ศิลปะแห่งการลู่ลม

รูปทรงของรถยนต์สามารถช่วยให้ตัวรถเคลื่อนที่ผ่านอากาศได้อย่างไร

หากคิดถึงรูปทรงของรถยนต์ในทศวรรษ 80 คุณคงนึกถึงกล่องที่ตั้งอยู่บนล้อ แต่ปัจจุบัน รูปทรงของรถยนต์ ดูเพรียวลมมากขึ้น ซึ่งต้องขอบคุณบริษัทผู้ผลิตรถยนต์ที่นำเทคโนโลยีอากาศพลศาสตร์ หรือแอโรไดนามิคมาใช้   ขณะที่รถยนต์เคลื่อนตัวผ่านอากาศ และผลักโมเลกุลของอากาศไปด้านข้าง จะทำให้เกิดแรงต้านทาน ที่เรียกว่า แรงต้านอากาศ ยิ่งรถยนต์เคลื่อนตัวเร็วมากเท่าไร แรงต้านอากาศก็มากขึ้นเท่านั้น ดังนั้น เครื่องยนต์จึงต้องทำงานอย่างหนักเพื่อให้ความเร็วรถยนต์คงที่ ทำให้สิ้นเปลืองน้ำมัน และการทรงตัวไม่มั่นคงอีกด้วย   อากาศพลศาสตร์ เป็นศาสตร์ที่จะช่วยพัฒนายานยนต์ให้สามารถวิ่งได้ด้วยความเร็วสูง โดยเกิดแรงต้านอากาศน้อยที่สุด รูปทรงของรถที่ลู่ลม และสามารถลดแรงต้านอากาศจากลมที่ผ่านตัวรถได้ กลายเป็นส่วนสำคัญของการออกแบบรถในปัจจุบัน ให้มีรูปทรงสวย และเต็มไปด้วยประสิทธิภาพ   รถยนต์ที่มีรูปแบบแอโรไดนามิค คือ รถยนต์ที่ด้านหน้ามีลักษณะลู่ลม หน้ารถจะต่ำลงเกือบจะแตะพื้น และลดสัดส่วนอุปกรณ์ที่ยื่นออกมาต้านลม ส่วนด้านหลังมีลักษณะเรียว เพื่อลดกระแสลม ข้อดีของการมีแอโรไดนามิคที่มีประสิทธิภาพ คือ ทำให้อากาศไหลเวียนรอบรถได้ดี ไม่ใช่แค่ลดแรงต้านอากาศ แต่ยังทำให้ประหยัดพลังงาน และทำให้รถเคลื่อนตัวได้เร็วขึ้นอีกด้วย   นอกจากนี้ การระบายอากาศยังช่วยทำให้อุปกรณ์สำคัญของรถ เช่น เครื่องยนต์ และเบรค สามารถคงความเย็นไว้ได้ เพื่อรักษาสมรรถนะของรถ แม้จะถูกใช้งานอย่างหนักก็ตาม  

ใช้การไหลเวียนของอากาศทำให้รถเคลื่อนตัวได้เร็วขึ้น

รถสปอร์ทออกแบบอย่างไรเพื่อเพิ่มประสิทธิภาพในการขับขี่

รูปร่างเพรียวลม

ล้อรถถูกซ่อนไว้ใต้ตัวถัง เพื่อให้ลู่ลม ช่องว่างขนาดใหญ่ที่ล้อ ช่วยระบายความร้อนที่เกิดจากการเบรคได้  

กฎของแบร์นูลลี

ใต้ตัวถังของรถที่ล้ำสมัยจะมีผิวเรียบ เพื่อให้อากาศไหลผ่านด้านล่างได้อย่างรวดเร็ว และกดให้รถอยู่ติดกับพื้น เรียกว่า กฎของแบร์นูลลี  

ต่ำเกือบติดพื้น

รถยนต์ยุคใหม่ออกแบบให้มีความสูงค่อนข้างน้อย เป็นผลจาก ระบบรองรับและกันสะเทือนของรถที่มีระยะห่างจากพื้นไม่มาก ทำให้อากาศไหลผ่านใต้ตัวรถน้อยที่สุด ตามกฎของแบร์นูลลี  

