جادوی طراحی آیرودینامیکی خودرو؛ از خودروهای کوچک تا کامیون‌ها

شرکت تسلا با رونمایی از کامیونی تمام‌برقی به نام Tesla Semi، تحولی را در صنعت خودروهای سنگین رقم زد. این کامیونِ تمام‌برقی، ایمن و راحت، در مدت زمان ۲۰ ثانیه می‌توانست به سرعت ۹۶ کیلومتربرساعت برسد. تسلا، کامیون Semi را مشابه گلوله‌ی تفنگ طراحی کرده است. می‌پرسید چرا؟

آیا تاکنون به کامیون‌های دیزلی و شکل ظاهری آن‌ها دقت کرده‌اید؟ همان‌طور که تصویر زیر مشاهده می‌کنید، طراحان کامیون‌های دیزلی آن‌ها را مشابهِ دیوارِ انبار با بدنه‌ای تقریباً صاف و عمودی طراحی کرده‌اند، اما کامیون تسلا، همانند گلوله‌ی تفنگ، ظاهری کشیده و نوک‌تیز دارد.

شاید برایتان سوال شده باشد که تفاوت ظاهری کامیون‌های دیزلی و کامیون تسلا چه تأثیری در عملکرد آن‌ها می‌گذارد. برای پاسخ به این پرسش باید با مفهومی به نام «ضریب پسار» (drag coefficient) آشنا باشید. این ضریب برای اندازه‌گیری آیرودینامیک برای تولید خودروهایی با کمترین مقاومت در برابر هوا استفاده می‌شود. در حالت کلی، مقدار ضریب پسار تاثیر مستقیمی بر سرعت خودرو می‌گذارد و هرچه مقدار آن کمتر باشد، اتومبیل می‌تواند با سرعت بالاتری حرکت کند. در این مطلب، ابتدا با ضریب پسار آشنا می‌شویم، سپس در مورد تاثیر این ضریب بر تعیین عملکرد آیرودینامیکی خودرو و نیروهای آیرودینامیکی و روش‌های بهبودطراحی آیرودینامیکی خودروها صحبت می‌کنیم.

هر ماده‌ای مانند هوا که بتواند جاری شود، شاره یا سیال نام دارد. هنگامی‌‌که جسمی داخل شاره‌ای قرار بگیرد، نیرویی از طرف شاره بر آن وارد می‌شود. به عنوان مثال، اگر داخل رودخانه‌ای شنا کنید، آبِ داخل رودخانه به عنوان شاره‌ای متحرک، نیرویی با مقداری مشخص بر شما وارد خواهد کرد. این نیرو را در حالت کلی می‌توان به دو مؤلفه تقسیم کرد:

• یکی از نیروها در خلاف جهت حرکت جسم بر آن وارد می‌شود و «نیروی پسار» (Drag force) نام دارد.
• نیروی دوم به صورت عمود بر جسم وارد می‌شود که به آن «نیروی بالابری» (Lift force) می‌گوییم. نیروی بالابری می‌تواند مثبت یا منفی باشد. حالت مثبت به هنگام پرواز رخ می‌دهد.

اگر شاره گازی مانند هوا باشد، این دو نیرو را به عنوان نیروهای آیرودینامیکی و اگر شاره مایعی مانند آب باشد، دو نیرو را به عنوان نیروهای هیدرودینامیکی می‌شناسیم. در بیشتر مواقع، نیروی پسار مانند نیروی اصطکاک، نیرویی ناخواسته است و تاثیر منفی بر مقدار سوخت و بازدهی خودروها می‌گذارد. درنتیجه، مهندسان با بهبود طراحی خودروها، تلاش زیادی برای کاهش این نیرو می‌کنند.

هوا رفتاری مشابه مایعات دارد، اما دیده نمی‌شود. هر زمان که سوار اتومبیل خود می‌شوید و به سفر، محل کار یا جای دیگری می‌روید، گویی همراه با خودرو خود داخل اقیانوسی بی‌نهایت از هوا شنا می‌کنید. درست است که حرکت در هوا بسیار راحت‌تر از حرکت داخل مایعی مانند آب است، اما فراموش نکنید هوا نیز همانند آب، اجسام مختلف را لمس می‌کند. در نتیجه، هر جسمی در هوا حرکت کند، نیروی مقاومتی به نام نیروی پسار در خلاف جهت حرکت، بر آن وارد می‌شود. بنابراین، نیروی پسار یکی از مهم‌ترین پارامترهای آیرودینامیکی است که به هنگام حرکت خودرو، هواپیما یا هر جسم دیگری باید به آن توجه کنیم.

