Badania aerodynamiczne Fiata 126p

W wyniku kompleksowych badań przeprowadzonych w tunelu aerodynamicznym na rzeczywistym samochodzie i modelu w skali 1:2 określono współczynnik oporu Fiata 126p. Miał on wartość 0,49 czyli znacznie odbiegającą od średniej wartości współczynników oporu produkowanych samochodów w Europie ok. 0,42

Przyczyny takiego stanu rzeczy tkwią głównie w kształcie nadwozia, które wywołuje niezbyt korzystny rozkład ciśnień, a ten z kolei pociąga za sobą obraz opływu, do którego poprawności można mieć szereg zastrzeżeń. Na rys. 1 przedstawiono wyniki pomiaru rozkładu ciśnień na nadwoziu Fiata 126p, a na rys. 2 obraz opływu.

Rozkład ciśnień na bocznych powierzchniach nadwozia wskazuje na silne zakrzywienie lini prądu w okolicy przejścia pasa przodu w pas błotnika oraz w okolicy przedniego słupka. Wpływa to na wystąpienie obszaru intensywnych zaburzeń na prawie całej powierzchni bocznej samochodu, a zwłaszcza w części szyby przedniej tuż za słupkiem oraz w strefie przedniej krawędzi drzwi, poniżej lini okien. Intensywność zawirowań jest z pewnością wzmacniana w procesie mieszania strumienia opływającego bok za strumieniem spływającym z maski samochodu.
Skok podciśnienia widoczny na przedniej krawędzi dachu nie wpływa ujemnie na obraz opływu dachu w płaszczyźnie symetrii pojazdu - widoczne są niezbyt silne drgania nitek. Znacznie silniejsze drgania nici widoczne na bocznych krawędziach dachu są wynikiem przestrzennego opływu tych partii nadwozia. Wzrost podciśnienia na tylnej krawędzi dachu jest wynikiem oddziałowywania strefy silnych zaburzeń dennych.
Spróbujemy zatem wytypować te strefy na nadwoziu naszego malucha których modyfikacja może wpłynąć na zmniejszenie współczynnika oporu.

Można do nich zaliczyć:
- pas przodu wraz z jego przejściem zarówno w pokrywę bagażnika jak też i w pas przedniego błotnika
- krawędzie boczne pokrywy bagażnika
- strefę przejścia bagażnika w przednią szybę
- wszystkie słupki
- szeroko pojętą strefę tyłu samochodu
Postaramy się zatem krótko wypunktować jakie zmiany w tych strefach mogły by przynieść spadek Cx
1. Zmiana pochylenia pasa przedniego wraz z ingerencją w pochylenie tak pasów bocznych jak i pokrywy bagażnika, w celu uzyskania sylwetki przodu zbliżonej do klina.
2. Zlikwidowanie zbyt ostrej przedniej krawędzi pokrywy bagażnika oraz "stępienie" krawędzi bocznych tejże pokrywy
3. Modyfikacja pokrywy bagażnika zgodnie z linią klina, winna być połączona ze zmianą pochylenia szyby przedniej
4. Zmiana kształtu przedniego słupka i zmniejszenie zagłębień szyb bocznych, przekonstruowanie lub likwidacja rynienek
5. Zmiana kąta pochylenia tylniej ściany w celu zmniejszenia wartości podciśnienia w tylniej części samochodu
W trakcie przeprowadzonych w tunelach badań na makietach w skali 1:1 uzyskano wyjaśnienie szeregu wymienionych postulatów.

Ośrodek badawczo rozwojowy Samochodów Małolitrażowych w Bielsku-Białej opracował koncepcję samochodu z przednim napędem opartego o Fiata 126p. Powstały w związku z tym dwie makiety tego samochodu - FSM 650 Np. 2. i 3. generacji. Podstawowe różnice między nimi sprowadzały się do zmian w ukształtowaniu strefy przejścia pasa przodu w pokrywę silnika oraz do zmiany kąta pochylenia tylniej ściany, która była wynikiem niewielkiego podniesienia płaszczyzny dachu w makiecie 3 generacji rys 4 i 5.
Przód obu tych makiet, jak widać na przedstawionych zdjęciach został zaprojektowany w formie zbliżonej do lini klina, a poza tym został nieco ok. 10 cm przedłużony w porównaniu do przodu standardowego 126p. Współczynnik oporu obutych makiet był praktycznie taki sam i był niższy o 0,02 od współczynnika oporu makiety samochodu Fiat 126p.

