خودروسازان و طراحان خودرو مدت‌ها پیش از آغاز دهه ۱۹۷۰ میلادی با علم آیرودینامیک دست‌وپنجه نرم می‌کردند. از نمونه‌های برجسته و مشهور دوران اولیه می‌توان به خودروی «تاترا» (Tatra) و خودروی ساختارشکن «کرایسلر ایرفلو» (Chrysler Airflow) در دهه ۱۹۳۰ اشاره کرد؛ در حالی‌که باله‌ها (Wings)، اسپلیترها و اسپویلرها در طول دهه ۱۹۶۰ رواج بیشتری یافتند. خودروی مسابقه‌ای چپارال 2E (Chaparral 2E) با باله عقبِ بسیار بلند و برافراشته‌اش شاید ماندگارترین نمونه باشد، اما اسپویلر زیر سپر جلو (Chin spoiler) و نوآورانه شورولت روی مدل کورویر سال ۱۹۶۶ بسیار ظریف‌تر و نامحسوس‌تر بود.

با این حال، تا پیش از دهه ۱۹۷۰ و دهه‌های پس از آن بود که آیرودینامیک واقعاً جایگاه اصلی خود را در جهان خودرو پیدا نکرد. در همین دوران بود که آیرودینامیکِ «اثر زمینی» (Ground Effect) ورزش فرمول یک را متحول کرد و هم‌زمان، پانل‌های بدنه صاف، شیشه‌های هم‌سطح با بدنه (Flush-mounted) و طراحی‌های آیرودینامیک «کامبک» (Kammback) در خودروهای بازار انبوه رایج‌تر شدند.

بدون شک، یکی از محرک‌های اصلی این پیشرفت‌های آیرودینامیکی، افزایش سرسام‌آور هزینه‌های خودرو سواری در دهه ۷۰ بود. بیمه‌ها گران بودند، بحران نفت رانندگان را از خودروهای عضلانی (Muscle cars) مجهز به موتورهای V8 دلسرد کرده بود و بازدهی مصرف سوخت ناگهان از قدرت خالص موتور اهمیت بیشتری پیدا کرد. در نتیجه، طراحان توجه ویژه‌ای به آیرودینامیک معطوف کردند و تحولاتی که در طول دهه‌های ۷۰ و ۸۰ رخ داد، این صنعت را برای همیشه تغییر داد.

آیرودینامیک اثر زمینی؛ قواعد بازی را تغییر داد

بسیاری از نوآوری‌های دنیای خودرو از پیست مسابقه سرچشمه می‌گیرند، بنابراین منطقی است که بحث را از آنجا شروع کنیم. در حالی‌که دهه ۱۹۶۰ شاهد آزمایش باله‌ها و اسپویلرها توسط تیم‌های فرمول یک بود، دهه ۱۹۷۰ تماماً به «اثر زمینی» اختصاص داشت. به زبان ساده، آیرودینامیک اثر زمینی از بخش زیرین خودرو به عنوان یک ابزار آیرودینامیکی استفاده می‌کند تا به چسبندگی فیزیکی ماشین روی پیست کمک کند.

خودروهای لوتوس ۷۸ و ۷۹ پیشگامان واقعی این فناوری در فرمول یک بودند و پیروزی‌های متعدد آن‌ها در پیست ثابت کرد که مهندسان این برند کار خود را به‌خوبی بلدند. به لطف تونل‌های ونتوری (Venturi tunnels) و دامنه‌های متحرک جانبی (Sliding skirts)، یک منطقه کم‌فشار در زیر خودرو ایجاد می‌شد که سرعت بالاتری را در پیچ‌ها بدون نیاز به یک باله بزرگ فراهم می‌کرد؛ باله بزرگی که می‌توانست در مسیرهای مستقیم پسا (Drag یا نیروی مقاومت هوا) غیرضروری ایجاد کند.

