[ad_1]
دانشنامه علمی توتیا امروز: جریان هوا همیشه در عملکرد خودرو تاثیرگذار بوده اما این نقش، هیچ وقت به اندازه امروز محسوس نبوده است. هنر آیرودینامیک در سال های اخیر پیشرفت چشمگیری داشته. چندین دهه قبل، خودروسازان تنها یک بال پشت خودرو نصب و بعد، تاثیر آن را بررسی می کردند اما امروز، این پروسه به مراتب پیچیده تر است؛ مهندسی آیرودینامیک، امروز ساعات بی شماری از تست های تونل باد و شبیه سازی های پیشرفته کامپیوتری را شامل می شود. اما اگر علم آیرودینامیک امروز تا این حد پیشرفته شده، چرا هنوز هم خودروهایی همچون هوندا سیویک تایپ R اینچنین جزئیات آیرودینامیک بدنه چشمگیری دارند وقتی خودروهای دیگر همچون ۴۸۸ GTB فراری به ظاهر چیز اضافه ای روی بدنه ندارند؟ با طرح این پرسش، می خواهیم نگاهی موشکافانه تر به علم آیرودینامیک خودرو و تحلیل آن در فرایند تکامل بال عقب داشته باشیم.
نیرویی برای چسباندن خودرو به مسیر
برای درک بهتر علم آیرودینامیک، کافی است نگاهی به آسمان بیندازید. همان قاعده ای که هواپیماها را در هوا نگه می دارد، در چسباندن خودروها به سطح مسیر به کار می روند. نیمرخ قوس دار بال یک هواپیما، مسیر جریان هوا را برش داده بخشی از آن را از رو و بخشی دیگر را از زیر خود هدایت می کند. از آنجایی که سطح فوقانی بال هواپیما قوس بیشتری به جریان هوا می دهد، جریان هوای این بخش مجبور است فاصله بیشتری را برای گذر از سطح بال طی کند و در نتیجه سرعت بیشتری بگیرد. طبق قانون برنولی (استناد به کتاب سال ۱۷۳۸ فیزیکدان و ریاضیدان سوئیسی، دانیل برونی، به نام Hydrodynamica) هوایی که با سرعت بالاتری در جریان است، فشار کمتری به نسبت هوایی که با سرعت کمتر در جریان است، دارد. در نتیجه این تفاوت فشار، بال ها به سمت بالا هدایت می شوند و در اثر ایجاد نیروی رو به بالا، موقعیت هواپیما در ارتفاع حفظ می شود.
این بال را که سر و ته کنید، همین قاعده، خودرو را محکم تر به سطح مسیر چسبانده، چسبندگی بیشتری به آن می دهد. مثال بارز آن هم نیروی رو به پایین یا همان داونفورسی است که توسط یک بال عقب ثابت عادی ایجاد می شود. با استفاده از همان ابزار شبیه سازی که خودروسازان بزرگ برای طراحی خودروهای خود به کار می برند، می توانیم چگونگی ایجاد نیروی رو به پایین توسط یک بال را به تصویر بکشیم.
هر چه این ضریب پایین تر باشد، خودرو ساده تر و با زحمت کمتری جریان هوای مقابل را می شکافد. این ضریب بسیار مهم است چرا که بین آن و سرعت رابطه وجود دارد؛ هر چقدر سریع تر برانید، جریان هوای مقابل با فشار بیشتری مثل یک دیوار و در روی خودرو قرار می گیرد. این یکی از دلایلی است که باعث می شود بوگاتی شیرون با وجود ۳۰۰ اسب بخار قدرت بیشتر به نسبت ویرون گرند اسپرت ویتس، تنها ۱۰ کیلومتر بیشینه سرعت فراتر از آن داشته باشد.
بال و پر دادن به خودرو
خودروسازان سطوح کنترل ایرودینامیک بی شماری برای ایجاد نیروی رو به پایین به کار می برند و توضیح در مورد تمامی آنها نیازمند نگارش کتابی در باب آیرودینامیک است. پس فعلا به مهم ترین آنها یعنی بال های ثابت می پردازیم. اولین کاربرد بال ثابت در خودرو به دهه ۱۹۳۰ میلادی و RAK2 فریتز فان اوپل باز می گردد. این خودرو رکوردشکن برای رسیدن به مرز سرعت ۲۳۷٫۹ کیلومتر در ساعت از ۲۴ موشک بهره گرفت و با دانش کسب شده از صنعت هوافضا، اوپل دو بال قوس گرفته به سمت بالا در طراحی RAK2 استفاده کرد تا از بلند شدن آن از سطح زمین در سرعت های بالا پیشگیری کند. اما تا اواخر دهه ۱۹۶۰ که کولین چپمن خودروی فرمولاوان موفق خود یعنی لوتوس ۴۹ را معرفی کرد، زمان بُرد تا شاهد اولین استفاده از بال عقب ثابت در چیدمانی مرسوم تر برای خودرو باشیم.
