Ποιές τεχνολογίες των αεροπλάνων ενσωματώνονται στο αυτοκίνητό σας (Μέρος 1ο)


Μπήκατε μόλις στο καινούργιο σας αυτοκίνητο και θαυμάζετε το design, τα συστήματα και την τεχνολογία που ενσωματώνει. Είναι turbo, με ABS, ψηφιακή οθόνη και έχει και head-up-display, που εμφανίζει εμπρός σας ενδείξεις για την πορεία σας και άλλες πληροφορίες. Το αυτοκίνητό σας, λοιπόν, κρύβει μέσα του μπόλικη από την τεχνολογία αεροσκαφών. Πάμε να δούμε μαζί πόσο… αεροπλάνο είναι το αυτοκίνητό σας!

  • KEIMENO-ΕΠΙΜΕΛΕΙΑ: ΒΑΓΓΕΛΗΣ ΠΕΤΡΑΚΗΣ, ΦΩΤΟ: ΑΡΧΕΙΟ
  • 18/2/2021

Η αεροδυναμική δεν ήταν από την αρχή κάτι για το οποίο κόπτονταν οι αυτοκινητοβιομηχανίες, σε αντίθεση με την αεροπλοΐα. Ήδη από το μέσα του 1707 ο Βρετανός Benjamin Robins είχε ξεκινήσει σχετικά πειράματα. Δεν πέρασε πολύς καιρός για να αντιληφθεί η αυτοκινητοβιομηχανία τα οφέλη της αεροδυναμικής. Βέβαια, υπάρχει μια μεγάλη διαφορά: στα αεροσκάφη επιθυμητή είναι η ανύψωση, ενώ στα αυτοκίνητα ευκταία είναι το καλύτερο κράτημα στο δρόμο αλλά και η επίτευξη χαμηλότερης αντίστασης και επομένως υψηλότερης ταχύτητας, χαμηλότερης κατανάλωσης, χαμηλότερου θορύβου αλλά και βελτίωση της οδικής συμπεριφοράς και της αναπνοής του κινητήρα.

Το 1901 οι Orville και Wilbur Wright, οι εφευρέτες του σύγχρονου αεροπλάνου, κατασκεύασαν αεροδυναμική σήραγγα για να μελετήσουν την άντωση (τη συνιστώσα της δύναμης που ασκείται στις πτέρυγες προκειμένου να επιτευχθεί ανύψωση του αεροσκάφους) και την οπισθέλκουσα ή αυτό που απλά ονομάζουμε αντίσταση, προκειμένου να βελτιώσουν τα πτητικά χαρακτηριστικά των υπό εξέλιξη αεροπλάνων τους.

Το 1909 ο Gustave Eiffel, διάσημος και για τον πύργο του, δημιούργησε στο Παρίσι την πρώτη αεροδυναμική σήραγγα βασισμένη σε αρχές που ισχύουν μέχρι σήμερα.Η αεροδυναμική σήραγγα και τo Κέντρο Ερευνών Eiffel λειτουργεί μέχρι σήμερα έχοντας εξελίξει μερικά εμβληματικά οχήματα, όπως τo Citroen DS, την Porsche 917K, νικήτρια του Le Mans το ’70, μονοθέσια F1 των Jordan, Prost και McLaren.

Το 1915, ο Armand Peugeot δοκίμασε ένα αυτοκίνητό του στη σήραγγα του Eiffel και ήταν οι μελέτες του που οδήγησαν σε αυτοκίνητα όπως το Peugeot 601 C Eclipse του 1934 (δεξιά). Οι δοκιμές του Peugeot: Αριστερά είναι το μοντέλο πριν και δεξιά, μετά τις δοκιμές αεροδυναμικής σήραγγας. Για να μειωθεί η οπισθέλκουσα, το πίσω σχήμα του αυτοκινήτου έχει τροποποιηθεί σε μεγάλο βαθμό.?

Το 1921, ο Γερμανός εφευρέτης Edmund Rumpler δημιούργησε το Rumpler-Tropfenwagen, το οποίο μεταφράζεται σε «αυτοκίνητο-δάκρυ». Με βάση το πιο αεροδυναμικό σχήμα στη φύση, το δάκρυ, είχε συντελεστή οπισθέλκουσας μόλις 0,27, αλλά η μοναδική εμφάνισή του ποτέ δεν έπεισε το κοινό. Εντούτοις, στον Rumpler πιστώνεται η χρήση της αεροδυναμικής σήραγγας για την κατασκευή αυτοκινήτων.

