Giải thích tính khí động học của ôtô qua mớ nylon

[sunshine1104]

Mớ nylon bay sau đuôi chiếc SUV là minh họa sinh động, dễ hiểu cho khái niệm "khí động học" vốn có phần xa vời với phần đông tài xế.

Mới đây, video cảnh một chiếc SUV chạy trên đường cao tốc ở Trung Quốc trở nên thu hút trên mạng xã hội bởi điểm đặc biệt, một mớ nylon khá lớn bay quẩn phía đuôi xe một lúc lâu rồi mới rơi xuống đường. Đây chính là minh họa dễ hiểu nhất cho khái niệm khí động học.

Vậy khí động học là gì? Về cơ bản, khí động học trong ngành công nghiệp ôtô là giảm lực cản, giảm tiếng gió, tiếng ồn, cũng như ngăn chặn lực nâng ngoài ý muốn cùng những nguyên nhân khác gây ra độ mất ổn định của ôtô ở tốc độ cao.

Với các kỹ sư thiết kế xe hơi, khí động học là phải nghĩ về dòng không khí chuyển động giúp làm mát động cơ, phanh cũng như những bộ phận điện tử công suất cao. Họ phải tìm cách giữ kính và gương luôn sạch, kiểm soát tiếng ồn trong khi vẫn duy trì tính thực tế như độ an toàn và không gian.

Một trong những minh họa được nhắc tới nhiều và xuất hiện vào đầu những năm 1930 là hình quảng cáo của mẫu Tatra 77.

Mẫu Tatra 77 hay T77 (dưới) chứng tỏ tính khí động học vượt trội so với một mẫu ôtô cùng thời kỳ, với người đàn ông bám phía sau là tượng trưng của gió.

Người đầu tiên khởi xướng mô hình khí động học trên xe hơi là nhà thiết kế nổi tiếng Eduard Rumpler, cha đẻ của ngành hàng không Đức. Năm 1921, chiếc xe đầu tiên do ông thiết kế mang hình giọt nước đang rơi làm toàn bộ triển lãm ôtô cùng năm sửng sốt do hệ số cản gió chỉ 0,27, trong khi hệ số cản trung bình của các loại xe tới tận năm 1984 vẫn ở mức 0,4. Nhưng không may, những khó khăn trong việc phát triển động cơ đã khiến dự án không bao giờ trở thành hiện thực.

Một năm sau khi xe của Rumpler trình làng, Paul Jaray - kỹ sư trẻ kiêm nhà thiết kế người Hungary - nhận được bằng sáng chế cho phát minh "xe của tương lai" lúc mới tròn 33 tuổi. Thiết kế của Jaray chính là mẫu Tatra 77.

Sự khác biệt lớn nhất trong bản vẽ của Jaray là phần đầu và đuôi xe. Bỏ qua thiết kế lưới tản nhiệt kiểu "cửa lò" trên những chiếc xe đương đại, Jaray uốn cong phần đầu xe, giúp nó tiếp nhận dòng khí chuyển động ngược chiều một cách êm ái và ít gây lực cản hơn.

Đứng trên quan điểm vật lý, Jaray cho rằng kiểu thiết kế phần đuôi vuông vức như những chiếc xe ngựa hoàn toàn phản khoa học. Khi xe di chuyển, phần đuôi hình vuông sẽ tạo nên một vùng chân không do hình thành dòng không khí chuyển động hỗn loạn và xoáy. Áp suất lớn phía đầu, cộng với áp suất chân không phía đuôi xe sẽ tăng cường đáng kể lực cản không khí, làm xe phải sinh nhiều công hơn. Để khắc phục trở ngại đó, Paul Jaray "túm" phần đuôi lại bằng những nét vuốt thon theo quỹ đạo chuyển động, khiến dòng khí tuần tự thoát ra phía sau xe mà không hình thành bất cứ điểm xoáy cục bộ nào.

Những gì Jaray giải thích cũng chính là nguyên nhân khiến mớ nylon bay luẩn quẩn sau chiếc SUV trong video trên. Cũng bởi phục vụ công năng nội thất rộng rãi và chở hàng mà xe SUV thường có phần đuôi cao và vuông, bởi vậy hệ số cản gió cao hơn sedan hay coupe. Để giải quyết nhu cầu lái và tính thực dụng, các hãng tạo ra dòng SUV lai coupe như BMW X6 hay Cayenne Coupe, ở đó đuôi xe được vuốt xuống thấp, loại bỏ vùng gió quẩn sau đuôi.