Kako probušiti zrak? Ili, aerodinamika supersportskih automobila. Zanima vas?
Splitter sprijeda, spojler gore, difuzor ispod - i pada novi rekord staze po krugu. Aerodinamika sportskih automobila postaje sve kompleksnija. Zanima li vas što se i kako radi?
6 FOTOGRAFIJA Blok papira i olovka na stol, molim apsolutan mir. Zabilježimo sve izraze koji se spominju i opisuju aerodinamiku osobnog automobila. Tko ne pazi, neće moći slijediti tekst i najbolje mu je da odmah odustane.
Koeficijent otpora zraka cW, literatura engleskih korijena ga poznaje kao cD. Dobro, ovo je logično i lako, u svakoj tablici tehničkih podataka AMS-a se nalazi taj podatak. Površina poprečnog presjeka A? Ista stvar, znalci i pažljivi čitatelji znaju i za taj podatak.
Na osnovnom modelu možemo prihvatiti slabije prianjanje na prednjoj osovini – rekao je Antonio Torluccio iz Lamba
Idemo dalje – kako stvari stoje s pojmovima cAV i cAH? Ha? Koji vrag? To su koeficijenti uzgona na prednjoj i stražnjoj osovini (eng. cLF, cLR). Za njih ne mora znati gotovo nitko, osim onog koji konstruira novi auto.
Ali, ove su vrijednosti iznimno važne za razvoj sportskog auta visokih performansi. Zahtjevi: silovito ubrzanje, visoka vršna brzina – da bi to bilo moguće karoserija mora nuditi što manji otpor strujanju zraka. I da, umalo smo zaboravili – uz sve to mora se smanjiti i potrošnja goriva. No zrak treba voditi da struji onamo gdje može pomoći. Čemu? Pa da se smanji uzgon.
Kako povećati prianjanje bez povećanja otpora zraka? To je trik!
Još bolje – postići pritisak na podlogu (negativan uzgon, downforce), odnosno negativne cAV i cAH: “Najveći izazov aerodinamičarima je povećati prianjanje bez povećanja otpora zraka”, potvrđuje Thoma Wiegand, voditelj odjela aerodinamike pri Porscheu. Njemu nasuprot često stoji dizajnerska filozofija vlastite marke.
Oblik 911-ice, naime, je takav da proizvodi uzgon. “Pomoću adaptivnih elemenata poput pokretnih zaklopki i sklopivog stražnjeg spojlera koji je podesiv u nekoliko stupnjeva nagiba, uspijevamo uzgon jako reducirati te postići uravnoteženje aerodinamičkih sila.
Dobrodošao uzgredni efekt – istodobno se sa smanjenjem otpora zraka smanjuju i potrošnja goriva te emisija ispušnih plinova. Ti adaptivni elementi dolaze do izražaja pri visokim brzinama, a pri nižima imamo čuvenu konturu 911-ce očuvanu u cijelosti.” Naime, svaki kupac ne želi izraženo fiksno krilo kakvim je opremljen GT3 u svojoj civilnoj izvedbi, a i GT3 je postigao velik uspjeh u svom touring paketu.
Ili se nagib smanjuje? Ne, nagib stražnjeg krila se povećao i dobio dodatni profil još jednog krila. Samo pri vrlo visokim brzinama na trkaćoj stazi se osjeti manja stabilnost u usporedbi sa standardnim krilom kojim se oprema GT3.
Treba nam krilo ili možemo bez njega?
Kod Lamborghinija odgovorni vrlo dobro poznaju kontradiktorne zahtjeve dizajnera i aerodinamičara: “Kada potpuno novi model dolazi na tržište, on nudi dobar kompromis iz aerodinamičnog kuta gledanja – lak je za vožnju, ali izuzetno brz i agilan. Pritom otrpimo nešto uzgona na prednjoj osovini te, u skladu s time, podesimo pogon na sve kotače.
Tako nam nije potrebno ni veliko krilo, a ni spojleri – oni se koriste kasnije kod izvedbi koje su namijenjene korištenju na trkaćoj stazi. Poput sustava ALA koji je prvi put prikazan na modelu Huracán Performante i sad koristi i SVJ Aventador”, kaže Antonio Torluccio, inženjer za aerodinamiku pri Lamborghiniju.
U prilog boljoj stabilnosti pri visokim brzinama i većem poprečnom ubrzanju u zavojima Torluccio je spreman otrpjeti ‘tri do četiri posto lošiji otpor zraka’. Općenito je to pravilo kojeg se pridržava kod optimiranja opstrujavanja zraka oko vozila, ali i strujanja zraka kroz njega. Dok je namjena potonjeg da što efikasnije odvodi otpadnu toplinu iz motora i kočnica, opstrujavanje zraka oko automobila značajno utječe na ponašanje u vožnji.
Marcus Waite, voditelj projekta McLaren Senna sa 800 KS, aktivnu aerodinamiku smatra ključnom tehnologijom: “To nam nudi mnogo više slobode, a ravnotežu i otpor zraka možemo prilagoditi svakoj situaciji na stazi. Stražnje krilo (manje od pet kg mase) radi ili kao aerodinamička kočnica, povećava downforce ili se skroz polegne u prilog najvišoj brzini.
