Egy kis szpojlerológia

Minden néhány groteszk keresési találattal kezdődött – össze is gyűjtöttük őket itt – amelyeken közösen derültünk itt a szerkesztősében. Nyilvánvaló karikatúra-jellegük ellenére termékeny vitát indítottak arról, hogy hogyan is működik ez az egész. És hogy ne csak egymás belterjes okosításával pazaroljuk a munkaidőt, igyekeztünk összeszedni, amit a témáról tudunk.

Arra elég régen rájöttek a versenysportban, hogy a levegő megfelelő terelésével javítható a kanyarsebesség, ami a versenypályán óriási előny lehet. Az 1960-as években kezdtek olyan karosszéria-kialakításokat használni, amelyek a karosszéria végén már felfelé terelték a karosszéria felett áramló levegőt, az évtized vége felé pedig megjelentek az első fordított szárnyprofilok.

1968-ban a Formula 1-ben megjelentek az embermagas tartókra szerelt, és a futóműre támaszkodó szárnyak, de ezekről kiderült, hogy könnyen letörnek, és ha ez bekövetkezik, a leszorítóerő elvesztése azonnali stabilitásvesztést jelent, ami kivédhetetlen és igazán súlyos balesetek forrása. A szárnyak azonban nem tűntek el, sőt, egyre meghatározóbbá váltak. Mára egy versenyautó elképzelhetetlen mindenféle áramlásterelők, szpojlerek, kötények és diffúzorok nékül.

Az elv azonban a legtöbb hókuszpókusz mögött ugyanaz: ha az autó előrehaladva felfelé téríti el a levegőt, az erő-ellenerő elv – precízebben Newton III. törvénye – alapján a levegő az autóra lefelé irányuló erőt fejt ki. Azaz olyan megoldásokra kell törekedniük a sport- és versenyautó-tervezőknek, amelyek minél nagyobb mértékben felfelé térítik el a karosszéria körül áramló levegőt, méghozzá úgy, hogy közben a légellenállást minél kevésbé növeljék ezzel párhuzamosan.

Az utcai átlagautóknál általában szerényebb a cél: azt igyekeznek elérni, hogy minél kisebb mértékű legyen a járműre ható felhajtóerő. Az autó formája ugyanis alaphelyzetben kedvezőtlen: alul többé-kevésbé egyenes, felül viszont íves, azaz ha távolról is, de emlékeztet a repülőgépek szárnyprofiljára. Ekként is viselkedik: nagy tempónál emel, és mivel a kerekek tapadása a gumit az aszfalthoz nyomó erő mértékével arányos, ez az emelés nagy sebességnél akár az autó stabilitásának elvesztését is eredményezhetné.

A legkézenfekvőbb, a versenyautókon általánosságban használt megoldás egy fordított szárny felszerelése. A Formula-autókon elöl is alkalmazzák, másutt általában csak hátul. Itt a szárnyon az állásszögétől és a profiljától függően nagy leszorítóerő keletkezik, viszont a légellenállás-növekedés is drámai lehet. Egy F1-es versenygép légellenállása lassabb, kanyargósabb pályákra való beállítással akár a duplája is lehet egy kamionénak, a formatényező elérheti az 1,5-öt is. Összehasonlításképp egy utcai autó esetében ez az érték manapság általában 0,3 körül van, azaz a szárnyak megötszörözik a jármű mozgatásához szükséges teljesítményt.

Szintén hatásos megoldás az első kötényezés: ebben az esetben igyekeznek a karosszéria alá jutó levegő mennyiségét csökkenteni, és ezzel a felfelé áramló légtömeg arányát növelni. Az alkalmazás korláta nyilvánvaló: az útegyenetlenségek és a futóműmozgások miatt a kötény alsó pereme nem lehet 6-8 centinél közelebb az úthoz. Ha a kötényt egy vízszintes áramlásterelővel - splitterrel - is kiegészítik, az emellett helyben is előállít némi leszorítóerőt.

Jóval kifinomultabb megoldás a diffúzorok, azaz a padlólemezben hátrafelé szélesedő és emelkedő csatornák alkalmazása. Mivel a levegő követi a körbeáramlott felületet – ezt nevezik Coanda-effektusnak – az emelkedő padlólemez is felfelé irányuló légáramlást eredményez, bár itt már a karosszéria teljes profiljára érdemes szárnyprofilként tekinteni. Itt is akad azonban probléma: egy hatékony, nagy felületű diffúzor nagy helyet foglal. A kialakítását általában korlátozza a hátsó futómű helyigénye, sőt középmotoros autók esetében a motor maga is. Ennek a megoldásnak egy extrém megvalósításával próbálkozott a Nissan két éve Le Mans-ban: azért készítettek elsőkerék-hajtású versenygépet, hogy helyet csináljanak a giga-diffúzoroknak az autó hátuljában. A próbálkozás sikert ugyan nem hozott, de talán a legszokatlanabb versenygépet eredményezte, amely a legendás versenyen valaha indult.

Egyszerűbb megoldás, de szintén a karosszéria körüli áramlás alapvető megváltozását eredményezi a karosszéria végére szerelt egyszerű légterelő lap, spoiler, amely azzal növeli a leszorítóerő mértékét, hogy felfelé téríti el az autó feletti légáramlatot. Ez máskülönben lefelé indulna meg, és ezzel felhajtóerőt, illetve a légellenállást növelő örvénylést hozna létre a karosszéria végénél. Személyautókon, különösen lépcsős hátú karosszéria-kialakításnál sokszor szinte észrevétlenül, a csomagtartófedél hátsó peremének felfelé görbítésével igyekeznek hasonló hatást létrehozni.

Egy másik fizikai elv is alkalmas leszorítóerő előállítására. A Venturi hatás lényege, hogy ha a levegő útját leszűkítik, annak sebessége megnő, az áramlásra merőlegesen pedig a sebesség növekedésével csökken a nyomás. Azaz ha a szűk keresztmetszet az autó alja a és az útfelület között jön létre, az alacsony nyomású zónát hoz létre a padlólemez alatt. Ennek az alkalmazásához viszont meg kell emelni a Venturi-felület előtti karosszéria-részt.

A hatásosságát erősen rontja, ha oldalról levegő juthat az autó alá, ezért 1978 és 82 - az efféle megoldások betiltása - között a Formula-1-ben úgy növelték az autó oldaldobozai alatt kialakított Venturi-zónák hatékonyságát, hogy az útfelületen csúszó oldalkötényeket alkalmaztak. Ezt az effektust használják ki együléses versenyautók orrának megemelésével is, ami manapság általános megoldásnak számít. Ám a Venturi-hatás kihasználásának is megvannak a korlátai: viszonylag stabil hasmagasságot követel, azaz csak kifejezetten kemény futóművel alkalmazható együtt, így leginkább pálya-versenygépeken van jelentősége.

Egy-egy autón általában ezeknek a megoldásoknak valamiféle kombinációját alkalmazzák. Minél nagyobb az elérhető sebesség, annál hatásosabb az aerodinamikai bűvészkedés, hiszen a szárnyakon és diffúzorokon ébredő erő a sebesség második hatványával arányos. Míg a legtöbb szárny 100 km/h alatt legfeljebb a fogyasztást növeli, 200 km/h felett már egyértelműen érezhető a hatásuk. Ezért is olyan ritkák utcai autókon: a legális sebességtartományban nincs sok értelmük, vagy ha olyan méretűek, hogy mégis érezhető leszorítóerőt termeljenek, simán a többszörösére emelhetik a fogyasztást.