Jak opracowuje się aerodynamikę samochodu?
Samochody o zgrabnych, opływowych nadwoziach przyciągają wzrok, jednak kształty karoserii to nie tylko sprawa estetyki. Zewnętrzna bryła pojazdu, układ jej krzywizn i krawędzi decydują też o oporach powietrza podczas jazdy, a więc i o zużyciu paliwa oraz osiągach auta. Lexus zdradził, jak przebiegają prace nad aerodynamiką samochodu.
O sile oporu powietrza decyduje kilka czynników. Dwa, na które mają wpływ projektanci, to wielkość powierzchni czołowej nadwozia (dwa razy większy samochód musi pokonywać dwukrotnie większe opory) oraz współczynnik Cx, zależny od kształtów nadwozia. Jak można się domyślać, opływowa bryła ma mniejszy Cx, ale to nie wszystko. Wzrost Cx, a zatem i oporów, powodują wszelkie zawirowania wokół karoserii, podwozia oraz wszelkich elementów wystających z nadwozia, takich jak lusterka, wycieraczki, klamki czy krawędzie drzwi i okien.
Siła oporu zależy też od prędkości jazdy, a ściślej od jej drugiej potęgi – dwukrotne zwiększenie prędkości powoduje czterokrotny wzrost oporów powietrza. To bardzo dużo, biorąc pod uwagę, że przy prędkości 100 km/h na pokonanie oporu powietrza zużywane jest aż 70 proc. mocy silnika.
W ciągu minionych 25 lat technika poczyniła ogromne postępy i dziś w projektowaniu decydującą rolę odgrywa modelowanie komputerowe, pozwalające obliczać zarówno wytrzymałość nadwozia, jak i jego parametry aerodynamiczne na długo przed powstaniem makiety. Są jednak kwestie, których nie sposób ocenić za pomocą obliczeń, takie jak zawirowania wokół wystających elementów czy hałas. Dlatego ostatecznej weryfikacji dokonuje się za pomocą metod stosowanych w przemyśle lotniczym – w tunelu aerodynamicznym. W przypadku Lexusa ma on postać ogromnej rury o kształcie pętli długości 260 metrów, przechodzącej przez wysoką na 22 metry komorę pomiarową. Potężny wentylator jest w stanie wytworzyć w niej huragan o prędkości do 250 km/h. Aby zapewnić przepływ pozbawiony zawirowań, konieczny dla uzyskania wiarygodnych wyników, wewnątrz tunelu starannie rozmieszczono mające kształt wielkich płetw kierownice powietrza.
W komorze pomiarowej znajduje się obrotowa platforma, na której umieszcza się testowany pojazd. Wyposażona jest ona w tak zwane wagi aerodynamiczne, pozwalające precyzyjnie mierzyć siły działające na samochód – odpowiadają one ściśle siłom oporu powietrza podczas jazdy z prędkością równą prędkości wytworzonej w tunelu. Aby zapewnić warunki maksymalnie zbliżone do panującej podczas jazdy, pod samochodem znajduje się pięć ruchomych pasów – po jednym pod każdym z obracających się kół i piąty centralnie pod pojazdem. Nad stanowiskiem pomiarowym umieszczono zestaw czułych mikrofonów, pozwalających zmierzyć poziom hałasu towarzyszącego opływowi powietrza wokół samochodu.
Prace nad pierwszym testowanym w nowej komorze modelem RC umożliwiły konstruktorom drobiazgowe zoptymalizowanie aerodynamiki auta z zastosowaniem ciekawych sztuczek – by zlikwidować zawirowania, które podczas badań uwidoczniono za pomocą strugi dymu, w różnych miejscach podwozia i nadwozia metodą prób i błędów naklejano wytworzone w drukarce 3D małe płetwy wyrównujące opływ. Te, które dawały najlepsze wyniki, trafiły do seryjnych samochodów. W przypadku modelu RX dodany pod przednim zderzakiem spojler rozdziela powietrze na opływające nadwozie od góry i pod spodem. Malutkie owiewki przed przednimi i tylnymi kołami zmniejszają zawirowania wokół opon, zaś wyrafinowany kształt narożników zderzaka wyrównuje opływ wzdłuż boków nadwozia i zmniejsza turbulencje we wnękach kół. Spód samochodu zaopatrzono w panele zmniejszające opory i powodujące dociskanie auta do jezdni.
Źródło: Lexus
ll