هنگامی‌که با سرعت کم حرکت می‌کنید، مقدار نیروی مقاومت (نیروی پسار) واردشده به‌دلیل وجود هوا، نگران‌کننده است. در این حالت، خودرو حتی اگر شکلی مشابه آجر داشته باشد، باز هم می‌تواند بر نیروی مقاومت واردشده از طرف هوا غلبه کند. در نخستین سال‌های شکل‌گیری صنعت خودرو، تولیدکنندگان نگرانی چندانی درمورد شکل ظاهری خودروها نداشتند، زیرا در آن زمان حداکثر سرعت حرکت در بزرگراه‌ها به‌سختی به ۴۵ کیلومتربرساعت می‌رسید.

گفتیم نیروی پسار به‌صورت مستقیم با مربع سرعت حرکت جسم متناسب است، به‌همین دلیل، نیروی پسار با افزایش سرعت حرکت، به‌طرز چشمگیری افزایش می‌یابد. به عنوان مثال، نیروی پسارِ وارده بر اتومبیلی که با سرعت ۱۱۲ کیلومتربرساعت حرکت می‌کند، چهار برابر نیروی پسارِ وارده بر همان اتومبیل است که با سرعت ۵۶ کیلومتربرساعت حرکت می‌کند. این بدان معنا است که اتومبیل در سرعت‌های بالا به نیروی بزرگ‌تری برای حرکت نیاز دارد. اما فراموش نکنید ضریب پسار نیز متناسب با سرعت حرکت جسم است، درنتیجه برخی پژوهشگران معتقدند با افزایش سرعت حرکت، نیروی پسار به‌صورت نمایی افزایش می‌یابد.

اکنون آجری را فرض کنید که با سرعت بسیار زیادی حرکت می‌کند. همان‌طور که اشاره کردیم، ضریب پسار آجر بسیار بزرگ و برابر یک است، از این‌رو به هنگام حرکت با سرعت بالا، هوا جلوی آجر جمع و ناحیه‌ای با فشار بالا در آنجا تشکیل می‌شود.

با تشکیل ناحیه‌ی پرفشار در قسمت جلوی آجر، ناحیه‌ای با فشار کم نیز در قسمت پشت و عقب آن تشکیل می‌شود. بنابراین، بین قسمت جلو و عقب آجر، اختلاف فشار به‌وجود می‌آید. در این حالت، علاوه بر نیروی پسار که از حرکت آجر جلوگیری می‌کند، نیروی دیگری نیز وجود دارد که تلاش می‌کند آجر را به عقب برگرداند و مانع از حرکت آن به سمت جلو شود. نیروی دوم به دلیل اختلاف فشار به‌وجود می‌آید و مانع از حرکت آسان آجر از ناحیه‌ی کم‌فشار به ناحیه‌ی پرفشار می‌شود. بنابراین، نیروی پسار به عنوان نیرویی مقاوم در برابر حرکت، تاثیر زیادی بر بازده و مصرف سوخت خودروها در سرعت‌های بالا دارد.

کاهش ضریب پسار یا ضریب مقاومت هوا از مقدار ۰٫۳ به ۰٫۲۵، مصرف سوخت را به میزان «یک مایل در هر گالن» (MPG) کاهش می‌دهد. MPG برای اندازه‌گیری بازده‌ مصرف سوخت در وسایل نقلیه به کار می‌رود. به بیان دیگر، MPG نشان می‌دهد که یک خودرو با هر گالن سوخت (معادل ۴٫۵۵ لیتر)، چه مسافتی را می‌تواند طی کند. فرض کنید خودرویی دارید که مصرف سوخت آن ۵۰ مایل‌برگالن است؛ همچنین، باک بنزین این خودرو فقط یک گالن سوخت یا ۴٫۵۵ لیتر بنزین دارد. در این صورت، شما می‌توانید با این مقدار بنزین، مسافت ۵۰ مایل (۸۰ کیلومتر) را طی کنید و بعد از آن خودرو به دلیل خالی شدن باک، متوقف خواهد شد.

