Arabalardaki aerodinamik yapı birden fazla bileşen ve özellikteki parçaların doğru bir biçimde bir araya gelmesiyle oluşur. Aerodinamik yapıda sürüklenme bileşenlerine göre araçlar için hesaplanabilen bir katsayıyı ifade eder. Aerodinamik tasarıma sahip araçlar, daha yüksek hızlarda daha dengeli olma eğilimindedir.
Hava Direnci
Çoğumuz hava veya rüzgarı bir duvar olarak düşünmüyoruz. Düşük hızlarda ve dışarının çok rüzgarlı olmadığı günlerde havanın araçlarımızla nasıl etkileşime girdiğini fark etmek zor. Ancak yüksek hızlarda ve olağanüstü rüzgarlı günlerde, hava direnci (havanın hareket eden bir nesneye etkiyen kuvvet – aynı zamanda sürükleme kuvveti olarak da tanımlanır ), bir arabanın hızlanma, idare etme ve yakıt kilometresine ulaşma şekli üzerinde muazzam bir etkiye sahiptir.
Aerodinamik
Aerodinamik, kuvvetlerin ve nesnelerin havada hareketinin incelenmesidir ve yaklaşık son 30 yıldır, otomobiller aerodinamik yapılar göz önüne alınarak tasarlandı. Otomobil üreticileri, hava direncini kesmeyi kolaylaştıran ve günlük sürüş üzerinde daha az etki yaratan çeşitli yenilikler geliştirdiler.
Araba tasarımının yakıt tasarrufunda rol oynayan önemli bir yönü aerodinamik verimliliktir. Başka bir deyişle, bir arabanın içinden geçtiği havadan olabildiğince az dirençle karşılaşmasını sağlamak. Bir araba aerodinamik açıdan ne kadar verimli olursa, herhangi bir hızda seyahat etmek için o kadar az yakıt kullanır. Araba ne kadar hızlı hareket ederse, hava direncini (sürüklemeyi) minimumda tutmak o kadar zordur.
Arabalar yıllar içinde daha hızlı hale geldikçe, aerodinamik verimlilikleri daha önemli hale geldi çünkü bir arabayı yüksek hızda itmek için gereken güç miktarı, hızın küpü ile artar. Ne kadar hızlı giderseniz, daha da hızlı gitmek için o kadar fazla güç gerekir.
Sürüklenme katsayısı
Bir arabanın şeklinin aerodinamik verimliliği, sürtünme katsayısı ile ölçülür (genellikle Cd şekli olarak bilinir). Örneğin, hava akışına dik açılarda tutulan düz bir plakanın Cd’si 1.25 iken, şu anda en verimli üretim araba şekilleri yaklaşık 0.28 Cd’ye sahiptir.
Bununla birlikte, bu Cd rakamı, bir otomobilin aerodinamik direncini hesaplamak için tek başına kullanılamaz çünkü otomobilin ön alanını hesaba katmaz. Ön alan, otomobilin toplam kesiti veya önden bakıldığında kapladığı toplam alan miktarıdır.
Tam boyutlu bir araba ve aynı şeyin ölçekli bir modeli, her ikisi de aynı Cd rakamına sahip olacaktır, ancak daha büyük versiyonun, ön alanı daha büyük olduğu için, onu hızla ilerletmek için çok daha fazla güce ihtiyacı olacaktır.
Bu nedenle, önemli rakam, vücuda etki eden toplam sürükleme miktarını veren CdA’dır (ön alanla çarpılan sürükleme katsayısı). Bu nedenle, iki arabayı karşılaştırıyorsanız, Cd yerine CdA rakamını karşılaştırmalısınız.
Rüzgar tünelleri
Otomobil üreticileri, arabalarının prototiplerinin nasıl davrandığını görmek için rüzgar tünellerini kullanıyor. Bir rüzgar tünelinde, araba sabitlenir ve ileriye doğru sürüldüğünde arabanın karşılayacağı koşulları simüle etmek için önünden bir hava akımı üflenir.
Araba, aracın her iki ucunda ne kadar aşağı kuvvet veya ne kadar kaldırma üretildiğini kaydeden aletlere bağlanır. Arabanın önünden geçen hava akışı, aracın gövdesine küçük yün tutamları iliştirilerek veya önünden bir duman akışı üflenerek görünür hale getirilir.
Her iki durumda da rüzgarın arabanın üzerinden geçerken izlediği yol, yünün veya dumanın nasıl davrandığından görülebilir. Duman ayrıca arabanın önündeki ve arkasındaki havanın davranışını da gösterir. Yün tutamlar, vücut üzerindeki hava akımı hatları boyunca kendilerini düzenler ancak arabanın önündeki veya arkasındaki hava davranışını gösteremez.
Rüzgar tünelindeki model veya araba, hava akışına göre çeşitli açılarda döndürülebilir, böylece mühendisler vücut şeklinin yan rüzgarlarda nasıl davrandığını görebilir.
