История появления аэродинамических форм в дизайне автомобилей

Размещено на http://www.allbest.ru

Размещено на http://www.allbest.ru

Развитие формы кузова невозможно рассматривать в отрыве от тех факторов, которые оказывали на её формирование самое что ни на есть непосредственное влияние -- развития конструкции агрегатов, их взаимного расположения (компоновки), структурных изменений рынка легковых автомобилей, и так далее.

Создатель первого в мире механического транспортного средства француз Кюньо придал своей «паровой телеге» вполне оригинальный внешний облик, напрямую не повторяющий ни один из известных на тот момент видов транспорта. Конструкция оказалась на удивление пророческой и содержала в себе многие элементы современного автомобиля -- переднее расположение двигателя и передний привод, силовой агрегат, вместе с трансмиссией смонтированный на отдельном подрамнике, рулевое управление автомобильного типа, и так далее.

Между тем, большинство его последователей приняли иной подход -- временно абстрагировавшись от задачи создания оригинальной компоновки и самобытного облика нового средства транспорта, они сосредоточили своё внимание на разработке пригодного для него двигателя, который устанавливали с минимальными переделками на готовое шасси -- в его роли выступили давно известные и хорошо отработанные в производстве конные экипажи: новое содержание получило привычную старую форму. Скажем, Даймлер за основу своего первого автомобиля взял экипаж типа извозчичьей пролётки. На начальном этапе, правда, некоторое распространение имели трициклы, с единственным передним колесом и рулевым управлением велосипедного типа, однако уже довольно скоро они потеряли популярность ввиду целого ряда врождённых недостатков -- в первую очередь низкой устойчивости к опрокидыванию.

К началу XX века уже был накоплен определённый опыт в проектировании и изготовлении «безлошадных экипажей». Форма автомобиля начинает постепенно отходить от своего прототипа -- конного экипажа, появляются сугубо автомобильные приёмы компоновки.

Характерными деталями автомобилей тех лет стали: массивный угловатый капот двигателя впереди с радиатором в передней части: даже если двигатель располагался под сиденьем, радиатор и имитацию капота зачастую всё равно ставили перед передним сиденьем как декоративную деталь, под таким «капотом» порой скрывался бензобак; деревянный лакированный кузов, как правило, с простыми вырезами вместо дверей; крылья в виде почти плоских гнутых грязеотражательных щитков.

Большинство автомобилей этой эпохи были открытыми; закрытые кузова были очень высокими -- около двух метров, так как в них входили в полный рост, как в карету. Собственно, и по конструкции они очень напоминали карету.

Типы кузовов отличались огромным разнообразием и небывалым числом обозначений, большинство из которых не имели чёткого общепринятого значения; но в целом, практически все они сводились к нескольким типам: небольшой открытый автомобиль с одним рядом сидений; большой открытый автомобиль с двумя рядами сидений; большой автомобиль с закрытыми местами задних пассажиров и открытым водительским сиденьем; большой автомобиль с похожим на карету полностью закрытым кузовом.

В конце 1910-х годов происходит композиционное объединение кузова, состоявшего до этого из множества разрозненных, никак не связанных друг с другом геометрических форм, в единое целое. Оформляется плавный переход от капота двигателя к собственно кузову, на смену вырезам в боковине окончательно приходят закрывающиеся двери. Появляется единая горизонтальная поясная линия, которая проходит по всей длине автомобиля и подчёркивает его композиционное единство. Как правило, её дополнительно акцентируют горизонтальным молдингом, который изначально был необходимой по технологическим соображениям деталью: кузова в то время обшивались сравнительно небольшими кусками листового металла -- например, нижняя часть дверной панели и верхняя, окружающая рамку стекла, были отдельными деталями -- а неэстетичные стыки между ними прикрывали молдингами.

