Hepimizin sıkça duyduğu bir şey vardır; ”Aerodinamik” sürekli bahsedilir. Günlük arabalarda da konuşuruz uçaklarda da konuşuruz, yarış arabalarında da konuşulur. Bugün değerli okuyucularımıza Araçların Aerodinamik Yapısı nın mantığını açıklayacağız.
Adından başlayacak olursak olursak; ”AERODİNAMİK” zaten belli olacağı şekilde, hava dinamiği anlamına geliyor. Yani havanın hareketlerini ve yarattığı sonuçları inceleyen alt bilim dalı olarak düşünebilirsiniz. Hava aslında bir gazdır, yani aerodinamik hava dinamiğinin bir alt dalıdır. Tahmin edeceğiniz gibi gaz da bir akışkandır. Yani sıvılar ve gazlar akışkan olduğu için akışkanlar, ayrıca mekaniğin alt dalıdır bunların hepsi. Makine mühendisliği okuyanların uzun uğraşlarla geçtiği derslerden biridir.
Bir yöne doğru esen bir rüzgarın hava hareketinin, bir cismin üzerinde oluşturduğu kuvvetlerin incelenmesidir aslında. Bir obje düşünün; bunun üzerinden geçen bir hava akımı var diyelim. Hava akımı objeye iki yöne doğru kuvvet oluşturacaktır. Birisi geriye doğru buna ise ”DRAG” denir. Ama bir de şöyle bir şey vardır ki, yukarı doğru ”LIFT” adı verilen başka bir kuvvet daha oluşturuyor buda hava akımı. Bundan da bahsedeceğiz.
Bu kuvvetlerin incelenmesi tahmin edeceğiniz gibi, havacılık ve otomotiv için aşırı önemli seviyede. Havacılığın temeli bu zaten, uçakların uçmasını sağlayan şey tamamen aerodinamik. Otomotivde ise; yakıt tüketiminizi, çıkabileceğiniz maksimum hızı, aracınızın yol tutuşunu, viraj alma kabiliyetini ve daha birçok şeyi etkileyen bir etmendir aerodinamik.
Ana mantık aslında her zaman basittir. Bu iki kuvvetin oluşumuna da aynı prensip işin içine giriyor. Bir tarafın basıncı diğer tarafın basıncından daha fazla olursa, o tarafa doğru kuvvet oluşur. İlk önce daha bariz olan ”DRAG’‘ ile başlayalım.
Aerodinamik’de DRAG Nedir? Araçların Aerodinamik Yapısı
Bunu sürüklenme kuvveti olarak çevirebilirsiniz sanırım Türkçeye. Az önce bahsettiğim gibi, havanın estiği yönde oluşan kuvvete denir. Eğer durmak istemiyorsanız amacınız durmak değil ise, yada örneğin; yelkencilikte rüzgarın esmesiyle manevra yapmayı düşünmüyorsanız, bu hiç bir zaman istenmez. Otomotiv sektöründe dediğim gibi olabildiğince bu kuvveti azaltmaya çalışırız.
Aynı şekilde uçaklara da baktığımız zaman havadayken bu DRAG‘in minimum olması, indiğiniz zaman artık piste iniş yaptığınızda zaten kanatlarda belli kapakçıklar açılır, dikkat etmişsinizdir uçaklara bindiyseniz. O işte DRAG’i arttırarak, uçağın durmasını sağlamak içindir. DRAG‘in bir formülü vardır. Bu formüle baktığımızda aslında ;
”KUVVET= 1/2 havanın yoğunluğu * (çarpı) hızınızın karesi (Hız^2) çarpı bir kat sayı ve rüzgarın temas ettiği kesit alanının çarpımından oluşur.
Havanın yoğunluğuna biz etki edemeyeceğimize göre otomobilleri tasarlarken, diğer faktörleri göz önünde bulundurmamız gerekiyor. Kısacası sürtünme katsayısını olabildiğince azalttığımız zaman, aracın üzerine binen bu drag kuvveti de gittikçe azalacaktır.
Zaten dediğim gibi kesit alanı tamamen ebat ile alakalı. Yani bir şey ne kadar büyükse, üzerinde o kadar büyük kuvvet oluşacaktır. Ama katsayıya baktığımız zaman, işte bu tasarım ile alakalı.
Hava eğer objenin üzerinden ne kadar rahat akabiliyorsa, bu kat sayı da o kadar düşük olacaktır. Kısacası üzerine binen kuvvette o kadar azalacaktır. Aerodinamik Nedir? sorusuna hala cevap aradığınızı biliyorum merak etmeyin sizi aydınlatacağım.
