Ellenségünk, a levegő

Nagyon mélyen persze nem is érdemes belemenni – a levegő áramlása kaotikus, nehezen körülírható folyamat –, de számunkra egyetlen alapösszefüggés is hasznos lehet, amely azt írja le, mitől és milyen mértékben függ a légellenállás által felemésztett teljesítmény. Az autónk motorja ugyanis jelentős részben erre fordítja a teljesítményét: leküzdi a hatásokat, amelyek a haladás ellen hatnak. Több ilyen is van – a mechanikai súrlódás a hajtásban, és a kerekek gördülési ellenállása –, de messze a légellenállás hatása a legerősebb köztük. És mivel erre megy el a teljesítmény, és vele a fogyasztás zöme, ezzel is lehet a legtöbbet spórolni.

Persze adódik a kérdés, mi közünk az egészhez. Az autót a gyárban megtervezték valahogy, így legfeljebb vásárlásnál dönthetünk jobban vagy rosszabbul, használat közben már nincs beleszólásunk, mekkora a légellenállása. Ám ez nem egészen így van. A légellenállás ugyanis négy dologtól függ, és ezek közül csak kettőt tekinthetünk állandónak, két másik változhat, változik az autó használata közben. A négy tényező a közeg sűrűsége, a homlokfelület, az áramlás sebessége és a vizsgált test – esetünkben az autó – formáját jellemző légellenállási tényező, amit Cw-vel, Cd-vel, Cx-szel, esetleg Cz-vel is szokás jelölni.

A közeg sűrűségére nincs hatásunk, az a föld felszínén lényegében állandónak tekinthető. Persze magasabban ritkább a levegő, de az ebben rejlő spórolási lehetőségeket leginkább repülőgéppel lehet kiaknázni – nem véletlen, hogy az utasszállítók akár 10 ezer méter felett is repülhetnek, úgy jóval kevesebb kerozint fogyasztanak. Autóval viszont nem jó magasra menni: amit a légellenálláson nyernénk, azt a légritka térben elgyengülő motoron, és az emelkedőkön el is veszítjük.

A homlokfelület a jármű adottsága, de érdemes rá odafigyelni. Egy tipikus, 1,9 méter széles és 1,8 méter magas hobbiterepjáró légellenállása akkor is közel másfélszer akkora, mint egy 1,7 méter széles és 1,4 méter magas középkategóriás személyautóé, ha amúgy minden más tekintetben ugyanolyan hatékonyak. És ez általában már a fogyasztási adatokon is meglátszik: hasonló teljesítmény-tömeg arányú, azonos működési elvű motorral hajtott autókat nézve a személykocsik átlagfogyasztása általában 30-40%-kal alacsonyabb. Ennek persze más oka is van, nem csak a nagyobb autó nagyobb légellenállása, de ez is jelentős szerepet játszik. Szigorúan a költségek szempontjából nézve tehát nem érdemes nagyobb autót tartani, mint amekkorára valóban szükség van, hisz az használat közben is jelentős többletköltséget okoz.

A légellenállási tényező – az itthoni szaksajtóban és német kiadványokban Cw, angolszász nyelvterületen Cd érték – már kicsit homályosabb fogalom. Azt fejezi ki, hogy egy tárgy hogyan befolyásolja a körülötte áramló levegőt. Minél könnyebb a levegő-molekuláknak megkerülni a tárgyat, annál alacsonyabb ez a szám, de minden esetben csak méréssel lehet meghatározni, és függ a tárgy arányaitól és felületi minőségétől is. Egy áramlásra merőlegesen beállított síklemez Cw értéke például 1 körül van, egy hosszabb téglatesté 0,8 körül, egy gömbé 0,3-0,5 körül, az áramlástanilag tökéletesnek mondott cseppformáé pedig 0,2-0,05 között alakul.

