Статья с канала «DL24 | История авто» на яндекс-дзене.
В научно-популярных публикациях в качестве одного из главных преимуществ «Победы» часто называлась хорошая аэродинамика её кузова. Такое высказывание не является ложным само по себе, но его нужно рассматривать в общем контексте эпохи этого автомобиля. А вот растиражированные в прошлом и до сих пор повторяемые в Интернете значения его коэффициента аэродинамического сопротивления (Сх) в районе 0,3 — в наше время уже можно воспринимать как устаревшие сведения.
О спортивных вариантах «Победы» ещё будет ниже по тексту
Сразу сделаем оговорку. В данной статье характерную для «Победы» форму кузова мы будем называть термином «фастбэк». Это слово было введено в русский язык уже историками автомобилестроения, и произошло это спустя много лет после того, как «Победа» была снята с конвейера (даже в английском оно зафиксировано не ранее 1954 года). Официально тип её кузова везде указывался как «седан».
Чёткого определения данного типа кузова (а скорее это даже не отдельный тип, а просто вариант оформления кузовов «седан» или «купе») как такового нет, но общая для всех фастбэков черта — это форма задней части: она у них либо каплевидная (или притупленная «яйцеобразная»), либо просто с плавно ниспадающей до самого заднего бампера крышей. Короче говоря — отличие фастбэка от обычного седана заключается в отсутствии выступающего багажника и плавных обводах задней части кузова:
На фото ранний ходовой макет (прототип), он ещё довольно сильно отличался от серийной машины. И да, это ни разу не хетчбэк, как часто пишут ! У хетчбэка в задней части должна быть полноценная подъёмная дверь со стеклом, а тут простая крышка багажника
Первые фастбэки были созданы в 1920-х годах учёными в области аэродинамики, работавшими над улучшением обтекаемости кузова легкового автомобиля. Тогда уже было хорошо известно, что близкой к идеальной обтекаемостью потоком воздуха обладает тело каплевидной формы, причём определённых пропорций. Собственно, на этом этапе большая часть попыток создания обтекаемых кузовов как раз и заключалась в той или иной адаптации формы капли к функционалу автомобильного кузова, который должен не только хорошо обтекаться воздухом, но и обеспечивать удобный доступ для водителя и пассажиров, хорошую обзорность и быть практичным в повседневном вождении.
В частности — одним из таких пионеров автомобильной аэродинамики был венгр Пауль Ярай, бывший инженер по аэродинамике на дирижаблестроительной фирме графа Цеппелина, который после войны решил применить полученный опыт в новой для себя области.
Обтекаемые автомобили Пауля Ярая — попытки «подружить» форму капли и функционал полноценного автомобиля, пригодного к повседневной езде
Однако, наш рассказ не об этих, подлинно научных, исследованиях, и не они задавали тон в том процессе, который в конечном итоге привёл к появлению на свет «Победы» и целого сонма похожих на неё автомобилей. Дело в том, что к середине тридцатых годов в моду входит стиль Streamline Moderne (от англ. stream line — «линия потока») — разновидность стиля «ар-деко» («арт-деко»), которая черпала вдохновение в исследованиях в области аэродинамики и формах передовой авиационной техники:
Автомобиль и поезд в стиле «стримлайн». Вот здесь обтекаемость — это уже чисто дизайнерский приём, и ничего более
В этот стиль фастбэки очень хорошо вписывались, поэтому пик их популярности пришёлся как раз на середину тридцатых — конец сороковых годов — эпоху господства стиля «стримлайн». По сравнению с типичными автомобилями, разработанными до конца тридцатых годов и имевшими плохо обтекаемые (Сх ≈ 0,8) угловатые кузова и множество выступающих деталей, фастбэки действительно не только выглядели, но и фактически были намного более обтекаемыми:
Знаменитая картинка тридцатых годов из рекламы «Татры» с популярным объяснением преимуществ хорошей аэродинамики. И для того времени это была чистейшая правда ! Именно при сравнении показанных здесь машин. Но есть нюанс…
Достигалось это не столько за счёт формы задней части кузова, сколько за счёт общей «зализанности» обводов и устранения таких источников сопротивления, как отдельно стоящие фары и почти вертикально установленное плоское лобовое стекло.