В 1919--1932 года существенных изменений во внешнем облике автомобилей не происходило. Основное внимание уделялось совершенствованию не внешности, а конструкции и технологии изготовления. После Первой мировой войны автомобиль окончательно превратился из дорогой игрушки в необходимое средство транспорта, и основной задачей стало налаживание массового производства. Первым шагом в этом направлении стало конвейерное производство, впервые применённое в массовом масштабе на заводах Генри Форда с 1914 года. Тем не менее, долгое время сдерживающим фактором на пути повышения объёмов выпуска оставалась используемая для изготовления кузова каркасно-панельная технология, унаследованная от каретных мастеров прошлого. автомобильный каркасный капот кузов

Изготовление каркасно-панельного кузова начинали с каркаса из твёрдых пород дерева с металлической оковкой. Деревянные детали каркаса в небольших кузовных мастерских изготавливались при помощи ручного инструмента по лекалам, а в условиях массового производства -- на фрезерно-копировальных станках, как винтовочные ложи.

Со временем в деревянный каркас стали вводить многочисленные металлические раскосы, накладные косынки и тому подобные усилители, или даже заменять отдельные его детали на металлические штамповки, но несовершенство технологии и консерватизм кузовщиков долго мешали широкому внедрению металла.

В облике автомобиля господствовали вертикальные линии -- вертикально установленное плоское лобовое стекло, прямоугольные оконные проемы, не скругленные в углах, «каретная» задняя стенка кузова с маленьким окном для обзора, вертикальная в верхней части и имевшая обратный наклон в нижней. Пассажирский салон занимал всю длину шасси от щита моторного отсека до самой задней стенки кузова, так что места для багажа не оставалось. Недостаток места для багажа внутри кузова компенсировался многочисленными наружными багажниками-решётками -- их располагали не только на крыше, но и на подножках или кронштейнах, крепящихся к боковинам или задней стенке кузова -- к которым крепились специальные дорожные чемоданы -- «кофры», композиционно никак не увязанные с кузовом. Наибольшее распространение получил чемодан-«кофр», прикреплённый к задней стенке кузова, который представлял собой вполне явный намёк на ставший впоследствии почти обязательным для седана третий визуальный объём. В русском языке багажник могли называть «чемоданом» ещё в 1940-х годах, а в английском такое словоупотребление сохраняется поныне. Передние обособленные крылья, штампованные, но с неглубокой вытяжкой, плавно переходили в подножку, а затем в заднее крыло, отдельно от кузова.

Однако по мере возникновения и постепенного наполнения рынка автомобилей становилось ясно, что одним только улучшением технических показателей, технологии производства и снижением стоимости завоевать потребителя не удастся. Оказалось, что покупатель намного охотнее приобретает автомобили хорошо сделанные и красивые, чем просто хорошо сделанные, даже при более низкой цене. Это вызвало к жизни новую отрасль знания -- автомобильный дизайн (такое словоупотребление наиболее характерно для Европы; в американском английском до недавнего времени в этом значении использовался термин «стайлинг» -- styling, а под design понимались в основном технические аспекты конструирования автомобиля; в отечественной терминологии длительное время отдавалось предпочтение термину «художественное конструирование автомобилей», а дизайнер именовался художником-конструктором).

Довольно резкие изменения в стиле автомобилей происходят ближе к середине тридцатых годов. В Америке основные перемены приходятся на 1933 и 1934 модельный годы, в остальном мире они произошли несколько позднее.

Это был период экономического спада в промышленно развитых странах, что способствовало значительному обострению борьбы за покупателя. Поэтому много внимания стало уделяться повышению внешней привлекательности легкового автомобиля, а также индивидуализации моделей различных марок.

В эти годы проявился фактор, оказавший решительное влияние на изменение формы автомобиля, -- скорость. Автомобиль -- быстроходная машина, которая при движении взаимодействует с воздушной средой, и должна поэтому подчиняться законам построения природных движущихся тел, законам аэродинамики. Обтекаемая форма способствует уменьшению затрат мощности двигателя на преодоление сопротивления воздуха, и, следовательно, снижению расхода топлива, а также повышению аэродинамической устойчивости.

