Aerodinámica automotriz

Un camión con carros agregados en la parte superior de la cabina para reducir la arrastre.

La aerodinámica del automóvil es el estudio de la aerodinámica de los vehículos de carretera. Sus objetivos principales son reducir la resistencia y el ruido del viento, minimizar la emisión de ruido y prevenir fuerzas de sustentación no deseadas y otras causas de inestabilidad aerodinámica a altas velocidades. El aire también se considera un fluido en este caso. Para algunas clases de vehículos de carreras, también puede ser importante producir carga aerodinámica para mejorar la tracción y, por lo tanto, las habilidades para tomar curvas.

Historia

La fuerza de fricción de la resistencia aerodinámica aumenta significativamente con la velocidad del vehículo. Ya en la década de 1920, los ingenieros comenzaron a considerar la forma del automóvil para reducir la resistencia aerodinámica a velocidades más altas. En la década de 1950, los ingenieros automotrices alemanes y británicos analizaban sistemáticamente los efectos de la resistencia automotriz para los vehículos de mayor rendimiento. A fines de la década de 1960, los científicos también se dieron cuenta del aumento significativo en los niveles de sonido emitidos por los automóviles a alta velocidad. Se entendió que estos efectos aumentaban la intensidad de los niveles de sonido para los usos de terrenos adyacentes a una tasa no lineal. Pronto, los ingenieros de caminos comenzaron a diseñar caminos para considerar los efectos de velocidad de los niveles de sonido producidos por la resistencia aerodinámica, y los fabricantes de automóviles consideraron los mismos factores en el diseño de vehículos.

Características de los vehículos aerodinámicos

Streaklines sobre un coche modelo

Un automóvil aerodinámico integrará los arcos de las ruedas y los faros para reducir la resistencia al viento en la forma general para reducir también la resistencia. Será simplificado; por ejemplo, no tiene bordes afilados que crucen la corriente de viento sobre el parabrisas y contará con una especie de cola llamada fastback o Kammback o liftback. Tenga en cuenta que el Aptera 2e, el Loremo y el Volkswagen XL1 intentan reducir el área de su espalda. Tendrá un piso plano y liso para soportar el efecto Venturi y producir fuerzas aerodinámicas descendentes deseables. El aire que ingresa al compartimiento del motor se usa para enfriamiento, combustión y para los pasajeros, luego se vuelve a acelerar mediante una boquilla y luego se expulsa bajo el piso. Para los motores traseros y centrales, el aire se desacelera y se presuriza en un difusor, pierde algo de presión cuando pasa por el compartimiento del motor y llena la estela. Estos autos necesitan un sello entre la región de baja presión alrededor de las ruedas y la alta presión alrededor de la caja de cambios. Todos ellos tienen un piso de bahía de motor cerrado. La suspensión es aerodinámica (Aptera) o retraída. Las manijas de las puertas, la antena y los rieles del techo pueden tener una forma aerodinámica. El espejo lateral solo puede tener un carenado redondo como nariz. Se dice que el flujo de aire a través de los compartimientos de las ruedas aumenta la resistencia (fuente alemana), aunque los autos de carrera lo necesitan para enfriar los frenos y muchos autos emiten el aire del radiador hacia el compartimiento de las ruedas. La aerodinámica es sumamente importante para superar esa barrera limitante que atraviesas todo el tiempo en la carretera. Aunque los spoilers pueden ser deseables y aumentan el manejo y la carga aerodinámica, el factor limitante es que los spoilers hacen que la aerodinámica entre en juego más rápido, pero disminuyen la función aerodinámica por la forma voluminosa que se mueve por el aire.

Comparación con la aerodinámica de los aviones

La aerodinámica automotriz se diferencia de la aerodinámica de los aviones en varios aspectos:

• La forma característica de un vehículo de carretera es mucho menos racionalizada en comparación con un avión.
• El vehículo opera muy cerca del suelo, en lugar de en aire libre.
• Las velocidades de funcionamiento son inferiores (y la arrastre aerodinámica varía como el cuadrado de la velocidad).
• Un vehículo terrestre tiene menos grados de libertad que un avión, y su movimiento está menos afectado por fuerzas aerodinámicas.
• Los vehículos terrestres de pasajeros y comerciales tienen limitaciones de diseño muy específicas, como su propósito previsto, estándares de seguridad elevados (requieriendo, por ejemplo, un espacio estructural más "muerto" para actuar como zonas de gran alcance), y ciertas regulaciones.

Métodos de estudio de la aerodinámica

La aerodinámica automotriz se estudia utilizando modelos informáticos y pruebas en túnel de viento. Para obtener los resultados más precisos de una prueba de túnel de viento, el túnel a veces está equipado con un camino rodante. Este es un piso móvil para la sección de trabajo, que se mueve a la misma velocidad que el flujo de aire. Esto evita que se forme una capa límite en el piso de la sección de trabajo y afecte los resultados.

Coeficiente de arrastre y área de arrastre

El coeficiente de arrastre (C_d) es una calificación comúnmente publicada de la suavidad aerodinámica de un automóvil, relacionada con la forma del automóvil. Multiplicando C_d por el área frontal del automóvil se obtiene un índice de resistencia total. El resultado se llama área de arrastre y se muestra a continuación para varios autos. El ancho y la altura de los autos con curvas conducen a una gran sobreestimación del área frontal. Estos números usan las especificaciones del área frontal del fabricante de Mayfield Company, a menos que se indique lo contrario. Las cifras del área de arrastre que no reflejan el coeficiente de arrastre y las cifras del área frontal de pruebas aerodinámicas independientes (por ejemplo, áreas de arrastre basadas en cifras informadas por el fabricante o especulaciones informadas) se indican con un asterisco (*).