Автомобиль за 100 лет

Долматовский Ю. А.

Автомобиль меняет облик

Случилось так, что создатели первых автомобилей словно бы забыли о сопротивлении воздуха. Сделали быстроходную самодвижущуюся повозку, а форму ей придали высокую, угловатую, ступенчатую, как нарочно, не приспособленную для движения в воздушной среде. Первыми спохватились в начале XX века конструкторы гоночных и рекордных автомобилей. Они стали делать машины низкими и узкими, вроде лодок. Это помогло. Потом, используя формы рыб и птиц, стали сглаживать, скруглять поверхности кузова, заострили радиаторы, удлинили «хвосты» и брызговики-крылья, убрали выступающие фонари, закрыли спицы колес накладными гладкими дисками. Но обычные автомобили продолжали сохранять свою каретную форму, пока не приблизились к рубежу стокилометровой скорости.

На этой скорости необтекаемый автомобиль тратит на сопротивление воздуха до трех четвертей мощности двигателя! И соответственно три четверти расходуемого топлива.

В начале 20-х годов оценили значение обтекаемости автомобиля немецкие авиаконструкторы Пауль Ярай и Эдмунд Румплер. Они провели ряд опытов с моделями автомобилей в аэродинамических трубах и доказали: чем больший путь должны совершить потревоженные движением автомобиля частицы воздуха, тем больше трение между ними, тем большая мощность расходуется на это трение. Если движение частиц плавное, то трение сравнительно невелико. Когда же частицы наталкиваются на неровности, проваливаются в углубления, то происходит завихрение воздушного потока. Трение частиц возрастает.

Идеально-обтекаемая форма (в виде сигары), которую уже применяли к самолетам, дирижаблям, торпедам, рекордным автомобилям, для обычного автомобиля оказалась неподходящей: выступающие колеса нарушали ее, да и невозможно было соблюсти правильную пропорцию длины и поперечника, который зависит от комплекции людей и не может быть сильно уменьшен. Чтобы придать автомобилю идеальные пропорции, пришлось бы вдвое-втрое удлинить его.

Кузов яраевского автомобиля состоит из основания и надстройки; основанию придается профиль сигары и скругленные прямоугольные очертания в плане, а надстройка делается покатой. Румплер утверждал, что главное — направить воздух по бокам автомобиля. В этом случае частицы воздуха обходят половину ширины кузова; путь же воздуха между дорогой и машиной — тесный, а устремившимся вверх частицам приходится «перепрыгивать» через весь автомобиль (в то время его высота достигала двух метров). На основе этой теории Румплер придавал автомобилю форму лодки с почти прямоугольным профилем.

Долгое время обе теории бурно обсуждались на страницах журналов, но до проверки их на серийном автомобиле дело не доходило. Опытные машины Ярая и Румплера считали некрасивыми и сложными в производстве, отвергали из-за их необычности. Однако постепенно скругление формы кузовов по воле моды и благодаря успехам в прессовом деле приблизило в 30-х годах форму обычных автомобилей к обтекаемой.

Среди них особое положение занимает американский «Крайслер-Эрфлоу» («воздушный поток»), спроектированный Г. Бюрингом. Широкий, короткий, покатый капот, наклонная задняя стенка, поставленные под углом (V-образные) стекла спереди и сзади, сдвинутый вперед пассажирский салон уменьшенного по высоте кузова заметно отличают «Крайслер» от привычных для того времени форм автомобиля и благоприятствуют обтекаемости. Такие формы стали возможными вследствие смещения двигателя вперед, применения особой главной передачи в заднем мосту, несущей конструкции кузова и пружинной независимой подвески передних колес.

Как только сиденья оказались перед задним мостом, конструкторам, естественно, захотелось понизить их. Но тут в пол кузова врезался высокий тоннель для карданного вала. Чтобы понизить и тоннель, сместили вниз ведущую шестерню главной передачи заднего моста (гипоидная передача).

Все же автомобили 30-х годов не были по-настоящему обтекаемыми. Скат крыши был слишком крутым, и поток воздуха рано отрывался от поверхности кузова, создавая завихрения; но и при таком скате снижение и сужение «хвоста» делало заднюю часть кузова тесной.