به‌دلیل مشابه، خودروهای الکتریکی می‌توانند پس از هر شارژ باتری مسافت بیشتری را طی کنند. آیا تاکنون به شکل خودروهای برقی توجه کرده‌اید؟ این خودروها در مقایسه با خودروهای بنزینی که در اطراف خود مشاهده می‌کنیم، ظاهر متفاوت‌تری دارند.

امروزه، بیشتر خودروها (برقی یا بنزینی) به راحتی با سرعت‌ بالای ۱۱۲ کیلومتربرساعت حرکت می‌کنند، بنابراین شرکت‌های خودروسازی تمرکز خود را به صورت ویژه به مصرف بهینه‌ی سوخت در خودروهای بنزینی و مسافت طی‌شده پس از هر شارژ باتری در خودروهای برقی منعطف کرده‌اند؛ زیرا با افزایش سرعت، نیروی پسار به‌طور قابل‌ملاحظه‌ای افزایش می‌یابد، درنتیجه خودرو برای حفظ سرعت و تعادل، به قدرت و کار بیشتری نیاز دارد. انجام کار بیشتر به معنای مصرف بیشترِ سوخت در خودروهای بنزینی و اتمامِ سریع‌تر شارژ باتری در خودروهای برقی است.

طراحان خودرو و مهندسان در تلاش‌اند با طراحی بهینه‌ی خودروها، مقدار ضریب پسار را به کمترین حدِ ممکن برسانند. بیشتر خودروهای جدید، ضریب پساری بین ۰٫۲۵ تا ۰٫۳۵ دارند؛ مقدار این ضریب در کامیون‌ها و خودروهای شاسی‌بلند جدید نیز بین ۰٫۳ تا ۰٫۴ متغیر است. در سال ۲۰۱۸، خودرو تمام برقی مدل X شرکت تسلا در میان تمام خودروهای تولید شده، پایین‌ترین ضریب پسار را با مقدار ۰٫۲۴ داشت. تسلا مدل X دارای بدنه‌ای صاف و کشیده، لبه‌های گرد و سطوح صیقلی است که به عبور روان هوا از روی بدنه‌ی آن کمک می‌کند.

اگر دو خودرو متفاوت با سرعت یکسانی حرکت کنند، ممکن است مقاومت هوا یا نیروی پسارِ وارد شده بر اتومبیل بزرگ‌تر با آیرودینامیک بهتر، بیشتر از اتومبیل کوچک‌تر با آیرودینامیک ضعیف‌تر باشد. همان‌طور که گفتیم برای محاسبه‌ی میزان مقاومت هوا بر روی جسمی خاص، ضریب مقاومت هوا یا ضریب پسار آن را در سطح مقطع جلو ضرب می‌کنیم و به آن سطح مقطع پسار می‌گوییم. برای درک بهتر این موضوع سطح مقطع پسارِ دو خودرو مدل‌ X و نیسان مدل 350z را با یکدیگر مقایسه می‌کنیم.

مساحت قسمت جلوی خودروی نیسان 350z برابر ۲۰٫۸۸ فوت‌مربع (۱٫۹۴ مترمربع) و ضریب پسار آن نیز برابر ۰٫۳۱ است. با ضرب این دو عدد در یکدیگر، سطح مقطع پسار این خودرو برابر ۶٫۴۷ به‌دست می‌آید. درمقابل، باوجود اینکه تسلا مدل X ضریب پسار کوچک‌تری دارد، سطح مقطع پسار آن به دلیل بزرگ‌تر بودن مساحت قسمت جلو (۲۷٫۸۸ فوت‌مربع یا ۲٫۵۹ مترمربع)، بزرگ‌تر از نیسان 350z و برابر ۶٫۶۹ است.

