Otomobillerde Aerodinamik Yapı ve Etkileri

Her yerde duyarız ve konuşulur. Aerodinamik kelimesinin kelime anlamı ile birlikte kastedilen tam olarak nedir ? Bunun araca tam olarak etkisi ne olabilir,olmasa ne olur ? ve aerodinamik nasıl oluşturulur ?

Biraz teknik olarak ve örneklerle açıklamaya çalışalım .. 

Aeorodinamik, genel anlamda havanın kuvvetsel etkilerini inceleyen bilim dalıdır.Katı bir cisim etrafında akan hava veya 
hareketsiz duran hava içinde hareket eden katı cisim söz konusu olduğunda hava, aerodinamik kanunlarına uygun davranır. Havanın göreceli hareketinden kaynaklanan kuvvetler taşıma ve sürükleme kuvvetleridir. Hava 
taşımacılığında bu iki kuvvet önemli yer tutarken kara araçları için belli bir hıza kadar sadece direnç sürükleme kuvveti göz önüne alınır. Ancak çok hızlı araçlarda örneğin Formula 1 arabalarında taşıma kuvveti (aracın yol tutuşuyla ilgili olarak) dikkate alınması gereken değerlere ulaşır. Kuvvetler, hızın karesi ile doğru orantılıdır..Gelelim araçlarda çok sıkça kullanılan spoiler (rüzgarlık) kelimesinin anlamına ve işlevlerine;Kelime anlamı olarak spoiler (rüzgarlık) , bozucu veya dağıtıcı anlamlarına gelir.Yapılan laboratuar araştırmalarında aracın üstünden akan hava akımının ,kaportayı terk ettiği arka bölüme konulan spoiler (rüzgarlık) bu bölgenin arkasında oluşturduğu hız düşüşü ve buna bağlı olarak ortaya çıkan basınç artışının ,araca ilave itme kuvveti sağladığı veya diğer bir deyişle aracın hava direnç kaybını azalttığını ortaya koymuştur.Aracın ön tarafına konulan spoilerin ise, rüzgarı yönlendirerek yukarı doğru basınç yapmasını ve böylece otomobilin ön kısmının havalanmasını engellemektedir..

Golf 7 Aerodinamik Testi ..
 

Araç Üzerinde Oluşan Kaldırma Kuvveti

Tayfun veya hortum gibi şiddetli rüzgarların tehlikeli olmalarının bir nedeni çok alçaktan eserek yukarıya doğru basınç oluşturup herhangi bir kütleyi havaya savurmasıdır. Benzer bir etki de hızlı kullanılan otomobillerde oluşmaktadır. Bu etki aracın üstünde oluşan emme, altında oluşan kaldırma kuvvetiyle daha çok artmaktadır.

Yüksek hızlı araçlarda aracın üst kaporta yüzeyinin kambur olması doğrusal akım karakteristiği taşıyan hava akımının ( V ) bu bölgede eğrilik sebebiyle hareket yönüne dik bir hız bileşeni kazanmasına ( V2 ) neden olur. Böylece yeni bileşen sayesinde daha büyük değere sahip bir bileşke hız vektörü ( Vb ) ortaya çıkar.
 

Aracın üstünde oluşan basınç düşmesi araca yukarıdan emme etkisi yapar. Bu etki oluşurken bir yandan da aracın altından giren hava aracı yukarıya kaldırmak için basınç uygulamaktadır. Bu kaldırma ve emme kuvvetleri aracın tekerleklerindeki ağırlık kuvveti etkisini azaltarak kumandanın zorlaşmasına bilhassa viraj halinde aracın kolaylıkla savrulmasına ve hatta yerden havalanıp takla atmasına neden olur.Bu sebeple yarış otomobillerinin alt yapısına eğrilik verilerek yere basma kuvvetini artırmaya çalışılmıştır. Buna rağmen tam bir başarı sağlanamamıştır. 

Şöyle ki : olanca hızıyla giden bir yarış arabasını rüzgar piste adeta yapıştırır, öte yandan arabanın karoseri rüzgar direncini asgariye indirecek şekilde biçimlendirilmiştir. Rüzgar bir yandan arabayı piste 
yapıştırırken, öte yandan arabanın altında oluşan hava cereyanı bir karşı güç oluşturur.

Öndeki otomobile fazla yanaşan bir yarış arabasının üzerindeki rüzgar baskısı azalır, çünkü rüzgarın esas baskısını öndeki otomobil karşılar, arkadaki otomobilin sürati artar ancak ön tekerlerin piste olan teması zayıflar.

Bu durumda saatte 300 km hızla giden araç birden bire açıkta kalıp esen rüzgarla karşı karşıya geldiğinde arabanın altından giren hava tekerlerin yerle olan temasını keser ve aracı havalandırır.

1999 yılında 24 saatlik Le Mans yarışında Mercedes ekibinin başına gelen bu olayla ekip yarışlardan çekilmek zorunda kalmıştır.Bu arada kaza yapan Mercedes CLK - GTR pilotunu yakından tanıyacaksınızdır ..
 

