Попри те, що сьогодні це має фундаментальне значення, історично аеродинаміка була сферою, яку найбільше нехтували в автомобільній промисловості. Важко повірити, що електромобіль був винайдений раніше, ніж авто, в якому було враховано опір повітря. Але це правда.

Оскільки транспортні засоби ставали все швидшими, ігнорувати цю галузь фізики стало проблематично. У цій статті ми говоримо про аеродинаміку, її розвиток і вплив на автомобільну промисловість.

Чому ми повинні перемогти повітря?
Хоча ми не можемо побачити повітря неозброєним оком, простір навколо нас ніколи не буває порожнім. Повітря, яким ми дихаємо, складається з атомів (переважно азоту та кисню) та їхніх сполук. Повітря, як і вода для риби, є середовищем, у якому ми рухаємося. Перед нашою машиною є молекули, які їй потрібно «виштовхнути» зі свого шляху. Величина опору залежить від сили, необхідної для виконання цього завдання на заданій швидкості.

Сила F_D залежить від таких факторів:

• Щільність середовища (ρ)
• Швидкість транспортного засобу відносно середовища (v)
• Форм-фактор (CD)
• Фронтальна поверхня перпендикулярна до напрямку руху (A)

Виробникам транспортних засобів важко щось зробити з першими двома параметрами: щільність повітря не можна змінити, а швидкість руху регулюється владою. Однак слід зазначити, що зі збільшенням швидкості опір збільшується в чотири рази. Тому швидке прискорення все одно не є хорошою тактикою.

Однак інші два фактори дали автомобільній промисловості можливість використовувати форму та розмір кузова для надання транспортному засобу кращих ходових характеристик. Фронтальна площа автомобіля дає дизайнерам менше свободи, але принцип зрозумілий: чим менша площа спереду, тим нижчий коефіцієнт лобового опору.

Зовсім інша ситуація у випадку з фактором форми або коефіцієнтом лобового опору. На малюнку нижче простими словами показано, наскільки добре об’єкт даної форми рухається в середовищі. Чим вищий коефіцієнт, тим більший ризик виникнення турбулентного, неламінарного потоку.

Уважно спостерігаючи за вищевказаними малюнками, можна зауважити, що опір повітря залежить не тільки від того, яку форму має елемент спереду, але й ззаду. Обертання куба не змінює його властивості, але змінює спосіб контакту з повітрям, тому його коефіцієнт опору повітря теж може змінюватися.

Знайти ідеальну аеродинамічну форму набагато легше, ніж ви думаєте. Матінка природа дала нам відповідь.

Коли вода падає на землю у вигляді дощу, вона також зустрічає опір повітря. Однак у своїй рідкій формі вона може приймати будь-яку форму, що дозволяє їй рухатися вільніше. Таким чином була створена ідеальна з точки зору аеродинаміки форма – форма краплі.

Практична реалізація основ аеродинаміки
Звичайно, є багато інших аспектів, які слід враховувати для легкового автомобіля, але форма краплі все одно лишається керівним принципом дизайну кузова.

Напевно багато хто пам'ятає легендарний Фольксваген Жук, який був піонером аеродинаміки. Але це був не перший легковий автомобіль, створений з урахуванням аеродинаміки.

Tatra експериментувала з обтічними автомобілями ще на початку 1930-х років за допомогою Пала Джарая, який починав з того, що проектував дирижаблі у стилі Zeppelin. Топовою моделлю марки на той момент була модель 87, представлена на ринку в 1936 році та призначена для німецьких трас (коефіцієнт лобового опору 0,36).

Її двигун V8 об'ємом 2,9 літра видавав 85 к.с. і максимальну швидкість 160 км/год, що було непоганим для тих часів результатом. Завдяки обтічній формі автомобіль споживав вдвічі менше пального, ніж стандартний автомобіль того часу – 12,5 літра на 100 кілометрів.

Однак ідеальна форма краплі має свої недоліки. Занадто довгий кузов менш практичний для крутих поворотів і паркування, а додатковий об’єм салону можна використовувати лише частково.

Хоча Alfa Romeo Giulia 1960-х років має незграбний вигляд, вона була однією з найкращих серійних моделей 1960-х років з точки зору аеродинаміки (коефіцієнт 0,33). Інженер Вунібальд Камм довів, що різко обрізана задня частина автомобіля також може бути гарною ідеєю, оскільки це зменшує ризик турбулентності. Alfa Romeo використовувала цю форму в своїх гоночних автомобілях, а також в звичайних моделях, і Alfa Romeo Giulia досягла вражаючих результатів.

Якщо говорити про аеродинаміку, то неодмінно варто згадати Opel Calibra.

Спортивне купе Opel, випущене в 1989 році, вже відповідало стилістиці дев'яностих. Елегантний дводверний автомобіль із вузькими фарами та решіткою радіатора був дуже аеродинамічним, а його вигнута лінія даху та заглиблені пороги забезпечували коефіцієнт лобового опору 0,26 у стандартній версії. Заснована на Vectra, модель Calibra утримувала рекорд як найбільш аеродинамічна серійна модель протягом десяти років.

Зрозуміло, що з часом галузь повернулася до форми краплі. Нинішній рекордсмен Mercedes-Benz EQS з коефіцієнтом опору повітря 0,2 також є частиною цієї тенденції.

Еволюція дизайну автомобілів
Як і всі інші галузі, автомобільна аеродинаміка все більше покладається на системи віртуального автоматизованого проектування.

У минулому ключову роль відігравали аеродинамічна труба та датчики, встановлені на справжньому автомобілі. Сьогодні це вже останній етап після численних комп'ютерних симуляцій. Спочатку ці програми були примітивними та вимагали багатьох опрацювань і налаштувань, але зараз вони працюють чудово, тому всі виробники покладаються саме на них. Це пояснюється тим, що даний метод є швидким, надзвичайно економічно ефективним і високоточним. Наступне відео демонструє віртуальну візуалізацію потоку навколо гоночного автомобіля.