شاید با خود فکر کرده‌اید خودروهای F1 به‌دلیل طراحی آیرودینامیکی منحصربه‌فرد می‌توانند با سرعت بسیار بالایی حرکت کنند، اما این‌گونه نیست. ضریب پسار این خودرو برابر ۰٫۷ و به‌نسبت بالا است. خودروهای فرمول یک و اکثر خودروهای مسابقه‌ای عمدتاً با در نظر گرفتن نیرویی به نام نیروی داون‌فورس (Downforce) طراحی می‌شوند. این نیرو نقش مهمی در عملکرد خودرو به هنگام مسابقه، به‌ویژه هنگام عبور از پیچ‌ها، ایفا می‌کند. برای آشنایی بهتر با این نیرو، اجازه دهید نیروهای وارده بر اتومبیل به هنگام حرکت در هوا را با جزییات بیشتری با یکدیگر بررسی کنیم.

در بخش قبل فهمیدیم هر جسم به هنگام حرکت در شاره‌ای مانند هوا دو نیروی بالابری و پسار را احساس می‌کند. همچنین، با نیروی دیگری به نام دا‌ون‌ورس آشنا شدیم که در طراحی خودروهای مسابقه و F1 از اهمیت بالایی برخوردار است. در این بخش، این نیروها را با جزییات بیشتری بررسی می‌کنیم.

قبل از آشنایی بیشتر با این نیروها، باید بدانیم دو جهت عمودی و افقی در طراحی آیرودینامیکی خودروها از اهمیت بالایی برخوردار هستند. ابتدا با جهت عمودی شروع می‌کنیم. یکی از نیروهایی که در جهت عمود و به سمت بالا بر خودرو به هنگام حرکت وارد می‌شود، نیروی بالابری است. نیروی داون‌فورس نیز نیروی دیگری است که به صورت عمودی و به سمت پایین بر خودرو وارد می‌شود.

درادامه، نیروهای وارده در جهت افقی را با یکدیگر بررسی می‌کنیم. نیروی پسار در راستای افقی و خلاف جهت حرکت اتومبیل و نیروی دیگری به‌نام نیروی رانش (Thrust) در جهت حرکت اتومبیل بر آن وارد می‌شود. به‌طور معمول، در مورد نیروی رانش در طراحی آیرودینامیکی خودروها صحبت زیادی نمی‌شود، اما نباید فراموش کنیم که این نیرو به نوبه‌ی خود اهمیت زیادی دارد.

با اندازه‌گیری فشارِ وارده بر بدنه‌ی خودرو از طرف هوا به هنگام حرکت، به‌راحتی می‌توانیم تخمین نسبتاً دقیقی از اندازه‌ی نیروهای وارد شده بر آن داشته باشیم. در تصویر زیر خودرویی مشاهده می‌کنید که عبور جریان هوا از بدنه‌ی آن نشان داده شده است. نقطه‌ای از جریان هوا را که بالای شیشه‌ی جلوی اتومبیل قرار دارد، انتخاب و مقدار نیروهای پسار، داون‌فورس، رانش و بالابری را در این نقطه بررسی می‌کنیم. مقدار فشار در این نقطه کم است که می‌توانیم مقدار آن را با استفاده از حسگر فشار به هنگام حرکت خودرو در جاده، اندازه بگیریم.

نخستین گام برای تعیین نیروها، رسم نیروها به شکل برداری با زاویه ۹۰ درجه نسبت به بدنه‌ی خودرو است. نیرو در فیزیک کمیتی برداری است و اندازه و جهت دارد، بنابراین آن را با بردار نشان می‌دهیم. بردار نیرو را با زاویه‌ی ۹۰ درجه نسبت‌به‌ بدنه‌ی خودرو، در نقطه‌ی انتخاب شده رسم می‌کنیم. فشار در نقطه‌ی انتخاب شده، پایین است و فشار پایین، نیرویی با زاویه‌ی ۹۰ درجه نسبت به سطح ایجاد می‌کند.

به نیروی عمود بر سطح خودرو در تصویر بالا دقت کنید. این نیرو را به صورت نشان داده شده در تصویر زیر در راستای محورهای افقی و عمودی تجزیه می‌کنیم. نیروی F یک مولفه به سمت راست و یک مولفه به سمت بالا دارد. مولفه‌ی نیروی F در راستای مثبت محور افقی، نشان‌دهنده‌ی نیروی رانش و مولفه‌ی نیروی F در راستای مثبت محور عمودی، نشان‌دهنده‌ی نیروی بالابری است. بنابراین، جریان هوا به هنگام حرکت خودرو و در نقطه‌ی انتخاب شده، دو نیروی رانشی و بالابر ایجاد می‌کند. همان‌طور که در تصویر مشاهده می‌کنید نیروی بالابر، بزرگ‌تر از نیروی رانشی است.