В первые десятилетия развития автомобильной техники эксплуатационные скорости были не так уж велики, и происходила недооценка значения формы. Но уже в начале тридцатых годов автомобили стали делать значительно более обтекаемыми и аэродинамичными (хотя нередко -- лишь визуально). В отделке кузовов и салонов автомобилей в тридцатые и сороковые годы чувствовалось сильное влияние архитектурного стиля арт-деко. Впоследствии это направление получило название «стримлайн».

Форма менялась, как будто набегающий поток воздуха деформировал автомобиль. В композиции кузовов начинают доминировать наклонные линии. Лобовое стекло, пока ещё плоское, наклонилось назад. Отдельно стоящие на крыльях фары приняли каплевидную форму. Ранее угловатые формы кузова сгладились, закруглились. Заднюю стенку кузова теперь выполняют наклонённой внутрь, в сторону пассажирского салона, в отличие от распространённых ранее кузовов, у которых она была наклонена в противоположном направлении -- «по каретному». Вместо прикреплённых к задней стенке чемоданов-кофров на ней появляется «накладной» багажник, пока ещё в виде отдельного от кузова объёма и напоминающий выросший на ней горб, но уже со скруглёнными, сглаженными обводами. Крышу стали делать ниже и со скруглёнными углами. Ко второй половине десятилетия вошли в моду сравнительно низкие крыши с низкими окошками-«бойницами», в противоположность высоким (почти 2 метра) «каретным» кузовам с большой площадью остекления, характерной для предшествующей эпохи, когда дизайнеры делали выбор в пользу «простора для шляпы» -- хотя общая высота кузова остаётся довольно значительной, не в последнюю очередь из-за рамной конструкции с её высоко расположенными лонжеронами, и в автомобиль всё ещё входят, ступая на подножку, а не садятся.

Вместо открыто установленного радиатора, прикрытого декоративной облицовкой, начинают широко применяться вынесенные вперёд штампованные маски радиатора, задающие дизайн передка автомобиля. Форма маски радиатора становится «визитной карточкой» производителя, позволяющей быстро определить фирму, выпустившую автомобиль, поэтому её оформление стараются сделать как можно более индивидуальным и запоминающимся. Радиаторная решётка становится сначала V-образной, а немного позднее приобретает полукруглое сечение.

Изменяется способ крепления передних крыльев -- теперь их прикрепляют не непосредственно к раме, а через специальные штампованные надставки -- брызговики моторного отсека, благодаря чему внутренняя, обращённая к капоту, часть крыльев становится более высокой и выпуклой, формируя с капотом единый объём. Площадь самих крыльев увеличивается, их форма становится более развитой -- что потребовало существенного улучшения технологии штамповки,-- теперь они намного лучше закрывают второстепенные для внешности детали -- раму, детали подвески; это меняет общее впечатление от автомобиля, делает его облик более цельным. Одновременно совершенствуется конструкция рамы и кузова -- если раньше кузов был почти буквально «поставлен» на раму поверх её лонжеронов, то теперь его наружные пороги выполняют более низкими, они «охватывают» раму по бокам и делают ненужными боковые грязевые щитки, позволяют снизить высоту пола в салоне и всего автомобиля.

Эти нововведения сделали автомобиль визуально более «гладким» и аэродинамичным.

В Италии в 1936 году кузовное ателье Carrozzeria Touring патентует разработанный Felice Bianchi Anderloni новый способ создания автомобильного кузова, который был назван Superleggera -- «суперлёгкий» по-итальянски. Кузов типа «суперлеггемра» состоял из очень лёгкого, ажурного каркаса из стальных трубок и наложенных на него тонких панелей из авиационного алюминия или дуралюмина, причём они не крепились жёстко к трубкам каркаса, а лишь фиксировались на нём в нескольких точках -- оконных и дверных проёмах, вырезах, отверстиях -- в значительной степени сохраняя самостоятельную подвижность.

