آیرودینامیک خودرو چیست؟ راهنمایی آسان برای عموم

اگر شما هم از مخاطبان رسانه پدال بوده باشید، احتمالا بارها و بارها با واژه «آیرودینامیک» برخورد کرده‌اید. اما وقتی حرف از خودرویی آیرودینامیک می‌زنیم یا درباره آیرودینامیک کامیون صحبت می‌کنیم، منظورمان چیست؟ آیا یک افزودنی برای آن‌ها به شمار می‌رود؟ آیا راهی برای بهبود آیرودینامیک خودروها و کشنده‌های ما وجود دارد؟ در این مقاله، راهنمایی جامع اما قابل‌درک را برای شما آماده کرده‌ایم که پس از مطالعه آن، با مفهوم آیرودینامیک خودرو آشنا خواهید شد.

همه ما می‌دانیم که هوا، دورتادور ما را احاطه کرده است و وقتی یک وسیله‌نقلیه مثل خودرو شروع به حرکت می‌کند، درحقیقت هوای اطراف خود را کنار می‌زند. آیرودینامیک، بررسی رفتار این هوا محسوب می‌شود. زمانی‌که هوا از روی بدنه، کناره‌ها و زیر آن عبور می‌کند، مقاومتی را برای خودرو ایجاد می‌کند و جلوی حرکتش را می‌گیرد؛ انگار که یک غول نامرئی، با حرکت‌کردن خودرو مخالف است و آن را در جهت خلاف حرکت، می‌کشد.

وقتی می‌گوییم یک خودرو (بر پایه اصول) آیرودینامیک طراحی شده یا به‌اصطلاح آیرودینامیک است یعنی به‌شکلی ساخته شده که می‌تواند راحت‌تر از نمونه‌های مشابه باد را کنار بزند و با مقاومت کمتری حرکت کند. انسان‌ها از ابتدای آغاز مهندسی وسایل‌نقلیه به این مسئله واقف بودند و با گذر زمان، روش‌های دستیابی به این هدف را ارتقا داده‌اند؛ اما چرا؟ چه دلیلی برای طراحی آیرودینامیک وجود دارد؟

با ایجاد مقاومت در خلاف جهت حرکت، موتور خودرو با سختی مواجه می‌شود و درنتیجه، سوخت بیشتری را هم می‌سوزاند. هر چه فشار هوای مقاوم کمتر شود، موتور هم کمتر به خود فشار می‌آورد و در نتیجه، مصرف سوخت هم کاهش می‌یابد.

همان‌گونه که در بخش قبل گفتیم، با نبود توده هوای مقاوم، موتور انرژی کمتری را صرف خنثی کردن اثر آن می‌کند پس انرژی بیشتری برای حرکت خودرو ایجاد شده و می‌تواند هم سریع‌تر شتاب بگیرد و هم به سرعت‌های بالاتری دست پیدا کند.

البته تنها اثر توده هوای پیرامون خودرو، کاهش سرعت نیست. اگر طراحی یک خودرو به‌درستی انجام نشده باشد، رفتار باد دور آن تغییر می‌کند؛ برای درک این مسئله خود را تصور کنید که در یک پیاده‌رو راه می‌روید اما ناگهان شخصی شما را به بغل هل می‌دهد و تعادل خود را از دست می‌دهید! طراحی آیرودینامیکی اشتباه می‌تواند پایداری خودرو را کاهش داده و در سرعت‌های بالا خطرآفرین باشد.

اگر سوار خودروهای صفرکیلومتر، مدل‌بالا یا برقی شده باشید، متوجه می‌شوید که بیشترین صدا از سمت شیشه یا تایرها به گوش می‌رسند؛ اما آن بخش از صدا که از گذر باد بر شیشه خودرو شنیده می‌شوند را می‌توان با طراحی آیرودینامیکی مناسب، کاهش داد. گویا مولکول‌های هوا درحال اعتراض‌کردن هستند اما با هدایت درست، دست از اعتراض می‌کشند.

اما چه چیزی باعث ایجاد این تاثیرات می‌شود؟ اصلا مهندسان چگونه باد را هدایت می‌کنند؟ برای درک این مسئله باید با شالوده این دانش آشنا شویم.

هوا (یا هر سیال دیگری) برای مقاومت‌کردن، از نیروهایی استفاده می‌کند که به آن‌ها نیروهای آیرودینامیکی می‌گوییم. نیروهای آیرودینامیک را به‌طور کلی می‌توان به دسته‌های زیر تقسیم کرد.

نیروی پسا به همان نیروی مقاومت هوا (یا هر سیال دیگری) گفته می‌شود. این نیرو با اثرات فیزیکی خود روی جسمی مانند خودرو، تلاش می‌کند تا از حرکت آن جلوگیری کند.

یک عدد است که تاثیر شکل جسم در مقابله با هوا (یا هر سیال دیگری) را نشان می‌دهد؛ هر چه این عدد کوچک‌تر باشد، طراحی خودرو بهتر و بهینه‌تر است. هر چند که محاسبه ضریب درگ ظرافت‌های مهندسی خود را دارد اما می‌توانید برای آشنایی بیشتر با این مولفه آیوردینامیکی مطلب «ضریب پسا یا درگ چیست؟!» را مطالعه کنید.

