм, тормозную систему, радиатор, электросистему. Что касается моторов, то их было несколько — штатный, объемом 3285 см³ мощностью 40 л.с., и форсированный до 48 л.с. Мощность двигателя удалось повысить за счет увеличения степени сжатия с 4,15 до 5,45 единицы, головку блока цилиндров изготовили из алюминия, что снизило вес агрегата. Кузов выполнили из металлических листов, крепящихся к деревянному основанию, каркасу. В то время это считалось нормальным, ведь кузов не был несущим. Для уменьшения коэффициента сопротивления воздуха фары убрали в крылья. Если посмотреть на их форму, то сразу видно, что они выполнены в виде капли: задние крылья той же формы, но закрытые, передние — с вырезами для поворота колес. Такая форма крыльев привела к тому, что пришлось отказаться от задних дверей.
Решетка радиатора была установлена под углом (лобовое стекло тоже наклонено под углом 45 градусов) и получила вместо плоской V-образную конфигурацию. Исчезли подножки и даже замки капота. Прототип имел длину 4970 мм, ширина осталась на уровне базовой машины — 1710 мм, высота — 1700 мм. Снаряженная масса составляла 1270 кг, что на 200 кг больше, чем у ГАЗ-А. Наконец, показатель сопротивления воздуха Сх достиг 0,207 — на 48% лучше показателей серийного ГАЗ-А. Что это дало на практике?
Ходовые испытания показали, что максимальная скорость у такого автомобиля увеличилась до 100 км/ч (до 106 км/ч с форсированным двигателем) и выросла почти на 20%. Для сравнения, ГАЗ-А разгонялся только до 82 км/ч. Далее: разгон до 70 км/ч составлял 27,5 с, что на 8 с быстрее серийной машины.
Испытания в городских условиях, где скорость не превышала 30 км/ч, явных преимуществ обтекаемого кузова не выявила, но при движении по трассе со скоростью 50 км/ч экономия топлива составляла 12%. А на скорости 80 км/ч она уже достигала 26,2%.
Таким образом, после испытаний был сделан вывод, что обтекаемая форма кузова может значительно улучшить эксплуатационные показатели даже у морально устаревшего автомобиля. Если внимательно всмотреться в формы послевоенных машин горьковского завода, можно заметить, что исследования не прошли даром. На многих из них использовали идеи Никитина — наклонные ветровые стекла, плавные очертания кузова, интегрированные в крылья фары, утопленные ручки и многое другое. При жизни А.О. Никитина его разработки были оценены должным образом, конструктора наградили автомобилем Ford. «Автодор» СССР 13 марта 1935 года в связи с перспективностью изучения аэродинамики автомобилей выделил на работы 2000 рублей. Эти работы велись до 1941 года. Ну а ГАЗ-А-Аэро был передан Автомобильному совету для изучения. Его дальнейшая судьба, увы, неизвестна.
