Aerodinamică

Aerodinamica este ramura fizicii care studiază modul în care aerul se mișcă în jurul unui corp care îl străbate, iar în cazul automobilelor ea determină felul în care curgerea aerului din jur influențează rezistența, stabilitatea, răcirea, zgomotul și, în cele din urmă, eficiența. Contează fiindcă aerul, deși invizibil, se comportă ca un fluid pe care mașina trebuie să-l dea continuu la o parte, iar modul în care acest curent se lipește de caroserie, se desprinde de ea și se recompune în spate are un efect profund asupra comportamentului vehiculului și asupra energiei consumate.

Cea mai importantă consecință este rezistența aerodinamică la înaintare, forța care se opune mișcării. Rezistența crește cu pătratul vitezei, așa că dublarea vitezei împătrește aproximativ forța de rezistență; la viteze de autostradă, ea devine principala rezistență pe care mașina trebuie să o învingă, depășind pierderile prin rulare și pe cele mecanice. Pentru că motorul trebuie să lucreze împotriva acestei forțe, rezistența este un factor determinant pentru consumul de carburant și, în cazul mașinilor electrice, pentru autonomie. O bună parte din rezistență provine nu din partea frontală care împinge aerul, ci din curentul turbulent de joasă presiune lăsat în urmă, motiv pentru care îngustarea spatelui este atât de eficientă.

Curgerea aerului generează și forțe verticale. Pe măsură ce aerul accelerează peste suprafețele curbate de sus ale caroseriei, presiunea scade, iar mașina tinde să dezvolte portanță, care descarcă anvelopele și erodează stabilitatea la viteză mare. Inginerii gestionează acest lucru cu eleroane (spoilere), care fragmentează curgerea nedorită, și cu fundul plat al caroseriei și difuzoarele spate care, la mașinile rapide, pot produce apăsare aerodinamică ce presează anvelopele pe asfalt. Același curent de aer trebuie totodată canalizat pentru a răci motorul și frânele și dirijat astfel încât să reducă zgomotul de vânt care ajunge în habitaclu.

Pentru șofer și proprietar, aceste efecte se traduc în rezultate concrete: economie mai bună, habitaclu mai liniștit, comportament mai sigur la vânt lateral și la viteză, plus o răcire adecvată sub sarcină. O formă care taie aerul curat poate aduce kilometri în plus de autonomie sau un consum mai mic, pur și simplu reducând efortul pe care grupul motopropulsor trebuie să-l facă la viteză de croazieră.

Obținerea unei aerodinamici bune ține de o modelare atentă a formei, nu de un singur dispozitiv. Forma generală a caroseriei, înclinarea parbrizului, tratarea stâlpilor A și a oglinzilor exterioare, rosturile dintre panouri, planeitatea fundului mașinii și detalii precum eleroanele și difuzoarele contribuie toate. Designerii le rafinează în tunelul aerodinamic și prin simulare numerică a curgerii (CFD), echilibrând adesea idealul aerodinamic cu stilistica, dispunerea componentelor și vizibilitatea.

Performanța aerodinamică este de obicei concentrată în coeficientul de rezistență, sau Cx (Cd), o cifră adimensională care exprimă cât de curat alunecă o formă prin aer, deși aria frontală contează la fel de mult pentru rezistența totală. Disciplina se înrudește cu alte influențe asupra rezistenței și eficienței mașinii, printre care rezistența la rulare a anvelopelor și problema mai largă a apăsării aerodinamice, toate reflectându-se în consumul real de carburant.