Ce ştii despre aerodinamică?

Acum multi ani (OK, 13), cand Lotus Exige Mk1 era nou, toata lumea era incantata ca avea forta de apasare – stii, ca o masina de curse. Asa ca am cerut sa facem un material cu el. Pe sosea, avea o aderenta imensa, dar apoi l-am dus pe un circuit. Forta laterala g era prea mare pentru mine, dar unul dintre baietii nostri era ceva mai indemanatic pe pista, asa ca a plecat de la standuri facandu-ne bucuros cu mana. In primul viraj, se decisese s-o dea aproape de-a latul.

Nici bine n-au inceput cauciucurile sa scartaie, in acel prim viraj, ca deja era pe prundis. Inginerul de la Lotus, care a venit odata cu masina, s-a intors la noi, spectatorii, a ridicat din umeri si a zis, sec: "Asta-i problema, la aripi. Functioneaza doar intr-un singur sens". Odata ce curentul de aer nu mai trecea perpendicular pe eleron, acesta din urma devenea cu mult mai putin eficient. Asa ca masina a pierdut aderenta pe puntea spate exact in momentul in care tipul nostru avea nevoie de ea.

Aerodinamica la masinile de strada este, deci, o chestie importanta. Si nici macar nu se compara cu importanta pe care o are la masinile de curse. Noi tindem sa ne gandim doar la coeficientul aerodinamic si la portanta – sau portanta negativa, adica forta de apasare. Dar aici sunt mult mai multe de zis. Designerii trebuie sa se gandeascasi la curentul de aer care raceste motorul, la transmisia, la franele si la componentele electrice din ce in ce mai performante. Ei trebuie sa pastreze sticla si oglinzile curate. Si sa controleze zgomotul la interior. In timp ce mentin practicitatea si siguranta.

De-a lungul istoriei automobilului, toate acestea reprezentau o matrice ostila, unde a castiga o caracteristica presupunea a renunta la alta. Dar, de-a lungul ultimelor decenii, stiinta a gasit metode sa reconcilieze ceea ce inainte erau teluri separate.
Gordon Murray a desenat masini de Formula 1 aerodinamice, implicit "masina-aspirator" Brabham BT46B, singura masina F1 care a castigat fiecare cursain care a concurat, provocand valuri atat de mari in randul rivalilor, incat i-a fost permisa doaro singura participare. El a facut si McLaren F1, cam prima masina care sa exploateze curgerea aerului si care a folosit mecanisme aerodinamice neegalate inca. A desenat si T25, o masinuta care cauta sa atinga varful eficientei energetice.

Despre T25 spune: "E o masina de oras, iar frecarea nu prea conteaza pana sa ajungi pe la 65 km/h – scoate-ti mana pe geam atunci si vei simti forta pe acei cativa centimetri patrati. Cu cat mergi mai repede dupa aia, cu atat e mai importanta". Cam asa este – rezistenta aerului creste odata cu viteza la patrat, iar forta de contracarare este egala cu viteza la a treia.

Odata cu autostrazile, Germania a capatat viteza. Asadar, in anii '30, importanta rezistentei aerului a devenit evidenta. Paul Jaray si-a folosit cunostintele in aerodinamica ca sa deseneze o serie de caroserii alungite pentru Maybach, Audi si altii, culminand cu Tatra T77, care avea un indice aerodinamic Cx de 0,21 – o valoare impresionantasi in ziua de azi. Tot el a desenat micuta Tatra V570, care a influentat VW Beetle. Motorul Tatrelor amplasat in spate motiva forma stereotipica de optimizare aerodinamica, asa-numita lacrima. La capatul opus erau masinile antebelice patratoase, cu motor in fata, care erau mai aerodinamice cand mergeau cu spatele.

La fel se spunea ca ar fi si in cazul lui Porsche 928, din 1976. Cei de la Mythbusters au si experimentat asta, luand caroseria unui 928 si amplasand-o cu fata in spate. Dar au opus mai multa rezistentain felul acesta, asa ca mitul a fost distrus. Doar as spune ca nu-i asa, pentru ca dedesubturile masinii mergeau in continuare in directia normala.
Iar modul in care curge aerul pe dedesubt este crucial in reducerea rezistentei si a fost neglijat pana mai recent. Sau, cel putin, n-a fost inteles. De asta din '70 incoace – uita-te la hilarul BMW 3.0 CSL – comerciantii avizi dupa viteza pur si simplu au nituit un baraj de aer in partea frontala a masinii pentru a impiedica fluxul cicalitor de aer sa intre pe dedesubt. Fluxul devine turbulent pe masura ce se agata de burta motorului, de suspensii, de evacuare etc.