«Эмка» — типичный пример необтекаемого кузова середины тридцатых годов. По сравнению с ней, «Победа» и правда выглядела шедевром аэродинамики… Фото автора
Но на этом и всё: если за отправную точку взять уже в достаточной степени «гладкие» кузова автомобилей сороковых годов с более привычным трёхобъёмным силуэтом — преимущество фастбэка перестаёт быть столь очевидным:
Модельный ряд «Понтиака» 1940 года: кузова уже в достаточной степени округлые, «зализанные», и это действительно добавило им обтекаемости. Причём разница между фастбэками и кузовами с выступающим багажником вряд ли «выходила за пределы погрешности». Но никакого сравнения с действительно хорошо проработанными в плане аэродинамики автомобилями ни те, ни те не выдерживают (Cx ≈ 0,5)
Для многих фастбэков, включая ту же «Победу» или легковые модели «Татры», в те годы в печати указывались достаточно оптимистичные даже по современным меркам значения Cx. Например, для «Победы» называлось число Cx = 0,31…0,33 — что «на бумаге» сравнимо с намного более поздними и куда лучше проработанными в плане аэродинамики моделями, вроде Audi 100 С3 Typ 44 (Сх = 0,30). Но, увы, эти цифры были получены при продувке масштабных моделей в аэродинамических трубах, и являются сильно заниженными по сравнению со значением коэффициента сопротивления натурного автомобиля с кузовом той же формы. Отчасти методика исследования аэродинамики автомобиля в те годы раскрыта в этой статье (стр. 15-17), посвящённой аэродинамике ГАЗ-21 и опытных вариантов ГАЗ-24.
По сути, речь в таком случае идёт о коэффициенте сопротивления самой идеализированной формы кузова, а не конкретного автомобиля «в металле», потому что при испытании модели в трубе не учитывается влияние на обтекаемость, к примеру, потока воздуха, попадающего через решётку радиатора внутрь моторного отсека, утечек воздуха через зазоры между отдельными кузовными панелями или формы днища и агрегатов, находящихся под ним у реального автомобиля.
Для того времени это было совершенно нормально, так делали все. Но сравнивать «в лоб» полученные при этом цифры с более-менее современным ни в коем случае нельзя.
Собственно говоря, подобная «Победе» форма кузова с «яйцеобразной» задней частью вообще не является оптимальной с точки зрения аэродинамики, во всяком случае — для массового автомобиля. Как уже говорилось выше, в теории идеальная с точки зрения обтекаемости форма — вытянутая в длину «капля» строго определённых обводов: обтекание её воздухом строго ламинарно (в потоке воздуха не образуется отрывающихся от поверхности тела вихрей, на что уходит дополнительная энергия, создающая сопротивление движению тела), а Cx равен примерно 0,05. В авиации она применяется практически в первозданном виде для фюзеляжей и мотогондол, но вот если сделать автомобиль именно такой формы — то при минимально пригодной для посадки пассажиров высоте у него будет длина 8…9 метров, что полностью исключает нормальную эксплуатацию.
Торпедо-ГАЗ. Без исследований в аэродинамической трубе, единственным способом построить более-менее обтекаемый автомобиль было буквальное следование форме капли. Сх не известен, но, видимо, был сравнительно низким. Вот только, практичность такой машины в повседневной эксплуатации околонулевая
С такими кузовами было построено некоторое количество рекордно-гоночных автомобилей, включая показанный на заглавной иллюстрации статьи Торпедо-ГАЗ, имевший практически идеально каплевидную форму, и Mercedes-Benz T80, у которого кузов как бы представлял собой несколько капель, слитых воедино:
Рекордно-гоночный Mercedes-Benz T80 с близким к каплевидному кузовом: великолепная обтекаемость, ага: Сх = 0,18. Но ездить ради экономии топлива на машине длиной более восьми метров желающих нашлось бы мало… А если начать укорачивать при сохранении пропорций — высота быстро станет непригодной для удобного размещения пассажиров
Но для массовых автомобилей от формы идеальной капли отходили, в первую очередь укорачивая заднюю часть до вменяемых габаритов, но сохраняя каплевидный характер её обводов — а это приводило к появлению отрыва потока и образованию вихрей вдоль практически всей поверхности крыши. Получалась по сути имитация внешних признаков обтекаемости, а не реальная обтекаемость.
На самом деле более-менее оптимальна с точки зрения обтекаемости другая, хотя и отчасти похожая на «каплю», форма задней части кузова автомобиля, называемая «каммбэк» — с повторяющей по форме идеально обтекаемую каплю покатой крышей, достаточно резко переходящей в вертикальную заднюю стенку, как если бы у капли «отрезали» её длинный хвост. Сегодня в месте, где обрывается крыша, ещё и делают спойлер — он немного улучшает обтекание. Примером такой формы кузова из современных автомобилей является Toyota Prius (Cx = 0,25).