Chrysler Airflow.

Как утверждают историки автостроения, зачинателем «аэродинамического» подхода к проектированию автомобилей на фирме Крайслера стал его давний соратник Карл Бреер, подметивший сходство картины обтекания воздушным потоком кузова автомобиля и фюзеляжа самолёта. А первый автомобиль обтекаемой формы, получивший название Chrysler Airflow (airflow в переводе с англ. - воздушный поток) был выпущен фирмой Chrysler в 1934 году.

Машина эта создавалась в самый разгар Великой депрессии. Продажи автомобилей падали, и Крайслер с целью экономии средств решил было избавиться от испытательного центра. Однако его руководитель Гарольд Хикс, ранее работавший на фирме Генри Форда в отделе перспективного развития, представил некий план, позволявший увеличить скорость серийного автомобиля со 134 до 159 км/ч, исключительно за счёт установки на автомобиль кузова обтекаемой формы. Идея выглядела убедительно, и Крайслер пообещал сохранить испытательный центр в случае, если теоретические выкладки Хикса будут подтверждены на практике.

Создание кузова обтекаемой формы для автомобиля Chrysler Airflow, производилось с использованием продувок моделей автомобиля в аэродинамической трубе. Именно их результаты повлекли за собой ряд изменений в конструкции автомобиля - в частности, смещение двигателя назад, позволившее установить радиатор с наклоном, использование изогнутого (V-образного) лобового стекла, размещение фар в передней части кузова заподлицо с обшивкой и т.п.

В итоге форма кузова была отработана дизайнерами в соответствии с правилами аэродинамики того времени. Соответственно, изменили и конструкцию машины - так, вместо тяжёлой лонжеронной рамы использовали более лёгкую трубчатую ферму, оснащение переднего моста удлинёнными рессорами обеспечило великолепную плавность хода, а 8-цилиндровый 97-сильный двигатель разгонял «аэродинамический» автомобиль до скорости 145 км/ч.

Airflow поступил в продажу в 1934 году. К большому удивлению разработчиков и руководителей фирмы, машина с футуристическим для того времени обликом, что называется, «не пошла» - публика не восприняла автомобиль с кузовом, не имевшим чётко выраженных граней и состоящим из мягко перетекающих одна в другую поверхностей. В первый год серийного производства автомобиля удалось продать всего 10 839 Airflow, а за четыре года выпуска - лишь 30 673. Для сравнения -автомобилей предыдущего поколения Chrysler-70 Six уже в первый год выпуска реализовали 32000 экземпляров.

Интересно, что Chrysler Airflow не был первенцем в ряду «аэродинамических» автомобилей. В 1920-х годах первые опыты по уменьшению лобового сопротивления начали проводить конструкторы гоночных машин. Однако в те времена речь могла идти лишь об их псевдообтекаемости, поскольку обводы машин определялись интуитивно, без сколько-нибудь достаточных научных обоснований и продувок в аэродинамических трубах. В результате подобные автомобили по скорости почти не отличались от традиционных.

Перелом произошёл в начале 1930-х годов. В 1934 году чешская фирма Tatra выпустила автомобиль Tatra-77. В те же годы во Франции появился 55-сильный Peugeot-402 с кузовом, мало отличавшимся по форме от Airflow. А в 1934 году Фердинанд Порше создал свою знаменитую малолитражку Volkswagen-З0 с качественно проработанным «аэродинамическим» кузовом.

Всё это говорит о том, что причиной неприятия Chrysler Airflow публикой вряд ли стал лишь внешний вид его кузова обтекаемой формы. По утверждению маркетологов, причина малого спроса на Airflow кроется в том, что производство его началось без предварительного проведения убедительной рекламной кампании.