Obie proponowane modyfikacje wpłyneły korzystnie na uspokojenie opływu na powierzchniach bocznych nadwozia.
Na makiecie 3 generacji samochodu FSM 650Np zmieniono nieco pochylenie szyby przedniej i zmodyfikowano obszar przejścia szyby w pokrywę silnika rys 6. W wyniku tej drobnej przecież zmiany współczynnik oporu spadł o ok. 0,01
Szukając źródeł dalszego zmniejszenia oporu aerodynamicznego zwrócili uwagę na rzecz z pozoru drobną, mianowicie na ukształtowaniu słupka przedniego raz rynienek odprowadzających wodę. Jak ważna jest to sprawa i jaki spadek współczynnika oporu można uzyskać stosując optymalne rozwiązanie słupka z rynienkami pokazuje rys 7. Zaczerpnięty z publikacji Volkswagena

Na rysunku tym pokazano również, że optymalne rozwiązanie tego węzła, nie zmniejszając skuteczności działania rynienek, pociąga za sobą spadek szumu aerodynamicznego związany ze zmniejszeniem się obszaru oderwania opływu za słupkiem 
Warto zwrócić uwagę że same zlikwidowanie rynienki na słupku przednim zmniejszyło wartość współczynnika oporu nieco o ponad 7%
Mając jak widać o co walczyć postanowiono na makiecie Fiata 126p usunąć rynienkę ze słupka przedniego. I tu spotkało nas rozczarowanie. Współczynnik oporu ani drgnął! W następnym kroku przedmuchano więc makietę całkowicie pozbawioną rynienek. Dopiero to przyniosło pożądany skutek w postaci spadku współczynnika oporu o 0,03 co w odniesieniu do Cx samochodu stanowiło zysk wynoszący ok. 6%. Analiza rozkładów ciśnień i obrazu opływu nasuwa przypuszczenie że rynienki przednie znajdujące się w obszarze silnych zaburzeń wywołanych przednim słupkiem nie wpływają w sposób istotny na charakter opływu i stąd brak ich wpływu na wartość współczynnika oporu Cx. Likwidacja rynienek górnych zmniejsza natomiast zaburzenia w strefie za samochodem. Tak więc dopiero ich brak pociąga za sobą widoczne zmniejszenie współczynnika oporu.

Pozostał do rozważenia, z uprzednio wymienionych, jeszcze jeden czynnik potencjalnej redukcji oporu, a mianowicie tył samochodu. W zakresie kątów od ok. 23 - 33 mierzonych od poziomu dachu występuje znaczny, bo blisko 10% wzrost współczynnika oporu. Fiat 126p ma jednak kąt pochylenia tylniej szyby większy od 33. Czy oznacza to zatem że w tej sprawie nie da się już nic zrobić? Chyba tak nie jest. Potwierdzają te słowa wyniki badań przeprowadzonych dla samochodu Fiat 126 Kombi rys 8. Jego współczynnik oporu jest mniejszy o 0,03 czyli ok. 6% od współczynnika samochodu w wersji podstawowej.
Na rysunku 9. przedstawiony jest rozkład ciśnień na powierzchni Fiata 126p Kombi w pionowej płaszczyźnie symetrii. Widoczne na nim różnice w obrazie ciśnień, zwłaszcza w środkowej części dachu i na tylnej szybie, w stosunku do obrazu ciśnień przedstawionego na rys. 2 zdają się potwierdzać zmniejszenie współczynnika oporu dla samochodu w wersji kombi. Zmiany te mogą być wywołane brakiem rynienek tylnych. Mogą one być jednak także wynikiem zmiany względnego wydłużenia kabiny samochodu, wpływającego korzystnie na zmniejszenie oporu dennego.
Otrzymany spadek współczynnika oporu o wartości 0,03 wiąże się jednak w tym przypadku z dość istotną zmianą formy nadwozia.

Wydaje się że nawet niezbyt radykalna zmiana pochylenia tylnej szyby może doprowadzić do zmniejszenia współczynnika oporu o 0,01
Sumując kolejno cząstkowo spadki oporu widzimy że współczynnik oporu samochodu zmniejszył by się z 0,49 do wartości 0,42 czyli blisko o 14%
Można by jeszcze wartość tę zmniejszyć i to nawet dość znacznie, wykonując bardziej gładki spód samochodu. Różnica we współczynniku oporu dla samochodu z gładkim spodem i ze spodem standardowo ukształtowanym może wynosić nawet 0,01. Wartość otrzymanego w ten sposób współczynnika oporu była by już wartością zadawalającą.