แรงกดอากาศด้านหลัง

จากการที่อากาศไหลผ่านไปที่ด้านหลัง ปีกที่ด้านหลังจะหักเหอากาศให้ไหลขึ้นไปด้านบน กดท้ายรถให้ต่ำลง และเพิ่มแรงดึง  

ความเย็น

ช่องลม เปิดให้ลมผ่านกันชนด้านหน้า และระบายออกด้านข้าง เพื่อให้เครื่องยนต์และระบบเบรคคงความเย็นไว้ได้อย่างต่อเนื่อง  

แรงกดอากาศด้านหน้า

ทำให้อากาศเคลื่อนที่ผ่านด้านล่าง และบนฝากระโปรงรถ ทำให้หน้ารถถูกกดติดถนน จนเกิดแรงกดอากาศ     ระบบแอโรไดนามิคของรถ ฟอร์มูลา วัน ต่างจากรถทั่วไปบนท้องถนน  

ระบบแอโรไดนามิคสุดแรง

    ระบบแอโรไดนามิค มีความสำคัญกับรถแข่งเช่นกัน ต่างกันเพียงจุดประสงค์ รถยนต์ธรรมดาใช้ระบบแอโรไดนามิคเพื่อลดแรงต้านอากาศ แต่รถแข่งใช้เพื่อเพิ่มแรงกดที่เกิดขึ้นกับตัวรถเมื่อมีอากาศมาปะทะ เพื่อกดให้รถอยู่ติดพื้นขณะเคลื่อนตัว เพิ่มความเสถียร และช่วยให้เข้าโค้งได้เร็วขึ้น เพราะรถแข่งไม่ต้องยึดหลักความปลอดภัยเหมือนกับรถทั่วไป ดังนั้นระบบแอโรไดนามิคในรถแข่งจึงจัดเต็มกว่า มีปีกหลังที่ใหญ่กว่า และสปอยเลอร์หน้าอยู่ต่ำเกือบติดพื้น การออกแบบที่สุดโต่งนี้ เกิดขึ้นเพื่อเพิ่มแรงกดอากาศสำหรับรถ ฟอร์มูลา วัน ถึงขนาดที่ (ตามหลักทฤษฎี) รถจะสามารถเคลื่อนที่แบบกลับหัว โดยที่ช่วงล่างยังยึดติดกับเพดานได้ !    

การทำงานของล้อ

คุณรู้จักอัลลอยที่หุ้มด้วยยาง ซึ่งทำหน้าที่ยึดรถไว้กับพื้นถนนมากแค่ไหนกัน แม้ว่าหลายคนอาจจะมองข้าม แต่ล้อถือเป็นส่วนที่สำคัญที่สุดของรถยนต์ เพราะเป็นส่วนเดียวที่เชื่อมรถเข้ากับถนน เครื่องยนต์จะสร้างพลังขับเคลื่อนรถไปบนไฮเวย์ได้สำเร็จ ก็ต่อเมื่อมีล้อเชื่อมต่อกับเพลา (ผ่านดุมล้อ) ที่หมุนด้วยพลังจากเครื่องยนต์ เมื่อเพลาหมุน ล้อจะทำให้รถเคลื่อนที่ได้   อย่างไรก็ตาม ล้อไม่เพียงทำให้รถเคลื่อนไหว แต่ยังทำให้รถหยุดได้อีกด้วย โดยผ่านระบบเบรคที่ประกอบไปด้วย จานเบรค และคาลิเพอร์บนล้อแต่ละล้อ จานเบรคนั้นยึดติดกับล้อและหมุนไปกับล้อ ในขณะที่คาลิเพอร์ทำหน้าที่เป็นตัวหนีบ เมื่อผู้ขับเหยียบคันเบรค ลูกสูบจะปิดตัวหนีบ ทำให้จานเบรกหมุนช้าลง และหยุดการเคลื่อนไหวของล้อ ทำให้รถหยุดในที่สุด   ล้อรถยังทำหน้าที่ยึดเกาะถนนและควบคุมทิศทางด้วย ยางที่หุ้มอยู่รอบล้อเป็นตัวยึดเกาะถนน ล้อหน้าจะเป็นตัวควบคุมทิศทางโดยเคลื่อนที่จากซ้ายไปขวา จากการหมุนของแกนพวงมาลัย  

