Aerodynamika vozidla je fenomén, s ktorým sa vývojári áut trápia už celé desaťročia. Dovolím si povedať, že väčšina bežných ľudí aerodynamické vlastnosti svojho auta nerieši, respektíve si ani neuvedomuje, na čo všetko odpor vzduchu pri jazde vplýva. Poučky hovoria, že aerodynamika ako vedná disciplína je jednou z častí aeromechaniky a zaoberá sa pohybom plynov a ich interakciou s pevnými objektmi, pričom to platí aj v opačnom prípade, pri pohybe pevných telies v plynnom prostredí. Poďme konkrétne k autám a pozrime sa ďalej na to, čo prezrádza teória o odpore vzduchu.
Vzniká rozrážaním a obtekaním vzduchu okolo karosérie vozidla a zodpovedá sile, ktorú musí pohonná jednotka auta vyvinúť na jeho prienik atmosférou. Odpor vzduchu začína pôsobiť bezprostredne po pohnutí vozidla aj v nízkych rýchlostiach a je priamoúmerný veľkosti čelnej/nárazovej plochy karosérie. Nebudem vás trápiť vzorcom na výpočet sily aerodynamického odporu, dôležité je vedieť, že hodnotu súčiniteľa odporu vzduchu (cx) ovplyvňujú rôzne faktory. Tvar čela karosérie, medzery a škáry medzi jednotlivými časťami, ale aj tvar podvozka a napodiv, aj tvar zadnej časti karosérie.
Znižovanie odporu vzduchu patrí ku kľúčovým úlohám konštruktérov takmer od samého počiatku automobilizmu, no v súčasnom období sa na aerodynamiku kladie obzvlášť veľký dôraz, predovšetkým v Európe. Zníženie odporu vzduchu totiž znamená zníženie spotreby paliva, teda aj zníženie produkcie emisií CO2 a pri elektromobiloch sa môžeme baviť o vyššom dojazde. V prípade niektorých modelov hrá rolu aj navýšenie ich maximálnej rýchlosti.
Spojlery a ich úloha v aerodynamike
Spojler je prvok na niektorých automobiloch, ktorý má podobu výbežku z karosérie alebo prídavného prvku a slúži spravidla na zmenu prúdenia vzduchu okolo vozidla. Môže pôsobiť ako aerodynamický stabilizátor alebo má prípadne len dizajnové účely. Ak má podobu "predsunutej dosky", najmä dosky obtekanej vzduchom z oboch strán, nazýva sa aj prítlačné krídlo či krídlo.
Na vozidlách sú najznámejšie predovšetkým zadné spojlery (alebo zadné krídla) montované v zadnej časti vozidla (buď na odtrhovej hrane strechy alebo veka batožinového priestoru). Existujú však aj predné spojlery, ktoré majú za úlohu znižovať tlak vzduchu pod vozidlom.
Materiály pre výrobu spojlerov
Výrobcovia spojlerov používajú rôzne materiály, každý s vlastnými výhodami a nevýhodami:
- Akrylonitrilbutadiénstyrén (ABS): Väčšina výrobcov originálnych doplnkov vyrába spojlery z liateho plastu ABS s rôznymi prímesami, ktoré spolu tvoria lacný, plastický, ale krehký materiál.
- Sklolaminát: Používa sa na výrobu automobilových dielov pre nízke náklady na výrobný proces. Sklolaminátové spojlery sa skladajú zo sklolaminátovej výplne upevnenej syntetickým dechtom.
- Karbónový kompozit (karbón, uhlík): Je to najmladší materiál na trhu s autopríslušenstvom. Karbón je ľahký, odolný, ale veľmi drahý materiál.
- Kremík: V počiatkoch veľa autodielov bolo vyrábaných z kremík-organických polymérov. Hlavnou výhodou tohto materiálu je fenomenálna plasticita.
Vplyv tvaru karosérie na aerodynamiku
Vývojári všeobecne využívajú v princípe dve hlavné cesty, prostredníctvom ktorých sa snažia pozitívne vplývať na výsledné aerodynamické vlastnosti auta. Prvou je fyzické zmenšenie karosérie, čo sa však bije so súčasným trendom, keďže autá medzigeneračné skôr rastú a ľudia navyše prahnú po SUV modeloch. V praxi tak vídame najmä uberanie z výšky karosérie, aj SUV-čka či crossovery zvyknú byť dnes pomerne nízke.