Kut nagiba se mijenja do 25 stupnjeva. Na prednjem kraju vozila su flapsovi smješteni nasuprotno. Povrh toga, karoserija se spušta u uvjetima trkaće staze 50 mm te tako stvara dodatni ground efekt za još bolje prianjanje uz podlogu. Tome pogoduje najveća moguća podnica koja je posve ravna.
Joj čega bi sve bilo da nema pravila!
Malo povijesti – u 70-ima su Chapparal i Brabham (sjećate li se BT46?) eksperimentirali s ‘propuhivanim’ konstrukcijama svojih trkaćih bolida koji su doslovce usisavali zrak ispod bolida pomoću velikih ventilatora na stražnjem kraju. Kako bi danas sportski auti izgledali da ta tehnika nije zabranjena, u slučaju Brabhama BT46 nakon prvog nastupa?
McLarenov inženjer Waite se stoga odlučio za provjereno tehničko rješenje koje se pod akronimom DRS (Drag Reduction System – sustav za smanjenje otpora zraka) koristi u Formuli 1 već niz godina (od 2011.).
K tome, profitira razvojni proces od angažmana u F1: “Momčad obilno koristi računalne sustave CFD (Computetional Fluid Dynamics – numerički izračun strujanja fluida) kao i zračni tunel. Tako se promjene mogu učiniti još u procesu projektiranja te usmjeriti prema efikasnijim rješenjima.”
Dakle, test vožnje više nisu potrebne? “Jasno da moramo testirati kako bismo provjerili i potvrdili numerički izračun. No, kako, da bi aerodinamika štimala, moramo voziti s vrlo malo kamuflaže, pa to činimo uglavnom noću na iznajmljenim i zatvorenim trkaćim stazama.”
Antonio Torluccio dodaje još neke detalje: “Izuzetno je teško simulirati dinamičku interakciju rada ovjesa. Tu smo posljednjih godina učinili velike korake naprijed, ali još uvijek je odlučujuća povratna informacija našeg test vozača”, kaže Lamborghinijev inženjer i dodaje: “70 posto aerodinamike se može simulirati – što je izuzetno važno, jer je riječ o vrlo kompleksnoj tehnologiji.
Tehnika budućnosti
Sustav Aerodinamica Lamborghini Attiva, skraćeno ALA (na talijanskom znači doslovce krilo, iako akronim zapravo kaže aktivna aerodinamika Lamborghinija; spretna igra riječi) ne radi s pokretnim i podesivim spojlerima i/ili krilima, već zaklopkama u prednjim blatobranima i kanalima za strujanje zraka u stražnjem krilu.
Ako su otvoreni, smanjen je otpor zraka. Ako su zatvoreni pak, povećava se downforce. Klapne u stražnjem dijelu se mogu selektivno otvarati lijevo i desno te se tako povećava downforce na slabije opterećen stražnji kotač i spuštaju koeficijent cAH dublje u negativnu vrijednost.
Torluccio to, prirodno, smatra tehnikom budućnosti: “Budući da je krilo samo po sebi fiksno, štedimo na masi. A vrijeme odziva aktivnih komponenti je minimalno.” Uz to, smatra da je krilo osobito veliko: “Opterećenje po kvadratnom centimetru površine je veliko. Za sportski auto koji je tako usmjeren prema trkaćoj stazi je krilo koje je podešeno kao kod nas najefikasnije rješenje za stvaranje downforcea.”
Kod Porschea se nitko ne suprotstavlja ovoj tvrdnji. Osobito kod sportski intonirane verzije 911-ice (GT2 RS i GT3 RS) koriste se velika, fiksna krila koja nemaju aktivne komponente. No nisu se odrekli upravljanja na stražnjoj osovini. Kakve veze imaju zakretni stražnji kotači s aerodinamikom? Pa, utječu na nju.
Kako se oni pri visokim brzinama zakreću paralelno s prednjim kotačima, tako produžuju tzv. virtualni međuosovinski razmak što pak povećava stabilnost vozila, što je inače zadatak koji preuzima aerodinamika. Šef aerodinamike pri Porscheu Wiegand vjeruje da budućnost pripada adaptivnim sustavima. Pritom tehnologija podvozja ima jednako važnu ulogu kao i spojler, krilo ili podesive lamele za hlađenje.
Uvijek je pitanje tko je bio prvi?
“U ovisnosti o modelu o kojem govorimo, već danas imamo adaptivne amortizere i zračni ovjes koji u ovisnosti o uvjetima vožnje spuštaju karoseriju bliže podlozi”, naglašava Wiegand.
Razlog? Ground efekt. Pitanje za kviska – koji je model prvi imao tu tehniku? Legendarni 959 koji je bio pokretni laboratorij ograničen u broju primjeraka po cijeni od tada nevjerojatnih 420.000 DEM – uz pogon na sve kotače proizvodio se između 1986. i 1988. godine.
Prvi model s pokretnim spojlerom bio je 911 iz 1989. godine, interne oznake 964. Ta je tehnika smanjila cAH sa 0.18 na 0.02. Također važni i u razvoju – materijali koji izlaganjem naponu ili temperaturnim razlikama mijenjaju svoj oblik te tako utječu na aerodinamiku.
Dakle, sve je adaptivno u budućnosti? Očito. Sve osim vidljivih vanjskih dimenzija. No, zapamtite dobro i ovu rečenicu – možda odgovor na nju u budućnosti bude drukčiji.
