A doboz áramvonalasítása

Nagyon hamar beleverik mindenkibe, hogy a legáramvonalasabb forma a vízcseppé. Ezt még bizonygatni sem kell sokáig, hiszen a levegőben lehulló nedű nem véletlenül veszi fel ezt a formát, ezt adja ki számára a fizika. A természet azonban ezen a magától értetődőn kívül is számos módon jelzi, milyen formákkal lehet csökkenteni a közegellenállást. Elegendő talán csak a delfinek, vagy a cápák formáját, vagy a levegőre vetítve a madarakét felhozni, utóbbiak közül is különösképp a ragadózókét, amelyek amikor prédájukra zuhannak, a szárnyukat szorosan az egyébként is áramvonalas testükhöz szorítva csökkentik a rájuk ható légellenállást. De bármely áramvonalas formát is hozzuk fel a természetből, aligha találunk közöttük olyat, amelyiket élekben találkozó sík lapok határolnának. Például úgy, mint a Tesla új, Cybertruck névre hallgató pickupját.

A Cybertruck formája elsőre annyira mellbevágó, hogy biztosan akadnak, akik azóta sem tudtak békét kötni vele. (Bevallom, én sem.) Elon Musknak azonban nyilvánvalóan ez volt a célja vele. A megdöbbentés, valamint a gyökeres és alapvető eltérés minden korábbi, megszokott formától. Ez sikerült is neki, csak eközben felvetődik egy eléggé gyakorlatias kérdés. Mióta csak létezik, a Tesla elektromos autókat gyárt. Azoknál pedig különösen fontos a légellenállás, hiszen alapvetően befolyásolja az áramfogyasztást és ezen keresztül az egy töltéssel elérhető hatótávot. Ezt a tényt mintha a Cybertruck beharangozásáig nem hagyták volna figyelmen kívül a Tesla típusok tervezői, hiszen mindegyiknek kiváló az alaktényezője. Miközben az átlagautóké 0,3 körül alakul, a legrosszabbé, a Tesla Model X-é 0,24, a legjobbé, az új Model S-é pedig alig 0,208. Ehhez képest mutatták be a Cybretruckot, egy szögletes, sík lapokkal határolt, majdnem függőleges orrú óriás-pickupot, aminek első ránézésre minden lehet a formája, csak áramvonalas nem.

Szokásához híven Elon Musk már a bemutatón elkezdte hűteni a kedélyeket, és ledobta a témába vágó atombombát. Közölte, hogy akármilyen doboz formájú is a pickupja, az alaktényezője nem lesz több 0,3-nál. A formát elnézve ez annyira hihetetlen, hogy a számítógépes áramlási szimulációval foglalkozó vállalkozások közül több is ráugrott, hogy ellenőrizze Musk állítását. Apró nehézség azonban, hogy a Cybertruck egyelőre csak tanulmányként létezik, méghozzá annyira, hogy pontos méretei sem ismertek. A modellezők így kénytelenek voltak a rendelkezésre álló képek alapján elvégezni a számításaikat. Legutóbb például a müncheni Numeric Systems cég eresztette rá Pacefish nevű szoftverét a Cybertruckra.

Talán mondani sem kell, hogy egyetlen egy számítógépes modell sem igazolta Musk állítását. A legalacsonyabb érték, amit mások mellett a Pacefish is kimutatott, 0,39, ami épp harmadával nagyobb az ígért 0,3-nál. Csakhogy a vicc az, hogy ez sem olyan gyenge, ha figyelembe vesszük, hogy a Cybertruck mi is valójában. A 0,39 ugyanis körülbelül az SUV-k felső értéke, nem pedig a pickupoké. Utóbbiak többségének az alaktényezője a 0,45-0,55 sávba esik, bár egyes szimulációk ennél még magasabb eredményeket hoztak. Talán érdemes megemlíteni, hogy elektromos pickupként a Cybertruck közvetlen vetélytársának számító Ford F-150 Lightning Extended Range alaktényezője konkrétan 0,56.