ดุมล้อ

ทำหน้าที่ยึดจานเบรคและล้ออัลลอย กับเพลาล้อ โดยหมุนเกลียวเข้ากับเสื้อดุมล้อให้แน่น  

จานเบรค

จะหมุนไปพร้อมกับล้ออัลลอย สามารถสร้างการเสียดสีกับผ้าเบรค และจะหนีบล้อเพื่อให้ล้อหยุดหมุน จากนั้นรถจะหยุดเคลื่อนที่  

ยาง

ถูกผนึกเข้ากับตัวล้ออัลลอยโดยต้องรักษาความสมดุลของแรงอัดอากาศภายใน ทำหน้าที่ยึดเกาะถนน ร่องยางสามารถกระจายน้ำที่ขังบนถนน เพื่อให้ล้อยึดเกาะถนนได้มากขึ้น  

หมุดยึดล้อ

มี 4 หรือ 5 อัน ฝังลงไปที่เพลา และหมุนเกลียวเข้ากับจานเบรคและล้ออัลลอย เพื่อยึดทั้ง 2 สิ่งให้ติดกัน  

ล้ออัลลอย

ในปัจจุบัน ล้อมักจะทำจากอลูมิเนียมอัลลอย ที่แข็งแรง และมีน้ำหนักเบา มากกว่าล้อแบบเก่า  

คาลิเพอร์เบรค

มีผ้าเบรคอยู่ด้านใน เมื่อผู้ขับเหยียบคันเบรค คาลิเพอร์เบรคจะหนีบจานเบรค ทำให้รถหยุดอยู่กับที่  

ลูกปืนล้อ

ชิ้นส่วนวงกลมขนาดเล็กที่ทำจากโลหะ ทำหน้าที่ลดความฝืนและแรงเสียดทานในขณะที่ล้อหมุน อัลลอยถูกหลอมเป็นล้อที่มีความแข็งแรง ขณะที่จานเบรคถูกใช้ให้ช่วยกระจายความร้อนในล้อรถสปอร์ท    

ว่าด้วยเรื่องเกียร์

    กระปุกเกียร์สามารถส่งต่อแรงขับจากเครื่องยนต์ไปที่ล้อได้อย่างไร กระปุกเกียร์ถูกติดตั้งเข้ากับเครื่องยนต์ และพลังงานจากเครื่องยนต์จะไหลผ่านกระปุกเกียร์ก่อนจะผ่านไปที่ล้อรถ ลูกสูบในเครื่องยนต์จะต้องสูบฉีดอย่างคงที่ ด้วยความเร็วอย่างน้อย 1,000 รตน. เพื่อไม่ให้เครื่องยนต์ดับ การจะหยุดรถไม่ให้ออกตัวด้วยความเร็วสูงสุด กระปุกเกียร์จะควบคุมพลังที่จะทำให้ล้อเคลื่อนให้เหมาะสม ฟันเฟืองและลำเกียร์ด้านในกระปุกเกียร์ จะสร้างอัตราส่วนที่แตกต่างขึ้นอยู่กับความเร็วและแรงบิด แต่ละเกียร์จะทำหน้าที่แตกต่างกันออกไปตามสถานการณ์ ขึ้นอยู่กับความเร็วและลักษณะของถนน  

เกียร์หนึ่ง

ใช้แรงบิดมาก เพื่อเคลื่อนตัวขณะรถหยุดนิ่ง หรืออาจใช้เคลื่อนตัวเมื่อวิ่งอยู่บนถนนขาลงที่ชันมากๆ  

เกียร์ 2

ใช้เวลาที่ไปเที่ยวภูเขา ที่มีทางขึ้นชัน เนื่องจากแรงโน้มถ่วงจะดึงให้รถถอยหลัง อาจจะใช้แรงบิดในการเคลื่อนรถเล็กน้อย หรือไม่ใช้เลย  

เกียร์ 3

ใช้ในการเคลื่อนตัวเมื่อขับบนถนนเรียบ แรงบิดมากเพื่อให้รถวิ่งได้ด้วยความเร็วสูง  

เกียร์ 4

เกียร์สูงสุด ใช้เมื่อรถวิ่งด้วยความเร็วสูง ใช้แรงบิดน้อย แต่จะค่อนข้างเปลืองน้ำมันในการใช้เกียร์สูงสุดให้มีประสิทธิภาพด้วยความเร็วสูง