Выход наметился в некоторых экспериментальных автомобилях, например на образце машины профессора В. Камма (Германия). Если формы серийных кузовов того времени можно назвать яйцевидными, то каммовская форма напоминает обрезанную с концов сигару. Она приближается к форме идеально обтекаемого тела в его средней части. Воздух незначительно завихряется спереди и сзади, но плавно обтекает большую часть «сигары». Внутреннее помещение имеет достаточный объем при умеренной длине кузова.

Обтекаемые автомобили, о которых рассказано, создавались на основе классической компоновки. Исключение среди названных машин составляют «Румплер» (у которого двигатель расположен в узкой корме «лодки», а пассажирский салон — в широкой средней и передней ее части) и «Татра» моделей 77 и 87.

«Аэродинамические Татры» производились до середины 50-х годов. Это большие быстроходные (до 150 км/ч) машины, но принципы их устройства заставили призадуматься и конструкторов машин массового производства. Г. Ледвинка разместил 8-цилиндровый двигатель и коробку передач по разные стороны заднего моста, двигатель облегчил и укоротил, расположив цилиндры в два ряда и применив воздушное их охлаждение. В результате на ведущие колеса приходилось около 60% нагрузки, т. е. как у тогдашних автомобилей классической схемы. Низкий кузов, утопленные в нем и закрытые боковыми щитками задние колеса, трехгранное «панорамное» ветровое стекло, плавно переходящие в поверхность дверей передние крылья, короткий пологий капот (под которым находились багажное отделение, бак для топлива и запасное колесо), вертикальное ребро-киль над задней частью кузова — все это резко отличало «Татру» от других автомобилей.

Надо заметить, что киль выдавал больное место «Татры» — недостаточную устойчивость на высоких скоростях из-за сдвинутой вперед массы обтекаемого кузова. Но эта особенность не беспокоила тех конструкторов, которые попытались применить выгодную схему «Татры» на менее быстроходных автомобилях. Выгодную, так как она давала относительное сокращение длины, высоты и массы машины.

Были и другие попытки построить оригинальные обтекаемые автомобили с двигателем сзади: В. Шлер (Германия) снабдил «Мерседес» кузовом, похожим на панцирь черепахи; А. Дюбонне (Франция) придал машине форму рыбы. В обоих случаях место водителя находилось в носовой части кузова. Автомобиль «Дюбонне» достигал 175 км/ч и расходовал намного меньше топлива, чем «Форд» с тем же двигателем, развивающий 130 км/ч.

Иные конструкторы связывали изменение компоновки не с обтекаемостью кузова, а с наибольшей компактностью, легкостью и простотой использования автомобиля. Наиболее яркий пример — он же один из самых ранних — автомобиль-малютка «Ганомаг» (Германия). В его конструкции устранено все, без чего машина может двигаться, агрегаты размещены так, чтобы лучше использовать объем кузова. Ширину автомобиля определило двухместное сиденье. Пространство между передними колесами освобождено от балки оси, рессоры заменены пружинами. Образовалось место для ног седоков, а между задними колесами — для механизмов. Исчезли крылья, подножки, карданный вал. Сами того не ведая, конструкторы предвосхитили схему автомобиля, получившую распространение три десятилетия спустя. Массовому выпуску «Ганомага» помешали его необычная форма и несовершенство механизмов. Все же к нему привыкли, и за три года было продано 16 тыс. машин.

Большим событием в развитии компоновки легкового автомобиля стало появление автомобилей с приводом на передние колеса.

Первым из них на рынок поступил ДКВ — детище осевшего в Германии датского инженера и промышленника И. Расмус-сена. Установив двухцилиндровый двигатель не вдоль оси машины, а поперек, около самых передних колес, Расмуссен, можно сказать, убил одним выстрелом нескольких зайцев. Ведущим (передним) колесам обеспечил удовлетворительную нагрузку, сцепление с дорогой. Капот и весь автомобиль сделал коротким. В трансмиссии устранил конические шестерни. Все вместе взятое плюс цельнодеревянная конструкция кузова (при этом экономится дефицитный металл) давало машине легкость, хорошую динамику при экономичном расходе топлива. Передний привод и низкий пол кузова обеспечивали устойчивость автомобиля. Органическим же его недостаткам — деликатным, уязвимым шарнирам на полуосях, плохой маневренности из-за малого угла поворота этих шарниров, потере сцепления колес с дорогой при разгоне и езде на подъем в то время не придавали значения. Было выпущено более 100 тыс. ДКВ.

