قسمت چهارم آموزش طراحی خودرو

ايروديناميك خودرو
معني ايروديناميك در اصل، چيزي به جز مطالعه رفتار هواي متحرك نيست. اگر بخواهيم از رفتار هوا به نفع خود استفاده كنيم، بايد ببينيم كه هوا به هنگام حركت چگونه عمل مي كند. از آزمايشات با دوچرخه يا اتومبيل بدون سقف و همچنين از تجربيات خود در مورد تأثير هواي توفاني. مي دانيم كه يك تندباد داراي چه نيروي عظيمي است؛ كار يك متخصص ايروديناميك اين است كه از اين نيروي عظيم براي بالا نگهداشتن هواپيما استفاده كند؛ براي مثال، اگر يك هواپيما 75 تن وزن داشته باشد، بالهاي آن بايد طوري طراحي شوند كه جريان هوا بتواند در آنها فشاري معادل 75 تن ايجاد كند.

هدف طراح بال اينست كه باد نسبي فقط مقدار نيرويي را توليد كند كه آن نيرو هواپيما را به سمت بالا سوق دهد. وي ديگرمايل نيست كه باد نسبي نيرويي هم براي پس زدن و عقب بردن هواپيما ايجاد كند. اما طراح متأسفانه قادر نيست به آنچه مي خواهد دست يابد، زيرا جريان هوا در اطراف هواپيما مقداري هم نيروي رو به عقب توليد مي كند كه اين نيرو حركت رو به جلوي هواپيما را محدود مي سازد.
نيروي رو به عقب در بين مهندسان هوانوردي به نيروي پسار يا رانش معكوس يعني نيرويي كه هواپيما را به عقب مي كشد، معروف است. شما هم اگر رو به باد ركاب بزنيد يا بدويد، احساس خواهيد كرد كه نيرويي شما را از عقب مي كشد و از پيشرويتان جلوگيري مي كند. نيرويي كه رو به بالا عمل كرده، وزن هواپيما را تحمل مي كند نيروي برآر (بردارنده يا بالا برنده) نام دارد. پس معلوم مي شود كه اين مهندسان عمر خود را صرف تلاش براي طراحي بال و بدنه مي كنند تا بتوانند به بيشترين نيروي برآر با كمترين نيروي پسار دست يابند. يعني به چيزي برسند كه در اصطلاح فني بهترين نسبت برآر به پسار ناميده مي شود.
حال مي توان مشكل آنان را به دوقسمت تقسيم كرد؛ نخست بايد كاري كنند كه پسار پيكر اصلي هواپيما (پسار بدنه) تا حد امكان ضعيف و اندك باشد. براي اينكار بايد از ايجاد هرگونه پستي و بلندي و استفاده از سطوح زبر و ناصاف جلوگيري كنند و شكل مناسبي براي دم و دماغه هواپيما انتخاب كنند.

شكل خوب و مناسب براي پسار كمتر در هوا، كم و بيش بايد نظير شكل بدن ماهي باشد كه در آب پسار چنداني توليد نميكند. به عبارت ديگر، دماغه هواپيما بايد كاملاً گرد باشد و دم آن مخروطي و كشيده. البته ممكن است فكر كنيد اين نوك دماغه است كه بايد مخروطي و تيز باشد، ليكن بايد دانست كه اين نوع شكل بدنه براي هواپيماهايي كه كندتر از سرعت صوت پرواز مي كنند مناسب نيست.
از سوي ديگر، اگر مسايل را تا اينجا به دقت دنبال كرده باشيد ممكن است سوال كنيد كه چرا بايد هواي آشفته در پشت سر هواپيما از پيشروي آن جلوگيري كند. در واقع نيز هوا نمي تواند چيزي را به عقب بكشد، چون هوا مثل آب است نه مثل طناب. حتي اگر تكه اي از هوا را به جسمي گره بزنيم نمي توانيم آن جسم را بكشيم، زيرا ذرات هوا از هم باز مي شود و گره نيز از بين مي رود.
به احتمال قوي انتظار داريد بگوييم نيروي پساري كه هوا در هواپيما يا اشيا توليد مي كند از طريق فشار دادن است نه كشيدن، يعني بايد هواي جلوي هواپيما باشد كه پسار به وجود مي آورد نه هواي عقب آن. اين نظريه درست است و ايرادي بر آن وارد نست، ولي كل قضيه برخلاف سادگي ظاهري، از مفهوم عميق تري برخوردار است. به عنوان مثال بد نيست كمي در مورد همين اتوبوسي كه ايستاده است (شكل1) بينديشيم:
فشار هوا در همه اطراف آن برابر و مقدارش نيز به همان اندازه فشار جوي متعارفي است كه همواره ما را احاطه كرده است.
اما به محض اينكه اتوبوس راه مي افتد (شكل2)، فشار هوا در جلو آن اندكي از فشار متعارف بيشتر مي شود. اكنون ديگر تعادل بين فشار هواي جلو و فشار هواي پشت اتوبوس از بين رفته و فشاري اضافي در جلو اتوبوس پيدا شده كه اتوبوس را به سمت عقب پس مي زند و باعث ايجاد پسار مي شود.

حال لازم است كه فشار هواي عقب را تا جايي كه مقدور است بالا نگه داريم تا تعادل از دست رفته را دوباره بدست آوريم. براي اين منظور، چاره اي نيست جز اينكه عقب ماشين را مخروطي درست كنيم تا جريانات تقسيم شده هوا به نرمي به هم ملحق شوند و زياد دچار آشفتگي نگردند.
اين روش در ساختن اتومبيلهاي سواري تندرو (شكل 3) و هواپيماهاي سريع السير و همچنين در طراحي بدنه كشتيها و قايق ها نيز به كار مي رود. به هر حال، اينكه مقاومت هوا (نيروي پسار) در اطراف هواپيما چگونه به حداقل رسانده شود تنها يكي از مشكلات مهندسان ايروديناميك است. مشكل ديگرشان منحصراً به بال و اندامهايي نظير آن مربوط است و لذا كشتي و اتوبوس را در بر نمي گيرد.