Most akkor örüljünk vagy ne? Talán a legjobb válasz: is-is. Nem különösebben örömteli, hogy a Cybertruck kalkulált alaktényezője rosszabb az ígértnél. Mentségére szóljon, amiről már esett is szó, hogy kevés a készpénznek vehető konkrét adat. Például az sem tudjuk, hogy a platót borítja-e majd valami, és ha igen, akkor egy vízszintes, vagy pedig egy ferde tető. Ez éppúgy befolyásolhatja a légellenállást, mint a Cybertruck hosszúsága, vagy sík karosszériaelemeinek dőlésszöge, vagy azok illesztése, a sarkok esetleges, valamilyen arányú lekerekítése. Egy sor apró trükkel valószínűleg még tovább javítható az alaktényező, azaz az áramvonalasság, de ehhez többet kellene tudni a típusról. Az ellenben mindenképpen jó hír, hogy a Cybertruck alaktényezője jobb, mint a pickupok többségéé. Ez azonban mindjárt fel is veti azt az újabb kérdést, hogy ez hogyan lehet. Miként lehet az, hogy a sík lapokból összeállított, sarkos-szögletes Cybertruck kedvezőbb értéket hoz, mint a sok esetben sokkal lekerekítettebb formájú többi pickup.

A válaszhoz érdemes teljesen oldalról ránézni a Cybertruckra. Bár elsőre talán így sem ötlik szembe a hasonlatosság, de a tesla pickupjának kontúrja – ha szögletesített formában is, de – emlékeztet egy vaskosabb, aszimmetrikus repülőgépszárny-metszetre. Alul sík (vélhetően a Cybertruck alját is burkolják majd), felül pedig egy nyújtott fél cseppalakot formáz. Csakhogy szögletesített kivitelben, körülbelül úgy, mint amikor egy fatörzsből fűrészelnek ki egy gerendát. Az ilyen durva beavatkozás természetesen nem múlik el következmények nélkül, vagyis hiába a hasonlóság, azért másképp áramlik a levegő a Cybertruck, mint egy szárnyprofil körül.

Ha megnézzük a szárnyprofil körüli áramlást, azt találjuk, hogy csak a félcsepp alak legömbölyített elejénél torlódik fel az ellenállást növelően a levegő, de azután szépen körbefolyik a szárny körül. Legfeljebb egy bizonyos sebesség felett és legfeljebb a szárny hegyes végénél jöhet létre egy ezzel ellentétes folyamat, azaz hátrafelé húzó örvénylés. Mivel azonban ez is növeli az ellenállást, ezért amennyire lehet, akadályozzák a létrejöttét, például a szárnyprofil módosításával.

Ha a szárnyprofilt összevetjük a Cybertruck sziluettjével, azt látjuk, hogy a Tesla pickupjának eleje nem teljesen függőleges, mint a legtöbb pickupé, hanem - kicsit imitálva a gömbölyítést - egy kissé előredöntött. Mivel azonban ez az elem egy élben találkozik a szélvédőt is magába foglaló felsővel, itt mindenképpen összetorlódik valamennyire a levegő. A továbbiakban kérdés a plató lefedésének megoldása. A legkisebb ellenállást az okozná, ha a külső vonalakat lekövető ferde fedést alkalmaznák. A legtöbb szimuláció ezzel is kalkulált, és arra a meglepő eredményre jutott, hogy ebben az esetben a Cybertruck felső csúcspontja után - a várakozással ellentétben - nem alakul ki káros örvénylés. Hátul, a raktér ajtaját megdöntötték a Tesla mérnökei, amivel a szárnyprofil hegyes végét próbálták annyira leutánozni, amennyire a dizájn csak megengedte. Ez azonban olyan kismértékű, hogy a Cybertruck mögött mindenképpen káros örvénylés alakul ki.

Ezeken kívül oldalt a kerekeknél és a ferde irányú töréseknél alakulhatnak ki örvények, körülbelül úgy, ahogy a Numeric Systems Pacefish szoftvere is ábrázolja. Megfelelő formai kialakítással ez az utóbbi kettő jelentősen mérsékelhető, a többi azonban a Cybertruck lényegét, azaz dizájnjának mellbevágóságát nullázná le - vagyis nem valószínű, hogy tesznek ellene. Egyáltalán nem elképzelhetetlen, hogy amennyiben a finomításokon végigmennek, a Cybertruck alaktényezője a számítógépes modellek által kimutatottnál, azaz 0,39-nél alacsonyabb is lehet, bár a 0,3 elérése finoman szólva kétséges. Mint ahogy az is kérdéses, hogy például miként hat az oldalszél a Cybertruckra - ezt még ugyanis senki nem vizsgálta.

