Aerodynamika cesta za nízkou spotřebou

Spotřeba pohonných hmot hraje na automobilovém trhu v době rostoucích cen ropných produktů čím dál důležitější roli. Výrobci se trumfují auty se stále nižší konzumací paliva a nižšími emisemi. Díky tomu v poslední době znovuobjevili aerodynamiku. Do prodeje tak začali posílat vozy využívající dobré proudění vzduchu. Například domácí Škoda nyní nabízí své modely (vyjma Citigo) i v ekologickém provedení GreenLine. Švédské Volvo dodává podobné úpravy pro své vozy pod označením DRIVe.

Aerodynamika prvním výrobcům automobilů mnoho neříkala. Vždyť na silnice vyjížděly "krabice" na čtyřech kolech podobné více kočárům než dnešním automobilům. Prvenstvím mezi sériovými vozy, které se snažily o co nejlepší obtékání vzduchu okolo karoserie, se může pochlubit československá Tatra T77. Začala se prodávat v roce 1935 a její skvělé aerodynamické vlastnosti zůstaly nepřekonané více než 60 let. Správnost aerodynamického tvaru udává takzvaný součinitel odporu vzduchu, který se označuje Cx. Jeho hodnota u Tatry byla 0,212. Překonal ji až moderní elektromobil General Motors EV1 s hodnotou 0,195.

Pořádný rozmach aerodynamiky zaznamenala ale až osmdesátá léta dvacátého století. "Právě tehdy se automobily zakulatily. Objevila se řada studií, které splňovaly požadavky na co nejlepší aerodynamiku. Mnohdy na úkor jiných parametrů, jako například prostornosti," říká technik a redaktor magazínu Autohit Tomáš Dusil.

"Špičkou byl Opel Calibra. Jeho koeficient Cx 0,26 u základní verze je dodnes skvělou hodnotou, byť dosaženou i jinými automobily. Je zajímavé, že výkonnější verze Calibry už měla Cx 0,29. Mohly za to jen širší pneumatiky a o palec větší kola. To dokazuje, jak lze součinitel Cx ovlivnit i zdánlivě nepodstatnými změnami," vysvětluje Dusil.

V roce 1996 s příchodem nového měřicího cyklu spotřeby ale aerodynamická hodnota z kontrolovaných údajů vypadla. Vozy začaly růst, a tím se zhoršila i jejich aerodynamika. Velikost čelní plochy totiž hraje stejně podstatnou roli jako součinitel odporu vzduchu (viz Jak se počítá aerodynamika). "I když je Cx nyní mezi lidmi populárnější hodnotou, čelní plocha vozu je stejně důležitá. A současná vozidla ji rozhodně nemají menší než ta vyráběná před 15 či 20 lety," podotýká Dusil.

Hledání detailů

Výrobci se tak nyní musí zaměřovat na detaily. Čelní plochu zmenšit nemohou, musí tedy upravovat jen části karoserie. Vozy proto tráví desítky hodin ve větrných tunelech, kde se pečlivě zkoumá obtékání vzduchu okolo karoserie. Jen nepatrný detail, jako například jinak tvarované zpětné zrcátko, může ovlivnit výslednou aerodynamiku.

Automobil během jízdy musí překonávat valivý a aerodynamický odpor. V nízkých rychlostech převládá ten valivý, výrobci se tak nově zaměřují i na nasazování pneumatik s nižším valivým odporem. Aerodynamika se dostane ke slovu u průměrného vozu v rychlostech okolo 60 až 80 km/h. Při dálničních rychlostech už tvoří většinu odporu, kterou musí motor auta překonat. Tím platí rovnice - čím lépe tvarované auto, tím méně odporu ve vyšších rychlostech, méně práce pro motor a menší spotřeba. I proto je řada městských hatchbacků (nevhodný tvar) při vysokých rychlostech žíznivější než třeba velké sedany.

Své zkušenosti se zlepšováním aerodynamiky mají i v Mladé Boleslavi. Škoda má řadu ekologických modelů GreenLine zaměřených na nízkou spotřebu, z nichž nejvýraznější jsou úpravy na modelu Fabia. "Jednou z nejvíce viditelných změn na voze je rozměrný zadní spoiler. Jeho úkolem je usnadnit odtržení proudu obtékajícího vzduchu a omezit tvorbu nežádoucích vírů za karoserií," vysvětluje Zbyněk Straškraba ze Škody.

