Bài viết trước chúng ta đã đọc bài "tìm hiểu về khí động cơ học ô tô". Qua bài viết đó, chúng ta thấy rằng ô tô khi chuyển động phải chịu rất nhiều lục cản. Chúng ta khắc phục lực cản đó thế nào? Cùng tìm hiểu về biện pháp khắc phục, cải thiện tính năng khí động cơ.
Những biện pháp cải thiện tính năng khí động học
Để cải thiện tính năng khí động học, giảm thiểu hệ số cản Cd, người ta thường dùng các biện pháp sau đây:
Cánh đuôi: Vào đầu những năm 60, các kỹ sư của Ferrari đã khám phá ra rằng, bằng cách gắn thêm một tấm cản (chúng ta gọi đơn giản là CÁNH) vào đuôi phía sau, lực nâng có thể giảm đáng kể hoặc thậm chí phát sinh lực nén. Trong khi đó, lực cản chỉ tăng một lượng rất nhỏ.
Cánh có tác dụng hướng phần lớn luồng không khí trên mui xe thoát thẳng ra phía sau mà không quẩn trở lại, vì thế, làm giảm lực nâng. Nếu tăng góc độ của cánh thì có thể làm tăng lực nén thậm chí tới 100kg. Khi đó, chỉ có một luồng không khí rất nhỏ chạy ra phía sau và quẩn dưới đuôi cánh. Như vậy cánh đã làm giảm đáng kể sự nhiễu loạn không khí xuất hiện ở chiếc xe không có dạng fastback, và đã loại trừ được lực nâng, xe chỉ còn chịu lực cản.
Cánh gầm: Cánh gầm là tên gọi chung của cánh hướng gió lắp phía dưới cản trước và cánh hướng gió lắp dọc hông xe. Cánh gầm lắp phía dưới mũi xe có tác dụng làm biến đổi luồng không khí lưu động phía dưới gầm xe. Chúng ta thường gọi cánh gầm lắp đặt ở gờ đáy của cản trước là “cản gió trước”. Và những tấm chắn dọc hông xe là “tấm chắn gió ngang”. Để hiểu tác dụng của chúng, trước hết chúng ta hãy phân tích luồng không khí ở mặt dưới sàn xe.
Luồng không khí ở phía dưới sàn xe luôn là điều không mong muốn. Có nhiều bộ phận như động cơ, hộp số, trục lái và vài bộ phận khác phơi trần dưới đáy xe. Chúng sẽ ngăn cản luồng không khí, đó không chỉ là nguyên nhân gây ra sự nhiễu loạn làm tăng lực cản mà nó còn làm chậm luồng không khí và tăng lực nâng theo nguyên lý Bernoulli.
Cánh gầm và cánh cản ngang được sử dụng để giảm luồng không khí bên dưới bằng cách hướng không khí đi qua những mặt bên cạnh của xe. Kết quả là chúng làm giảm bớt lực cản và lực nâng do luồng không khí phía dưới sinh ra. Nói chung, cánh cản ngang càng thấp thì hiệu quả càng cao. Chính vì thế mà bạn nhìn thấy những chiếc xe đua có cánh gầm và cánh cản ngang gần sát với mặt đường. Tất nhiên với những chiếc xe phổ thông thì không thể làm như vậy.
Gầm xe trơn nhẵn: Chúng ta cũng có thể giảm bớt ảnh hưởng của luồng không khí phía dưới bằng cách làm cho gầm xe trở lên trơn nhẵn để tránh được sự nhiễu loạn và lực nâng.
Hiệu ứng mặt đường: Đối với các kỹ sư chế tạo xe đua, cánh đuôi có thể là một giải pháp tốt để giảm lực nâng, nhưng vẫn chưa phải là những cái mà họ thực sự mong muốn. Một chiếc xe đua Công thức 1 lao vút đi trong khoảng 4 giây sau khi tăng tốc, điều đó đòi hỏi lực nén phải giữ cho những bánh xe bám chặt xuống đường. Lắp một chiếc cánh với góc độ lớn có thể đáp ứng được yêu cầu này, song nó lại làm tăng hệ số cản.
Vào những năm 70, Collin Chapman đã tìm ra một phương thức hoàn toàn mới để tạo lực nén mà không làm ảnh hưởng đến lực cản. Đó là hiệu ứng mặt đường. Ông đã tạo một đường dẫn không khí ở dưới đáy chiếc xe đua Lotus 72 của mình. Đường dẫn không khí này khá hẹp ở phía trước và mở rộng dần về phía sau. Do gầm xe gần sát mặt đường, sự kết hợp giữa đường dẫn không khí và mặt đường tạo thành một đường hầm gần như đóng kín. Khi chiếc xe đang chạy, không khí vào đường hầm từ phía mũi rồi thoát thẳng ra phía sau khiến áp suất không khí giảm dần về phía đuôi xe và như vậy sẽ phát sinh lực nén.
Hiệu ứng mặt đường có ảnh hưởng tốt hơn so với cánh đuôi và nó đã sớm được áp dụng cho xe Công thức 1. Vào năm 1978, Brabham (người chế tạo F1 McLaren lừng danh) áp dụng cho chiếc Gordon Murray của mình bằng phương thức khác, thay vì đường dẫn khí mở rộng, anh ta đã sử dụng một quạt gió công suất lớn để tạo áp suất thấp ở gần đuôi xe. Tất nhiên FIA (Liên đoàn ôtô Quốc tế) đã công nhận điều đó. Tuy nhiên, hiệu ứng mặt đường không thích hợp cho những chiếc xe phổ thông. Vì loại này cần phải có gầm xe cao để thích hợp với các loại đường thông dụng và như vậy hiệu ứng mặt đường gần như mất tác dụng. Nói chung, các nhà test xe đều không coi đây là một giải pháp tốt để tạo lực nén dù rằng cũng có những chiếc xe như chiếc Duner 962 của Đức có thể điều chỉnh độ cao của gầm xe để lợi dụng hiệu ứng mặt đường và đạt lực nén đến 40%.
Một số kỷ lục thế giới về hệ số cản Cd
| Model | Cd |
| Ford Probe V (1986) | 0.137 |
| GM EV1 (1996) | 0.19 |
| Mercedes-Benz C111-III (1978) | 0.195 |
| Opel Calibra (1989) | 0.26 |
Mercedes E230 (1996)
| 0.27 |
| VW Passat (1997) | 0.27 |
| Lexus LS400 (1997) | 0.27 |
| BMW 318i (1998) |
0.27
|
Nhận xét