H εξέλιξη συνεχίστηκε, και με το πέρασμα των χρόνων τα αυτοκίνητα έγιναν πεδίο σοβαρής μελέτης. Μετά τον Δεύτερο Παγκόσμιο πόλεμο, η αυτοκινητοβιομηχανία χωρίστηκε σε δύο επικρατούσες σχολές, αυτή των ΗΠΑ, με μεγάλα αυτοκίνητα, και αυτή της Ευρώπης με μικρά αυτοκίνητα, κυβισμένα ως επί το πλείστον. Έπρεπε, όμως, να έρθει η πετρελαϊκή κρίση στις αρχές της δεκαετίας του 1970 για να αναθεωρήσει η παγκόσμια αυτοκινητοβιομηχανία και να επιταχύνει την εξέλιξη της αεροδυναμικής στα επιβατικά αυτοκίνητα.

Άλλη μια σοβαρή προσπάθεια ανάλυσης αεροδυναμικών δεδομένων έγινε από την τσεχοσλοβακική Tatra (η οποία εκτός των αυτοκινήτων κατασκεύαζε και αεροσκάφη,) με τους οραματιστές σχεδιαστές Hans Ledwinka (μέγας εφευρέτης και σχεδιαστής και για πολλούς αυτός που επινόησε το αυτοκίνητο που σήμερα αποκαλούμε «Σκαραβαίο») και Paul Jaray (σχεδιαστής μεταξύ άλλων και των αερόστατων Zeppelin). Την ίδια περίοδο, o Γερμανός Wunibald Kamm εξέλιξε ακόμα περισσότερο την αεροδυναμική στα αυτοκίνητα.

Το Tatra 77 θεωρείται από πολλούς ο προπομπός των σύγχρονων αυτοκινήτων παραγωγής σε ό,τι αφορά στην αεροδυναμική.

Kamm-Coupe: Το 1938, ο Wunibald Kamm παρουσίασε το πρωτότυπο Kamm-Coupe που αποτέλεσε τον πρόγονο των σημερινών αμαξωμάτων liftback και coupe. Ο συντελεστής οπισθέλκουσας ήταν μόνο 0,25, νούμερο που και σήμερα θεωρείται κορυφαίο.

Το σήμερα της αεροδυναμικής 

Η αεροδυναμική εξέλιξη των αυτοκινήτων βασίζεται είτε στην αρχική μορφή, το σχήμα του αυτοκινήτου, δηλαδή, είτε σε μικροβελτιώσεις ενός ήδη υπάρχοντος. Με την πρόοδο της τεχνολογίας, των υλικών και των μεθόδων κατασκευής, οι αυτοκινητοβιομηχανίες μπορούν σήμερα να δημιουργήσουν ακόμα πιο αεροδυναμικά σχήματα, κάτι που πλέον επιβάλλουν και οι διεθνείς νομοθεσίες που αφορούν στις εκπομπές ρύπων.

H Mercedes-Benz CLA 180d, η Porsche Taycan Turbo και η BMW 520d (η τελευταία με τη φροντίδα του αεροδυναμιστή Γιάννη Δημητρίου) αποτελούν αυτήν τη στιγμή τα αυτοκίνητα ευρείας παραγωγής με τον χαμηλότερο συντελεστή οπισθέλκουσας 0,22.

Είναι χαρακτηριστικό ότι μια μικρή βελτίωση στα αεροδυναμικά χαρακτηριστικά ενός μοντέλου σε φάση ανασχεδίασης (facelift) μπορεί να φέρει μείωση στην κατανάλωση στα 0,1 ή 0,2 l/100 km. Η Σειρά 5, για παράδειγμα, είναι αεροδυναμικά βελτιωμένη κατά 12% συγκριτικά με την προηγούμενη γενιά.

Τα οφέλη σε επίπεδο κατανάλωσης χάρη στην αεροδυναμική αυτήν επίδοση είναι -σε θεωρητικό επίπεδο- εφάμιλλα με μια μείωση στο βάρος του αυτοκινήτου κατά περίπου 200 kg! Πρακτικά μιλώντας, ένα κανονικό ταξίδι Αθήνα-Θεσσαλονίκη με μια 520d (περίπου 500 km) με ταχύτητα στα 130 km/h θα απαιτήσει συνολικά 2,5 λίτρα λιγότερο καύσιμο απ' ό,τι η προηγούμενη Σειρά 5, δηλαδή κατανάλωση μειωμένη κατά 0,5 l/100 km. Επίσης, ακόμα μία πτυχή της αεροδυναμικής δανεισμένη από την αεροπλοΐα είναι τα ενεργά αεροδυναμικά βοηθήματα. Πτέρυγες, ανοιγοκλειόμενα κλαπέτα ψύξης του κινητήρα έρχονται τα τελευταία χρόνια όλο και συχνότερα σε αυτοκίνητα ευρείας παραγωγής, όπως το Ford Focus με τα ενεργά κλαπέτα ψύξης του κινητήρα, πίσω από τη μάσκα του αυτοκινήτου ή η Ferrari με τους σπέσιαλ, πίσω διαχύτες της F8 Tributo….