ایرودینامیک فعال
طبیعی است هر یک از اجزائی که نیروی رو به پایین ایجاد می کنند، یک نیروی درگ نیز مرتبط با خود خواهند داشت. پس چطور می شود بهترین بهره ممکن را از آیرودینامیک برد. به این شکل که بر سر پیچ ها نیروی رو به پایین لازم را داشته باشیم، بدون ایجاد هیچ گونه نیروی پسا در مسیرهای مستقیم؟ اینجاست که وارد صحنه آیرودینامیک فعال می شویم. مثال بارز آیرودینامیک فعال، بال عقبی است که در دل سطوح بدنه مخفی است و تنها در هنگام نیاز مثلا در سر پیچ ها و یا در سرعت های بالا، برای ایجاد چسبندگی بیشتر خودرو به مسیر، بالا می آید. این فرآیند توسط ستون های هیدرولیک انجام می شود و بسته به عملکرد مورد نظر، موقعیت و شکل متفاوتی به بال عقب می دهد.
بال یا اسپویلر
هر جزء آیرودینامیکی که پشت یک خودرو نصب می شود، یک بال عقب حقیقی نیست. بیشتر از بال عقب کاربرد اسپویلرها که هم از نظر شکل و هم از نظر عملکرد متفاوت از بال عقب هستند در خودروهای مدرن و امروزی مرسوم است. مهم ترین بخش بال عقب، سطح زیرین قوس دار آن است؛ یعنی جایی که بیشترین تفاوت فشار هوا ایجاد می شود. اسپویلرها که البته در عامیانه، از آنها به عنوان بال عقب نیز یاد می شود، فاقد این بخش زیرین هستند و صرفا جریان هوا را در سرعت های بالا، به شکلی بهینه تر از قسمت عقب خودرو هدایت کرده، مانع اغتشاش هوای مزاحم و پس کشنده در این قسمت می شوند. نمونه بارز اسپویلرهای مدرن نیز اسپویلر سه تکه پورشه پانامرا توربو ۲۰۱۷ است که به شکلی جالب، ابتدا از دل صندوق بالا آمده سپس باز می شود.
وقتی می گوییم مهم ترین بخش بال عقب خودرو در ایجاد نیروی رو به پایین، سطح زیرین آن است، با یک ایراد اساسی نیز مواجه می شویم چرا که اکثرا با دو ستون به خودرو متصل هستند که به دلیل اختلال در جریان هوای زیر سطح بال می توانند تا یک سوم تاثیرپذیری عملکردی بال را کاهش دهند. به همین دلیل است که در برخی ابرخودروها پایه های اتصال بال به خودرو، به سطح فوقانی آن وصل هستند. نمونه بارز این طراحی نیز بال عقب کونیگزگ One:1 است.
آیرودینامیک مدرن به قدری پیشرفت کرده که می توان بدون اضافه کردن الحاقات بزرگ به بدنه، داونفورس کافی را برای یک خودرو ایجاد کرد، مثل فراری ۴۸۸ GTB که بدون هیچ گونه سطوح کمکی اضافه شده روی بدنه، تا ۵۰ درصد بیشتر از مدلی که جایگزینش شده (۴۵۸ ایتالیا) نیروی رو به پایین ایجاد می کند. این مهم به لطف نوآوری های آیرودینامیکی همچون دریچه هوای کار شده در انتهای درپوش موتور، موسوم به Blown Spoiler که جریان هوای روی خودرو را از روی سطح درپوش موتور و دریچه انتهایی آن تا خروجی هوای کار شده در قسمت عقب هدایت می کند میسر شده است.
آینده فناوری آیرودینامیک
آنچه که خواندید، مختصری بود در باب سطوح کنترلی ثابت و تکامل آنها از بال عقب ثابت تا آیرودینامیک فعال. اما آینده فناوری آیرودینامیک چه خواهد بود؟ یک پاسخ می تواند کنترل جریان هوا با تحریک پلاسما باشد؛ ایده ای که فعلا در مرحله تحقیق و توسعه است اما پتانسیل بسیار بالایی برای استفاده در ابرخودروهای فوق عملکردی دارد. ایده کلی هم این است که فقط زمانی که چسبندگی اضافی مورد نیاز است، کنترلگرهای پلاسما فعال می شوند. در واقع اجزای الکترونیک جا شده در دل بدنه که به خودی خود تاثیری در جریان هوای اطراف بدنه ندارند، می توانند بدون نیاز به هیچ گونه عضو الصاقی متحرک، شکل و مسیر این جریان هوا را تغییر دهند.
روند کار به این ترتیب است که جریان متناوب با ولتاژ بالا از بین دو الکترون عبور داده می شود تا پلاسمای دمای پایین ایجاد شود. این پلاسما می تواند مولکول های هوایی که از روی یک سطح می گذرند را یونیزه کرده، جریان عبوری را شتاب دهد.
مک لارن خودرو فومولاوان مفهومی خود، MF4-X را بر پایه این فناوری طراحی کرده و ارگان هایی همچون ناسا هم توجه ویژه ای به این فناوری دارند اما تا عملیاتی شدن آن، مخصوصا روی خودروهای عملکرد محور و ابرخودروها، زمان بسیاری باقی است چرا که در حال حاضر با ولتاژهای بسیار بالایی کار می کند که مناسب و بهینه برای یک خودرو امروزی نیست.
[ad_2]