Acasă Auto Aerul: dușman și prieten. Mică istorisire a aerodinamicii în mașini

Aerul: dușman și prieten. Mică istorisire a aerodinamicii în mașini

de Știrbu
0 comentarii

Mașinile moderne sunt și sportive aerodinamic, dar și eficiente. Iar aceste două concepte nu sunt neapărat prietene.

Cai-putere. Cuplu. Greutate. Tracțiune. Aderență. Abțibilde. Sunt multe elemente care fac o mașină să fie performantă în ochii iubitorilor de mașini. Apoi este și aerodinamica; un atribut pe cât de plictisitor, pe atât de important. Și, deci, o provocare constantă pentru designeri și pentru ingineri. 

Aerodinamica, așa cum îi sugereză și numele, este comportamentul aerului din jurul mașinii tale atunci când aceasta intră în contact cu el. Aerul, ca tot ce ne înconjoară, este format din molecule. Și, cu toate că mediul format de acestea este unul foarte ușor — în comparație cu apa, de exemplu — asta nu înseamnă că trebuie ignorat, cu atât mai puțin atunci când lucrurile prind viteză. Practic, cu cât încerci să mergi mai repede, cu atât mai tare te împiedici de Mama Natură. 

Aurel Perșu și exercițiul său de aerodinamică

Odată ce mașina a prins viteză — atât la propriu, cât și la figurat — oamenii au încercat să-i testeze limitele. Evident. Și, cu toate că mecanica fluidelor fusese deja observată de ceva timp, aerodinamica mașinilor nu era un factor de interes. Pentru că nici vitezele de deplasare nu ridicau probleme. 

Camille Jenatzy și creația sa, La Jamais Contente.

Spre exemplu, prima mașină care să prindă 100 km/h arăta ca un creion pe roți. La Jamais Contente (în traducere: Veșnic Nemulțumitul/Nemulțumita) a reușit această performanță în 1899. Ce motor avea? Electric! De fapt, avea chiar două motoare electrice, însumând 68 de cai-putere. Ar fi putut atinge o viteză mai mare de 105,8 km/h dacă roțile ar fi fost acoperite și dacă postura șoferului nu perturba aerul în cel mai nefericit mod posibil? Greu de crezut, având în vedere că Jamais Contente cântărea 1,4 tone.   

Primul automobil conceput de la zero cu aerodinamica în gând nu a aparținut unui român, însă creația lui Aurel Perșu a fost cel mai eficient exercițiu aerodinamic. Prima astfel de asociere a fost făcută de Rumpler, constructorul german de avioane care s-a trezit după primul război mondial că nu are voie să mai facă avioane, așa că și-a investit experiența într-o mașină: Tropfenwagen. Adică mașina-picătură. Coeficientul aerodinamic al lui Tropfenwagen era de 0,28.

Rumpler Tropfenwagen a fost prima mașină care să folosească sticlă curbată pentru suprafețele vitrate.

Aurel Perșu, student eminent, a construit din banii săi prototipul de mai jos, cu design inspirat tot de forma unei picături de apă în cădere și cu roțile încorporate în caroserie — o noutate absolută pentru anii ’20 și o abordare preluată ulterior la scară largă. Perșu termină mașina în 1922, iar în 1924 prototipul este brevetat. Era cea mai frumoasă mașină de pe stradă? Nu. Cea mai rapidă? Nu chiar, cu toate că atingea circa 80 km/h. Dar era cea mai lină în mișcare, cu un coeficient aerodinamic (Cd) 0,22. Mașina a fost condusă circa 120.000 de kilometri, până în 1969, când a fost donată Muzeului Național Tehnic „Dimitrie Leonida” din București, unde o găsești și acum.  

Perșu-mobilul.

Cd — peste care s-ar putea să mai dai de câteva ori în acest articol — este un număr care indică raportul dintre forța de frecare, pe de o parte, și densitatea, viteza și suprafața obiectului pe de alta. Un parametru care indică eficiența aerodinamică în plan orizontal. Ecuația poate fi aplicată oricărui obiect sau corp în mișcare.

Aerodinamica în secolul vitezei

Recordul lui Jamais Contente a fost de scurtă durată: în 1904, francezul Louis Rigolly atinge 166 km/h cu o mașină cu motor termic, depășind pragul psihologic de 100 de mile pe oră. Doi ani mai târziu, Fred Marriott devine primul om care să depășească 200 km/h cu o mașină cu aburi: Rocket. Lucrurile au prins viteză repede, și au tot continuat să prindă viteză, iar aerodinamica a jucat un rol din ce în ce mai important în depășirea limitelor.

Un exemplu bun este Melcul (The Slug), o mașină construită în 1926 de către producătorul britanic Sunbeam special pentru a stabili un nou record de viteză la sol. În 1927, a spart bariera de 200 de mile pe oră cu o viteză de 327,97 km/h. Faptul că avea roțile ascunse în caroserie a ajutat melcul cu aproape 1.000 de cai-putere să stabilească un nou record. 