В 1936 году форму кузова Airflow изменили в соответствии с предпочтениями покупателей. В частности, в передней части машины появился традиционный радиатор и отдельно установленные фары, однако локальные изменения дизайна, равно как и новое название автомобиля - Chrysler Airstream, почти не повлияли на сбыт этой машины.

В 2000 году модельный ряд концерна пополнился оригинальным автомобилем Chrysler РТ Cruiser, сделанным «по мотивам» легендарного «аэродинамического» Chrysler Airflow. Машина, оснащённая двигателем мощностью 140 л.с., развивала скорость до 170 км/ч. Представляется, что создание этой модели - дань уважения и признательности автостроителей Уолтеру Крайслеру, решившемуся ещё в далёкие 1930-е годы на попытку привлечь аэродинамику при разработке элегантной, скоростной и экономичной машины, ставшей прообразом транспорта далёкого будущего.

Tatra 77 и Tatra 87.

Представительская модель Tatra T77 была официально представлена общественности 5 марта 1934 года на автосалоне в Праге. Это был один из первых автомобилей с аэродинамическим дизайном кузова и задним расположением двигателя с воздушным охлаждением. На открытии автосалона в Праге модель T77 произвела настоящий фурор -- до этого никто из автопроизводителей не представлял ничего подобного. На следующий день после премьеры группа журналистов и представителей фирмы собралась на шоссе Прага -- Карловы Вары для проведения испытаний.

Дизайн этого автомобиля в те времена казался просто фантастическим - все подчинялось аэродинамическим расчетам, которые продиктовали подобные футуристические формы. Новая Татра не была похожа ни на один из существующих автомобилей того времени, это была новая глава в истории автомобилестроения. Она положила начало эры автомобильных аэродинамических кузовов. Позже эти стилистические идеи мы увидим на первых «Фольксвагенах» и «Порше», «Саабах» и «Ситроенах», но чехословацкие инженеры были первыми…

Приземистый и вытянутый силуэт, бесконечные «чистые» линии без лишних деталей. Привычные выступающие подножки отсутствовали, а дверные ручки были утоплены в кузов. Фары не стояли отдельно, а цилиндрами выступали из капота. Сам капот был коротким и покатым, под ним разместились запасные колеса, аккумулятор и бензобак. Мотор был смонтирован позади задней оси. Благодаря своему тщательно проработанному стилю, Tatra Т77 имела сверхнизкий коэффициентом аэродинамического сопротивления -- на уровне современных спорткаров.

В основе Tatra T77 лежала рама хребтового типа -- труба прямоугольного сечения, протянувшаяся от передней подвески к мотору. Ее наличие выдавал высокий тоннель на полу.

Кузов Т77 получился таким широким, что в него без особых проблем могли разместиться шесть человек - три спереди и три сзади. На выставочном образце руль даже находился прямо посередине приборной панели, и только на серийных экземплярах его сместили на правую сторону -- дорожное движение в Чехословакии в то время было левосторонним. За задним сиденьем располагался объемный багажник, а крыша выполнялась из плотной материи, складывающейся назад.

Разработка перспективной машины T77 с новой заднемоторной компоновкой и оригинальным кузовом велась в обстановке строжайшей секретности. Главный конструктор завода Tatra, Г.Ледвинка, и ведущий конструктор новой модели, А.Юбельаккер, прекрасно знали, что многие фирмы проявляют интерес к аэродинамическим кузовам. Таким образом, они старались обезопасить свою фирму от промышленного шпионажа.

Следующая модификация Татры - T77A вышла уже в 1935 году и обладала еще большим числом технических новшеств. Например, одной из новинок была центральная фара, которая поворачивалась вслед за рулевым колесом - вернее, она могла занимать одно из трех фиксированных положений.