Buda yine baya meşhur olan Lemans 24 Hours yarışlarındaki uçan Porsche ;

 

Normal binek araçlarında tehlike bu boyutlarda olmamaktadır yine de savrulma riski vardır. Porsche 1966'dan 1969'a kadar ürettiği 911 marka araçlarda ağırlık artırımı yaparak soruna pratik bir çözüm bulmuştur. Saatte 225 km hızla giden araçlarının ön tarafına döküm demir sağ ile sol tarafa birer akü koyarak aracın yere yapışmasını sağlamıştır. Teknik açıdan daha akıllıca çözüm ise spoiler kullanımı ile gelmiştir.

SPOİLER (avantajları dezavantajları)

Bu bir genel kuraldır ; Bir cismi yere ne kadar bastırırsanız o kadar zor kaydırırsınız.İşte bu kuraldan yola çıkarak diyebiliriz ki bir arabanın arkası yere ne kadar çok basılırsa, o kadar zor kayar. Arka kanat takılması olayı, özellikle yüksek hızlarda yol tutuşunu arttırmak için yapılan bir uygulamadır. Arabanın yardığı hava, arkaya taktığınız biraz öne doğru yatırılmış kanata çarparak bir kuvvet uygular ve arabanın arkası yere doğru bastırılır. Bu arka kanatların açısı çok önemlidir. Ne düz olmalıdır, ne de fazla eğik.Piyasadaki arka kanatlardan Renault 21'lerde görebileceğiniz , dümdüz olanları görüntüden başka bir işe yaramazlar. Ancak bir Subaru Impreza 'ya baktığınızda, hem kanadın büyüklüğü hem de biraz öne doğru eğilmiş yapısı, arabanın arkası üzerinde büyük bir kuvvet uygular ve arka tekerleklerin tutuşunu büyük oranda arttırır. Bu da sizin kullanımınıza ister otobanda yüksek hızlarda olsun, ister virajlarda olsun, daha doğrusal, stabil bir sürüş sağlar.

Arka kanat uygulamasında dikkat edilmesi gereken nokta ise şudur : Araca arka kanat takıldığı zaman yüksek 
hızlarda oluşacak baskıdan ve arabanın arkasının yere daha çok bastırılacağından dolayı, tekerlekler üzerine normalden daha fazla basınç gelecektir. Tekerleklerin bu basınca karşı koyabilmek için normal değerinden biraz daha fazla şişirilmesi gerekmektedir. Kesin bir şey söyleyememekle birlikte ben olsam, kanadın boyutuna ve etkisine göre arka tekerlekleri fabrika verilerinden 1 ya da 2 psi daha fazla şişirirdim..

Avantajı, dezavantajı

Dezavantajı ise yakıt tüketimini bir miktar arttırmasıdır ancak bu önemsenecek boyutlarda değildir.Ön Tampon-Altı rüzgarlık uygulaması normalde bir araba giderken, önündeki havayı yararak ilerler. Yardığı havanın büyük bir bölümü arabanın üstünden diğer miktarı da arabanın altından ve yanlarından geçerler. Yarılan havanın, arabanın altından geçen kısmı, arabaya alttan bir miktar kuvvet uygulayarak aracı az da olsa yerden kaldırır. Bunun karşılığında da aracın üstünden geçen hava arabayı yere bastırır. Ama biz daha iyi bir yol tutuş istiyorsak, arabanın altından geçen hava miktarını azaltabiliriz. Bunun için ön tamponun altına yaklaşık 5cm yüksekliğinde ek bir parça takılabilir. Bu takılan parça arabanın yardığı havanın, aracın altına girmesine bir miktar engel olur, bu sayede de yol tutuş bir miktar iyileşir.

Özellikle yüksek hızlarda arabayı kontrol etmekte zorlanıyorsanız, arabayı düz bir çizgide tutamıyorsanız, araba sanki hafifmiş ve sağlam bir şekilde gitmiyormuş gibinize geliyorsa, ön kanat uygulaması sizin sorununuza çare olabilecektir..

Sonuç

Özellikle motor modifiyesi görmüş ve motor gücü arttırılmış araçlarda, ön ve arka rüzgarlık uygulamaları son derece 
gereklidir. Motor gücü artmasına rağmen, halen hafif olan araç, yüksek hızlarda dengesizlik, kontrol zorluğu çekebilir. Mesela 180 hp olan bir POLO GTI 'ı siz 220-230 hp yaptıysanız bu araba uçma eğilimi gösterebilir (şaka yapmıyorum).Bunun için ön ve arka kanatlara acil olarak ihtiyaç vardır..

Araçların Kanatları Spoilerlar 
Spoiler denince bir çok kişinin aklına Ankara trafiğinde araçların yüzde 90'ında dekoratif amaçla bulunan sonradan monte edilen plastik parçaları gelir. Peki spoiler gerçekten dekor mu? Yoksa araba üzerinde bir işlevi var mı?

