Аэродинамика Tesla Cybertruck. Мой ответ

Да-да, всем уже набило оскомину обсуждение Сайбертрака. Казалось бы, сказано уже дофига и больше - мемасики мчатся по миру, во всех новостях сказали, споры об аэродинамике не утихают. Вот об этом как раз подробнее и поговорим. В посте Аэродинамика Cybertruck'a были показаны некоторые красивые картинки (статья в том посте переводная, вот оригинал: https://ww.electrek.co/2019/11/25/tesla-cybertruck-aerodynam...), а ответов на главные вопросы так и не последовало: норм или нет? какой коэффициент сопротивления? лобовуху зальет грязью?

У меня на работе вышел свободный вечерок от заказов на исследования, поэтому приподнимем завесу тайны и проведем собственное расследование. CFD-расследование.

Итак, что нам известно?

Автор статьи не имел на руках модели, а только фотокарточки новой чудо-машины Маска, поэтому, разумеется, на точный расчет надеяться не стоит. Нам же повезло куда больше! У нас есть полноценная 3d-модель новинки, которая, кстати говоря, уже сутки лежит в открытом доступе. Единственное, что я заменил в модели - колеса, у исходника были крутые резные, но нам это не так надо, как скорость расчета.

Расчехляем CFD-пакет

Чаще всего моделирование аэродинамики проводят не разгоняя модель автомобиля, а обдувая его потоком с определенной скоростью. В нашем случае на автомобиль набегает поток со скоростью 29,09 м/с, что соответствует 65 миль/час (как в статье). На картинке ниже мы видим распределение скоростей в сечениях расчетной области.

По-сути, сопротивление в большей степени как раз создает некоторое разряжение в задней части автомобиля, как бы "затягивая" его обратно. У исследуемого образца эта зона достаточно большая.

А вот так поток распределяется по поверхности автомобиля:

Максимальная скорость потока при этом, при отрыве с кромок не превышает 44 м/с, что соответствует 98 миль/ч, хотя в статье приводится максимальная скорость 88 миль/ч. Разница, как видите, имеется, что, несомненно обусловлено разницей в моделях, и, вероятно, точностью расчетов.

Лобовое сопротивление

Для расчета лобового сопротивления нам необходимы: сила, действующая на тело со стороны потока, скорость потока (29,09 м/с), плотность среды (берем 1,225 м3/кг для воздуха), и т.н. лобовая площадь, под которой понимают площадь наибольшего вертикального среза, т.е контура фронтальной поверхности. Для нашего случая проецируя контур на плоскость получаем ~4,17 м2:

При этом, на автомобиль действует сила лобового сопротивления, численно равная ~1200 Н, что позволяет нам рассчитать коэффициент лобового сопротивления из этой формулы:

И...... ответ Cx ~ 0.55. Ну и что нам это даёт, спросите вы? Об этом ниже.

Ответы на вопросы

Итак, мы подобрались к самому интересному и неоднозначному: к трактовке результатов.

1) Какой коэффициент сопротивления? Ответ: по результатам CFD-исследования Cx ~ 0.55, без учета боковых зеркал (будут ли они вообще?). Нормально ли это? Много или мало? Для этого имеет смысл провести сравнение с чем-то.

Вот, например, коэффициенты лобового сопротивления для наших отечественных автомобилей и зарубежной классики (данные взяты тут и тут):

Mercedes-Benz G-класса (Гелик по-нашему), имеет коэффициент Сх = 0,54

Hummer H2: коэффициент Сх = 0,57

Tesla Model S, Tesla Model X, Hyundai Sonata Hybrid, Mercedes C-класса, Toyota Prius: коэффициент Сх = 0,24

Небольшое дополнение, для сравнения коэффициентов лобового сопротивления в сходном классе:

У Ram 1500 c однорядной кабиной Regular Cab и задним приводом, коэффициент аэродинамического сопротивления (Cx) равен 0,360. Для Chevrolet Silverado Crew Cab 2014 модельного года этот коэффициент составляет 0,410, для Ford F-150 12 поколения он равен приблизительно 0,400 (результаты независимых измерений), для заднеприводных пикапов Toyota Tundra Cx =0,370, для полноприводных 0,380.

2) Так норм или нет?

Ну, похуже Оки, на уровне УАЗ 31-60 и Гелика, но лучше остального в весовой категории :-) А если серьезно, то для легкового автомобиля большеват коэффициент (обычно он на уровне 0.2-0.5), а для грузового вполне себе норм (0.5-0.9), каким он и позиционируется.

3) Лобовуху зальёт грязью? Ну, судя по распределениям скоростей, вихрей, которые бы возвращали поток обратно нет, поэтому если и зальет, то только из-за впереди едущих и дождя :-)

На вопросы, которые чаще всего касались аэродинамики (в постах про сайбертрак) вроде ответил. Задавайте свои, придумаем что-нибудь.

Словарик:

CFD - методы вычислительной гидродинамики.

P.S. Я тут год назад давал обещание, что сравню аэродинамику двух тачек... Постараюсь все-таки выполнить обещание. Я честно помню.

На связи был солдат отряда вычислительной гидродинамики и теплообмена, ZaokskiyKENT.