Şimdi bir kaç örnek vererek açıklığa kavuşturayım. Araçların Aerodinamik Yapısı
Örneğin bir mermi düşündüğünüz zaman, hızlı gitmesi gerekiyor. Hava sürtünmesinden olabildiğince az etkilenmesi lazım. Katsayısı Mermi – 0.29’a eşit olacaktır ama bir insanı düşündüğünüz zaman, 1 ila 1.3 arasında değişen bir katsayısı olacaktır. Gördüğünüz gibi mermi insana oranla daha aerodinamiktir. Aynısını kendi konumuz olan arabalara getirdiğimiz zaman, 3 tane araba örneği vereceğim size.
İlk’i Nissan GTR. Nissan GTR’ın sürtünme katsayısı, mermiden de düşük bir değer olan 2.26. Tabi ki bu büyük AR-GE ekiplerinin arabayı bu sürtünme katsayısına göre, tasarlanmasından ötürü oluşmuş düşük bir değer. Baktığımız zaman BMW E30 0.33 bir kat sayıya sahip ve Ford Transitte 0.39 bir kat sayıya sahip. Kısacası sadece kat sayıya odaklandığınız zaman, GTR ile E30 arasında ne kadar fark varsa E30 ile Transit arasında da o kadar fark var gibi görünüyor.
Transitin çok daha fazla sürtünmeye sahip olması gerekmez mi?
Bu tabi ki doğru, çünkü daha demin bahsettiğim sürtünme katsayısı tek başına sadece tasarımı gösterir. Bunun kesit alanı ile çarpımı yani arabalara önden baktığınız zaman, o toplam gördüğünüz alan ile çarpımı aslında esas hava sürtünmesi kuvvetine etki eden şeydir.
GTR’ın ön alanı 2.1 m² olarak düşünebilirsiniz. BMW E30 1.8 M², Ford Transitte 3.45 M². Bunları çarptığınız zaman katsayıları ile aslında Ford Transit‘in Nissan GTR‘a göre 2.5 kat daha fazla kuvvete maruz kaldığını fark edebilirsiniz. Bu da oldukça büyük bir farktır, tahmin edebileceğiniz gibi.
Şimdi gelelim hızın karesi dediğimiz bölüme. Yani ne kadar hızlıysanız bu kuvvet o kadar artıyor. Kısacası siz, saatte 50 km ile gidiyorken üzerinize binen kuvvet, siz saatte 100 km’ye çıktığınız zaman 4 katına çıkıyor. Bu yüzden zaten eski arabalar, aerodinamik tasarımlara sahip olmamasına rağmen ve maksimum hızları çok düşük olduğu için, devam edebiliyorken bugün günümüze baktığımız da hiper arabaların çoğu sadece, saatte 300 km’yi geçebilmesi için aşırı aerodinamik bir tasarıma sahiptir.
Olabildiğince bu ”DRAG’‘ kuvveti düşürebilmek için tasarımcılar, ellerinden geleni yapmışlardır. Peki düşündüğünüzde, o zaman Formula 1 arabasının sürtünme katsayısının çok düşük olması gerekiyor değil mi? Aslında yanlış. Formula 1 arabasının sürtünme katsayısı 0.8 – 0.75 civarıdır. Bunu da Formula 1 arabasının ön alanı ile çarptığınız zaman, nerede ise BMW E30‘un 2 katına eş değer bir sürtünme kuvveti etki ettiğini fark edeceksiniz.
Peki ama neden?
Aslında bunun sebebi o Formula 1 arabalarında bulunan öndeki, arkadaki kocaman kanatlar ve aerodinamik parçalar. Aerodinamik parça dediğimiz zaman, Formula 1 arabasında ”DRAG”ı azaltmak için olan, parçalardan farklı şeylerin aklınıza gelmesi gerekiyor. Bu da bizi 2’nci kuvvetimize getiriyor. 2’nci kuvvetimiz LIFT.
Aerodinamik’de LIFT Nedir?
Şimdi kanat dediğimiz de tabi ki aklımıza uçaklar geliyor. Bu “LİFT”İ en iyi açıklayabileceğimiz şeyde uçaklar. “Bernoulli” isminde bir bilim adamı zamanında bir prensip açıklamış. Bu prensip şu şekilde;
Hava ne kadar hızlı akıyorsa, basınç o kadar düşüktür.
Bernoulli
Bu temel ile baktığınız zaman kanatların “AIRFOIL” ismi verilen, özel bir şekli vardır ve bu şekil kanadın üzerimden akan havanın, kanadın altından akan havadan daha hızlı olmasını sağlar.
Bahsettiğim gibi hızlı havanın basıncı düşük, bu yüzden kanadın üzerinde düşük basınç oluşur. Bu şekilde uçaklar uçar. Aynı “DRAG” gibi, hızın karesi ile doğru orantılı olduğu için uçakların uçması içinde belli bir hıza gelip, saatte yaklaşık 350 km ye ulaştıktan sonra artık havalanabilcekleri yeterli kuvvete ulaştıkları gözlemlenebilir. Aynı kuvvetin negatifini aslında biz otomotivde “DOWNFORCE” diyoruz.
Downforce ve Aerodinamik Nedir?