با تغییر طراحی خودرو، نیروها تغییر خواهند کرد. برای درک بهتر این موضوع، نقطه‌ای را در پشت خودرو انتخاب و نیروی عمود بر سطح، S را رسم می‌کنیم. پس از تجزیه‌ی S در راستای محورهای عمودی و افقی، به دو نیروی پسار و بالابری می‌رسیم. بنابراین، با رسم نیروهای عمودی بر سطح در قسمت بالای خودرو می‌توانیم مقدار نیروهای بالابری، پسار و رانش را تخمین بزنیم. احتمال آن‌که مولفه‌ی نیروی داون‌فورس وجود داشته باشد بسیار کم است. همچنین، تغییر طراحی خودرو در قسمت جلو یا عقب، مقدار نیروهای بالابری، پسار و رانش را تغییر خواهد داد.

کشش (Traction) و چسبندگی (Grip) به‌اندازه‌ی‌ سرعت و قدرت برای دستیابی به زمان دور سریع در مسابقات اتومبیل‌رانی اهمیت دارند. به ضریب اصطکاک بین لاستیک و جاده، چسبندگی گفته می‌شود که به خودرو اجازه می‌دهد تا شتاب بگیرد، ترمز کند و در پیچ‌ها بپیچد و کنترل خود را در سرعت‌های بالا حفظ کند. کشش را نیز به‌عنوان حداکثر نیروی گشتاور (Torque) تعریف می‌کنیم که لاستیک می‌تواند بر زمین وارد کند و سعی در جلوگیری از لغزش لاستیک‌های خودرو، حتی در سرعت‌های بالا دارد.

نیروی داون‌فورس یا بالا‌بری منفی، اتومبیل را به زمین فشار می‌دهد، بنابراین لاستیک‌ها بهتر روی زمین قرار می‌گیرند و اتومبیل بدون لغزیدن و با سرعت بیشتری می‌تواند از پیچ‌ها عبور کند. اگرچه نیروی داون‌فورس به‌دلیل مقاومت هوا، سرعت حرکت اتومبیل را کند می‌کند، از مزیت آن به‌دلیل جلوگیری از لغزش و چرخش لاستیک‌ها در سرعت‌های بالا نمی‌توانیم چشم‌پوشی کنیم. هرچه داون‌فورس بزرگ‌تر باشد، چسبندگی بزرگ‌تر و خودرو در پیچ‌ها سریع‌تر حرکت خواهد کرد.

خودروی سنگین‌تر ممکن است چسبندگی مشابهی داشته باشد، اما چرا به‌خوبی خودرو سبک‌تر نمی‌تواند شتاب بگیرد یا بپیچد؟ بار دیگر به مثال آجر با ضریب پسار بالا (مقدار یک) برمی‌گردیم. اختلاف فشاری بین جلو و پشت آجر به هنگام حرکت در هوا با سرعت بالا، ایجاد می‌شود. حالت مشابهی نیز به هنگام حرکت خودرو با سرعت بالا رخ می‌دهد و اختلاف فشار بین بالا و پایین خودرو به وجود می‌آید.

خودروی نیسان 350z را با سطح مقطع ۱۲۲۴۰ اینچ‌مربع (معادل ۷٫۹۰ مترمربع) دوباره در نظر بگیرید و فرض کنید فشار هوا در بالای خودرو به اندازه‌ی یک PSI (یک پوند بر اینچ‌مربع و معادل ۶۸۹۴٫۷۶ پاسکال) کمتر ار فشار هوا در پایین خودرو است. در این حالت، ۱۲۲۴۰ پوند (معادل ۵۵۵۱ کیلوگرم) فشار هوا یه این خودرو از پایین وارد می‌شود و سعی در بلند کردن آن از روی زمین دارد، اتفاقی بسیار ناخوشایند و خطرناک!

