Otomobiliniz ile saatte 100 km yaparken dümdüz bir duvara çarptığınızı hayal edin. Bütün metal parçaların ezildiğini camların paramparça olduğunu… Güvenlik sistemlerimiz her geçen gün gelişiyor ancak buna rağmen arabalar hala böyle bir çarpışma için tasarlanmıyor.
Ancak başka bir duvar var ki, çok uzun süredir arabalar onunla mücadele etmek üzere tasarlanıyor; hava. Birçoğumuz havayı bir “duvar” olarak görmez. Özellikle düşük hızlarda ve rüzgarsız havalarda, hissedilen hava direnci çok düşüktür. Yüksek hızlara çıkıldığında ise otomobile etkiyen hava direnci (sürükleme kuvveti) ciddi bir mertebeye ulaşır
Bu noktada devreye aerodinamik bilimi girer. Aerodinamik, hava içerisinde hareket eden cisimlere etkiyen kuvvetler ve bu kuvvetler neticesinde cismin hareketini inceleyen bilimdir. Otomobiller yıllardır aerodinamik etkiler gözönüne alınarak tasarlanmakta ve otomobilin başetmek zorunda olduğu hava duvarının daha rahat delebilmesinin yolları aranmaktadır.
Resimde gördüğünüz araç; Hexa Concept, golf topu tasarımlı tavanı ile aerodinamik kaygılı consept araçlar arasında inanılmazı başarıyor. Hexa ile ilgili yazım.
Aerodinamiğin otomobillere uygulanmasına geçmeden önce birkaç temel meseleyi hatırlayalım. Bir cisim hava içerisinde hareket ettiğinde bir miktar havanın yerini değiştirir. Hava içerisinde (veya herhangibir akışkan içerisinde) hareket eden bir cisim sürükleme (drag) kuvvetine maruz kalır. Sürükleme kuvveti cismin hızı arttıkça artar. Bir cismin hareketini Newton yasaları ışığında inceleriz. Bu durumda; kütle, sürat, ağırlık, dış kıvvetler ve ivmeyi göz önüne almamız gerek. Sürükleme, cismin ivmesi üzerinde doğrudan bir etkiye sahiptir. Bir cismin ivmesi, cisim üzerine etkiyen net kuvvetin cismin kütlesine bölümü ile bulunabilir.
a = (T – D)/m
Buradaki T otomobilin tekerlekler vasıtası ile ürettiği çekiş kuvvetini (thrust), D ise otomobile etkiyen sürükleme kuvvetini ifade etmektedir. Araç hızlandıkça ivmesi ve hızı artarken, maruz kaldığı sürükleme kuvveti de artar. Aracın üretebileceği maksimum itki kuvveti sabit olduğundan bir noktada sürükleme kuvveti ile çekiş kuvveti eşit olur ve araç daha fazla hızlanamaz. Peki bu bilgiyi araç tasarımında nasıl kullanabiliriz? Bu noktada “sürükleme katsayısı” adı verilen birimsiz büyüklükten söz etmek yararlı olacak. Sürükleme katsayısı, bir cismin bir ortamda (herhangi bir akışkan içerisinde) ne kadar rahat hareket edebildiğini belirtmekte kullanılmaktadır, ve sürükleme katsayısı (Drag coefficient, Cd)aşağıdaki şekilde formüle edilir;
Eski bir Volvo 960 sedan aracın sürükleme katsayısı 0.36 değerleri civarındadır. Yeni Volvo’lar ise daha yuvarlak hatlı tasarımları sayesinde, örneğin Volvo S80 sedan için 0.28 gibi değere sahiptir. Burada gördüğümüz şey, kutu gibi tasarımlar yerine daha yuvarlak hatlı ve hava akışını daha az bozan narin tasarımlar ile daha düşük sürükleme katsayısı değlerine ulaşılabilmektedir. Günümüzde çoğu araç 0.30 civarında bir sürükleme katsayısı değerine sahiptir. Bir aracın sürükleme katsayısını 0.01 azaltmak, her bir litre yakıt ile 90 metre daha fazla yol alabilmek anlamına gelmektedir (ortalama değerler).
Tarihi Gelişim
Çok eskiden beri uzmanlar aerodinamik şekiller üzerine kafa yoruyorlardıysa da, bu prensiplerin otomobillere uyarlanması biraz zaman aldı. İlk üretilen otomobillerde aerodinamik tasarımlara yer verilmiyordu. Zaten buna gerek de yoktu çünkü araçlar günümüzdekilerle kıyaslanmayacak derecede yavaştı. Yavaş yavaş, 1900’lerdeki yarış otomobil tasarımları aerodinamik kaygılar taşımaya başladı. 1921 yılında Alman mucit Edmund Rumpler, “Rumpler-Tropfenauto” adını verdiği otomobili tasarladı. Bu araç doğada bilinen en aerodinamik şekil olan su damlasından ilham alınarak tasarlanmıştı ve 0.27 gibi gerçekten iyi bir sürükleme katsayısına sahiptir. Araçtan sadece 100 adet üretilmişti. Amerika kıtasında ise ilk ciddi gelişim 1930 senesinde “Chrysler Airflow” ile geldi. Aracın tasarımında kuşlardan esinlenilmişti. Ancak alışılmadık görünüşü yüzünden fazla tutulmadı. Aerodinamik açıdan başarısı ise zamanının çok ötesindeydi. Bugün gelinen son nokta ise şu şekilde; en.wikipedia.org/wiki/Automobile_drag_coefficient Kaynak: http://evoxblog.wordpress.com/2010/06/16/otomobil-aerodinamigi-1-surukleme/#more-115