Araçların ağırlığı hızları yükselttikçe azalır. 30 km hızla giden araç ile 130 km hızla giden bir aracın ağırlıkları çok farklı olur, araç hızlandıkça hafifler, hafifledikçe de kontrolü zorlaşır. Bu noktada spoilerlar devreye girer.Araçlarda ön ve arka olmak üzere iki tür spoiler bulunabilir. Araç, önünde bulunan havayı yararak ilerler, eğer aracın arkasında doğru dizayn edilmiş bir spoiler varsa hava spoilera çarparak aracın arkasını yere bastırır.Bu da aracın ağırlığını; dolaylı olarak da yüksek süratteki yol tutuş kabiliyetini arttırır. Eğer aracın arkasında bulunan spoiler iyi dizayn edilmemişse aracın yol tutuşunu son derece olumsuz etkiler. 

Aslında spoilerları uçakların kanatlarına benzetebiliriz. Kanatlar uçakları havaya kaldırmak için ve buna göre tasarlanmıştır, spoiler ise aracın havalanmasını,aksine yere daha sağlan tutunmasını sağlar. Uçakların 200 km'den sonra havalandığını ve Porsche 911 Turbo'nun 300 km son sürati olduğunu düşünürseniz ,bazı arabaların spoilera olan ihtiyacının ne kadar çok olduğunu daha kolay anlayabilirsiniz..

Eğer aracınızda fabrika çıkışı bir spoiler mevcutsa (motor modifikasyonu yapmadığınız sürece) ekstra olarak bir şey yapmanıza gerek yok. Ama sonradan aracın arkasına spoiler taktırdıysanız arka lastiklerinizin havalarına dikkat etmeniz gerekir. Spoiler takıldıktan sonra yüksek hızlarda arabanın arkası yere basılacağından arka lastiklere normalden daha fazla baskı gelecektir. Arka lastikleri fabrika değerinden biraz daha fazla şişirerek bunun önüne geçebilirsiniz.Araç havayı yarıp ilerlerken bir miktar hava da aracın altından geçer. Bu hava akımı aracı yukarı doğru kaldırır, yani hafifletir. Otomobil üreticileri bunu düşünerek ön spoilerları üretmiştir. Ön spoilerlar aracın altından geçen havayı büyük ölçüde keser ve aracın yol tutuşuna katkıda bulunurlar.Spoilerlar doğru uygulandıkları taktirde araçların yol tutuşlarını güçlendirirler. Fakat yanlış uygulamalar aracın yol tutuşunun bozulmasına, daha fazla benzin tüketimine neden olabilir. Genellikle otomobillerini tune edip güçlerini yükselten kişiler yol tutuşlarını iyileştirmek için spoiler kullanırlar.

Hava direnç katsayısını azaltmak için yapılan çalışmalar,

Otomobil firmaları ve Aerodinamik yaratıcıları için,hava direnç katsayısı çok önemlidir.Aracın kaportası çevresinde akan havanın mümkün olduğunca kesintisiz ve pürüzsüz bir yüzey etrafında akması sağlanarak direnç katsayısı daha da düşürülebilir. Bu amaca yönelik olarak,araçlarda kapı camlarının ve farların kaporta ile bir yüzeyde dizayn edilmesi, ön ve arka camların daha yatık dizayn edilmesi, yan aynaların formunun aerodinamik özellik taşıması, lastik oyuklarının genişletilmiş çamurluklarla örtülmesi, ön ve arka tekerlekler arasına etekler yerleştirilmesi, ön panel altına hava kesiciler (airdam) yerleştirilmesi, jant kapaklarının mümkün olduğunca aerodinamik yapıda imal edilmeleri, aracın altındaki düzgünsüzlükleri alt kaplama takviyesi ile kamufle edilmesi gibi önlemlere rastlanmaktadır.Günümüzde yukarıda bahsettiğimiz önlemler sayesinde direnç katsayısı ;

Binek araçlarında 0,25'e ,Otobüslerde 0,5'e ,Motosikletlerde 0,4'e ,Kamyonlarda ise 0,65'e dek düşürülebilmiştir.

Şöyle örnekleyeyim, 

Hava akımı içinde ,akım yönüne dik olarak tutulan bir levha için bu değer 1.28, paraşütte 1.70, tabanca mermisinde 0.3, futbol topunda 0.29, yolcu uçaklarında 0.25, bomba ve yedek yakıt tankı taşımayan savaş uçaklarında 0.20 civarındadır.

Bu arada laboratuvar çalışmalarında bulunan sonuçların normal trafikte tespit edilenler ile uyuşmaması çoğunlukla rastlanan haldir. Çünkü araca etkiyen yan rüzgar, yük durumu vb. faktörler direnç katsayısına doğrudan tesir ederler.

Açık bir pencere, bagajdaki 20 kg'lık fazla yükün oluşturduğu yere yaklaşma değeri veya kullanılan lastiklerin daha kalın 
olanlarıyla değiştirilmesi gibi hallerde direnç katsayısı değeri %10-12 artış gösterir. Küçük gibi görünen bu artışın ise yakıt sarfiyatının %5 yükselmesine neden olduğu tespit edilmiştir.

Kaynak