1 — форма кузова «Победы» и подобных автомобилей; 2 — форма каммбэка; 3 — идеальная с точки зрения обтекаемости форма. В случае (1) вдоль части поверхности крыши, показанной штрихпунктирной линией, происходит срыв потока воздуха и образование вихрей
Точнее говоря — сама по себе такая форма всё равно довольно далека по коэффициенту сопротивления от идеального тела обтекания — за вертикальной задней стенкой происходит интенсивное образование вихрей, создающее дополнительное аэродинамическое сопротивление:
Но при этом кузов такой формы намного практичнее в реальной жизни, чем выполненный в виде девятиметровой капли «идеально обтекаемый», и при этом имеет лучшую обтекаемость, чем другие варианты, включая и фастбэк.
Каммбэк: форма крыши соответствует идеально обтекаемому телу, а образование вихрей происходит только за вертикальной задней стенкой. У кузова «Победы» образование вихрей происходит практически вдоль всей поверхности крыши, что значительно ухудшает обтекаемость — по сути она лишь немногим лучше, чем у обычного трёхобъёмного седана с такой же формой остального кузова. Источник схемы: https://www.researchgate.net/figure/A-sketch-illustrating-the-fundamental-wake-features-behind-a-square-back-car-The_fig3_322640200
Разумеется, передняя часть кузова также должна иметь максимально плавные, закруглённые обводы; особую роль играют переход от капота к лобовому стеклу и от лобового стекла к боковому остеклению.
Слово «каммбэк» происходит от фамилии учёного, являющегося автором такой формы кузова — швейцарского аэродинамика Вунибальда Камма. Свои исследования Камм начал ещё до Второй мировой войны, и в конце тридцатых годов на их основе было построено несколько автомобилей с очень удачными для своего времени обтекаемыми кузовами. Благодаря ним мы можем увидеть, как именно должен был бы выглядеть действительно хорошо обтекаемый кузов в стилистике тридцатых-сороковых годов, созданный на основе серьёзных аэродинамических исследований, а не умозрительной «диванной аэродинамики» в исполнении художников-конструкторов:
Kamm K5: Cx=0.37, причём это значение именно для самого автомобиля, а не его модели
Обратите внимание на очень плавный переход от капота к остеклённой части и от лобового стекла к боковым, а также отсутствие водосточных желобков, как у современных автомобилей. Вроде бы не такие уж значительные отличия, но в них и вся разница между действительно обтекаемым кузовом и его «имитацией». В этом плане машина опережала своё время на много десятилетий.
Но в те времена дальнейшего развития такая форма кузова не получила — публике она показалась попросту уродливой. А красота автомобиля была в те годы гораздо важнее обтекаемости. Поэтому во всём мире так и продолжили строить «обтекаемые» (а на самом деле — просто имеющие «зализанную» форму кузова) фастбэки и седаны, созданные дизайнерами ради дизайна, без какого-либо вмешательства со стороны учёных-аэродинамиков. А потом дизайн и вовсе стал уходить в сторону от этого направления, и аэродинамика серийных автомобилей стала не улучшаться, а скорее ухудшаться — в угоду дизайну. Это продолжалось до середины 70-х годов, когда бензиновый кризис поставил вопрос об улучшении обтекаемости для снижения расхода топлива очень остро.
В общем, увы — по сравнению с кузовами, действительно имеющими хорошую проработку аэродинамики, «Победа» по обтекаемости это плюс-минус такой же «кирпич», как и другие автомобили того же времени.
Обтекаемость автомобилей различных эпох и идеальных форм кузова. Наилучшей обтекаемостью (Cx ≈ 0,15) обладают либо кузов в форме длинной-предлинной капли на колёсиках, либо же в виде той же капли, у которой «отпилили» хвост — воплощением этой формы является «каммбэк»
«Победа» на этой схеме находится примерно там, где показан автомобиль с дизайном конца тридцатых годов (Cx ≈ 0,4…0,5). Неплохо для своего времени — но не более того. Естественно, что форма её кузова на этапе проектирования никаким продувкам в аэродинамических трубах не подвергалась, а получить действительно обтекаемый кузов «на глазок» невозможно.