"Naopak málo viditelné jsou změny na spodní části karoserie. Částečně zakrytovaná maska a modifikované vstupy pro chladič omezují proudění motorovým prostorem. Kryty pod karoserií mají usnadnit a usměrnit proudění pod vozem. Podobně se proudění upravuje také speciálně tvarovanými koly," dodává. Podvozek byl navíc snížen o 20 mm.

Je ještě prostor pro zlepšení?

Výsledkem je citelně lepší součinitel odporu vzduchu. Zatímco běžná Škoda Fabia poháněná motorem 1.2 TDI má Cx s hodnotou 0,324, Fabia GreenLine udává Cx 0,303. To spolu s pneumatikami se sníženým valivým odporem nebo instalací systému start/stop u modelu GreenLine znamená, že auto má kombinovanou spotřebu 3,4 litru nafty na 100 km. Škoda přitom není jediná. Své aerodynamické modely mají i Volkswagen , Volvo a další.

Velký důraz na aerodynamiku klade Mercedes-Benz. Řada jeho modelů má hodnoty velmi blízké rekordním. Sériovým vozem s nejlepší aerodynamikou současnosti je kupé Mercedes-Benz třídy E s hodnotou Cx 0,24. Inženýři stuttgartské automobilky chtějí toto číslo v budoucích autech ještě snižovat a překonat i legendární Tatru.

Prostoru pro zlepšení ovšem moc nezbývá. "Za vrchol aerodynamiky považuji počátek 90. let, kdy byla auta malá a přitom aerodynamicky velmi dobře řešená. Dnes jsou problémy i legislativní. Třeba předepsaná plocha vnějších zpětných zrcátek. Ta dnes u aut připomínají mnohdy uši slona indického, ale třeba v 90. letech byla na některých autech doslova miniaturní," říká Dusil.

Výrobci tak mají před sebou těžký úkol. Musí najít kompromis mezi prostorem pro posádku a ideálním tvarem vozu. A měli by šetřit i nejrůznějšími "aerodynamickými" pakety, které působí spíše na efekt než že by skutečně zlepšovaly aerodynamiku. K řadě aut se dají dokoupit rozšířené prahy, spoilery na přídi nebo přítlačná křídla na záď.

"Takové přítlačné křídlo může nakonec aerodynamiku vozu dokonce zhoršit Příklad z praxe: Ford RS Cosworth uháněl bez křídla až 233 km/h. S křídlem jen 225 km/h," uzavírá Dusil.

Jak se počítá aerodynamika

U výpočtu aerodynamiky je důležitý součinitel odporu vzduchu (Cx, někdy také Cd nebo Cw). Udává aerodynamickou kvalitu měřeného objektu, přičemž zcela rovná plocha kolmá na proudění vzduchu, třeba zeď, má hodnotu Cx=1, zatímco aerodynamický tvar podobný kapce má hodnotu Cx=0,037. Jde o bezrozměrnou veličinu, tudíž nemá žádné jednotky. Ta se násobí s čelní plochou objektu udávanou v metrech čtverečních (A). Výsledkem je efektivní odpor vzduchu.

Rekordmani

PROTOTYP Nejaerodynamičtějším vozem světa je experimentální prototyp solárního automobilu Nuna (1). Mezi lety 2001 až 2011 vznikl celkem v šesti verzích. Čtyřikrát za sebou se stal vítězem australského závodu World Solar Challenge. Automobil má hodnotu součinitele odporu vzduchu Cx 0,07. Všimněte si, že se velmi podobá křídlu letadla.

SÉRIE Nejaerodynamičtějším sériově vyráběným vozem světa je pak elektromobil General Motors EV1 (2). Vyráběl se mezi lety 1996 až 1999 v celkovém počtu 1117 kusů. Jeho Cx má hodnotu 0,195. Hned za ním je Tatra T77A z roku 1935 s hodnotou Cx 0,212. Vůz, kterému byla udělena cena nejvlivnějšího auta 20. století, vznikl v roce 1908. Stal se prvním autem, jež bylo díky pásové výrobě svou nízkou cenou dostupné široké veřejnosti. Poháněl ho motor s výkonem 20 koní. Do roku 1927 se vyrobilo 15 milionů kusů. Aerodynamika se v té době u automobilů neřešila, proto nepřekvapí vysoký koeficient.