Melcul cu 1.000 de cai. Putere.

Un alt exemplu, poate și mai bun, al evoluției designului în cursa pentru cea mai mare viteză la sol este Blue Bird, o mașină construită cu singurul scop: de a fi cea mai rapidă din lume. Temerarul din spatele proiectului este britanicul Malcolm Campbell, care a stabilit nouă recorduri de viteză la sol în intervalul 1924-1935. 

Primul Blue Bird construit de el, în 1927, avea un design open-wheel, cu roțile în afara caroseriei. Arăta ca o alergătoare de Grand Prix pe steroizi. În anul debutului, Blue Bird a atins viteza de 281 km/h. După reușita Melcului, Campbell s-a întors la planșă și a redesenat, ajutat de experți din aeronautică, caroseria lui Blue Bird; aceasta a primit o aripă verticală (deriva avionului) pentru stabilitate la viteze mari și protecții în jurul roților, pentru a conduce mai ușor aerul. În plus, radiatorul a fost mutat către spate, ceea ce însemna că fanta imensă din botul mașinii dispăruse. În 1928, mașina lui Campbell reușește să taie aerul cu o viteză de 333 km/h. Următoarea reușită a fost și mai și: 408,7 km/h!

Și nu s-a oprit aici: în 1933 schimbă motorizarea — înlocuiește motorul W12 de la Napier cu un V12 mai mare, de la Rolls-Royce — și designul mașinii. O schimbare aerodinamică semnificativă a fost partea din față, care funcționa și ca protecție pentru roțile din față. Cu noul Blue Bird, Malcolm Campbell a stabilit trei recorduri de viteză consecutive, culminând în 1935 cu cel de 484,5 km/h. Misiunea a fost dusă mai departe de fiul său, Donald, care a reușit să atingă, în 1964, 648 km/h cu Bluebird CN7, al cărei design te trimite cu gândul la metal topit peste un șasiu.  

Sigur, designul aici nu ține de estetică, ci strict de funcționalitate. De asta Thrust SSC, cea mai rapidă mașină la sol, arată ca un pix scăpat între două capace de pix. Însă atunci când ai 110.000 CP și ești capabil să spargi bariera sonică — Thrust SSC a atins 1.228,3 km/h — nu mai contează cum arăți, ești cool oricum. 

Andy Green (cel mai rapid șofer de pe Pământ) și, ummm, mașina sa.

Aerodinamica = eficiență

Însă nu toată lumea merge cu peste 1.000 de kilometri la oră — mai mult, s-ar putea ca nici 200 km/h să nu prindem în viitor — așa că aerodinamica, în cazul oamenilor de rând, trebuie să bifeze alte nevoi; cum ar fi consumul scăzut și confortul auditiv. 

V-am povestit într-un articol anterior despre cel mai rapid Volkswagen din istorie, ARVW, care a atins 362 km/h în 1980. În comparație cu ce ai citit mai sus, cifra nu este impresionantă, asta până când afli că performanța a fost atinsă folosind un motor de 2,4 litri, cu 180 CP, și nu un W12 de 24 de litri, cu 1.500 CP, împrumutat de la un avion.  

ARVW, cel mai rapid și mai aerodinamic Volkswagen produs vreodată
Volkswagen ARWV, arătându-le celorlalți cum se face.

ARWV — prescurtare de la Aerodynamic Research Volkswagen — avea un coeficient aerodinamic de 0,15 Cd, adică mai puțin decât orice mașină vezi acum pe stradă. (Cea mai aerodinamică mașină de serie în anno domini 2021 este Mercedes-Benz EQS.) Sigur, în Volkswagenul experimental de acum patru decenii nu încăpeau cinci oameni în confort deplin. Nici măcar șoferul nu cred că se desfăta în cockpit-ul mașinii. Exercițiul aerodinamic al Volkswagen și-a găsit aplicabilitate 30 de ani mai târziu, în forma lui XL1, mașina care consumă mai puțin de 1 litru de carburant la 100 km/h. Și care are un coeficient aerodinamic de 0,19.

Volkswagen XL1, salutând toți ecologiștii.

Însă eficiența aerodinamică nu s-a născut la finalul secolului trecut, ci la început, în mintea unui român. Și s-a dezvoltat de-a lungul anilor. Dacă mașina lui Perșu a fost doar un studiu aerodinamic, Tatra 77, lansată zece ani mai târziu, a debutat ca prima mașină aerodinamică de serie din lume. În cazul în care nu ai mai auzit de Tatra 77: e mașina aia care seamănă teribil de mult cu Volkswagen Beetle, doar că a apărut înaintea lui Beetle. Ambele au boxer cu patru cilindri răcit cu aer, montat pe spate. Ambele au motricitate pe puntea spate și portbagaj în față. De ce nu a dat Tatra în judecată Volkswagen pentru copiere fără frontiere? Au dat, și inițial Germania a câștigat, invadând Cehoslovacia; mă rog, motivele s-ar putea să fi fost altele decât acest proces — care a fost reluat ulterior, după război. Volkswagen a dat-o la pace și a plătit 1.000.000 de mărci despăgubiri la Tatra. 

