Minimera motståndet

Strömlinjeformat minskar luftmotståndet

Strömlinjeformade karosser, spoilers och vindtunneltest. -

Sedan bilens barndom har tillverkare och racerförare

utforskat aerodynamiken för att sänka bensinförbrukningen och få ut maximal fart av hästkrafterna.

Men luften gör motstånd.

Biltillverkarna brukar tala om sina bilars luftmotstånd som ett Cd-, Cw- eller Cx-värde, tre förkortningar för samma sak: Luftmotståndskoefficienten. Men för att kunna jämföra två bilars luftmotstånd måste du multiplicera koefficienten med bilens frontyta (den yta du ser när du tittar på bilen- rakt framifrån). En högre och bredare bil har alltså ett större- luftmotstånd än en lägre och smalare, även om de har samma- Cd-värde.

Det kan räcka med fem extra hästkrafter för att öka en gammal VW-Bubblas toppfart från 100 till 110 km/h. Men i högre hastigheter ökar luftmotståndet extremt mycket.

Låt oss jämföra två extrema bilar från 1987:

Lotusen låg och effektiv

En kilformad Lotus Esprit på 160 hästar toppar 222 km/h, trots att karossen är ganska kantig, men den låga frontytan håller nere luftmotståndet. Samma bil, fast med turbomotor, har 53 extra- hästar och 23 km/h högre toppfart.

En Bentley Eight på 210 hästar toppar 192 km/h. Samma kaross, men med turbomotor, har 101 hästar extra och 25 km/h högre toppfart. Den extremt kantiga och stora Bentleyn kräver alltså dubbelt så många hästkrafter för samma höjning av toppfarten som den lilla Lotusen.

Det är inte lätt att sänka en bils luftmotstånd utan hjälp av vinkelslipen. Förutom småsaker som mindre backspeglar kan du dock vinna en hel del på montering av främre spoiler och kjolar på -sidorna. På så sätt får du mindre luftvirvlar under bilen och därmed mindre luftmotstånd, samtidigt som lyftkrafterna minskar.

Att det överhuvudtaget bildas lyftkrafter beror på luftens väg över karossen. Precis som med en flygplansvinge, så ökar lufthastigheten mer på bilens ovansida än undersida. Högre lufthastighet ger lägre lufttryck och en bils lyftkrafter beror alltså på tryckskillnaden mellan över- och undersidan.

Luften ”klibbar”

Supersportbilarna är däremot utformade så att lufthastigheten ökar mer på undersidan än översidan. Karossen trycks alltså hårdare mot vägen ju fortare det går. Men på vanliga bruksbilar inkräktar sådana finesser för mycket på utrymmena. I stället används spoilers, kjolar och ibland även en upp-och-nedvänd “flygplansvinge” på bagageluckan.

Luft har en viskositet (tröghet) precis som olja. Luften ”klibbar” alltså mot den kropp den strömmar runt, fast inte lika mycket som olja. När fartvinden rör sig kring en bilkaross bildas det därför två sorters luftströmmar: Gränsskiktet och den fria luftströmningen.

Det bästa beviset på gräns-skiktets existens ser du på en dammig bil. Fartvinden blåser inte bort dammet eftersom luftskiktet närmast karossen inte har någon hastighet och därför ”klibbar”- fast vid ytan. Men redan- på ett mycket litet avstånd från karossen rör sig luften – och lufthastigheten ökar med avståndet från karossen.

Vingen skapar tryck

I landsvägsfart har en del vindrutor inget gränsskikt. Detta -beror på att lutningen (anfallsvinkeln) är så upprätt att gräns-skiktet lossnar.

Samma fenomen uppstod när Jim Hall monterade en upp-och-nedvänd flygplansvinge på sin racerbil i mitten på 60-talet. -Denna innovativa vagn hette Chaparral och Jim lärde sig snart att en brantare anfallsvinkel höjde- marktrycket men även luftmotståndet.

Ju fler hästkrafter Jim kunde pressa ur motorn, desto brantare justerades vingens vinkel, men det gick bara till en viss gräns. Varje vinge har nämligen en stall-gräns (uttalas ”ståål”) där en ökning- av anfallsvinkeln eller hastigheten innebär att gränsskiktet lossnar och förstör den fria luftströmmen, varvid trycket mot marken minskar samtidigt som luftmotståndet ökar ännu mer.

F1-fläktar förbjöds

På 1970-talet hade Brabhams F1-bilar en mycket kort tid en fläkt som sög fast bilen mot marken. Denna ”dammsugare” förbjöds snabbt eftersom de bakomvarande bilarna fick köra i ett moln av allt skräp som dammsugaren skickade upp i luften.

Nästa stora utvecklingsfas inom F1 kom när Colin Chapmans Lotus-bilar fick en karossform som gav ett undertryck under -bilen.

På engelska kallas detta- ”ground -effekt”. Grundtanken var inte ny, redan 1923 patentsökte Paul Jaray en bil med strömlinjekaross och helt slät undersida. Detta skulle ge ”en så stor sugverkan att det leder in kylluft till motorn genom springor i undersidan”.

Huvudsyftet var att minska luftmotståndet genom att slippa kylöppningar på karossens synliga ytor, men Jarays fortsatta forskning kom mycket nära det resonemang som dagens racerbilar byggs efter.

Före sin tid i vindtunneln

Paul Jaray föddes i Österrike och var antagligen den förste att utveckla bilkarosser med hjälp av vindtunneltester. Men han var långt före sin tid och blev bara far till en enda serietillverkad bil: Den svansmotordrivna Tatra V8 som redan i mitten på 30-talet hade ett Cd på 0,36.

En annan aerodynamisk portalfigur var professor W.I.E. Kamm i Stuttgart. I slutet på 1930-talet kom han på att den totala mängden virvelvindar bakom en bil minskade om man på rätt ställe kapade av de långt utdragna akterpartierna som var populära på dåtidens racerbilar.

Det verkar som om alla aerodynamiska häxmästare har haft svårt att få gehör av sin samtid. Ett exempel är engelsmannen Frank Costin som på 1950-talet utvecklade en sådan fingertoppskänsla att han ibland inte behövde göra några efterjusteringar när hans karosser vindtunneltestades. Franks former var sällan vackra, men alltid mycket effektiva. Ett av undantagen är Vanwalls F1-bilar som hade 1950-talets snyggast och ”halaste” karosser.

Aerodynamiken ratades

Franks berömmelse spreds över världen, en italiensk tillverkare kontrakterade honom för att designa en Le Mans-bil. Efter massor av timmar vid ritbordet och många ändringar på vindtunneltestade modeller fick Costin slutligen fram en karossritning där varje liten detalj var aerodynamiskt optimerad.

Ritningarna skickades till Italien och när det slutligen blev dags för start åkte Frank till Le Mans. Där upptäckte att bilen saknade massor av de aerodynamiska klurigheter han hade kämpat så hårt med. Gråtfärdig av ilska och förtvivlan frågade han varför hans ritning inte dög. Svaret blev:

- Vi tyckte att det blev snyggare så här.