Si nici macar nu poti sa folosesti un tunel aerodinamic conventional pentru a investiga asta.
Ai nevoie de un tunel unde podeaua este o imensa banda rulanta, astfel ca rotile sa fie in miscare. In realitate, masina se misca, dar drumul, nu – si nici aerul, pana nu vine masina sa-l rupa. Intr-un tunel cu podeaua mobila (Murray a construit unul dintre primele, pe cand era la Brabham), aerul si podeaua se misca, dar masina sta pe loc, asa ca miscarile relative sunt aceleasi.

Fordul Mondeo de anul viitor combate problema prin izolarea dedesubtului. Adica prin aditia unor panouri pe intreaga lungime a burtii masinii. Adrian Whittle, inginerul-sef al lui Mondeo, spunea: "Acum vrem cat mai mult aer pe dedesubt, pentru ca odata ce ai un scut, rezistenta aerodinamica este mica. Imbunatateste, de asemenea, stabilitatea – in trecut, aveai transmisia asimetrica, evacuarea etc". Acum opune si mai putina rezistenta pentru ca promoveaza o curgere "curata" – mai putin turbulenta – a aerului de la coada masinii. Si taie si din zgomotul la rulare. "Vezi tu", spune Whittle, "scutul ala costa mult, in materiale si dezvoltare."

"Cel care s-a ocupat de aerodinamica lui Mondeo a lucrat la navete spatiale", surade Whittle. Masina opune cu 10s mai putina rezistenta. Un alt avantaj il reprezinta obturatoarele din fata grilei – radiatorul este blocat, cu exceptia momentelor cand este nevoie de el, in felul acesta evitandu-se turbulentele din interiorul compartimentului motor. La cele mai multe dintre masini, aerul circulain interiorul arcelor rotilor, rezultand rezistenta a aerului si portanta. BMW a fost printre primii care sa foloseasca obturatoarele, cu sistemul EfficientDynamics. Dar ajuta atunci cand construiesti o masina cu ele in minte pentru ca, spune Whittle: "Schimba cu totul curgerea aerului".

Detaliile conteaza, de asemenea: "Apropiind oglinzile de portiere si petrecand ani intregi sa le cizelezi forma, se reduce coeficientul de frecare de la 0,15 la 0,09".
De cele mai multe ori, detaliile conteaza. Pentru a atinge 110 g/km CO2 in cazul noului Civic, Honda a apelat la doua elemente: la clapetele radiatorului si la doua monturi verticale – asezate sub fiecare bloc optic din spate –, care desprind mai usor curentul de aer, de masina. Nu arata bine, dar sunt eficiente.

Imi aduc aminte de ‘‘urechiusele’’ care au fost puse posterior geamurilor din spate ale hatchback-ului cu forma de piftie Ford Sierra, intr-un anumit moment al existentei sale. Acelea faceau acelasi lucru si, pe deasupra, imbunatateau stabilitatea.
La masinile hibride si la cele electrice exista o nevoie imperioasa de a minimaliza rezistenta si, implicit, consumul de energie. Chevy Volt a castigat 11 kilometri in urma optimizarii aerodinamice, in drumul sau de la concept la versiunea de productie. Si, daca te gandesti la A2, Prius, Insight, Volt etc., toate arata la fel, cu plafoanele arcuite si inalte, cu cozile taiate, intelegi de ce. Multumeste-i lui Thank Wunibald Kamm, care a realizat – prin anii '30 – ca, daca o forma lacrima este intrerupta brusc, fluxul de aer se va desprinde mai usor de pe ea. Deci, o masina cu rezistenta scazuta nu are nevoie de cativa metri de coada. Daca te gandesti, cozile lui Kamm fac posibila parcarea laterala.

Superecologicul i8 de la BMW incepe cu o silueta joasasi cu roti subtiri pentru a micsora aria frontala (rezistenta este masuratain coeficientul de frecare ori aria de impact, de asta masinile inalte sau late nu sunt cele mai aerodinamice) si are si burta captusita. Apoi devine radicala, prin "stratificare". Aerul este condus din fata rotilor prin canale inalte si inguste care-l expulzeazain spatele rotilor, formand o "cortina de aer" verticala, minimalizand, practic, turbulentele. BMW i8 are si arce butante deasupra aripilor spate. Le-am vazut prima data pe Ferrari 599, apoi au aparut si pe conceptul Honda NSX. Sunt spoilere care se desprind din caroserie, pornind din lateralul plafonului si coborand catre stopuri. Creditele merg la Jason Castriota, care l-a desenat pe 599 si care le-a pus si pe conceptul Saab PhoeniX. "La Ferrari, am petrecut mult timp cu inginerii de la tunelul aerodinamic si, pe atunci, masinile lor F1 aveau tot felul de aripioare care sa controleze fluxul de aer." Arcele butante comprima aerul in marginea lor frontala, apoi au o sectiune care-i scade presiunea, reducand portanta masinii fara sa creasca rezistenta aerului. E acelasi principiu ca in cazul difuzorului spate.