برای رسیدن به نیروی داون‌فورس مطلوب به منظور نگه‌داشتن خودرو روی زمین، باید از پدیده‌ای به نام اصل برنولی استفاده کنیم. بر طبق این اصل، شاره‌ای که با سرعت زیاد حرکت می‌کند، فشار کمتری نسبت به شاره‌ای دارد که با سرعت کمتری حرکت می‌کند. با تعبیه‌ی بال روی خودرو، می‌توان نیروی داون‌فورس ایجاد کرد. سرعت جریان هوا در زیر بال،‌ بزرگ‌تر از سرعت جریان هوا در بالای بال است، درنتیجه جریان هوای آهسته‌تر در بالای بال، فشار بیشتری اعمال می‌کند و بدین‌گونه نیروی داون‌فورس به وجود می‌آید.

سوال اصلی آن است که هوا چگونه این کار را انجام می‌دهد؟ برای انجام اینکار بال را به شکل «ایرفویل» (Airfoil یا ماهی‌واره) می‌سازیم. هوا به هنگام عبور از سطحی به شکل منحنی، مسیر انحنای روی سطح را طی می‌کند. به این پدیده «اثر کواندا»‌ (Coanda Effect) می‌گوییم که بر طبق آن جریان هر شاره‌ای در مجاورت سطحی به شکل منحنی به‌گونه‌ای پیش می‌رود که شاره به سمت سطح متمایل می‌شود و دوست دارد به آن بچسبد.

جهت تعبیه‌ی بال روی اتومبیل تعیین‌کننده تولید نیروی بالابری یا نیروی داون‌فورس است. با توجه به شکل بال در تصویر بالا، سرعت قسمتی از جریان هوا که مسیر طولانی‌تری را طی می‌کند، افزایش می‌یابد. درنتیجه، به‌دلیل اختلاف فشار ایجاد شده، نیروی بالابر یا داون‌فورس ایجاد خواهند شد. به احتمال زیاد عقب برخی اتومبیل‌ها، مخصوصاً اتومبیل‌های مسابقه، اسپویلر (Spoiler) را دیده باشید. جریان هوا به هنگام عبور از سقف اتومبیل، مسیر انحنای روی سقف را طی، با سرعت از آن عبور و ناحیه‌ای را با فشار کم در عقب اتومبیل ایجاد می‌کند. اسپویلر با تداخل با جریان هوا، نیروی بالابری را کاهش می‌دهد و به تعادل خودرو کمک می‌کند.

آئودی TT در سرعت‌های بالاتر از ۱۷۷ کیلومتربرساعت دچار سانحه می‌شد، بنابراین طراحان این خودرو پس از بررسی و تنها با اضافه کردن یک اسپویلر به عقب این خودرو، مشکل آن را حل کردند. بدنه‌ی گرد و صاف آئودی TT، اگرچه از نظر ظاهری زیبا است، اما از نظر آیرودینامیکی در سرعت‌های بالا می‌تواند باعث ایجاد نیروی بالابر ناخواسته شود که می‌تواند تعادل خودرو را به هم بزند و منجر به سانحه گردد. اسپویلر با ایجاد نیروی رو به پایین یا داون‌فورس به خنثی کردن نیروی بالابر ناخواسته کمک می‌کند و باعث بهبود پایداری خودرو در سرعت‌های بالا می‌شود.

اکنون نیروی داون‌فورس روی لاستیک‌های عقب وارد می‌شود، اما چه اتفاقی برای لاستیک‌های جلو می‌افتد؟ اگرچه اعمال نیروی داون‌فورس بر لاستیک‌های عقب به چسبندگی بهتر کمک می‌کند، مقدار زیاد این نیرو به اتومبیل اجازه نمی‌دهد به‌خوبی در دورها بچرخد. این مشکل را می‌توان با افزودن اسپلیتر (Splitter)‌ به چرخ‌های جلو، حل کرد.

مشابه مثال آجر، هوا در قسمت جلوی خودرو جمع می‌شود و قبل از اینکه از بالای بدنه یا زیر آن عبور کند، ناحیه‌ای با فشار بالا ایجاد می‌کند؛ در نتیجه، چسبندگی لاستیک‌های جلو افزایش می‌یابد. اما فراموش نکنید، اگر هوای زیادی به جای رفتن به بالای خودرو، به پایین آن وارد شود، خودرو به راحتی از روی زمین بلند خواهد شد. اسپلیتر با جمع کرد هوا در جلوی خودرو، ناحیه‌ای با فشار زیاد در بالای خودرو و با فشار پایین در پایین خودرو ایجاد می‌کند. اختلاف فشار ایجادشده، جلوی خودرو را به سمت پایین فشار می‌دهد و سبب افزایش چسبندگی لاستیک این قسمت می‌شود.

