Aerodynamiikka

Kohteesta AutoWiki
Siirry navigaatioon Siirry hakuun

Aerodynamiikka on virtausmekaniikan osa-alue, joka tutkii ilman ja kiinteiden kappaleiden vuorovaikutusta niiden liikkuessa toistensa suhteen

Yleistä[muokkaa]

Auton ympärillä virtaava ilma yksinkertaistettuna havainnekuvana.
Tässä kuvassa erottuu selkeästi korin muotojen, oven saumojen sekä taustapeilin vaikutus pyörteilyn muodostumisessa.
Rekkaveturin aerodynamiikkaa: Hytin otsa on muotoiltu viistoksi, takana ja katolla on ilmanohjaimet ja taustapeileillä muotoillut kotelot. Ohjaamon etukulmissa on ilmanohjaimet, joiden on tarkoitus estää sadekelillä etupyörän nostamaa kurasumupilveä sotkemasta ovenkahvaa ja sivuikkunaa umpeen.

Puhuttaessa aerodynaamisestä ajoneuvosta tarkoitetaan yleisesti pientä ilmanvastusta ja virtaviivaisuutta. Tosiasiasiassa auton aerodynamiikkaan kuuluu paljon enemmän osa-alueita kuin vain edellä mainittu. Ilmavirtauksen hallinnalla se pyritään ohjaamaan paitsi auton yli, ali ja sivuitse mahdollisimman hyvin virtaavasti, myös mahdollisimman tehokkaasti sinne missä siitä on hyötyä. Tällaisia kohteita ovat erilaiset jäähdyttimet / lämmönvaihtimet, jarrujen jäähdytys sekä auton sisätilan ilmanvaihto. Näihin kohteisiin ohjattu ilma tulisi saada kulkeutumaan edelleen niistä pois mahdollisimman hyvällä virtauksella.

Aerodynamiikalla voidaan vaikuttaa auton pitoon tiehen nähden, mm. spoilereilla ja siivillä voidaan ilmanvastusta sopivassa määrin jopa nostaa, jolloin saadaan aikaan voima joka painaa autoa vahvemmin tienpintaa vasten. Ilman virtausta voidaan osittain verrata nesteen virtaukseen; mitä vähemmän sen tiellä on esteitä, teräviä kulmia ja ulokkeita yms. sitä paremmin se virtaa. Ilman virtaaminen auton korin ympäri on kuitenkin moniulotteisempi asia, koska tietyillä korin muodoilla on taipumus muodostaa auton taakse pyörteilyä ja joillain muodoilla se on vähäisempää.

Ilmanvastus[muokkaa]

Edetessään auton kori läpäisee ilmamassaa, joka joutuu väistymään auton tieltä ja virtaamaan auton pintoja pitkin. Ensimmäisissä autoissa ilmanvastuksella ei ollut juurikaan merkitystä, koska nopeudet olivat niin alhaisia. Asiasta ei myös ollut juurikaan kokemusta. Nopeudet kuitenkin kasvoivat, ja varsinkin nopeusennätysautoissa ilmanvastukseen kiinnitettiin paljon huomiota muotoilemalla auto mahdollisimman virtaviivaiseksi. Myös lentokonetekniikan kehittyminen lisäsi aerodynamiikan osaamista, jota sovellettiin myös autoihin.

Vaikka aerodynamiikan vaikutus autoissa on tunnettu yli sata vuotta, ei autoja tänä päivänäkään muotoilla pelkästään pienen ilmanvastuksen ehdoilla. Auton ulkomuotoihin vaikuttavat monet muut seikat, kuten ulkonäkö ja siihen liittyvät perinteet, mitoitus ja siihen liittyvät kokoluokat, lainsäädännön vaatimat varusteet sekä ennen kaikkea valmistuskustannukset.

Pienissä nopeuksissa ilmanvastuksen osuus ajovastuksista on vähäinen. Tämän takia hitaasti kulkevia ajoneuvoja ei yleensä suunnitella ilmanvastuksen ehdoilla. Maantienopeuksilla tilanne on toinen, sillä kun nopeus kaksinkertaistuu, kasvaa ilmanvastus nelinkertaiseksi. Tämän voi päätellä ilmanvastusvoiman laskukaavasta F = ½ ρ v² A Cv, (ρ on ilman tiheys, v on ilmavirran nopeus, A on kappaleen poikkileikkauksen pinta-ala ja Cv on ilmanvastuskerroin). Esimerkiksi kun auto tulee maantieltä moottoritielle ja ajonopeus nousee 100 km/h >> 120 km/h, on nopeuden kasvu 20 prosenttia, mutta samaan aikaan ilmanvastus kasvaa 44 prosenttia.

Auton ilmanvastukseen siis vaikuttavat auton koko, eli poikkileikkauksen pinta-ala A sekä ilmanvastuskerroin Cv. Jos ilmavirta kohdistuu täysin pystyyn pintaan, on ilmanvastuskerroin 1. Ilmanvastuskerroin voi olla myös yli 1 joissakin tavara-autoissa, joissa kuorma muodostaa ilmanvastuksen kannalta hyvin epäedullisia ulokkeita ja ilmataskuja.

Henkilöautoissa ilmanvastuskertoimet ovat selvästi alhaisempia. Useissa tämän päivän tuotantoautoissa on päästy alle 0,3:n ilmanvastuskertoimeen, ja esimerkiksi Mercedes-Benz CLA:n ilmanvastuskerroin on alimmillaan 0,22. Jos tämän päivän tuotantoauton muotoilu on hyvin onnistunut, ilmanvastuskerroin voi olla 0,25. Joissakin urheiluautoissa ilmanvastusta voivat nostaa erilaiset siivekkeet, joiden avulla pyritään kasvattamaan ilmavirran aiheuttamaa maata kohti painavaa voimaa ja auton tiessä kiinni pysymistä.[1]

Lähteet[muokkaa]

  1. Aerodynamiikka ja ajovastukset – Motiva, 4. elokuu 2020. Viitattu: 16. huhtikuu 2021.