Lui Castriota ii place i8. "Are o estetica radicala, curajoasa, si spune multe despre producator." Recunoaste ca este usor sa creezi un design de frumusete clasica sau unul care sa se conformeze ideilor cliseiste privind aerodinamica – "forma de glonte". Dar designerii castigati sunt cei care fac ceva distinctiv si care "forteaza limitele a ceea ce lumea accepta ca fiind estetic". Un exemplu avem in '84, cand Ferrari a pus radiatoarele in lateralele masinii, impreuna cu niste admisii imense. Pe atunci, era
revolutionar; acum, e normal pentru orice supercar.

Oh, da, radiatoarele. Daca racirea este complicata la un Mondeo, gandeste-te cat de grea este la un Veyron, care are 10 radiatoare. Circulatia aerului in interior este la fel de importanta precum cea din exteriorul masinii. Eleronul nu doar se ridica pentru forta de apasare in viraje, dar se si ghemuieste pe jumatate pentru a micsora rezistenta aerului la viteze mari, se rabateaza vertical atunci cand franezi si se ridica de tot pentru a lasa aerul fierbinte sa iasa din compartimentul motor.

Forta de apasare, asa cum am vazut-o la Exige, e inselatoare la o masina de strada. Poate, cu siguranta, sa sporeasca aderenta – impinge roata in jos fara sa influenteze drastic masa masinii, asa ca forta centrifugalasi cea de franare cresc. Dar pentru ca scade atunci cand masina incetineste, un pilot de F1 trebuie sa se descurce cu forte de franare de 5g la 320 km/h si doar 1.5g trei secunde mai tarziu, la intrarea intr-un ac de par. Dar poti tu, sau eu, sa ne descurcam cu o masina care are semnificativ de multa aderenta, in functie de curentul de aer? Nu. Deci, in cazul majoritatii masinilor de strada, telul nu este sa ai portanta sau forta de apasare mare, ci, foarte important, sa o mentii pe cea existentain orice imprejurare.

Iar asta nu e usor. Supercarurile tind sa aiba dedesubturile izolate, cu forma de tub Venturi, pentru a reduce presiunea fluxului de aer, si cu difuzor – chestii greu de realizat atunci cand vine vorba despre fund, roata de rezerva sau de spre evacuarea unei masini de productie in masa. Aceasta solutie este mai elegantasi mai putin chinuitoare pentru cand mergi de-a latul, decat sa-i amplasezi o ditamai aripa pe coada.

Dar, cum si Murray explica, atunci cand franezi, partea din fata coboarasi spatele se ridica, lucru care face ca forta de apasare pe fata sa creasca, iar cea de pe spate sa scada, centrul de presiune mutandu-se in fata. Adica opusul a ceea ce-ti doresti tu.
Pagani a construit Huayra cu patru aripi mobile pentru a controla centrul de presiune. McLarenul F1 al lui Murray, la a carui forma a contribuit si Peter Stevens – un tip care stie ceva aerodinamica – are un mic ventilator care trage aerul de sub masinasi-l arunca spre motorul fierbinte, pentru a fi evacuat apoi prin niste fante atent create. Imbunatateste efectul Venturi, ajuta la mentinerea centrului de presiune constant, micsoreaza rezistenta aerului si face treaba vitala cu racirea. F1 are si un eleron in spate care iese atunci cand franezi puternic. Murray spune ca astea doua chestii sunt atat de eficiente, incat F1 chiar se ghemuieste de spate, atunci cand franezi la viteze mari: "Se simte ciudat".

McLaren F1 nu arata ca o masina izbitor de aerodinamica, dar este. Adevarul e ca aerodinamica buna nu tine de felul in care arata masina in fata unui ochi neinstruit, ci de felul in care detaliile – multe dintre ele ascunse – conlucreaza. Asta tinde sa presupuna nu doar modelare computerizata, ci si o infinitate de teste in tunel. La Salonul de la Detroit, l-am intrebat pe Jon Ikeda, designerul Honda, despre aerodinamica lui NSX. A zis cainca nu a fost testata: "Are aerodinamica imaginata de designeri, iar asta de regula nu functioneaza". Adrian Whittle spune despre Mondeo: "Ne petrecem atat de mult timp cu designerii in tunelul de vant. Aerodinamica este, intr-adevar, o arta obscura. Singura persoana care chiar o intelege este Adrian Newey".