نوآوری‌های دیگری نیز به‌سرعت شکل گرفتند؛ مانند خودروی برابام BT46B که این اثر زمینی را با استفاده از یک فن (پنکه) متصل به موتور در زیر خودرو ایجاد می‌کرد. مسابقه دادن BT46B به‌سرعت ممنوع شد، اما قابلیتی که این خودرو پیشگام آن بود، امروزه هنوز در ابرخودروی بسیار فوق‌پیشرفته GMA T.50 دیده می‌شود.

آیرودینامیک اثر زمینی به‌زودی به‌طور کامل در فرمول یک ممنوع شد و دوران پس از آن به قدرت‌های خروجی خیره‌کننده و عجیب موتورها تکیه کرد. با این حال، کارایی این فناوری پیش‌تر اثبات شده بود و برخی از ویژگی‌های آیرودینامیکی اثر زمینی، مانند تونل‌های کف خودرو، سرانجام در سال ۲۰۲۲ به فرمول یک بازگشتند.

مسابقه برای دست‌یابی به ضریب پسای پایین‌تر!

در حالی‌که تیم‌های مسابقه‌ای برای دست‌یابی به زمان‌های سریع‌تر در پیست به آیرودینامیک چشم دوخته بودند، خودروسازان بازار تجاری در عوض به آیرودینامیک هوشمند تکیه کردند تا به آن‌ها در تولید خودروهای کم‌مصرف‌تر کمک کند. منطق آن بسیار ساده است: هرچه یک خودرو راحت‌تر هوا را بشکافد، برای حرکت با سرعت بالا به قدرت و انرژی کمتری نیاز دارد.

در دهه ۱۹۸۰ بود که این قبیل طراحی‌ها واقعاً به صنعت خودرو شکل دادند و مدل‌های شاخصی چون آئودی ۱۰۰ (اتاق C3)، فورد سیرا (Sierra) تازه در آن زمان و مرسدس بنز W124 متولد شدند. آئودی ۱۰۰ روان و لغزنده با ضریب پسای (Drag Coefficient) خیره‌کننده 0.30 همگان را تحت تأثیر قرار داد. برای درک بهتر این عدد، بد نیست بدانید برخی از بدقیافه‌ترین و غیرآیرودینامیک‌ترین خودروهای تاریخ، ضریب پسای بالای 0.8 یا بیشتر دارند.

تقریباً در همان زمان، فورد سیرا با طراحی جدید خود موسوم به «قالب ژله‌ای» (Jelly mold) جامعه خودرو را شوک‌زده کرد. این خودرو که با ضریب پسای 0.34 معرفی شد، نقطه عطفی در صنعت خودرو بود و منحنی‌های آیرودینامیکی را به هنجار و استاندارد جدید تبدیل کرد.

با این حال، مرسدس بنز W124 گوی سبقت را از هر دو ربود و به ضریب پسای کمتر از 0.30 دست یافت. پانل‌های بدنه صاف، بخش عقبی جمع‌وجور و کشیده، و زیربندی خودرو که تا حد زیادی پوشانده شده بود، همگی به لغزش راحت‌تر آن در هوا کمک کردند. در نتیجه، خودروها به سرعت نسبت به طراحی‌های جعبه‌ای‌شکل پیشین، کم‌مصرف‌تر شدند و پنس‌ها و دلارهای ارزشمندی را برای مصرف‌کنندگان در پمپ‌بنزین‌ها پس‌انداز کردند.

انقلاب کامبک (Kammback)

بسیاری از تغییراتی که به خودروسازان کمک کرد تا به ضریب پسای پایینی دست یابند، ظریف و نامحسوس بودند؛ مواردی مانند شیشه‌های هم‌سطح بدنه، برف‌پاک‌کن‌های مخفی و چیزهایی از این دست. با این حال، برخی تغییرات بسیار بارزتر بودند و شاید یکی از جذاب‌ترین آن‌ها طراحی «کامبک» باشد.