نیروی بعدی، برآورنده جسم محسوب می‌شود. زیر تمام خودروها فضایی خالی وجود دارد که مسیری برای عبور هوا است. وقتی باد از زیر خودرو یا هر بخش دیگری از بدنه (مانند بال یا اسپویلر) گذر می‌کند، بدنه را به سمت بالا هل می‌دهد و تلاش می‌کند تا ارتباط آن از سطح جاده را از بین ببرد. این نیروی برآورنده، همان چیزی است که در صنعت هوافضا برای پرواز هواپیماها مورد استفاده قرار می‌گیرد.

نیروی عمودی یا همان دانفورس، به نیرویی گفته می‌شود که در اثر گذر باد از روی بدنه خودرو به آن اعمال می‌شود بدنه آن را به جاده می‌چسباند. این نیرو، یکی از مهم‌ترین عوامل حفظ چسبندگی خودرو به‌ویژه در سرعت‌های بالاتر است؛ برای آشنایی بیشتر با آن، مطلب «نیروی عمودی (دانفورس) چیست؟ تیم فرمول 1 مرسدس پاسخ می‌دهد» را مطالعه کنید.

طراحی بدنه اصلی‌ترین بخش تاثیرگذار در رفتار آیرودینامیکی خودرو به شمار می‌رود. طراحان خودرو با تکیه‌بر دانش آیرودینامیکی و پلتفرمی که در اختیار دارند، تلاش می‌کنند که از طراحی بخش‌های شکسته و تیز خودداری کنند و قالب اصلی خودرو را به اشکال آیرودینامیک نزدیک کند. برای آشنایی بیشتر با طراحی خودرو، مقاله «آموزش طراحی خودرو؛ با مفاهیم پایه زبان طراحی و تناسبات آشنا شوید» را مطالعه کنید.

البته راه‌هایی هم برای بهبود آیرودینامیک خودروهای کنونی وجود دارد که با تکیه‌بر قطعات استاندارد و مهندسی‌شده به دست می‌آید. استفاده از رینگ‌های آیرودینامیک که ساختاری بسته دارند، اسپلیر جلو، اسپویلر عقب، تیغه‌های آیرودینامیک جانبی، بال عقب و هواکش‌های فعال می‌تواند آیرودینامیک خودروها را بهتر کند.

با وجود تلاش خودروسازان برای بهره‌وری از آیرودینامیک مناسب در هر مدل، برخی از خودروها از باقی آن‌ها بهینه‌تر طراحی می‌شوند. در بازار خودروهای بین‌المللی، مدل‌های تولید انبوهی مانند سدان‌های کلاس A، کلاس CLA و EQS از مرسدس‌بنز، پورشه تایکان، تسلا مدل S، تویوتا پریوس، هیوندای آیونیک 6، لوسید ایر و... اشاره کرد.

شاید تصور کنید که استفاده از طراحی آیرودینامیک همیشه مثبت است. استفاده از این قوانین فیزیکی برای مصرف‌کننده همیشه مزایایی دارد که از جمله آن‌ها می‌توان به زیر اشاره کرد:

• صرف‌جویی در سوخت و بهبود سرعت
• پایداری در سرعت‌های مختلف
• کاهش سروصدا
• کاهش آلودگی‌
• طراحی زیباتر بدنه

اما این مزایا با زحمت زیادی به دست می‌آیند که برای خودروسازان خوشایند نیست:

• هزینه طراحی بالا
• محدودیت‌های فیزیکی
• محدودیت در استفاده از المان‌های شکسته

دلیل اصلی این مسئله که بسیاری از خودروسازان به تولید خودروهای غیرآیرودینامیک مشغول می‌شوند هم هزینه بالا و کمبود امکانات بررسی و تست خودرو محسوب می‌شود؛ چراکه این هزینه‌ها، باعث افزایش قیمت نهایی خودروها خواهند شد.

بهبود آیرودینامیک صرفا وابسته به شرکت سازنده نیست و می‌توان با تکیه‌بر راهکار‌هایی ساده، خودرویی آیرودینامیک‌تر داشت. برای نمونه اگر به‌طور غیرضروری از باربند استفاده می‌کنید، بهتر است آن را بردارید. استفاده از رینگ‌های آیرودینامیک، بستن شیشه خودرو هنگام حرکت، استفاده از لاستیک‌های با قطر استاندارد و تجهیز خودرو به آینه‌بغل با شکل آیرودینامیک می‌تواند شما را به هدف خود نزدیک‌تر کند.

البته که استفاده از کیت آیرودینامیکی بدنه هم می‌تواند به این مسئله کمک کند اما تا زمانی که این کیت مهندسی نشده باشد، هیچ تضمینی برای بهبود عملکرد نیست.

کامیون‌ها و کشنده‌ها هم مانند تمام وسایل‌نقلیه دیگر با در نظر داشتن این اصول فیزیکی طراحی و ساخته می‌شوند. درست است که بدنه کامیون به‌دلیل ابعاد بزرگ و سطح مقطع زیادی که دارد، در مقایسه با خودروهای سواری سبک مقاومت بیشتری در برابر هوا دارد. با این وجود، یکی از بهترین راه‌های کاهش مصرف سوخت در کامیون‌ها و کشنده‌ها هم بهبود آیرودینامیک آن‌ها به شمار می‌رود. برای آشنایی بیشتر با این زمینه، مقاله «ترفندهای کاهش مصرف سوخت برای رانندگان کامیون در ایران» را مطالعه کنید.