Рассказывая об автомобиле ДКВ, нужно отметить и его двигатель, в отличие от большинства автомобильных — двухтактный. Такие двигатели, как мы знаем, привлекали простотой устройства еще Э. Ленуара и К. Бенца, стремившихся избавиться от шумного клапанного распределения. В каждом цилиндре двухтактного двигателя предусмотрены три отверстия. При ходе к верхней мертвой точке поршень открывает нижнее отверстие; горючая смесь, заранее смешанная со смазочным маслом, засасывается в картер из карбюратора.- При ходе поршня вниз она сжимается в картере и устремляется через перепускную трубку в верхнюю часть цилиндра. Поршень идет вверх и еще сжимает смесь, искра ее воспламеняет. Происходит рабочий ход, а затем выпуск газов через третье отверстие. Простота устройства и хорошие мощностные показатели двухтактного двигателя покупались, однако, ценой увеличенного расхода топлива (а также повышенной токсичностью выхлопных газов, которой в то время еще не прида-

сцепление; 4 — коробка передач; 5 — главная передача; 6 и 8 — шарниры; 7 — полуось; 9 — бак для топлива; 10 — карданный вал; // — запасное колесо

«Фиат-500» («Тополино») и «Ситро-ен-7СУ» («Траксьон аван») — сенсации автомобильного мира 30-х годов. Их производство продолжалось и после второй мировой войны: / — двигатель; 2 — радиатор; 3 — вали значения). Двигатели по образцу ДКВ выпускали многие фирмы. На современных автомобилях их устанавливают крайне редко.

Автомобили с передними ведущими колесами небольшими сериями строили и другие фирмы в США, Германии и Франции. Решающий поворот в компоновке автомобиля обозначился при появлении в 1934 году модели «Ситроен-Траксьон аван» (конструктор Жюль Саломон). Она как бы связывает до- и послевоенные звенья автомобильной техники в единую цепочку. В периоде «до» это была передовая конструкция, «после» — доживающая свои дни, но все еще способная соревноваться с новыми моделями.

В модели «Траксьон аван» передний привод сочетается с необычными для серийных машин того времени решениями — верхнеклапанным двигателем, несущим кузовом, подвеской колес на скручиваемых стержнях (торсионах). В отличие от ранних переднеприводных автомобилей других марок у «Ситроена» коробка передач установлена впереди ведущего моста. Вал к ней от двигателя проходит сквозь картер главной передачи. Тем самым двигатель смещен вперед, что увеличивает сцепную массу на передних ведущих колесах и освобождает дополнительное пространство в кузове. Эти особенности плюс низкая посадка, широко расставленные колеса, ровный пол, отсутствие подножек придают «Траксьон аван» неповторимое своеобразие.

Критики пророчили машине провал. Но, как и в случае с «Фордом-Т», ее необычность не оттолкнула покупателей. Если бы в то время автомобильные журналы выбирали «лучший автомобиль года», как это делается теперь, то, несомненно, таким автомобилем в 1934 году стал бы «Траксьон аван». С «Фордом-Т» его роднит и долголетие, он выпускался до 1956 года.

Переднеприводные и заднемоторные автомобили с их объединенными механизмами, пониженным полом продолжали привлекать конструкторов. Они поколебали абсолютное господство классической компоновки автомобиля. В конце 30-х годов выпуск «неклассических» машин в Европе достиг 10% от всего выпуска легковых автомобилей. Уйдет ли в историю классическая компоновка автомобиля или ее сменит другой вариант с лучшими показателями — об этом и о перспективе развития конструкции автомобиля будет рассказано в последней главе.