Lực cản khí động trên xe du lịch

    Theo lý thuyết, lực cản khí động được xác định theo công thức:

                         F_x=1/2 (A.C_x.r.V ²)                                              

    Trong công thức trên, khối lượng riêng của không khí r là thông số không thể thay đổi. Để giảm lực cản, nếu giảm diện tích cản chính diện A thì không gian sử dụng bị giảm, còn nếu giảm vận tốc V thì sẽ làm giảm năng suất vận chuyển.
 

Hình 1: Hình dạng khí động học xe du lịch qua các thời kì 

    Như vậy, giảm C_x đồng nghĩa với việc cải thiện hình dạng khí động học của ô tô. Quá trình hoàn thiện dạng khí động học vỏ xe ô tô con theo lịch sử phát triển được mô tả trên hình 1. Có thể nhận thấy rằng, trong giai đoạn trước năm 1930 với những chiếc ô tô có hình dáng giống xe ngựa cổ xưa, hệ số cản (trên hình kí hiệu là C_W) rất lớn (0,65÷1,0). Sau đó, vào những năm 1970, hệ số này giảm xuống gần giá trị 0,4 và ngày nay nó chỉ còn là 0,28÷0,32 và một số loại xe đã có thể đạt được 0,25÷0,27. Tuy nhiên sau năm 2000, khi những chiếc ô tô gần như đã hoàn thiện về dạng khí động học thì việc giảm dù chỉ 0,01 trong C_x ngày càng trở nên khó khăn hơn, nó đòi hỏi phải có nghiên cứu toàn diện hơn, sâu sắc hơn, trang bị thiết bị thử nghiệm hiện đại hơn cùng những chi phí cao hơn rất nhiều. Vì vậy, trong giai đoạn này, đồ thị mô tả C_x theo thời gian gần như nằm ngang.
 

Hình 2: Các vùng xoáy trên vỏ xe ô tô du lịch 

    Khi ô tô chuyển động trong môi trường không khí, tương tác giữa môi trường với cấu trúc của vỏ xe tạo thành những vùng xoáy có áp suất thấp. Ngoài vùng xoáy lớn ở đuôi xe, còn rất nhiều vùng xoáy nhỏ trên nắp vỏ xe góp phần tạo nên lực cản khí động. Muốn giảm tối đa các lực khí động cần phải tìm cách loại bỏ hoặc igamr kích thước của các vùng xoáy này.

    Một ví dụ về sự hình thành các vùng xoáy được mô tả trên hình 2. Các vùng xoáy hình thành ở những nơi vỏ xe bị gấp khúc, tạo nên sự đổi hướng đột ngột của dòng chảy không khí. Vùng thứ nhất trên hình 2 chính là phần mũi xe với dòng xoáy ngay trên nắp capot, đồng thời dòng khí đi qua két làm mát cũng sinh ra lực cản nhất định. Các vùng xoáy khác như khu vực chân kính chắn gió, góc chữ A, bánh xe,... cũng góp phần tạo nên lực cản không khí. Để giảm thiểu ảnh hưởng của chúng, cần phải có giải pháp thiết kế hợp lý.

    Vùng xoáy lớn ở đuôi xe phụ thuộc chủ yếu vào kết cấu và kích thước của phần đuôi xe ô tô. Trên hình 2b mô tả 3 dạng kết cấu đuôi xe với các kiểu vùng xoáy khác nhau. Nếu thiết kế đuôi xe thuôn dài về phía sau thì sẽ giảm được kích thước vùng xoáy này, nghĩa là giảm đáng kể lực cản khí động.