Автомобили и школьная физика. Нужна помощь специалистов

Петр Иванович Дубровский, добросовестный инженер – исследователь, честный и непредвзятый частный научный детектив d-pi@yandex.ru

В статье, полностью опубликованной в Independent Academy, я наглядно, проведя натурный эксперимент, показал, что для автомобиля класса Opel Astra для поддержания постоянного движения на горизонтальном участке дорого со скоростью до 60...80 км/час необходимо прикладывать к машине "движущую силу" в размере 300Н. Повторю ссылку:

https://www.academia.edu/attac...

Кстати, если у кго возникают трудности со скачиванием статьи, напишите мне на d-pi@yandex.ru - и я вышлю вам статью в формате pdf или docx

Independent Academy - американский сайт, вроде бы как с обязательной регистрацией. Жаль, что сейчас в РФ нет аналогичного ресурса. А - было некое Техносообщество России, на котором я публиковал свои статьи, в которых но, как только меня начали усиленно читать, сайт почему-то "почил в бозе". Правда, на сайте Техносообщества России появлялись даже какие-то дикие статьи на основе нумерологии, астрологии и, прости господи, сайентологии - и мне до сих пор непонятно, какое отношение они имели к Технике (и науке вообще).

Я вот думаю, может быть, попытаться создать такой ресурс? Но посвященный исключительно технике, физике и химии - нестандартным взглядам и нестандартным решениям, которые бы основывались в первую очередь на фактах - на экспериментах и практике. Что вы думаете на этот счёт, дорогие читатели?

Но пока давайте поговорим о другом - но тоже о физике и технике, об автомобилях.

Мне нужна помощь, так как я кое-чего недопонимаю. Разумеется, мозги у меня уже не те, что были в 30 и 40 лет - кое что идёт со скрипом. Но способности к анализу информации я не потерял.

Итак. У меня Opel Astra с мотором Z18XER (далее привожу некоторые паспортные данные и обсчитываю их)

Я считаю массу машины m = 1500 кг

Очевидно, что для поддержания движения с постоянной скоростью

F_движущая = F_тр (самого разнообразного трения) + F_а.д. (аэродинамическое сопротивление)

А для ускорения (для разгона)? "движущая сила" должна быть намного выше сил сопротивления движению:

F_движущая >> F_тр + F_а.д.

Разгон от нуля до сотни - 10,2 с, значит, среднее ускорение a = 27,8 м/с / 10,2 с = 2,72 м/с^2

Тогда "движущая сила", которую должны сообщать колёса всей машине, должна быть равна 1500 кг * 2,72 м/с^2 = 4085 Н (и это без учета сил сопротивления движению !!!)

Как можно получить такую «движущую силу», если паспортные данные для двигателя Астры таковы:

Максимальный крутящий момент, Н*м (кг*м) при об./мин. : 175 (18) при 3800 оборотах в минуту

Диаметр колёс 195/65/R15 – 63,25 см, то есть радиус – 31,6 см.

Передаточные числа (для коробки F17+):

1 – 39/11 = 3,545

2 – 45/21 = 2,143

3 – 30/21 = 1,429

4 – 37/33 = 1,121 (хотя могли бы сделать и «прямую»)

5 – 33/37 = 0,892.

Редуктор – 3,94

При 3800 оборотах коленвала двигателя скорость машины на 4 передаче = 0,377 * 3800 * 0,316/(1,121 * 3,94) = 102,5 км/ч

В этом случае, без учёта потерь в трансмиссии, МАКСИМАЛЬНЫЙ крутящий момент на обоих ведущих колёсах будет равен 175*1,121*3,94 = 773 Н*м, где

175 Н*м - максимальный крутящий момент, 1,121 - передаточное число 4 передачи , 3,94 - передаточное число редуктора.

А ТЕПЕРЬ – ВНИМАНИЕ, ВОПРОС ЗНАТОКАМ (я спрашивал об этом своего знакомого "дизелиста" из института ЦНИДИ - Центрального Научно-Исследовательского Дизельного института в Питере, но за три недели не добился от него ответа)

Как при таком МАКСИМАЛЬНОМ ПАСПОРТНОМ крутящем моменте можно обеспечить движущую силу для всей машины в 4085 Ньютонов? причем без учета сил сопротивления движению...

Чтобы обеспечить 4085 ньютонов тяги, необходимо иметь крутящий момент

4085 Н * 0,316 м (радиус ведущих колёс)= 1290 Нм – слишком ощутимая разница с 773 Нм, а если еще добавить силы сопротивления движению, получится двойная разница

Я плохо знаком с практической динамикой автомобилей - никогда не измерял ускорение сам. Может быть, просто при увеличении скорости максимально возможное ускорение сильно падает - то есть в начале старта ускорение доходит до 4...5 м/с^2, а при высоких скоростях падает до 1,0…1,2 м/с^2 и даже ниже?

Или с измерением ПАСПОРТНОГО крутящего момента что-то не так? Хотя вроде бы как его измеряют специальными динамометрами и тормозными устройствами -и технология измерения вроде бы как многократно апробирована и никаких нареканий не вызывает.

А если посчитать? Элементарно посчитать.

Диаметр цилиндров Z18XER – 80,5 мм

Ход поршня – 88,2 мм, то есть максимальный рычаг – 44,1 мм

S_поршня = 50,9 см^2

Примем среднее давление в процессе сгорания за 30 кгс/см^2 (или на самом деле вроде бы как больше?)

Тогда сила, давящая на поршень, равна 50,9 * 30 = 1530 кгс = 1,53 тс = 15000 Н

Умножаем на рычаг 0,044 метра = 659 Нм, то есть примерно в 4 раза выше, чем паспортный. Разумеется, есть потери и в самом двигателе - как я уже пояснял в указанной выше статье, которые доходят при скорости автомобиля в 60 км/час до 50% - то есть примерно половина сгорающего бензина (дизельного топлива) расходуется на преодоление трения между поршнем и стенками цилиндра, на изменение направления движения поршней, на сжатие новой порции рабочей смеси... А при увеличении числа оборотов, для достижения скорости в 100-120 км/час, расходы на обслуживание двигателя увеличиваются, по моим прикидкам, до 70%, то есть лишь треть сгорающего бензина тратится на движение автомобиля. прикидки приведены в моей статье, на которую я давал ссылку.

ЛИШЬ ТРЕТЬ !!!

Конечно, крутящий момент считать надо по интегралу, величина рычага и давление в камере сгорания зависят от угла поворота, опять же надо сжимать рабочую смесь в следующем цилиндре, выбрасывать отработанную в еще одном и засасывать в третьем, преодолевая трение. Но неужели все, что остаётся на выходе двигателя, на коленвале – это жалкие 175 Нм ?

Цифра в 659 Нм куда как более естественна. Считаем, что половина крутящего момента уходит на нужды двигателя, остаётся 330 Нм, умножаем на передаточные коэффициенты КПП и редуктора и получаем требуемый для ускорения автомобиля крутящий момент на колёсах в

330 * 1,121 * 3,94 = 1457 Н*м

Поэтому у меня стойкое ощущение того, что с паспортным крутящим моментом, а особенно - со способами и методиками его определения что-то не так.

Я в чем-то не прав? Если не прав то в чём именно?

Знатоки автомобильной техники, автоинженеры, специалисты и просто любопытствующие и интересующиеся, жду ваших комментариев.