Arra, hogy mennyire lényegi kérdés a plató megoldása, épp a hagyományos pickupok mutatnak rá, egyúttal bizonyítékát adva annak is, hogy a levegő milyen trükkösen képes viselkedni. A pickupok Amerikában sem a takarékosság szobrai, nem utolsósorban épp légellenállásuk miatt. Nemcsak az alaktényezőjük gyenge ugyanis, hanem még a menetszélnek ellenszegülő homlokfelületük is hatalmas, és mivel a kettő szorzata adja a légellenállást, ezért elképzelhető az eredmény. Bár a tengerentúlon köztudottan olcsóbb a benzin, a tulajdonosok azért ezen a szinten már számontartják, mennyi is folyik le belőle a többnyire nagy lökettérfogatú V6-os vagy V8-as torkán.

A fogyasztás csökkentésére elterjedt a mítosz, hogy lenyitott rakodóajtóval kevesebbet fogyaszt a nyitott platós pickup, hiszen nyújtottabbá válik a formája, ezáltal mérséklődik a hátulja mögött kialakuló káros örvénylés. A gyakorlati és a szélcsatornában elvégzett kísérletek azonban alaposan rácáfoltak a megérzésre. A valóságban ugyanis épp a lenyitott rakodóajtó miatt átalakult forma keltett nagyobb örvénylést. Mert bár felcsukott ajtónál a plató felett kialakul egy örvénylés, csakhogy az jelen esetben haszonnal jár. Az autót felülről kerülő légáramlat ugyanis rásimul erre az örvényre és további örvényeket nem keltve, szép egyenletes áramlással siklik át a plató felett. Vagyis: nyitott plató esetén érdemesebb felcsukva hagyni az ajtót. Az már más kérdés, hogy a legjobb megoldás beburkolni a platót, de nem az egyébként belül több helyet adó, vízszintes tetejű, függőleges hátuljú dobozzal, hanem helyette egy hátrafelé gömbölydeden lejtő tetejűvel.

Azt, hogy egy szögletes forma is lehet viszonylag áramvonalas, nem csupán a Cybertruck bizonyítja. Nem kell talán sokat bizonygatni, hogy a kis légellenállás a repülésben legalább olyan lényeges kérdés, ha nem lényegesebb, mint az autók esetében. Márpedig korábban készült egy, a Cybertruckhoz hasonló módon, élekben találkozó sík lapokból álló szerkezetű repülőgép, ami akár mintául is szolgálhatott Muskéknak a Cybertruckhoz. Az F117A Nighthawk bombázó az, ami úgy néz ki, hogy elsőre azt is nehéz elképzelni róla, hogy egyáltalán képes repülni. De bizony nagyon is képes, a legnagyobb sebessége 1100 km/h.

Szokatlan alakját azonban a Cybertrucktól eltérően nem a meghökkentőnek szánt dizájn magyarázza, hanem szerepét tekintve nagyon is indokolt megfontolás. A Nighthawk volt az első lopakodó, azaz a radarok számára láthatatlannak szánt bombázó repülőgép. Teste azért épült fel ferde sík lapokból, mert ezek szétszórják a radarsugarakat, és mivel azok emiatt nem verődnek vissza, a radar vevőállomása nem érzékeli a repülőgép jelenlétét.

Ezzel a megoldással a 20 méter hosszú, 13 méter széles, és csaknem 4 méter magas Nighthawk úgy tűnik fel a radarképernyőn, mintha akkora lenne, mint egy gyufaskatulya. Hiába szögletes a formája, mégis eléggé áramvonalas ahhoz, hogy hatótávja elérje az 1720 kilométert. Amint lehet, hogy a Cybertruck esetében sem befolyásolja majd hátrányosan az egy feltöltéssel megtehető távolságot az, hogy sarkosságával nagyon másképp néz ki, mint a többi pickup.