Amikor tiporjuk a gépnek, az aerodinamika lehet a legjobb barátunk, és a legundokabb ellenségünk is.. Az aerodinamikai szempontból nem túl körültekintően megtervezett kocsik esetén 80 km/h felett gyakran hallani erős szélzajt, érezni ahogy belekap a kasztniba egy-egy széllökés, kedvezőtlen viszonyok között nyúlik az adott sebesség elérésének időtartama, és aggasztóan instabil a kocsi. Egy kellő körültekintéssel körbe spoilerezett autó (front légterelő, oldalsó szoknyák és hátsó légterelő) azonban sokkal stabilabbnak, és gyorsabbnak is tűnik. 

Miért van ez? Megmutatom az aerodinamika főbb alapelveit, és azt hogy ez hogyan hat a kocsidra.

Az autó alakja

Itt rögtön le is kell ragadjunk egy kicsit. Az autók formai kialakításuk miatt alapvetően alkalmatlanok a nagy sebességű stabilitásra. Figyeljük csak meg a formát! Az utastér miatt adott egy ívelt felső vonal, illetve egy „egyenes” alsó. A légellenállás szempontjából ideális – kis homlokfelületű forma egy repülőgép szárnyára emlékeztet. A szárny funkciója a felhajtó erő termelése. Ezt a két felület közötti levegő áramlási sebességéből adódó nyomáskülönbség okozza. A kocsi is alapvetően ezt teszi, felhajtóerőt termel. El akar emelkedni az úttól.
 

Áramlás a karosszéria körül

A lapos és sima profil célja, hogy lamináris (turbolencia mentes) áramlás jöjjön létre a kocsi teljes hosszában. Az esetlegesen kialakuló turbolenciák drasztikusan növelik a légellenállást, és bizonyos kialakítások esetén lehetetlenné teszik egy hatásos leszorító erőt termelő hátsó szárny kialakítását is. (A „vasalódeszkákról” majd később, de aki ilyet „hord” az most fokozottan figyeljen!) A hibás aerodinamikai tervezés következményei lehetnek a kkoszos ablakok, illetve a nem kellő hatásfokkal működő ablaktörlők is.

Teszt is volt. Klikk a képre.

Tehát ha bárhol megtörjük a lamináris áramlást a kocsi körül, azzal az instabilitás felé visszük a jármű viselkedését. Sok mindent tehetünk azonban a kialakuló turbolenciák hatásának csökkentésére. Ellensúlyozó faktor lehet egy megfelelően kialakított spoiler, vagy éppen  vagy éppen a letisztult formákra való törekvés. A 70-es években gyártott Rx-7 egy jó példa arra, hogyan törekedtek a korai években a kedvező áramlási adottságokkal rendelkező forma kialakítására a széria járműveknél. A Savanna rendkívül kedvező 0,36 Cv-s alaktényezővel rendelkezett, ami akkoriban kiemelkedően jó volt, napjainkban azonban már az egyszerűbb sedanok is tudják ezt.

Légellenállás

Az alaktényező (Cv) mutatja meg számunkra egy autó aerodinamikai kifinomultságát az előre történő haladás során. Az olyan autók, amelyeknél ez az érték alacsony, kisebb motorteljesítmény mellett is képesek lesznek azonos sebességgel haladni mint egy erősebb, ámde aerodinamikailag kidolgozatlanabb társuk. Magyarul egy adott kocsi potenciálisan gyorsabb lesz, és jobban gyorsul majd magasabb tempónál is ha megfelelően alakítjuk ki a formáját.

Jegyezzük meg azonban, hogy a Cv-t nem veszi figyelembe a front rész kialakítását, hanem csak a kontúrokat, és a hosszt. A teljes légellenállási mutatót az alaktényező és a frontrész ellenállási együtthatójának szorzata adja. A mai autók már mind relatív alacsony Cv-vel rendelkeznek, ezért érdemes megemlíteni hogy a tuning körökben oly divatos Subaru mintájú levegő beömlő nyílások mintegy 40%-al képesek rontani ezen az értéken, különös tekintettel, ha nem is vezetnek sehová. A büszke „tunereknek” ez úton is gratulálok!
Hajófar, éles kilépőél.

