Hình dáng khí động học của ôtô

Lực khí động là gì?

 Trước hết, ôtô muốn chuyển động được trên đường thì tối thiểu phải khắc phục được tổng tất cả các lực cản trong quá trình chuyển động của nó: lực cản của đường (lực cản dốc và lực cản lăn), lực cản tăng tốc (lực quán tính), lực cản ma sát và đặc biệt là lực cản không khí. Các lực cản đường, lực cản tăng tốc, lực cản ma sát dù ít hay nhiều đều phụ thuộc vào tốc độ chuyển động của ôtô và các thành phần liên quan.

Tuy nhiên, lực cản không khí phụ thuộc rất lớn vào vận tốc chuyển động của ôtô. Chúng ta có thể tưởng tượng rằng chiếc ôtô của mình chuyển động trên đường khô, ráo và không có gió ở vận tốc 50km/h thì khi chuyển động ở vận tốc 100km/h, 150km/h hoặc 200km/h lực cản không khí tăng gấp 4, 9 hoặc 16 lần.

 Ngoài ra, lực cản không khí cũng chịu ảnh hưởng rất lớn bởi hình dáng khí động và diện tích cản chính diện của xe, chẳng hạn với chiếc xe có hình dáng khí động tốt với xe có hình dáng khí động kém, lực cản không khí có thể tăng từ 2 đến 3 lần. Như vậy, nếu muốn tăng vận tốc chuyển động của ôtô mà không thay đổi hình dạng khí động đồng nghĩa với việc phải tăng công suất của động cơ lên tương ứng lần.

 Lực khí động là lực sinh ra bởi dòng khí bị dồn nén chuyển động từ phía trước ra phía sau của vật thể (ôtô) hoặc lực tác động của dòng khí lên ôtô. Lực này tác động vào ôtô có phương bất kỳ phụ thuộc vào hướng gió và có độ lớn phụ thuộc vào diện tích cản chính diện của ôtô, hệ số cản khí động và bình phương của vận tốc tuyệt đối giữa dòng khí và ôtô.

 Hệ số cản khí động phụ thuộc rất nhiều vào hình dáng khí động, độ bóng của bề mặt vỏ và các góc cạnh của ôtô. Lực khí động ảnh hưởng lớn đến chất lượng động lực học, an toàn và độ ồn của ôtô trong quá trình chuyển động trên đường.

Tác động hình dáng khí động học của ôtô.

  Về mặt thẩm mỹ:

 Rõ ràng những đường cong tinh tế của vỏ, các thiết bị bên ngoài tạo dáng vẻ duyên dáng, lịch lãm và cá tính mạnh mẽ của chiếc ôtô. Thực tế qua nghiên cứu, thử nghiệm và đúc rút kinh nghiệm cho thấy hình dáng của chim cánh cụt khi đang di chuyển trong dòng nước là hình dạng tối ưu nhất với hệ số cản khí động và đạt giá trị thẩm mỹ được nhiều người ưa chuộng.

Về mặt chất lượng động lực học:

 Trừ những khi giông bão, còn lại phần lớn vận tốc của gió nhỏ hơn nhiều so với vận tốc chuyển động của ôtô. Chính vì thế mà thông thường chúng ta nhầm lẫn giữa lực khí động và lực cản không khí. Khi nghiên cứu ảnh hưởng của lực khí động tác động lên ôtô theo quan điểm động lực học, người ta tách lực khí động thành 3 thành phần chính:

 Thành phần có phương song song với bề mặt đường chính là lực cản không khí. Đây được coi là thành phần chính của lực khí động vì xe chuyển động theo phương này nên vận tốc tuyệt đối giữa dòng khí và xe là lớn nhất. Đối với vỏ xe có sự hạ thấp đột ngột phía sau sẽ tạo xoáy lốc cho dòng khí và làm tăng hệ số cản không khí, chẳng hạn dòng xe SUV sẽ có hệ số cản không khí lớn hơn dòng xe SEDAN.

 Thành phần có phương vuông góc với bề mặt đường sẽ tạo lực nâng xe nếu hướng của lực lên phía trên. Điều này làm giảm khả năng bám của xe với bề mặt đường, gây mất an toàn trong quá trình chuyển động, hoặc sẽ làm tăng khả năng bám của xe nếu hướng của lực xuống phía dưới. Lực theo phương này phụ thuộc khá nhiều vào bề mặt của phần gầm xe, đặc biệt là phía mũi và phía đuôi xe.

 Thành phần có phương ngang (vuông góc với mặt phẳng dọc xe) sẽ gây mất an toàn cho xe. Thật may mắn cho chúng ta là thành phần lực này thường là nhỏ nhất, trừ phi chúng ta đi vào vùng giông bão.

Về mặt độ ồn:

 Các vùng khí xoáy lốc phía sau những vị trí lồi, lõm trên vỏ xe hoặc dòng khí bị cuộn dưới lốp xe sẽ tạo sự va đập của các phân tử khí với phần vỏ, phần đường và gây ra tiếng ồn. Thông thường độ ồn do hiện tượng này người lái xe ít cảm nhận được, nhưng lại tác động rất rõ rệt ra môi trường xung quanh.