Yani arabanızı yere bastıran kuvvet. Kanatları bu Formula 1 arabalarına, günümüzde ki spor arabaların çoğuna ters taktığınız zaman, bildiğiniz uçaklarda ki şeklin aynısını sadece ters bir şekilde, bu arabaya uyguladığınız zaman bu sefer üzerinden akan hava sizi yukarıya doğru kaldırmak yerine, tam tersi aşağıya doğru bastıracaktır. Virajlarda yol tutuşu sağlayacaktır. Hatta size şöyle ilginç bilgi vereyim;
Formula 1 takip edenleriniz zaten yine biliyorlardır. Formula 1 araçları örneğin; saatte 180 km ile alamadıkları virajı saatte 250 km ile alabilirler. Neden diye soranlar olacaktır. Çünkü; hızın karesi ile birlikte, “DOWNFORCE” dediğimiz şey, daha çok arttığı için yol tutuşları çok daha fazla artıp virajı kolay alır hale gelebilirler. Ya da başka bir örnekle de verecek olursak; arka arkaya gittikleri zaman arkadaki araba, genelde mesafeyi açmak durumunda kalır viraja girerken. Çünkü önde ki hava akışını bozduğu için, arkadakine yeteri kadar “DOWNFORCE” oluşmaz bu yüzden virajda yol tutamayıp virajdan çıkarlar. Kaza yapabilirler.
Bu yüzden genelde öndeki arabanın arkasından çıkmaya çalışırlar, virajlara geldikleri zaman. Aynı şey düzlüklerde tam tersi önde ki arabanın iyice arkasından gidip hızlanırlar. Çünkü; hava akımını dağıttı için bu sefer “DRAG” azalır. Daha kolay hızlanabilirler, hava sürtünmesi azalacağı için.
Peki bu durumda günümüzde ki arabalara bizim kullandığımız arabalara bakarsak, kendi arabamıza kanat taktığımızda arabamızı modifiye ettiğimizde ne oluyor? Aerodinamik Nedir?
Araçların Aerodinamik Yapısı ve Spoiler
İlk önce isterseniz bu arkaya takılan küçük parçalardan bahsedelim. “SPOİLER” gibi örneğin. Bunların aslında büyük bir etkisi yoktur. Bunlar arabanın tümünün aerodinamik yapısı düşünüldüğü zaman, arkasındaki hava akışını bozarak, arabanın üzerine binen kaldırma kuvvetini kaldırmak için olur.
Yani bildiğiniz gibi, bazı drag yarışlarında falan görürsünüz arabalar çok hızlandığı zaman havalanmaya başlarlar. Sizin arabanız tabi ki havalanmaz, ama çok yüksek hızlarda yol tutuşu azalmaya başlayabilir. İşte bazı firmalar, o küçük spoiler denen parçaları takarak bu arabanın üzerine binen kaldırma kuvvetini azaltmaya çalışırlar, genelde de başarılı olurlar.
Kendi Arabalarımıza Spoiler Takmak Gereklimi? Aerodinamik Nedir?
Kanat dediğimiz zaman, işte bu ekstra sizi yere bastırmak için takılan parçadır. Dediğim gibi uçak kanatları, aynı prensibi sadece ters bir şekilde takılır arabanıza. Ama aynı Formula 1 arabalarında olduğu gibi eğer bu kanat, doğru bir şekilde takılmazsa tek yapacağı şey size, “DOWNFORCE” sağlamaktan ziyade sizi geriye doğru çekmek ekstra bir sürüklenme kuvveti eklemektir.
Bu yüzden yakıt tüketiminiz artar, arabanızın maksimum hızı düşer ve performansı azalır. Teorik olarak baktığınızda arabanızın maksimum hızı, hiç kanat takmadığınız zaman ki hızdır. Ama dediğim gibi Formula 1 arabaları zaten kanatlı halleriyle bile, 350 – 400 km arasına çıkabildikleri için, onlar içinde yol tutuşu daha önemlidir şu an maksimum hızda. 500 km/h’de çıkmalarının bir anlamı olmayacaktır. Arabayı kontrol edemedikleri sürece.
Ama biz günlük hayatımızda 80 – 150 arasında kullandığımız arabamıza kanat takmamız açıkçası, downforce konusunda pekte bir etki etmeyecektir yarışlara katılmıyorsanız. Çünkü bahsettiğim gibi hızın karesi ile orantılı bunların hepsi. Siz yavaş sanız çokta bir etkisi olmayacaktır. arkaya taktığınız kanadın.
Ancak siz belli bir hızı geçtiğiniz zaman kayda değer bir downforce elde etmeye başlarsınız. Bunu için de genelde günlük hayatınızda sizi sürekli geri çeken bir kuvvet olmasını istemezsiniz. Hem yakıt tüketiminiz hem performansınız için. Otomobiller üzerindeki aerodinamiği bu şekilde özetleyebiliriz diye düşünüyorum.
