این اصل بنیادین بر تمامی اجسام پیرامون ما حاکم است؛ از ساده‌ترین اشیای روزمره گرفته تا پیچیده‌ترین سازه‌های مهندسی. برای مثال، هواپیما به‌عنوان سازه‌ای که بیشترین تعامل را با جریان هوا دارد، در تمام مراحل پرواز و فرود، مستقیما تحت‌تاثیر این نیرو قرار می‌گیرد. در علم مهندسی، دانشی که به‌مطالعه رفتار اجسام در مواجهه با هوا و بهینه‌سازی عملکرد آن‌ها می‌پردازد، «آیرودینامیک» نام دارد. این علم نقشی کلیدی در طراحی سازه‌هایی همچون هواپیما، خودرو و قطار ایفا می‌کند.

با گسترش صنعت خودروسازی و افزایش توان و سرعت خودروها، آیرودینامیک به یکی از مهم‌ترین شاخه‌های مهندسی خودرو تبدیل شده است. چراکه هر خودرو در حال حرکت، علاوه‌بر اصطکاک با سطح زمین، با نیروی مقاومت هوا نیز دست‌وپنجه نرم می‌کند.

هرچه ضریب آیرودینامیک بهبود یابد، پرفورمنس، پایداری و بهره‌وری خودرو نیز افزایش خواهد یافت. از همین رو، طراحان و مهندسان خودرو با توسعه و طراحی قطعات خاص، تلاش کرده‌اند ضمن حفظ جذابیت ظاهری، عملکرد آیرودینامیکی خودرو را به شکل محسوسی ارتقا دهند.

کدام قطعات آیرودینامیک خودرو را بهبود می‌دهند؟

عملکرد خودرو در سرعت‌های بالا، ارتباط مستقیمی با نحوه برخورد مولکول‌های هوا با سطح بدنه دارد؛ موضوعی که ریشه در طراحی ظاهری خودرو دارد. استفاده از خطوط هدفمند، سطوح نرم یا حتی حجم‌های شکسته و برجسته، می‌تواند نقش مهمی در هدایت جریان هوا ایفا کند. با این حال، در شرایطی که طراحی اولیه خودرو پاسخگوی نیازهای حرکتی در سرعت‌های بالا نباشد، مهندسان به‌سراغ قطعات آیرودینامیکی مکمل می‌روند. قطعاتی نظیر اسپویلر، دیفیوزر و کیت بدنه، با هدایت یا پخش جریان هوا، ضریب آیرودینامیک خودرو را به‌طور قابل توجهی بهبود می‌بخشند. در دهه‌های ۷۰ و ۸۰ میلادی، به‌دلیل محدودیت دانش طراحی این قطعات، بسیاری از خودروها در سرعت‌های بالا از پایداری کافی برخوردار نبودند که این مساله ایمنی سرنشینان را به‌خطر می‌انداخت. اما از اوایل دهه ۲۰۰۰، با پیشرفت علم آیرودینامیک، این قطعات به‌صورت گسترده در خودروهای مدرن مورد استفاده قرار گرفتند.

۱. اسپویلر خودرو (بادشکن)

یکی از مهم‌ترین الهام‌ها در طراحی خودروهای اسپرت و سوپراسپرت، الگوبرداری از سازه‌های هوایی همچون بال هواپیماست. در سرعت‌های بالا، حجم زیادی از هوا مانع حرکت روان خودرو می‌شود و کنترل این جریان، اهمیت حیاتی دارد. اسپویلر قطعه‌ای است که معمولا در انتهای خودرو و روی درِ صندوق‌عقب نصب می‌شود و با کاهش نیروی درگ، پایداری خودرو را در سرعت‌های بالا افزایش می‌دهد.

امروزه خودروسازانی مانند فراری، مرسدس‌بنز، پورشه و پاگانی با معرفی اسپویلرهای اکتیو یا فعال، گامی فراتر نهاده‌اند. این اسپویلرها به‌صورت الکترونیکی و متناسب با سرعت یا ترمزگیری، ارتفاع و زاویه خود را تغییر می‌دهند. اسپویلرهای ثابت نیز در صورت طراحی اصولی، قابلیت نصب روی خودروهای معمولی را داشته و می‌توانند به بهبود آیرودینامیک کمک کنند.

