Аеродинамика

Аеродинамиката е дялът от физиката, който се занимава с движението на въздуха около тяло, минаващо през него, а при автомобилите тя определя как обтичащият въздушен поток оформя съпротивлението, стабилността, охлаждането, шума и в крайна сметка икономичността. Тя има значение, защото въздухът, макар и невидим, се държи като флуид, който колата непрекъснато трябва да изтласква настрани, а начинът, по който този поток приляга, отлепя се и се събира зад каросерията, силно влияе върху поведението на автомобила и върху енергията, която той изразходва.

Най-важната последица е аеродинамичното съпротивление — силата, която се противопоставя на движението напред. Съпротивлението нараства с квадрата на скоростта, така че при удвояване на скоростта силата на съпротивление се увеличава приблизително четири пъти; при магистрални скорости тя става основното съпротивление, което колата трябва да преодолее, и надделява над загубите от търкаляне и механичните загуби. Тъй като двигателят трябва да върши работа срещу тази сила, съпротивлението е първостепенен фактор за разхода на гориво, а при електрическите автомобили — за пробега. Голяма част от съпротивлението идва не от предницата на колата, която избутва въздуха, а от турбулентната зона с ниско налягане зад нея, поради което стесняването на задницата е толкова ефективно.

Въздушният поток поражда и вертикални сили. Когато въздухът ускорява над извитите горни повърхности на каросерията, налягането спада и колата започва да развива подемна сила, която облекчава гумите и подкопава стабилността при високи скорости. Инженерите управляват това със спойлери, които разбиват нежелания поток, и с оформено дъно и заден дифузор, които при по-бързите автомобили създават притискаща сила, притискаща гумите към пътя. Същият поток трябва да се насочи и за охлаждане на двигателя и спирачките, както и да се отвежда така, че да се сведе до минимум шумът от вятъра, достигащ до купето.

За шофьора и собственика тези ефекти се изразяват в осезаеми резултати: по-добра икономичност, по-тихо купе, по-уверено поведение при страничен вятър и на скорост, както и достатъчно охлаждане под натоварване. Една изгладена форма може да добави значителен пробег или допълнителна автономия само като намали работата, която задвижващата система трябва да върши при равномерно движение.

Добрата аеродинамика се постига чрез внимателно оформяне, а не чрез отделно устройство. Цялостната форма на каросерията, наклонът на предното стъкло, обработката на A-колоните и огледалата, фугите между панелите, гладкостта на дъното и детайли като спойлери и дифузори — всичко това допринася. Дизайнерите ги усъвършенстват в аеродинамични тунели и чрез изчислителна флуидна динамика, като често търсят баланс между аеродинамичните идеали, стила, компоновката и видимостта.

Аеродинамичното поведение обикновено се свежда до коефициента на съпротивление, или Cd — безразмерна стойност, която изразява колко чисто формата се промъква през въздуха, макар че челната площ е също толкова важна за общото съпротивление. Дисциплината стои редом с други фактори, влияещи върху съпротивлението и икономичността на колата, сред които съпротивлението при търкаляне на гумите и по-широкият въпрос за притискащата сила, които всички се отразяват върху реалния разход на гориво.