McLaren Elva: Μια ξεχωριστή περίπτωση αεροδυναμικής

Η Elva, είναι ένα ξεχωριστό roadster μοντέλο το οποίο δημιούργησαν οι άνθρωποι της McLaren για να τιμήσουν το ομώνυμο όχημα που κατασκεύασε ο Bruce McLaren μεταξύ των ετών 1964-1967 αλλά και τον ίδιο. Το καινούργιο μοντέλο διαθέτει V8 twin turbo βενζινοκινητήρα ο οποίος έχει χωρητικότητα 4,0 λίτρα και είναι τοποθετημένος στο κέντρο. Η μέγιστη ισχύς του είναι 815 PS και η μέγιστη ροπή του 800 Nm. Σύμφωνα με τη McLaren, η Elva επιταχύνεται από το 0-100 km/h σε λιγότερο από 3,0 sec, ενώ για τη διαδικασία 0-200 km/h χρειάζεται μόλις 6,7 sec, χρόνος που είναι ταχύτερος από τον αντίστοιχο που επιτυγχάνει η Senna (σημ.: 6,8 sec). Το στοιχείο όμως που κάνει την Elva ξεχωριστή είναι το πρωτοποριακό ενεργό σύστημα διαχείρισης του αέρα (AAMS). Λειτουργεί κατευθύνοντας αέρα υψηλής ταχύτητας στην καμπίνα, με αποτέλεσμα να μην είναι απαραίτητη η χρήση παρμπρίζ.

Μια Σήραγγα αεροδυναμικής – BMW Aerodynamic Test Centre

Σε μια σήραγγα αεροδυναμικής δοκιμάζονται μοντέλα αυτοκινήτων στο κανονικό τους μέγεθος μαζί με πρωτότυπα και μοντέλα παραγωγής. Η σήραγγα, τη βοηθεία συστημάτων επεξεργασίας δεδομένων, επιτρέπει την πλέον ακριβή απόδοση των πραγματικών συνθηκών ροής αέρα στον δρόμο. Η ροή αέρα παράγεται από έναν ανεμιστήρα διαμέτρου 8 μέτρων (οι πτέρυγες μήκους 2 μέτρων έκαστη είναι κατασκευασμένες από ανθρακονήματα) και αφού περάσει από δύο κατευθυντικούς αυλούς, διοχετεύεται στο αυτοκίνητο. Χάρη στο μέγεθος των εγκαταστάσεων μετρήσεων, την ακριβή κατεύθυνση της ροής αέρα του ανεμιστήρα και τη διατομή των αυλών έως και 25 τετραγωνικών μέτρων, οι συνθήκες ροής είναι ρεαλιστικές.

Η σήραγγα αεροδυναμικής φέρει επίσης ειδική διάταξη κυλιόμενων διαδρόμων. Οι τροχοί του οχήματος πατούν πάνω σε κυλιόμενα τμήματα που χρησιμεύουν για να προσομοιώνουν την πραγματική περιστροφή των τροχών του αυτοκινήτου, ενώ ένα φαρδύτερο τμήμα ανάμεσα στους περιστρεφόμενους τροχούς χρησιμεύει επιπρόσθετα για να ελέγχεται η ροή του αέρα κάτω από το αυτοκίνητο. Στο κέντρο, εκτός από το μεγάλο Wind Kanal, υπάρχει και το αεροδυναμικό εργαστήριο Aero Lab στο οποίο γίνεται εξέλιξη των υπό κλίμακα αυτοκινήτων, ενώ εδώ είναι δυνατή η επεξεργασία δεδομένων που αφορούν στην αλληλεπίδραση δύο εν κινήσει αυτοκίνητων. Αξίζει να σημειωθεί ότι οι σήραγγες έχουν δυνατότητα ανάπτυξης ταχύτητας αέρα ως και 300 km/h.Ωστόσο, τα τελευταία χρόνια, οι πανάκριβες αεροδυναμικές σήραγγες χρησιμοποιούνται όλο και λιγότερο. Οι προσομοιώσεις υπολογιστών αρχίζουν να αντικαθιστούν τις σήραγγες ως τον καλύτερο τρόπο μέτρησης της αεροδυναμικής ενός αυτοκινήτου ή ενός αεροσκάφους. Σε πολλές περιπτώσεις, οι αεροδυναμικές σήραγγες καλούνται κυρίως να επιβεβαιώσουν ότι οι προσομοιώσεις των υπολογιστών είναι ακριβείς.