طراحی کامبک که اولین بار توسط وونیبالد کام (Wunibald Kamm) ترسیم شد، به سبکی از طراحی می‌گویند که در آن خط سقف خودرو به سمت عقب باریک و متمایل می‌شود، اما ناگهان به طور عمودی برش خورده و تمام می‌شود و یک نمای عقبی تخت و دیواره‌مانند ایجاد می‌کند. کام یک بی‌ام‌و ۳۲۸ مدل ۱۹۳۸ را با همین زبان طراحی برای مسابقات «میله میلیا» سال ۱۹۴۰ طراحی کرد؛ بنابراین با اینکه واضح است این ویژگی اصالتاً متعلق به دهه ۸۰ نیست، اما محبوبیت طراحی کامبک در حدود این دهه به اوج خود رسید.

خودروهای متعددی در دهه ۸۰ از طراحی کامبک بهره بردند؛ مانند هوندا CR-X و مدل‌های مختلف سیتروئن و همچنین نمونه‌های اولیه و آزمایشی مانند خودروی فوق‌العاده «ترنس ام کامبک ۸۵» (Trans Am Kammback) — یکی از جذاب‌ترین کانسپت‌های پونتیاک که متأسفانه هرگز به مرحله تولید انبوه نرسید. با گذشت سال‌ها، مدل‌های کامبک بیشتری ظاهر شدند که شاخص‌ترین آن‌ها سه خودروی تولیدی فوق‌العاده کم‌مصرف در اواخر دهه ۱۹۹۰ و اوایل دهه ۲۰۰۰ بودند: تویوتا پریوس، جنرال موتورز EV1 و اولین خودروی هیبریدی آمریکا یعنی نسل اول هوندا اینسایت (Insight).

آیرودینامیک فعال و مدیریت هوای زیر بدنه

البته آیرودینامیک فقط برای بازدهی سوخت نیست و تغییرات آیرودینامیکی با رویکرد عملکردی و سرعتی، صرفاً منحصر به پیست‌های مسابقه نماندند؛ همان‌طور که بسیاری از خودروهای اسپرت دهه‌های ۱۹۸۰ و ۱۹۹۰ نظیر پورشه ۹۵۹ — اولین سوپرکاپ این برند — آن را اثبات کردند. برعکسِ فراری F40 خام و سرکش، پورشه ۹۵۹ تقریباً از تمام ذرات فناوری‌های نوظهور زمان خود استفاده می‌کرد. این خودرو همچنین دو دیفرانسیل (چهار چرخ محرک) بود، از فناوری توربوشارژ دوقلوی ترتیبی بهره می‌برد و به آیرودینامیک فعال مجهز بود. به طور مشخص، ۹۵۹ دارای یک اسپویلر عقب فعال به همراه پانل‌های زیر بدنه برای کاهش پسا بود که هر دو به این خودرو کمک کردند تا به نیروی بالابرنده (Lift) صفر دست یابد و ضریب پسای فوق‌العاده 0.31 را ثبت کند.

طولی نکشید که این فناوری به خودروهای اسپرت مقرون‌به‌صرفه‌تر و در دسترس‌تر نیز سرایت کرد. خودروی میتسوبیشی 3000GT VR-4 به داشتن آیرودینامیک فعال برای افزایش چسبندگی مشهور شد؛ و اگر این سیستم برای یک خودروی اسپرت قدیمی ژاپنی به اندازه کافی پیچیده به نظر نمی‌رسد، جالب است بدانید میتسوبیشی حتی نسخه «اسپایدر» آن را با سقف هاردتاپ جمع‌شونده برقی تولید کرد. مک‌لارن F1 افسانه‌ای در دهه ۱۹۹۰ نیز از آیرودینامیک فعال استفاده می‌کرد؛ ویژگی‌هایی که ظاهر مک‌لارن F1 را صاف و لغزنده نگه می‌داشت شامل یک زیربندی کاملاً تخت و یک باله جمع‌شونده بود که در صورت نیاز، به طور خودکار برای ایجاد پسا و نیروی رو به پایین (Downforce) باز می‌شد. بوگاتی ویرون هنگام رونمایی در سال ۲۰۰۵، آیرودینامیک فعال را به سطح دیگری ارتقا داد؛ جایی که دریچه‌های دیفیوزر جریان هوا را در جلو کنترل می‌کردند و یک باله و اسپویلر تطبیق‌پذیر در عقب وظیفه مدیریت هوا را بر عهده داشتند.

منبع: Jalopnik