Lực cản thường xuất hiện ở các vị trí phần đầu, kính chắn gió, cột A, đi, gầm, nóc, bánh xe…
a)Phần đầu
Phần đầu ơ tơ có thể xem như một khối vng. Dịng khơng khí xung quanh khối này được mơ tả trên hình 1.10. Để đơn giản, dịng khơng khí làm mát đi vào ơ tơ được giả thiết là bị chặn lại.
Hình 1.11 Sự phân bố áp lực phía trước ơ tơ
Điểm tách dòng được tạo ra trên bề mặt thẳng đứng phía trước. Vì khơng khí phía trước ơ tơ có xu hướng chạy lên trên và qua hai bên sườn xe hơn là chảy qua gầm nên nó cùng phương với phương chuyển động của ơ tơ. Dòng chảy bị lệch đáng kể tại nút giao giữa mặt trước, capo và chắn bùn. Nếu khơng có các biện pháp đặc biệt, dịng chảy này sẽ gây ra sự tách dòng, với kết quả là sự phân bố áp lực gần các cạnh trước của capo và chắn bùn ít hơn so với dịng lý tưởng (hình 1.11). Do đó áp lực dịng chảy ở phần đầu xe lớn hơn ở dòng chảy lý tưởng và một thành phần của lực cản được tạo ra. Hình dạng của phần đầu ô tô cũng ảnh hưởng đến sự phân bố lực cản. Điều này được thể hện trên hình 1.12
Để ngăn sự tách dòng xảy ra trong thực tế do độ lệch khác nhau từ hình dạng ban đầu. Trong mặt cắt dọc, các thông số cần quan tâm là độ dốc của mui xe, độ dốc của capo và bán kính góc lớn với capo. Trong hình chiếu đứng là độ cơn và bán kính. Nếu bán kính cạnh phía trước tăng lên, lực cản của các thành phần liên quan sẽ giảm nhanh. Sau đó, khi đạt đến một giá trị nào đó, lực cản khơng đổi, sự tách dịng khơng cịn xảy ra và dòng chảy thực tế gần với dòng chảy lý tưởng. Điều này có nghĩa là việc bo trịn các cạnh trước có tác dụng ngăn sự tách dịng qua đó giảm thiểu sự đóng góp của phần thân phía trước đối với lực cản.
Tham số hình học thứ hai cần quan tâm là góc nghiêng của mui xe. Tác dụng của độ nghiêng trên mui xe đối với lực cản cũng chịu ảnh hưởng bão hịa, khơng có sự giảm lực cản khi giảm độ nghiêng.
Tham số thứ ba là góc nghiêng của mặt trước, ảnh hưởng của nó đối với lực cản được trình bày trong hình 1.13. Trong thực tế, ảnh hưởng này là nhỏ có thể do sử dụng bán kính góc trước lớn.
Hình 1.13 Ảnh hưởng của lực cản đến góc nghiêng của mặt trước
b)Kính chắn gió và cột A
Sơ đồ của dịng chảy xung quanh kính chắn gió được hiển thị trong hình 1.14. Sự tách dịng xuất hiện ở ba vị trí khác nhau.
Những nhân tố chính ảnh hưởng đến sự phân bố lực cản trên kính chắn gió được làm rõ trong hình 2.10. Hai trong số chúng, độ đảo và bán kính cột A đã được phân tích chi tiết hơn. Bán kính cột A khơng chỉ liên quan đến lực cản mà còn liên quan đến tiếng ồn gió.
Khi tăng góc nghiêng kính chắn gió, lực cản sẽ giảm nhưng khơng nhiều. Với các góc nghiêng lớn δ > 60 gần như khơng có sự cải thiện về lực cản. Ngồi ra khi kính chắn gió có góc nghiêng lớn sẽ gây ra một số vấn đề liên quan đến khả năng quan sát và nhiệt độ cao trong buồng lái.