BITS OF AERO

La Jamais Contente

Το La Jamais Contente ήταν το πρώτο όχημα που έσπασε το φράγμα των 100 km/h. Ήταν ένα βελγικό ηλεκτρικό όχημα σε σχήμα τορπίλης. Η υψηλή θέση του οδηγού και το πλαίσιο υπονόμευαν μεγάλο μέρος της αεροδυναμικής. Το αμάξωμα ήταν κατασκευασμένο από κράμα αλουμινίου, βολφραμίου και μαγνησίου, αποτελώντας ταυτόχρονα και την πρώτη προσπάθεια κατασκευής αμαξώματος με σύνθετα, ελαφριά και ανθεκτικά υλικά. Το όχημα είχε δύο μοτέρ 25 kW, παράγοντας 68 PS συνολικά.

ALFA 40/60 HPAerodinamica

Το 1914 ο κόμης Marco Ricotti ανέθεσε στην Carrozzeria Castagna να εξελίξει την ALFA 40/60 HPAerodinamica, ένα πρωτότυπο μοντέλο το οποίο θα μπορούσε να φτάσει την τελική ταχύτητα των 139 km/h. Λόγω σχήματος, το αυτοκίνητο απέκτησε το παρατσούκλι «La Bomba».

AudiTypeK

O Paul Jaray δεν ήταν μόνο σχεδιαστής της Tatra αλλά και ο ιθύνων νους πίσω από τη σχεδίαση πρωτοποριακών αυτοκινήτων όπως το Audi Type K του 1923.

Skoda 935

Η Skoda το 1935 παρουσίασε ένα πρωτότυπο, το Skoda 935, το οποίο βάδιζε στα χνάρια του Tatra.

AutoUnionTypeC 1937

Στο Motorsport η αεροδυναμική εξέλιξη ζούσε και βασίλευε από πολύ νωρίς. Ήδη από το 1937, αυτοκίνητα όπως το Auto Union Type C είχε υιοθετήσει πολλές από τις σύγχρονες αρχές αεροδυναμικής, όπως, άλλωστε, φαίνεται και από το πρωτοποριακό για την εποχή σχήμα του.

Lotus 78

Ο Colin Chapman, ιδρυτής της Lotus, ήταν μεταξύ εκείνων που ανέπτυξαν την αεροδυναμική στον σχεδιασμό αυτοκινήτων της Formula 1. Η Lotus χρησιμοποίησε την έννοια της λεγόμενης αρνητικής άντωσης μέσω του ground effect, με την επαναστατική Lotus 78, αλλά και την πλευρική ψύξη στα μονοθέσια, προκειμένου να μετατοπιστούν τα ψυγεία από το εμπρός μέρος κι έτσι να μειωθεί η εμπρός επιφάνεια του μονοθεσίου, αρχές που λειτουργούν μέχρι και σήμερα.

FerrariF8 Tributo

Η F50 ήταν η τελευταία Ferrari που προσέφερε μια μεγάλη πτέρυγα, αλλά αυτό δεν σημαίνει ότι το Maranello δεν χρησιμοποιεί έξυπνη αεροδυναμική. Αντίθετα, η Ferrari αναπτύσσει κάθε λογής κρυφές λύσεις για να μετακινήσει τον αέρα γύρω από το αυτοκίνητο. Στην F8 Tributo χρησιμοποιούνται ενεργά πτερύγια στον διαχύτη που ανοίγουν σε υψηλές ταχύτητες για να μειώσουν την οπισθέλκουσα.

LamborghiniEgoista

Πολλά supercars σήμερα διαθέτουν σχεδίαση εμπνευσμένη από μαχητικά αεροσκάφη. Θυμίζουμε το πρωτότυπο Lamborghini Egoista.

Lightyear One

Ο τίτλος του πιο αεροδυναμικού αυτοκινήτου του κόσμου ανήκει στο Lightyear One, προϊόν της ολλανδικής start-up εταιρείας Lightyear, το οποίο είναι ηλεκτροκίνητο με τεχνολογία συλλογής του ηλιακού φωτός και συντελεστή οπισθέλκουσας κάτω από 0,20.