Revenind la mașinile din zilele noastre, care au misiunea să ne poarte în confort și siguranță și eventual și pe bani puțini: designul lor joacă un rol important în bifarea tuturor cerințelor de mai sus, așa că dacă ți se pare că seamănă una cu alta, este și din cauza asta: toți inginerii urmăresc redarea formei de picătură de apă, însă fără a compromite spațiul prin teșirea dramatică a părții posterioare. 

Și nu e vorba doar de forma propriu-zisă, ci și de micile detalii care fac diferențe mari. Mă rog, poate nu mari, dar fac o diferență. Cum ar fi muchiile de pe stopurile Civic-ului de generație anterioară, care conduc mai ușor aerul către spatele mașinii. Sau grilele active de pe BMW-urile actuale, care se închid atunci când mergi în modul de rulare Eco Pro, sigilând sigilând astfel o bună parte din zona frontală. Sau jantele cu design aerodinamic, așa cum are electrica Hyundai Ioniq 5. Exemplele date nu se găsesc doar la producătorii menționați, oricum. Toată lumea are grijă ca mașina să fie cât mai aerodinamică posibil, pentru că asta înseamnă nu doar confort pentru pasageri, ci și consum și emisii mici — și, implicit, amenzi mai puține pentru producători. 

BMW M5 CS
M5 CS. Poate că nu am ales cel mai bun model pentru exemplificarea grilei active.

Aerodinamica = performanță

Dacă în majoritatea mașinilor scopul este să obții confort și economie de combustibil, în unele cazuri interesul mai mare este stabilitatea la viteze mari. Iar ca să obții o mașină sport eficientă aerodinamic, s-ar putea să mai închizi ochii la ce-ți indică Cd-ul. O mașină sport ideală trebuie să aibă puține kilograme (ca să frâneze repede și să fie agilă în viraje), dar să stea lipită de sol ca și cum ai fi împachetat-o în ciment. Numai că fără s-o împachetezi în ciment. Cum faci asta? Te folosești de trecerea aerului, pe deasupra și pe dedesubtul mașinii tale, pentru a crea forță de apăsare. De asta există mașini cu eleroane imense. 

Un exemplu.

Pardon, am greșit, dă-mi voie să reformulez: pentru asta există eleroanele imense, nu ca să le pui tu pe BMW 320d pentru că arată cool. Pe de altă parte, trăim în democrație, fiecare face cum vrea. Ideea este că efectele aerodinamice se văd la viteze mari. Asta am vrut să spun. 

Cu toate că avem avioane încă de la începutul secolului, ideea de a monta invers o aripă de avion pe o mașină a apărut abia prin anii ’60. (Prin forma lor, aripile de avion creează portanță, iar eleroanele sunt, în esență, aripi de avion montate invers.) 

Prima aplicație în acest sens a fost Lotus 49, în 1967. Un real succes, dacă numeri cursele câștigate: 12 GP-uri. Asta a fost suficient pentru a schimba Formula 1 definitiv. Și modul în care înțelegem mașinile sport. Majoritatea dintre noi, cel puțin. 

Uneori s-a și exagerat.

Ideal ar fi, deci, ca mașina ta de stradă să aibă atât un coeficient aerodinamic redus, cât și forță de apăsare. Nu ar fi ideal? Ba da, și asta chiar se întâmplă în mașinile moderne. 

Exemple elocvente sunt supercarurile și hypercarurile, pentru că acolo vezi mult mai clar ingineria din spatele conceptului. Spre exemplu, atunci când activezi modul de viteză maximă pentru Bugatti Veyron (sau Bugatti Chiron, sau Ford GT, sau McLaren P1 etc.), eleronul se poziționează astfel încât să-ți mixul optim de eficiență aerodinamică și forță de apăsare. Iar când vrei să frânezi puternic, eleronul se ridică precum flapsurile unui avion, creând un obstacol în trecerea aerului și, implicit, o frână aerodinamică.

Mașina de care sunt absolut îndrăgostit? Pagani Huayra, care are patru eleroane. Mă rog, nu sunt chiar eleroane, ci sunt aripioare integrate elegant în caroserie, fiecare pe câte un colț al mașinii, și se ridică în funcție de nevoia de forță de apăsare pentru fiecare roată. 

Elemente de aerodinamică activă — căci așa se numește — sunt noua jucărie a inginerilor și bucura designerilor. Sigur, nu este deloc ușor să faci o mașină bună la toate, însă este absolut fermecător să le vezi în acțiune.  

Citește și

Lasă un comentariu