Bežné auto má totiž profil pripomínajúci tvar krídla a to znamená, že pri vysokých rýchlostiach generuje vztlak, teda má tendenciu odlepiť sa od zeme. To odľahčuje pneumatiky, čo zas následne znižuje dostupnú priľnavosť, a teda aj stabilitu auta. Obtekanie vzduchu okolo karosérie sa dá rôznymi spôsobmi ovplyvniť tak, aby auto generovalo tzv. nulový vztlak alebo dokonca prítlak. To znamená, že obtekanie vzduchu v rýchlosti spôsobuje, že auto je pritlačené k zemi, čo zvyšuje jeho stabilitu aj dostupný grip.
Bernoulliho princíp a jeho aplikácia v automobiloch
Už v 18. storočí napísal švýcarsky fyzik Daniel Bernoulli knihu Hydrodynamica, ktorej súčasťou bola aj istá rovnica. Tá je dnes súčasťou stredoškolskej fyziky a všeobecne je známa práve pod jeho menom. Ak ju preložíme do „laičtiny”, hovorí, že pri raste rýchlosti kvapaliny klesá jej tlak. V praxi je tento jav využívaný napríklad v karburátoroch alebo pri pneumatických striekacích pištoliach.
Ako ale ukázal Colin Chapman v roku 1978, možno ho s úspechom využiť aj u áut. Upraví sa spodok auta patričným spôsobom, vytvoria sa dostatočné podmienky pre zrýchlenie medzi autom a povrchom prúdiaceho vzduchu. A vzniká podtlak, ktorý auto „ťahá” k zemi. Obrovskou výhodou je, že nie je na úkor spotreby výkonu. Dôležitou súčasťou tohto mechanizmu sú prahy, resp. nástavce prahov. Tie ale nesmú smerovať von ako v prípade mnohých áut podrobených tuningu, ale dole, pretože tvoria tesnenie medzi nízkym tlakom vzduchu pod autom a vysokým tlakom vzduchu vedľa auta a všade okolo.
Problémom však je, že prítlak, ktorý prepožičiava autu stabilitu, a nízky aerodynamický odpor, ktorý zas umožňuje autu dosiahnuť lepšie hodnoty spotreby paliva alebo maximálnej rýchlosti, sú navzájom protichodné. S vyšším prítlakom sa spravidla zvyšuje aj aerodynamický odpor. Z toho dôvodu vznikla aktívna aerodynamika. V skratke stačí povedať, že ide napríklad o klapky pred chladičom alebo predný a zadný spojler - hovorím o aktívnych elementoch, ktoré sa počas jazdy dokážu, v závislosti od podmienok, vysúvať, sklopiť či zmeniť uhol.
Problémy s pretlakom vzduchu v interiéri auta
Niektorí majitelia automobilov sa stretávajú s nepríjemným javom, kedy pri zapnutom ventilátore a zatvorených oknách počujú únik vzduchu cez tesnenie. Tento jav naznačuje, že vzduch, ktorý sa vháňa do auta, nemá kam unikať, a v interiéri tak vzniká pretlak. Stačí otvoriť okienko alebo zapnúť vnútornú cirkuláciu a problém zmizne.
Tento problém sa môže objaviť aj na úplne nových autách, pričom sa často prejaví až po prvom zohriatí auta na slnku. Jednou z možných príčin môžu byť klapky v kufri alebo iné prvky, ktoré bránia voľnému prúdeniu vzduchu. Dôležité je skontrolovať tesnenia a prípadné perforácie, ktoré by mohli byť upchaté.
Správna DIAGNOSTIKA je lepšia než meniť súčiastky naslepo
Ďalšie aspekty aerodynamiky a údržby
Ťažké nákladné automobily ako sú ťahače, môžu mať spojler na streche kabíny, aby sa pretiahla výška, keď je kabína nižšia ako je náves, čo vytvára veľmi neaerodynamický efekt.
Okrem aerodynamiky karosérie je dôležitý aj správny tlak v pneumatikách. Systém detekcie úniku tlaku väčšinou upozorní až na pokles pod určitú kritickú hodnotu. Odporúčané hodnoty tlakov sú zvyčajne uvedené na štítku na karosérii, pričom sa líšia podľa zaťaženia vozidla. Je dôležité brať do úvahy aj zmeny teploty, pretože v chladnom počasí tlak klesá a v horúčave stúpa.
V súvislosti s prúdením vzduchu v aute sa spomína aj EGR ventil (Exhaust Gas Recirculation), ktorý recykluje výfukové plyny s cieľom znížiť teplotu spaľovania a tým obmedziť tvorbu oxidov dusíka (NOx). Tento ventil však môže prispievať k zvýšenej tvorbe pevných častíc a k znečisteniu nasávacieho potrubia, čo sa prejavuje zvýšenou spotrebou paliva a poklesom výkonu.
tags: #pretlak #vzduchu #na #karoserii