Hình 1.15 Các nhân tố chính ảnh hưởng đến sự phân bố lực cản trên kính chắn gióGóc nghiêng kính chắn gió ảnh hưởng gián tiếp đến lực cản. Góc nghiêng lớn tạo Góc nghiêng kính chắn gió ảnh hưởng gián tiếp đến lực cản. Góc nghiêng lớn tạo ra ít áp lực ngược hơn ở phần tiếp xúc với nóc. Ngồi ra khi góc nghiêng kính lớn hơn, khơng khí bị đẩy ra phía cột A sẽ ít hơn và vì vậy dịng xốy tạo ra sẽ tiêu tốn ít năng lượng hơn.
c)Trần xe
Trần xe cũng là phần chịu tác động của lực cản, Hệ số cản có thể giảm bằng cách làm tăng độ cong của trần xe theo chiều dọc. Tuy nhiên nếu độ cong q lớn thì hệ số cản Cd lại có thể tăng. Những ảnh hưởng thuận lợi của sự tạo vịm phụ thuộc vào sự duy trì đủ độ lớn bán kính cong tại vị trí giữa kính chắn gió phía trước với trần xe và giữa trần xe với kính chắn gió phía sau. Vì vậy các áp lực ngược tại các vị trí này khơng lớn và độ chênh lệch áp suất tương ứng nhỏ.
Tuy nhiên khi thiết kế độ cong của trần xe phải đảm bảo diện tích mặt trước của chiếc xe không đổi, nếu không lực cản sẽ tăng mặc dù đã giảm hệ số cản Cd.
d)Gầm xe
Mặt dưới của hầu hết các gầm xe đều là các mặt nhám. Thực tế là một gầm xe nhẵn làm giảm lực cản một cách đáng kể. Tuy nhiên sự thay đổi này sẽ phức tạp và khó thưc hiện.
e)Lực cản từ dịng khơng khí qua một chiếc xe.
Trong ơ tơ có một vài đường ống dẫn khí để dẫn khơng khí đến bộ tản nhiệt cho nước làm mát, ngồi ra khơng khí cịn được cung cấp đến động cơ để đốt cháy nhiên liệu. Khơng khí sạch cần được đưa vào khoang hành khách và thốt ra ngồi, phần lực tổn thất do dòng chảy đi qua những ống dẫn riêng biệt sẽ tạo ra lực cản. Tuy nhiên với ô tô chỉ các lực cản phụ gây ra bởi dịng khơng khí đi qua bộ tản nhiệt là đáng kể. Sự đóng góp của các ống dẫn bên trong đối với lực cản là rất nhỏ.
Hình 1.17 Dịng khơng khí đi qua bộ tản nhiệt
Các lực tạo ra bởi dịng khơng khí làm mát được tính tốn dựa trên các định luật bảo tồn. Nếu khơng khí làm mát được đẩy lên phía trên, nó sẽ tạo ra áp lực ngược. Vì lí do đó mà loại ống dẫn khơng khí này thường được dùng trên xe đua.
Lực cản tổng hợp tổng cộng do luồng khơng khí làm mát bao gồm hai thành phần: - Sự tổn thất áp lực bên trong ống dẫn khơng khí làm mát
- Lực cản giao thoa. Khơng khí đi qua một chiếc xe có thể làm thay đổi luồng khơng khí xung quanh thân của nó, do đó tác động đến lực cản bên ngồi. Thơng thường sự giao thoa lực cản là tích cực, tuy nhiên trong một số trường hợp nó lại có ảnh hưởng tiêu cực. Luồng khơng khí làm mát chủ yếu thay đổi dịng chảy bên dưới một chiếc xe. Góc lắc ngang ở trước bánh xe tăng lên, do đó lực cản của các bánh xe tăng. Để làm chậm quá trình tăng của lực cản này, các nhà thiết kế đã tạo ra các lối thốt cho khơng khí ở bên sườn xe.
Hình 1.18 Một số dạng ống dẫn khơng khí làm mát
Tuy nhiên, trong thực tế hai thành phần của lực cản thường không tách biệt nhau. Tổng của cả hai thành phần được xác định bằng phép đo sự khác biệt trong lực cản giữa các hình dạng với các cửa hút và đóng luồng khơng khí làm mát đi vào.
Hình 1.18 đưa ra một vài dạng của ống dẫn khơng khí làm mát và chỉ ra ảnh hưởng của chúng đối với lực cản khơng khí làm mát. Mục tiêu của sự khảo sát này là đạt được lượng khơng khí làm mát lớn nhất, biểu hiện như vận tốc vR ở két làm mát
hầu như các vận tốc tương tự vR thì đạt được như trong phiên bản tiêu chuẩn A, nhưng lực cản khơng khí làm mát được giảm 1/2. Phiên bản C chỉ dành cho xe đua, không áp dụng cho các xe thơng thường, bởi vì khơng khí làm mát được làm nóng sẽ đi vào cửa nạp khơng khí sạch của khoang hành khác ở phía trước kính chắn gió.