Aerodinamik

Aerodinamik, genel anlamda havanın kuvvetsel etkilerini inceleyen bilim dalıdır, hareketli bir cismin hava akımı içindeki davranışının incelenmesidir. Katı bir cisim etrafında akan hava veya hareketsiz duran hava içinde hareket eden katı cisim söz konusu olduğunda hava, aerodinamik kanunlarına uygun davranır. Havanın göreli hareketinden kaynaklanan kuvvetler taşıma ve sürükleme kuvvetleridir, direnç kuvvetleridir. Hava taşımacılığında bu iki kuvvet önemli yer tutarken kara nakil araçları için belli bir hıza kadar sadece direnç sürükleme kuvveti göz önüne alınır.  Kuvvetler, hızın karesi ile orantılıdır.

Aerodinamiğin ne olduğunu anlamak için sürtünmenin ne olduğunu bilmek gerekir. Sürtünme kuvveti, temas halinde olan iki nesnenin arasında oluşan ve harekete karşı koyan kuvvete verilen isimdir. Sürtünme gücün boşa harcanmasına, ısı üretilmesine ve birbirine sürtünen yüzeylerin zamanla aşınmasına sebep olur. Sürtünme azaltılırsa otomobiller daha az enerji harcar ve daha hızlı gidebilir. Diğer bir yandan sürtünme olmadan otomobilin hareket edebilmesi de mümkün değildir. Tekerlekler ile yol arasındaki sürtünme, lastiğin yolu tutmasını ve otomobilin hareket etmesini sağlar. Fren sistemi de sürtünme sayesinde işe yarar.

CLA_Aerodinamik_sampiyonu

Hava Sürtünmesi

Hareket halindeki bir otomobilin hava ile teması sürtünmenin oluşmasına sebep olur. İlk önce uçakları incelemek için geliştirilmiştir fakat günümüzde motorlu araçların incelenmesinde de kullanılmaktadır.

İlk binek otolarının bir telefon kulübesinden farkı yok iken günümüzdeki otomobil üreticileri araçlarının daha iyi aerodinamik özelliklere sahip olmaları amacıyla köklü form değişikliklerine gitmişlerdir. Günümüz otomobillerinde özel gövde şekilleri ve bazı özellikleri ile aerodinamik kurallarına göre geliştirilmiştir. Modern otomobillerin şekilleri hava akımına daha az karşı koyacak şekilde tasarlanmış böylece hava otomobilin çevresinde kolayca geçebilmektedir. Bu da havadan kaynaklanan sürtünmeyi azaltır.

Hava Direnç Katsayısının Hesaplanması

Düşük hızlarda hava direnci diğer kayıplar yanında oldukça düşük mertebelerdedir. Ancak hız 30-40 km/h değerine ulaşınca hava direnci önem kazanır. Bunun sebebi hava direncinin hızın karesiyle doğru orantılı olarak artmasıdır.

Geometrik boyutları araç dış formuna bağlı direnç katsayısı (cw) belli olan bir araca herhangi bir hızda etkiyen direnç kuvveti hesaplanabilir. Örnek olarak ; hızı 30 m/sn (108 km/h) olan bir aracın rüzgara dik kesit yüzeyi 3m’kare olsun. Aracın direnç katsayısı Cw =0,45 ise bu araca etkiyen direnç şu şekilde bulunur :

D=0,5 x d x Cw x A x V²

Burada;
d : Havanın yoğunluğu ( 1.255 kg/m³ )
A : Aracın dik kesit alanı ( m² )
V : aracın hızı ( m/sn ) dir.
D= 0,5 x 1,255 x 0,45 x 3 x (30)²
D= 762,4Newton

Bu kuvvet 80 kg ağırlığında bir kütleyi havaya kaldırmak için gerekli olan kuvvete eşittir.

Sürtünmenin Azaltılması

Aracın kaportası çevresinde akan havanın mümkün olduğunca kesintisiz ve pürüzsüz bir yüzey etrafında akması sağlanarak direnç katsayısı daha da düşürülebilmiştir. Bu amaca yönelik araçlarda kapı camlarının ve farların kaporta ile bir yüzeyde dizayn edilmesi, ön ve arka camların daha yatık dizayn edilmesi, yan aynaların formunun aerodinamik özellik taşıması, lastik oyuklarının genişletilmiş çamurluklarla örtülmesi, ön ve arka tekerlekler arasına etekler yerleştirilmesi, ön panel altına hava kesiciler yerleştirilmesi, jant kapaklarının mümkün olduğunca aerodinamik yapıda imal edilmeleri, aracın altındaki düzgünsüzlükleri alt kaplama takviyesi ile kamufle edilmesi gibi önlemlere rastlanmaktadır.

Rüzgar Tüneli

Rüzgâr tüneli, hava gibi hareketli bir gaz içinde bulunan katı cisimlere gazın uyguladığı etkinin incelenmesi, araştırılması ve yorumlanması için tasarlanmış ve üretilmiş içindeki havanın hareket ettirildiği ve hızının ayarlanabildiği tünellere denir.

Rüzgar-Tunelii

Rüzgar tüneli içine yerleştirilen gerçek ya da küçültülmüş boyutlardaki parça ve araçların aerodinamik niteliklerinin, denetlenebilen koşullar altında denenmesinde yararlanılır. Düzgün bir gaz ya da hava akışı sağlaması gerektiği gibi, gerekli hızlara göre farklı düzenekler kullanılır. Modern rüzgar tünellerinde değişik hava koşulları da yaratılabilir. Örneğin tünele basınçlı su verilerek otomobilin sağnak yağmurda su alıp almadığına bakılabilir.