۲. کیت بدنه (Body Kit)

پس از طراحی بدنه اصلی، بسیاری از خودروسازان برای افزایش عملکرد دینامیکی، کیت‌های بدنه اختصاصی ارائه می‌دهند. برای نمونه، مرسدس‌بنز نسخه‌های مجهز به کیت AMG و ب‌ام‌و مدل‌های دارای کیت M را با تمرکز بر بهبود آیرودینامیک و عملکرد، روانه بازار می‌کنند. کیت بدنه در صورتی که مطابق با استانداردهای مهندسی طراحی شود، می‌تواند پرفورمنس خودرو را افزایش دهد؛ اما کیت‌های غیراستاندارد و صرفا تزئینی، گاه نتیجه‌ای معکوس داشته و عملکرد خودرو را تضعیف می‌کنند. امروزه تقریبا تمامی خودروهای اسپرت و سوپراسپرت به چنین کیت‌هایی مجهز هستند.

۳. دیفیوزر (پخش‌کننده هوا)

دیفیوزر یکی دیگر از قطعات کلیدی آیرودینامیکی است که معمولا در بخش زیرین و انتهای خودرو، بین خروجی‌های اگزوز نصب می‌شود. این قطعه با مدیریت جریان‌های گردابی انتهای خودرو، نقش مهمی در کاهش نیروی درگ ایفا می‌کند. در غیاب دیفیوزر و اسپویلر، خودروهای قدرتمند در سرعت‌های بالا دچار ناپایداری می‌شوند. دیفیوزر با پخش یکنواخت هوا، به بهبود چسبندگی و کنترل خودرو کمک شایانی می‌کند.

۴. طراحی هواکش‌های اسپرت

آیرودینامیک تنها به کاهش مقاومت هوا محدود نمی‌شود. خنک‌کاری پیشرانه و سیستم ترمز نیز از پارامترهای حیاتی طراحی هستند. به‌همین دلیل، در خودروهای اسپرت و سوپراسپرت، هواکش‌هایی با اشکال هندسی خاص در سپر جلو و بدنه دیده می‌شود. برخی از این هواکش‌ها به‌صورت اکتیو طراحی شده‌اند؛ مانند نمونه‌های به‌کاررفته در فراری لافراری که بسته به شرایط رانندگی، میزان ورود هوا را تنظیم می‌کنند. این فناوری، هم به بهبود آیرودینامیک و هم به‌کاهش دمای پیشرانه کمک می‌کند.

۵. دفلکتور (منحرف‌کننده باد)

در طراحی آیرودینامیک، بخش جلویی خودرو از اهمیت ویژه‌ای برخوردار است. طراحی نامناسب این بخش می‌تواند باعث افزایش جریان‌های گردابی در انتهای خودرو و در نتیجه افزایش نیروی درگ شود. دفلکتور قطعه‌ای معمولا پلاستیکی است که در جلو خودرو، اغلب بین چراغ‌ها نصب می‌شود. این قطعه با هدایت بهتر جریان هوا، مقاومت کششی را کاهش داده و علاوه‌بر خودروهای اسپرت، قابلیت نصب روی خودروهای اقتصادی را نیز دارد.

عوامل موثر در بهبود آیرودینامیک خودرو

بهبود آیرودینامیک خودرو صرفا به طراحی زیبا یا نصب قطعات جانبی محدود نمی‌شود، بلکه کنترل دقیق نیروی درگ و جریان‌های گردابی، نقش اصلی را ایفا می‌کند. راز موفقیت خودروهای سوپراسپرت در دستیابی به سرعت‌های بالا، دقیقا در همین تعادل مهندسی نهفته است؛ تعادلی میان طراحی، عملکرد و علم آیرودینامیک.