Több kései modellen is megfigyelhetjük ha felülnézetből vizsgálódunk, hogy a far rész kialakítása olyan ami keskenyedik a kocsi vége felé haladva. Ez a kialakítás csökkenti a mozgás közben az autó háta mögött létrejövő örvényteret. Ezt nevezzük „farvíznek”, mert a kialakult légáramlás jellege nagyon hasonlít a hajók háta mögött megfigyelhető jelenségre. Az elkeskenyedő kialakítás célja – a kocsi bármely részén – hogy csökkentse a formai egységet követő turbolenciák számára rendelkezésre álló teret.
Egy másik trükk a légellenállás csökkentésére, hogy egy igen éles kilépőélt alkalmaznak így csökkentve a turbolenciák kialakulásának mennyiségét/erejét. A legtöbb aerodinamikailag hatékony kocsi rendelkezik ezzel a megoldással, amelyik nem, annak általában design okai vannak. A fenti képen látható Audinál ügyesen alkalmazták mindkét megoldást.
 
Káros légterelők

A legtöbb utólag felszerelhető univerzális légterelő magukban alkalmasak lehetnek leszorító erő létrehozására, de a legtöbb esetben jó esetben is csak csökkentik a keletkező felhajtóerőt – nem képződik nettó leszorító erő. Erre csak nagyon kevés karosszéria alkalmas valójában.

Szárnyak

A szárny alapvető funkciója a felhajtóerő termelés úgy, hogy maga a szerkezetet körülvevő áramlás lamináris mindkét sík fölött. Amennyiben a profilt letükrözzük, leszorító erőt kapunk. A nagy leszorító erőt termelő szárnyak velejárója a nagy légellenállás is (mert nagyobb nyomáskülönbség létrehozásához az egyik oldalnak nagyobb íveltségűnek kell lennie, így azonban nő a homlokfelülete, tehát a légellenállása is) – ez az oka annak, hogy ilyen kialakítású szárnyakat csak csúcskategóriás, valóban nagy teljesítményű versenykocsikon találkozhatunk. A tervezéskor így törekedni kell arra, hogy megtaláljuk az egyensúlyt a szárny vastagsága és íveltsége között.

Gyakran alkalmaznak a szárnyak végén függőleges elemeket. Ezek az – a repülésben winglet néven futó – elemek a szárnyak külső éle felé történő kiáramlásokat hivatottak csökkenteni, amik csökkentik a generált felhajtóerőt. A „támadási szög” beállításával szintén állítható a termelt felhajtóerő mértéke, ám egy bizonyos beállítási szögön túl, semmi mást nem képzünk, mint haszontalan légellenállást.
 
Az hátsó elhelyezésekor mindig olyan áramlási övezetbe kell pozícionáljuk a hátsó szárnyat, ahol lamináris áramlás uralkodik. Sedan kialakítás esetében ez azt jelenti, hogy extrém módon hátra kell vigyük a szárnyat, és jóval magasabbra kell helyeznünk, mint a tető vonala. Így a szárny  jóval kikerül a hátsó szélvédő mögötti örvény zónából, és nagyobb erővel gyakorol hatást a karosszéria viselkedésére.
Ennek az elhelyezésnek további előnye a nagyobb erőkar is, ez tovább fokozza a hatékonyságot.

Hatchback forma esetében a szárny elhelyezése a tető fölött, a „levágás” előtt ideális. Ebben az esetben ugyanazok a szabályok vonatkoznak rá, mint a sedan esetében. Ha a csomagtartó ajtó mögé rögzítjük, az pontosan a farvízbe kerül, és semmi sem ér.

Hátsó spoiler

A hátsó spoiler arra lett tervezve, hogy rontsa (to spoil = rontani), illetve újra irányítsa az áramló levegőt. Úgy képez leszorító erőt, hogy a levegőt felfelé irányítja. Hatékonyság tekintetében elmaradnak a szárnyaktól, mert ugyan jelentős leszorító erőt képesek termelni, de azt csak igen komoly légellenállás növekedés árán.