Az autó azonban nem egyetlen egybefüggő test, és a légellenállás szempontjából legalább olyan lényegesek a kis részletek, mint a befoglaló forma. Egy közel cseppforma autónak is lehet csapnivalóan rossz légellenállása, ha túl sok rajta a nagy rés, illetve a kiálló elem, amelyeken a levegő egyenletes áramlása megtörik, és kisebb-nagyobb örvények alakulnak ki. Így lehetséges, hogy egy viszonylag szögletes, és egy kifejezetten gömbölyded formájú autó légellenállási tényező szempontjából igen közel álljon egymáshoz - ilyenkor a szögletes modell tervezői valószínűleg jobban figyeltek a részletekre. Az apró, örvénykeltő részleteknek köszönhető az is, hogy az elmúlt húsz évben már nem sokat fejlődött az autóipar ezen a téren. Az 1990-es évekre általánossá vált a 0,29-0,3 körüli Cw, de az 1989-ben bemutatott Opel Calibra 0,26-os értéke a mai napig az élmezőnybe tartozik. Itt ugyanis már nem a karosszéria formája a korlátozó tényező, hanem az autó fenéklemezének egyenetlenségei, a lemezek illesztései az ajtóknál, az örvények a kerekek környezetében, és egy csomó hasonló apróság. Azaz a Cw további csökkentéséhez több burkolatra és pontosabb gyártási eljárásokra lenne szükség, ezek alkalmazása pedig túl drágává tenné a személyautók szériagyártását.

A légellenállási tényezőn javítani tehát a gyárak is alig tudnak – jelenleg a sorozatgyártmányok közt a Mercedes CLA számít a legjobbnak 0,22-es értékkel – rontani viszont bárki képes. Egy hiányzó lökhárító vagy tükörház, fent felejtett tetőcsomagtartó akár tizedeket ronthat a légellenállási tényező értékén, és ez már az autó fogyasztásában is érezhető. Nem is beszélve a különféle sportos légterelőkről: az ilyenek a versenyautókon növelik a leszorítóerőt, ahogy ezt mindenki tudja, de az a tény kevésbé közismert, hogy cserébe egy formula-versenyautó légellenállási tényezője rosszabb, mint a legtöbb kamioné, valahova 0,7 és 1,5 közé esik a légterelők beállításától és kialakításától függően. Ám míg egy versenyautón érezhető az előnye a fordított szárnyaknak, hisz folyamatosan a lehetséges legnagyobb tempóval haladnak, az utcai tuning-spoiler a legritkább esetben jár bármiféle valós előnnyel – 120-150 km/h alatt aligha érezhető a stabilitásnövelő hatás - ugyanakkor decikkel is megdobhatja a fogyasztást. Azaz az utólag felszerelt spoiler utcai autón szinte minden esetben pazarlás.

Az eddig felsorolt tényezők hatása azonban szinte elhanyagolható a negyedikhez, a sebességhez képest. Ez ugyanis nem egyszer szerepel az egyenletben, hanem kétszer, ha a légellenállási erőt, és háromszor, ha a teljesítményt nézzük, méghozzá szorzatban. Kicsit pontosabban fogalmazva a légellenállási erő a sebesség négyzetével, a leküzdéséhez szükséges teljesítmény a sebesség harmadik hatványával arányos. Mit jelent ez a gyakorlatban? Először is azt, hogy nagy sebességhez aránytalanul hatalmas teljesítmény kell. Vegyünk egy teljesen átlagos autót, amelynek a teljesítménye 120 lóerő, a végsebessége pedig 200 km/h. Ugyanennek az autónak ahhoz, hogy 300 km/h-val haladjon, nagyjából 420, ahhoz pedig, hogy 400 km/h-val, úgy 1000 lóerőre lenne szüksége. És tudják mennyi kell a 100 km/h tartásához? Olyan 16-18 lóerő. De vegyünk egy életközelibb példát: haladjunk 50 km/h-val, majd gyorsítsunk 63 km/h-ra. Eközben a légellenállás leküzdéséhez szükséges teljesítmény a kétszeresére emelkedett, és ezzel párhuzamosan a fogyasztás is megnőtt. Nem tévedünk nagyot, ha úgy számolunk, hogy a sebesség negyedével való megemelésével duplázódik a légellenállás által felemésztett teljesítmény.

Ez nem azt jelenti, hogy vánszorgásra bíztatok bárkit az utakon. De érdemes figyelembe venni, hogy a teljesítményigény és a fogyasztás a sebesség növelésével nem egyenes arányban, hanem annál sokkal gyorsabban növekszik. Mondjuk 130-cal haladva 65%-kal nagyobb terhelésen kell járatnunk a motorunkat, mint ha 110 km/h-val mennénk ugyanolyan körülmények között. Azaz némi ésszerű önmérséklettel érezhetően csökkenthető az autó fogyasztása, anélkül, hogy túl sokat áldoznánk a menetidőből a spórolás kedvéért. De már azzal is sokat tehetünk, ha odafigyelünk, hogy az autónkon ne legyenek nem oda való, kiálló alkatrészek: egy tetőcsomagtartót leszerelni legrosszabb esetben negyed óra, de ezzel már a következő tankolásnál foghatunk néhány ezer forintot.