Увеличив объем двигателя до 3.4 литра, и доведя его мощность до 70 лошадей, удалось повысить максимальную скорость до 145 км/ч. Некоторые доработки кузова еще больше снизили лобовое сопротивление - его коэффициент стал равен 0.212, что является совершенно фантастическим значением даже для современных автомобилей (для сравнения: у современных Порше он равен 0,25-0,27). Модернизированный кузов модели T77A снабдили оригинальным и характерным «хребтовым плавником», который являл собой вертикальный гребень, расположенный в задней части автомобиля.

Производство обеих моделей (T77 и T77A) было очень ограниченным - в период производства, с 1933 по 1938 годы, было выпущено всего 105 штук модификации T77 и 150 штук - T77a, включая опытные экземпляры и прототипы. Следует также отметить, что собирались эти машины вручную, и не существовало двух совершенно одинаковых Татр (некоторые отличались довольно сильно).

Одно время у австрийской фирмы «Stoewer» были намерения закупить у чехов лицензию на производство 77-й модели, но финансовые трудности не позволили осуществить проект. А тем временем конструкторы Татры работали над устранением главных недостатков Т77 - большого веса и неудовлетворительной управляемости, как следствие неравномерного распределения веса по осям. Так, на чертежах стали просматриваться черты будущей модели. Она появилась в 1936 году и получила обозначение Татра 87.

Автомобиль был высоко оценен немецкими офицерами во время Второй Мировой войны, благодаря своей превосходной скорости и управляемости, именно эту модель предложили для использования на первых европейских автобанах. Tatra 87 оснащался 3,0-литровым V8 двигателем с задним расположением моторного отсека, воздушным охлаждением и накладными кулачками под углом в 90 градусов. Производительность двигателя составляет 85 лошадиных сил, в то время как максимальная скорость -- 160 км/ч (100 миль в час). Tatra 87 занял место среди самых быстрых серийных автомобилей своего времени. Конкурирующие с ним автомобили в этом классе используют двигатели с почти в два раза большим объемом и расходом топлива -- порядка 20 литров на 100 км (11.8 миль на галлон). Благодаря своей аэродинамической форме, расход у Tatra 87 всего 12,5 литров на 100 км (18.8 миль на галлон). Нацистский министр вооружений и боеприпасов Фриц Тодт заявил: «этот 87 является прекрасным автомобилем для наших автобанов…» После войны, между 1950 и 1953 годами T87 переоснащались более современными 2.5-литровыми V8 моторами «T603».

Tatra 87 обладает уникальным кузовом. Его обтекаемая форма была разработана Гансом Ледвинкой и Эрихом Юбелакером, и был основан на базе Tatra 77 -- первом автомобиле, предназначенном для испытания аэродинамики в автомобилестроении. Дизайн кузова был на основе предложений, представленных от Пола Джерея -- инженера венгерского происхождения, который спроектировал знаменитый немецкий дирижабль «граф Цеппелин». «Плавник» в покатой задней части Tatra помогает разделить давление воздуха на обеих сторонах автомобиля -- прием, используемый в более поздних самолетах 50-х годов. T87 имел коэффициент аэродинамического сопротивления в размере 0.36, позже был также апробирован в аэродинамическом тоннеле на заводе VW в 1979 году, позже опытная модель T87 в масштабе 1:5 была испытана с коэффициентом сопротивления 0.244 в 1941 году.

Небольшие окошки в перегородках между пассажирами, пространство багажного и моторного отсеков, плюс жалюзи обеспечивающие подачу воздуха в двигатель с воздушным охлаждением ограничивали задний обзор водителю. Вся задняя часть кузова открывалась для обслуживания двигателя.

Многие элементы дизайна Tatra 87, Tatra V570 и позднего T97 были скопированы мировыми автопроизводителями спустя несколько лет. Фердинанд Порше высоко оценил работу чехословацких инженеров и был восхищен технической реализацией моделей Tatra 87 и T97, что позже выразил в конструкции первого поколения Volkswagen Beetle с 4-цилиндровым двигателем, из-за чего впоследствии получил иск со стороны Tatra.

Размещено на Allbest.ru