A spoilereknek létezik egy igen érdekes vállfaja is. Megfeigyelhetünk olyan kialakításokat is, ahol a spoiler alatt található egy „átjáró”. Ennek dupla haszna, hogy egyrészt növeli a leszorító erőt, másrészt csökkenti a kocsi alaktényezőjét is. A megoldást eredetileg a TWR fejlesztette ki. Aerodinamikai trükkök:)
 

Front toldat
 
Az orr emelkedésének minimalizására a legegyszerűbb megoldás, ha annak alsó peremét minél alacsonyabbra helyezzük. Ezzel a megoldással nagy mennyiségű levegőt szoríthatunk ki a kocsi alól, amely „szívó” hatást generál. Bonuszként könyvelhetjük el, hogy így nagyobb mennyiségű levegő kénytelen a hűtő felé áramlani. Amint átlép a hűtőn a levegő, a megemelkedett hőmérséklete miatt ráadásul az a motorháztető felé fog áramlani, így az ott kialakított nyílásokon távozhat.

Splitter – első áramlásterelő
 
Az orron elhelyezett áramlásterelő lényege, hogy elterelje a levegőt a kocsi orránál, így – a kocsi orrát lefelé billentő erőket létrehozva – csökkentve a kocsi alatt áthaladó levegő mennyiségét. Ez  bólintó hatás pozitívan befolyásolja a hátsó szárny működését is (ha van).

A splitter legjobban a gömbölyű profilú kocsikon szuperál, mert ebben az esetben az orr alsó szekciójánál létrehoz egy nagy nyomású zónát, ami megint csak a hűtők hatásfokának növelésére, vagy a szívórendszer töltöttségi fokának javítására használhatunk.

Oldalsó „szoknyák”
 
A szoknyák célja, hogy megakadályozzák a levegő bejutását a kocsi alatti alacsony nyomású légtérbe. Ennek elkerülése növeli a „szívó” hatást. A szoknyák hatékonysága azon múlik, hogy mennyire vannak összhangban az első és a hátsó rész kialakításával. Tehát ha a kocsink alatt megfelelő alacsony nyomású légréteget szeretnénk, törekedjünk a teljes körbe spoilerezésre. Ha ez megfelelően van kiaalakítva, a kedvező nyomásviszonyok az autó végéig megmaradnak.

Alsó légáram
 
A kocsi aljának simává tételével tovább csökkenthetjük a légellenállást, és kamatoztathatjuk a kis nyomású légréteg előnyeit. A teljesen sima alsó burkolat igazából csak versenyutókon alkalmazható. Egy széria autón ott a kipufogó rendszer – amit nem érdemes bezárni, a tank, és a hajtáslánc elemei. Napjainkban ugyan igyekeznek burkolni a személygépkocsik alját, de ennek hatásfoka elenyésző a teljesen sík felületéhez képest.

Hogyan készül az R-35 GT-R? Klikk a képre.

A 70-es években szökőárként terjedt a Formula-1-ben a kocsik alatti légmennyiség csökkentése. A legelvetemültebb megoldás a talajig érő szoknyák alkalmazása volt, egy olyan hátsó alsó légterelővel aminek a végében egy nagy sebességű szívó ventilátor trónolt, vákuumot hozva létre működés közben! A zseniális nem csak az volt ebben a megoldásban, hogy félelmetesen megnőtt a kocsik tapadása és kanyarsebessége, hanem hogy ezt minden sebességnél hozták.

Ha érdekel a Brabham porszívója, klikk a képre.

Ennél a megoldásnál elterjedtebb lett azonban az alsó légcsatornák, és a diffúzorok használata. Mindkét esetben a kocsi orránál egy sík felülettel találkozunk, majd a hátsó szekcióban íveltséget kap a fenéklemez, így aerodinamikai kormányként hoznak létre a kocsi farát lefelé szorító erőhatásokat.

Tiszta sor azt hiszem mindenki számára, hogy egy utcai autó esetében valamilyen front spoiler és a megfelelő küszöb-hátsó lökhárító kombináció a célra vezető.

az autospeed.com cikkje alapján