Sürtünmeyi Azaltmak
Araba rüzgar tüneline yerleştirildikten sonra, sürükleme kuvveti, rüzgar geçerken arabanın sabitlenmiş tekerleklerine uyguladığı kuvvet miktarı ile ölçülür. Değişiklikler yapıldıkça, sürükleme üzerindeki etkiler ölçülebilir ve kaydedilebilir.
Genellikle otomobilin tasarımcıları, sanki havada kolayca kayacakmış gibi görünen bir prototip üretirler, ancak hava girişleri ve kapı kolları gibi öğeler eklendiğinde verimlilik düşer.
Aerodinamik yapıyı beslemek için hava akışını yumuşatmaya yardımcı olan bazı özellikler eklenir. Otomobil üreticileri havayı kesmek için alçak, yumuşak eğimli bir burun, hava akışını engellemeyecek şekilde çevreleyen üstyapı ile neredeyse aynı hizada olan bir ön cama, ayrıca üstyapı ile neredeyse aynı hizada olan yan camlar ve minimum tekerlek kaplamalara özen gösterir. Kapı kollarının gömülmesi ve dış aynaların düzene sokulması gibi detaylara özen gösterilmesi, havanın daha düzgün bir şekilde akmasına izin vererek ve girdapların oluşma eğilimini azaltarak aerodinamik sürtünmeyi azaltmaya yardımcı olur.
Modern aerodinamik otomobillerde kullanılan diğer teknikler arasında, ön cam sileceklerinin kullanılmadığı zamanlarda ön camın altına gömülmesi, kapatıldığında aracın burnuna tam oturacak şekilde açılan farlara sahip olması ve aracın çatısının kenarlarındaki yükseltilmiş olukların ortadan kaldırılması yer alır. Ayrıntılara özen gösterilerek, arka ışık lenslerini temiz tutmak için hava akışı bile sağlanabilir.
Uygulanabilirlik
Üretim için bir otomobil geliştirilirken, orijinal tasarımın aerodinamik saflığının bir kısmı genellikle kaybolur. Bazen değişiklikler maliyet nedeniyle yapılır. Örneğin, düz bir alt tavanın takılması, bir otomobilin şeklinin verimliliğini artırabilir, ancak bu panelin üretimi ekstra maliyete neden olabilir ve vites kutusu gibi bileşenlere erişimi daha zor hale getirebilir.
Diğer durumlarda, daha geniş lastikler takma ihtiyacı gibi pratik hususlar, otomobili ince lastikli prototipe göre daha az aerodinamik hale getirebilir. Otomobil seri üretilecekse, yabancı özellikleri fazla içeriyorsa satışları gecikebilir.
Bunun bir örneği, Ford’un konsept otomobili Probe’un kaplamalı aerodinamik ön tekerlekleridir. Sondaya çok benzeyen ancak ön tekerlekleri kaplanmamış olan Sierra, halk alışana kadar yavaş satıldı. Ön tekerlekleri kaplanmış olsaydı, satışlar daha da yavaşlayabilirdi.
Kararlılık
Rüzgar esmediğinde düz bir çizgide havada kayacak bir araba tasarlamak nispeten kolaydır, ancak yandan rüzgar estiğinde arabanın dengede kalmasını sağlamak daha zordur. veya otomobilin yan tarafında bir kuvvet oluşturan yüksek hızda viraj alırken.
Bir arabanın yanında, rüzgar basıncının etkili bir şekilde hareket ettiği basınç merkezi adı verilen teorik bir nokta vardır. Mühendisler, basınç merkezine ve kuvvetler dengesine dikkat ederek daha dengeli arabalar tasarlayabilir.
Örneğin, basınç merkezi arabanın ağırlık merkezinin çok üstünde olsaydı, yandan esen bir rüzgar aracı devirebilir ve aynı zamanda onu itmeye çalışırdı. Basınç merkezi aracın ağırlık merkezinin çok önündeyse, kuvvetli ve fırtınalı bir yan rüzgar, aracın ağırlık merkezini öne getirmek için dönmeye çalışmasını sağlayacaktır.
Bununla birlikte, basınç merkezinin konumu aracın hızındaki değişikliklerle birlikte değişir ve hatta bazı durumlarda aracın önünde olacak şekilde bile değişebilir. Çözüm, önce arabanın ağırlık merkezinin oldukça ileride olmasını sağlamaktır. Bu, öne doğru ağırlık eğilimi olan önden çekişli düzeninin popülerliğinin nedenlerinden biridir.
Otomobilin arkasına doğru daha geniş bir üstyapı alanı varsa, basınç merkezi de daha geride tutulma eğilimindedir. Geçmişteki bazı yarış arabalarında, alanı arkaya doğru artırarak hızdaki dengesini artıran kuyruk kanatları vardı. Havaya iyi bir şekilde nüfuz eden alçak, eğimli kaput çizgisi, aynı zamanda otomobilin ön tarafındaki yan alanı aşağıda tutmaya yardımcı olur.