اکثر ماشین ها ، از ماشین های معمولی گرفته تا ماشین های مسابقه سعی می‌کنند از مزایای ایرودینامیک استفاده کنند

ایرودینامیک

ایرودینامیک مطالعه چگونگی تعامل گازها (هوا) با اجسام متحرک است .

اگر با سرعت کم در حال گشت و گذار در خیابان ها باشید احتمالا به نحوه ی تعامل هوای اطراف با ماشینتان توجه نمی‌کنید  اما در سرعت بالاتر متوجه خواهید شد که چگونه عملکرد خودروی شما ارتباط نزدیکی با مقاومت هوا و طراحی خودرو دارد .

هر چه ماشین سریعتر حرکت کند ، مهم‌تر است که مقاومت هوا ( کشش و درگ) را به حداقل برسانید . به عبارت دیگر، اطمینان از اینکه خودرو تا حد ممکن مقاومت کمتری از هوایی که از آن عبور می‌کند ، داشته باشد .

ایرودینامیک یک خودرو تاثیر فوق العادی‌ای بر نحوه  شتاب گیری خودرو بر صدای باد و مسافت پیموده شده دارد ، هر چه خودرو از نظر ایرودینامیکی کارآمد‌‌تر باشد، سوخت کمتری برای حرکت در هر سرعت معین مصرف خواهد کرد .

هنگامی که هوا از روی جسم عبور می‌کند یا جسمی در یک سیال(هوا) ساکن حرکت می‌کند ، هوا به جسم نیرویی وارد میکند که میتوان نیرو را به دو جزء تقسیم کنیم  به عبارت دیگر ایرودینامیک را میتوان به دو نیروی مجزا تقسیم کرد :

کشش (درگ ) و بلند کردن (لیفت)

یکی از نیروها در همان جهت جریان هوا عمل می‌کند که به آن درگ می‌گویند (درگ نیروی هوایی است که مخالف خودروی در حال حرکت بر روی خودرو وارد می‌کند )

و دیگری عمود بر جریان عمل می‌کند که به آن بالابر می‌گویند ( لیفت نیروی عمودی است که هوا به خودرو وارد می‌کند )

Lift شامل دو نوع می‌شود :

لیفت مثبت  که اگر نیروی لیفت زیاد باشد باعث میشود ماشین کاملا از سطح زمین بلند شد

لیفت منفی ( downforce ) که نیرو به سمت پایین است

بیشتر اوقات نیروی درگ نامطلوب هستند ، برای مثال می‌توانند تاثیر زیادی بر سوخت ، سرعت  وعملکرد خودروها داشته باشند ، بنابراین مهندسان و طراحان  تمام تلاش خود را می‌کنند تا درگ و مقاومت هوا  را به حداقل برسانند

که به روش های مختلفتی سعی می‌کنند مقاومت هوا را محدود کنند مثلا :

آنها ممکن است مقاومت هوا را با زیر بدنه‌های محصور ، محدود کنند

شکل چراغ‌های جلو را در قسمت بیرونی گرد کنند که جریان هوا را در اطراف ماشین هدایت می‌کند

یا با استفاده از یک اسپویلر برای کاهش نیروی بالابر و جلوگیری از بلند شدن چرغ‌های ماشین

ضریب درگ

مهندسان و طراحان خودرو ، ایرودینامیک را از طریق عددی به نام ضریب درگ (DC) تعیین می‌کنند ، هر چه ضریب درگ کمتر باشد ، عملکرد ایرودینامیک خودرو بهتر است .

درگ اساسا  ، سرعت یک چیز ضربدر ضریب درگ ، ضربدر مساحت جلو است  :  cd*a*V²

ضریب درگ به عوامل زیادی بستگی دارد که برخی از آنها :

شکل کلی جسم ، زبری و سرعت است

یک آجر مسطح که عمود بر جریان هوا نگه داشته می‌شود داری ضریب درگ حدود 1.1

درحالی که یک قطره باران ( شبیه به ایرفویل) ایرودینامیک‌ترین شکل است که ضریب درگ حدود 0.05  را دارد

در همان روزهای اولیه اتومبیل سازندگان واقعا مجبور نبودند به شکل ظاهری خودرو توجه کنند چون سرعت کروز به سختی به 45 می‌رسید

اولین مسابقه دهنده‌گان به سرعت متوجه شدند که ایرودینامیک سازی ماشین هایشان باعث می‌شود که سریع‌تر حرکت کنند

همانطور که دربالا اشاره شد ، قطره ی بارون ایرودینامیک ترین شکل است بنابراین ایرودینامیک‌ترین خودروی ممکن دارای شکل قطره‌ی باران است

با نگاه کردن به یک اجر غیر ایرودینامیکی که به سرعت در حال حرکت است ، می‌بینیم هوا در مقابل آن انباشته می‌شود و منطقه ای با فشار زیاد در جلوی اجر ایجاد می‌کند و در پشت یک محفظه ی هوای کم فشار تشکیل می‌شود که باعث ایجاد اختلاف فشار می‌شود

بنابراین نه تنها کشش اصطکاکی از حرکت وجود دارد ، اکنون نیروی دیگری وجود دارد که سعی دارد آجر را به سمت عقب بکشد

همه این موارد به یک عامل واقعا بزرگ در تعیین بازه سوخت و حداکثر سرعت تبدیل می‌شود

همانطور که اشاره کردیم قطره ی باران ایرودینامیک ترین شکل است که ظریب درگ حدود 0.05 را دارد به همین منظور طراحان خودرو سعی می‌کنند کمترین ضریب درگ ممکن را به دست آورند به همین دلیل اکثر خودروهای امروزی در جاده‌ها به شکل طرحی از قطره باران هستند ،

اکثر خودرهای مدرن دارای ضریب درگ چیزی بین 0.25 و 0.35 و خودروهای شاسی بلند دارای ضریب درگ 0.3 و 0.4 هستند

جیپ رانگلر دارای مقدار متوسط  Dc متوسط  0.45 است که به یکی از کم ایرودینامیک‌ترین خودروها تبدیل شده است

برای محاصبه مقدار درگ ( کشش ) : ضریب درگ ضربدر ناحیه جلویی وسیله مورد نظر

در شکل زیر مقدار درگ(کشش) مدل تسلا X را با نیسان 350 Z محاسبه شده است

مدل نیسان z 350 : که داری ضریب درگ(DC) متوسط 0.31 است ، با مساحت جلویی 20.88 فوت مربع  ، که مقدار درگ آن   6.47 است

تسلا مدل X  : دارای ضریب درگ(DC) متوسط 0.24 و مساحت جلویی 27.88  فوت ، که مقدار درگ آن برابر با 6.69

که همانطور ملاحظه کردید تسلا مدل X مقدار درگ بیشتری دارد.

تونل های باد

سازندگان خودرو از تونل های باد استفاده می کنند تا ببینند نمونه های اولیه خودروهایشان چگونه رفتار می کنند و همچنین از تونل های باد برای آزمایش آیرودینامیک یک خودرو استفاده می شود. یک ماشین یا مدل در داخل تونل می نشیند و  فن ها با سرعت های متفاوت باد ایجاد می کنند تا شرایط دنیای واقعی را شبیه سازی کنند

 این خودرو به ابزارهایی متصل است که میزان نیروی رو به پایین یا میزان بالابر در هر انتهای خودرو را ثبت می‌کند.و کامپیوترها ضریب درگ را برای سرعت های مختلف محاسبه می کنند