Есть информация, что в современных исследованиях на Дмитровском автополигоне для «Победы» (не модели, не специально подготовленного автомобиля с заклеенными зазорами между кузовными панелями и т.п.) были получены значения Cx порядка 0,44 — 0,45 — то есть, чуть лучше, чем у угловатых «классических» «Жигулей» и примерно на уровне «зубила». Увы, статья, из которой взяты эти цифры, сейчас в Интернете отсутствует, так что подтвердить или опровергнуть их я не могу. Но с реальностью они согласуются очень хорошо.
Кстати говоря — спортсменами заводской спортивной команды ГАЗа по кольцевым гонкам были предприняты попытки доработки аэродинамики автомобиля, который заключались как раз в придании ему формы и пропорций, близких к идеально обтекаемой капли за счёт установки обтекателей — именно такие доработанные машины вынесены в заглавную фотографию этой статьи.
Увы, какой эффект давали переделки — мы вряд ли уже узнаем: подход у спортсменов был столь же умозрительным, как и при проектировании базового автомобиля. Повышение скоростных качеств после переделки можно с тем же успехом списать и на облегчение, и на более мощный, чем серийный, мотор. Специальных исследований аэродинамики же, даже на самом примитивном уровне («окуривание» автомобиля дымом с целью определения характера потока воздуха вокруг него, и т.п.) не проводилось.
И ещё один момент. В те годы под улучшением аэродинамики понимали исключительно снижение сопротивления — о таких важных сегодня составляющих аэродинамических качеств автомобиля, как прижимная и подъёмная сила, никто ещё не задумывался. А между тем, у кузова, имеющего более или менее каплевидный силуэт, на относительно высокой скорости движения начинали проявляться весьма скверные аэродинамические эффекты, связанные с возникновением подъёмной силы, которая стремилась приподнять переднюю часть автомобиля, частично лишая его управляемости, и сильной подверженностью сносу боковым ветром.
Воссоздание в своё время использованной в журнале Авторевю картинки с результатами аэродинамических испытаний ГАЗ-21 и стилизованного под неё тюнинг-проекта на базе BMW, более близкого к современным автомобилям по форме кузова. Оригинал утрачен
Вот эта картинка великолепно иллюстрирует сказанное выше про возникновение подъёмной силы, стремящейся оторвать управляемые колёса от дороги. У «Победы» этот эффект был ещё сильнее. А вот у хорошо проработанного в плане аэродинамики современного автомобиля как правило на передней оси возникает даже прижимная сила, а не подъёмная. В те годы бороться со всем этим ещё не умели, и даже чётко не осознавали причину этих явлений (сегодня это делается установкой спойлеров, антикрыльев и тому подобными мерами). Кстати, в той же статье назван и истинный Сх ГАЗ-21, измеренный на натурном автомобиле: 0,497.
Вскоре выяснилась и низкая функциональность кузова «фастбэк» в повседневной эксплуатации. Так, из-за покатой крыши высота потолка над задним сиденьем была занижена, а обзор назад оказался очень плохим из-за маленького, сильно наклонённого заднего стекла. Объём багажника фастбэка также уступал «нормальному» седану — к примеру, у «Победы» в него влезали, помимо запасного колеса и набора инструментов, только несколько не очень больших чемоданов. Собственно, в СССР, видимо, уже в первые годы выпуска нового автомобиля хорошо понимали, что с типом кузова немного просчитались. Например, дизайнер НАМИ Юрий Долматовский ещё в 1946 году предлагал уйти от каплевидной «филейной части» автомобиля, вместо этого выполнив на ней «перелом поверхности», выделив тем самым самостоятельный визуальный объём багажника — как это было сделано на многих американских седанах первого послевоенного поколения или на ЗИС-110:
Эскиз улучшения формы автомобиля «Победа» за авторством Ю. Долматовского, 1946 год. Иллюстрация из книги И. Падерина «21. Большая книга о машине грёз»
Но на тот момент одумываться было уже поздно — машина пошла в серийное производство в том виде, в котором была спроектирована. Впрочем, следующая попытка переделать «Победу» в седан была предпринята всего через пару лет, причём снова с участием Юрия Ароновича. И со временем, уже в начале пятидесятых, плавно «перетекла» в создание «Волги» ГАЗ-21, в конструкции которой были устранены и многие другие недочёты «Победы».
Конкурентом «Волги» на этапе проектирования был другой фастбэк, «Звезда». Но от него остались только несколько рисунков и фотографий — видимо, непрактичность такого кузова уже была в полной мере очевидна.
источник: https://dzen.ru/a/YOiYqrcXGjsexjTd