کامیون‌ها و اتوبوس‌ها در مقایسه با خودروهای معمولی، ابعاد بسیار بزرگ‌تری دارند، بنابراین طراحی آیرودینامیکی آن‌ها بسیار سخت‌تر خواهد بود. ضریب پسار در کامیون‌های معمولی بین ۰٫۵ تا یک، تغییر می‌کند، اما مقدار این ضریب در کامیون Semi شرکت تسلا برابر ۰٫۳۶ است.

اول از همه به جلوی کامیون نگاه می‌کنیم؛ در یک کامیون معمولی، سطح عمودی جلوی آن سبب ایجاد فشار هوای زیاد می‌شود، زیرا هوای ورودی برای عبور از اطراف یا بالای کابین، باید یک چرخش ۹۰ درجه‌ای انجام دهد. برای رفع این مشکل، کامیون‌های مدرن مانند تسلا Semi دارای جلوی شیب‌دار و لبه‌های گرد هستند که به جریان روان‌تر هوا در اطراف کامیون کمک می‌کند. این جریان روان‌تر، فشار تجمع یافته را کاهش می‌دهد و باعث می‌شود کامیون از نظر آیرودینامیکی کارآمدتر شود.

پس از بررسی جلوی کامیون، به طرفین آن حرکت می‌کنیم و به آینه‌های بغل می‌رسیم. در اتومبیل‌های کوچک، سهم آینه‌های بغل در ایجاد نیروی پسار در حدود ۲ تا ۵ درصد است که مقدار کمی نیست. از آنجا که آینه‌های کامیون‌ها بسیار بزرگ‌تر هستند و سهم بیشتری در ایجاد نیروی پسار دارند، تسلا آن‌ها را با دوربین‌هایی به شکل بال آیرودینامیکی جایگزین کرد.

با نگاه کردن به جریان هوا در پشت کامیون، می‌توانیم تغییرات نیروی پسار را بررسی کنیم. اگر اسپویلر سقف (قطعه‌ای روی سقف کامیون) خیلی بزرگ یا خیلی بلند باشد، آشفتگی (Turbulence) ایجاد می‌شود و نیروی پسار افزایش می‌یابد. در مقابل، اگر اسپویلر خیلی کوچک یا خیلی پایین باشد، هوا به جلوی تریلی برخورد می‌کند و باعث ایجاد فشار و مقاومت هوای بیشتری می‌شود. شرکت تسلا کامیون‌های خود را به‌گونه‌ای طراحی کرده است که کابین (قسمت سرنشین) به‌خوبی با قسمت حمل بار هماهنگ شود. آن‌ها این کار را با نزدیک کردن اسپویلرهای جانبی به قسمت بار انجام دادند، اما به اندازه‌ای فضای خالی باقی گذاشتند که قسمت بار به راحتی حرکت کند.

در طراحی آیرودینامیکی خودروها، علم به تنهایی کافی نیست؛ در دنیای واقعی، مهندسان باید با چالش‌های متعددی ازجمله زیبایی و هزینه‌ی تولید دست‌وپنجه نرم کنند. ساخت نمونه‌های اولیه و تست‌های دقیق در تونل باد، نقشی کلیدی در این فرآیند ایفا می‌کنند. طراحان با مشاهده‌ی رفتار دقیق خودرو در برابر جریان هوا، به نقاط قوت و ضعف طراحی پی می‌برند و اصلاحات لازم را انجام می‌دهند.

طراحی آیرودینامیک، تنها یکی از عوامل موثر بر عملکرد خودرو است، عواملی مانند قدرت موتور، وزن و نوع لاستیک نیز در تعیین شتاب و مصرف سوخت نقش دارند. آینده‌ی طراحی آیرودینامیک خودروها، هیجان‌انگیزتر از همیشه به‌نظر می‌رسد. با پیشرفت تکنولوژی و استفاده از مواد جدید و سبک‌تر، شاهد خودروهایی سریع‌تر، کم‌مصرف‌تر و ایمن‌تر خواهیم بود.