MOTSTAND: En sportsbil som Toyota MR2 har kolossal luftmotstand med taket nede, faktisk like mye som en dobbelt så stor bil med kasseform. (Bilde: TOYOTA)
GLATT: Toyotas GT-bil Celica er glatt og slank og har en luftmotstandkoeffisient på 0,27 ifølge fabrikken. Fordi bilen har lavt tverrsnitt blir den samlede luftmotstanden lav og behovet for effekt synker. (Bilde: TOYOTA)

Aerodynamikk avgjør farta



En bils luftmotstand rammes av kvadratlovene. Naturens kvadratlover sørger for at om du for eksempel dobler farten på noe som beveger seg gjennom luft eller vann, så firedobler du motstanden.

Om du tusler pent og pyntelig av gårde i 50 km/h og så øker til 100 km/h på motorveien, og den motstanden lufta bød på mot bilen var 20 kW, må bilen plutselig bruke 80 kW for å karre seg fram.



Stabil i strømning

Dessuten: Luftas strømning rundt bilen kan bidra til å gjøre den mer stabil, og holde den støtt på veien. Det krever at bilen er formet også av aerodynamikere, ikke bare av stylists med bred tusjpenn og avansert dataprogram.

Seriøse bilfabrikker tar aerodynamikken meget alvorlig, nå for tiden - ifølge lærebøker i emnet.

En plutselig sidevind påvirker ikke en god bil, men kan drive en dårlig i grøften. Hvorfor? Fordi en skrå sidevind skaper en løftekomponent over bilfronten. Hjulenes trykk (og grep) mot bakken reduseres og sidekrefter vinner. Særlig om veien ikke ga godt nok feste fra før av, løs grus eller snø på is er klassiske eksempler. – Plutselig gikk den i grøfta, sier den uheldige føreren. Ja, fordi han kom for fort ut av svingen på glatt føre og møtte skråvinden fra vidda.



Glatt eller fet?

For å gå tilbake til motstanden: Den avhenger av glattheten, bilens motstandskoeffisient Cd. Mens en kassevogn eller en SUV - a la Landrover - gjerne ligger på 0,4 til 0,5 ligger en riktig glatt sportsbil et stykke under 0,3. Dette tallet skal inn i en litt komplisert ligning.

Forenklet er den omtrent slik: Luftmotstanden er lik Cd ganget med bilens tverrsnitt, med luftas tetthet og med hastigheten (m/sek) i kvadrat, det hele delt på to. Bilens glatthet kommer selvsagt av formen, men også av lengden dividert på tverrsnittet, dvs. tykkelsen. Luftas tetthet? Ja, kjør i åtti og stikk en hånd ut av vinduet. Den blir nesten revet av. Lufta er treg og tregest nede ved bakken, der antallet luftmolekyler pr kubikkmeter er størst. Tettheten ligger på 1,2 kg/kubikkmeter normalt, men synker selvsagt drastisk om bilen kjører over Hardangervidda, eller flyr.



50 kW effektbehov

Tverrsnittet ligger gjerne på to til to og en halv kvadratmeter. Farten man beregner bilen for er normalt 40, 80, 120 og 160 km/h. Dette omregnes til meter pr sekund før det dyttes inn i datamaskinen. Ut kommer en nydelig annengradskurve.

Fart over 160 km/h har for luftmotstandens del en mer akademisk interesse, om det ikke er karene hos Ferrari som sitter og regner. Løftekraft og ubalanse er i slike hastigheter vel så viktig å komme til rette med som bare selve luftmotstanden.

Om du setter deg ned og regner motstand i Newton og deretter gjør regnestykket om til nødvendig effekt i kW, finner du dette: En glatt bil med Cd lik 0,3 trenger i 40 km/h bare 0,6 kW for å overvinne motstanden, 4,6 i 80 og 16 i 120. I 160 km/h går det med hele 37 kW.

En bil med Cd lik 0,4 trenger henholdsvis 0,8, 6,3, 21 og 50 kW. Riktig ille blir det når du kjører SUV eller en kabriolet med taket nede: Da fyker behovene opp i 1, 7-8, 27-30 og 58-65 kW. Og det er utgående effekt på drivhjulene, ikke i motoren. Om motoren ”bare” yter 100 kW (oppunder 130 hk) kommer du knapt opp i 170-180 km/h. Om du da trenger det.



Mange faktorer teller

Men det er mer enn en rettlinjet luftstrøm som påvirker bilen. Sidevind er nevnt, nevnes må også pynt og dilldall. Alt som stikker ut forstyrrer luftstrømmen og kan i verste fall skape avløsning, der lufta slipper taket i bilen og begynner å virvle. Da øker motstanden katastrofalt.

Dette er forresten forklaringen til bruken av spoilere. De skaper en liten, kontrollert virvling for å unngå en stor og sugende. Alt som stikker ut i strømningens grensesjikt er forstyrrende. Grensesjiktet er lufstrømmen nærmest bilen. Det kan være alt fra en til ti-femten millimeter tykt, alt avhengig av hvor laminær strømningen er. En laminær strømning følger formen, en avløst virvler seg løs.

En luftstrøm som må tvinges gjennom en radiator og et rotete motorrom skaper selvsagt stor motstand – ofte 15-25 prosent opp fra idealformen. Om strømmen virvles mellom bakken og bilens underside, oppstår også stor motstand – ikke sjelden øker den med fem til ti prosent.

Glatte hjulsider og glatte paneler under bilen hjelper godt. Det samme gjør riktig helling på frontruta. Alt som er brattere enn 40 grader er fysjom. Om motstanden øker unødvendig med 30 prosent kan dette fort bety 20 kW på drivhjulene. Dette må du gange med tre for å få nødvendig økning av motoreffekten.

I oppoverbakke er forresten bildet også litt komplisert. Salig Newton er ute med masseligningene sine og 1500 kg blir fort til 28 kW i en 18 prosents stigning, uten motvind. Det er dette du merker når du må drive og gire ned på vei opp mot vidda. Hemmeligheten er G-kraftens komponent, som selvsagt bestemmes av hellingsvinkelen alfa. Sinus alfa ganget med G gir effektbehovet.