Reportage: Aerodynamik allt viktigare för sportbilar – ger både bättre grepp och högre hastighet

Premium Splitter fram, vinge bak, diffusor under – och iväg till nästa rekordrunda. Stopp där! Aerodynamik för sportbilar är betydligt mer komplext än så. Vi ger dig en inblick i luftens förtrollade värld och visar hur man både kan äta kakan och ha den kvar.

Reportage: Aerodynamik allt viktigare för sportbilar – ger både bättre grepp och högre hastighet

Fram med pennor och papper! Absolut tystnad. Nu skriver ni ner alla begrepp som ni förknippar med personbilars aerodynamik. Den som fubbar och skriver av åker ut.

Få se, cW, alltså luftmotståndskoefficienten. Mer då? Vad sägs om cAV och cAH? De betecknar lyftkrafterna på fram- och bakaxeln. 

Det är inget som någon behöver veta något om, om han eller hon inte ska konstruera en ny bilmodell. Lika fullt sätter de här värdena myror i huvudet på utvecklarna av kraftfulla sportbilar. Man eftersträvar snabb acceleration och hög toppfart – då bör karossen erbjuda så små angreppsytor som möjligt för luften, även för att reducera bränsleåtgången.

Men det gäller också att kontrollera luften och leda den dit där den gör nytta för väghållningen. Hur? Genom att minska lyftkrafterna.

Ännu bättre är det att skapa marktryck, alltså negativa cAV och cAH. 

"Den största utmaningen för oss aerodynamiker är att kunna öka marktrycket utan att försämra luftmotståndet", säger Thomas Wiegand, chef för aerodynamikutveckling hos Porsche. Just detta utgör ofta ett hinder för Porsches designfilosofi. Formen på 911 till exempel, genererar lyftkrafter.

"Genom rörliga delar, som till exempel den utfällbara och i olika vinklar ställbara bakvingen, reduceras lyftkrafterna så mycket att man får en balans mellan lyftkrafter och marktryck. En välkommen bieffekt är att luftmotståndet minskas och därmed även bränsleförbrukningen och utsläppen. Då vingen fälls ut vid högre hastigheter bibehålls det 911-typiska sluttande bakpartiet vid lägre tempo", förklarar Thomas Wiegand.

Dessutom föredrar inte alla kunder en stor bakvinge, vilket inte minst framgången för GT3 med Touring-paket visade.

Blir 911:an lättare i baken med den utfällbara lilla vingen? Nej, dess anfallsvinkel höjs och en extra spoilerkant är tillagd. Bara vid mycket höga hastigheter på racerbana kan man märka av en sämre stabilitet jämfört med en standard 911 GT3 med den stora bakvingen.


LAMBORGHINI

ALA-systemet ökar fästet på de avlastade innerhjulen i kurvan. Kompromissen: Komponenterna höjer cW med upp till fyra procent.
(1) Klaffarna i frontspoilern liksom de i bakvingen (2) öppnas och stängs sidselektivt. Tillsammans med diffusorn (3) genererar det släta underredet mer aerodynamisk effektivitet.

Vinge eller ej?

Även hos Lamborghini känner de ansvariga väl till spänningsfältet design – marktryck.

"När vi konstruerar en ny bil måste den ha en bra kompromiss i aerodynamikhänseende. Den måste vara lätt att köra men också mycket snabb och smidig. Då har vi lagt en del tryck på framaxeln och stämmer av fyrhjulsdriften därefter," säger Antonio Torluccio, aerodynamikansvarig hos Lamborghini.

"På så vis kan vi låta bli stora vingar och spoiler – och i stället sätta in dem senare på banracingorienterade varianter. Till exempel vårt ALA-system, som vi först visade på Huracán Performante och som vi nu även använder på Aventador SVJ", fortsätter Antonio Torluccio.

För att uppnå bättre stabilitet vid högt tempo och högre G-krafter i sidled räknar Torluccio med cirka tre till fyra procent sämre luftmotståndskoefficient. Generellt gäller det att optimera både den runtomströmmande och den genomströmmande luften. Medan den sistnämnda framför allt har till uppgift att leda bort värmen från drivlina och bromsar, påverkar den första till stor del vägegenskaperna. 

För Marcus Waite, chefsingenjör för den 800 hk starka McLaren Senna, heter nyckeltekniken aktiv aerodynamik. 

"Det ger oss mycket större frihet", säger han. "Vi kan göra så att balans och luftmotstånd blir situationsanpassade på en racerbana."

Den fem kilo lätta bakvingen arbetar antingen som en luftbroms, ökar marktrycket, eller ställer sig flackt för högre toppfart. Anfallsvinkeln varierar upp till 25 grader. På bilens front arbetar klaffarna på motsvarande vis. Dessutom sänks karossen upp till 50 millimeter under racebetingad körning för att kunna utnyttja högre tryck mot vägbanan med så kallad ground effect. Här är förstås en så slät undersida som möjligt till stor hjälp.


McLAREN

För McLaren Senna vidareutvecklade britterna de aktiva aerodynamikkomponenterna från P1. De höjde marktrycket vid 250 km/h från 200 kg till 800 kg. Bakvingen (1) väger fem kilo, och kan även fungera som luftbroms. Luftkanaler (2) sörjer för optimal genomströmning liksom för runtomströmning (3) av karossen.

Historisk utvikning:

Under 1970-talet experimenterade F1-stallet Brabham och racersportvagnstillverkaren Chaparral med fläktkonstruktioner på sina racerbilar. I Jim Halls Chaparall 2J sög två stridsvagnsfläktar, drivna av en tvåcylindrig tvåtaktsmotor, ut luften från bilens undersida och i Gordon Murrays Brabham BT46B hade en fläkt driven av bilens Alfa Romeo-motor samma uppgift (deltog i ett race, Sveriges Grand Prix 1978, som den vann körd av Niki Lauda, förbjöds sedan).

Båda bilarna hade ett slags sidokjolar som skapade en tunnel undertill. När luften sögs ut trycktes ekipagen hårdare mot vägbanan med mycket högre väggrepp som följd.

Hade det funkat idag om sportbilarna sett ut så? McLarens Marcus Waite förlitar sig till stor del på sin arbetsgivares motorsportkompetens, för deras aktiva aerodynamik använder sig av DRS-principen som finns i Formel 1 sedan 2011 (DRS – Drag Reduction System – ni vet, när de öppnar bakvingen på rakorna). Dessutom använde man sig enligt F1-standard av CFD (Computational Fluid Dynamics) och även av vindtunnel under utvecklingen. Ändringar kan på så vis snabbt tas in i designprocessen.


PORSCHE

Vid sidan av rullbandet för vägbanesimulering är Porsches vindkanal även utrustad med en sned luftström då en sådan kan inverka negativt på luftmotståndskoefficienten och marktrycket.

Alltså, inga testkörningar längre?

"Naturligtvis måste vi testa för att validera beräkningarna", säger Waite. Eftersom det måste göras med ganska lite kamouflage kör vi mest de testerna nattetid på en avspärrad teststräcka.

Antonio Torlucci instämmer: "Det är särskilt svårt att simulera samspelet mellan aerodynamiken och chassits setup. Visserligen har vi gjort stora framsteg här men i slutänden är återkopplingen från en riktig förare utslagsgivande", säger Lamborghini-ingenjören.

Men 70 procent av aerodynamikutvecklingen kan simuleras vilket är nödvändigt med tanke på den allt mer komplexa teknologin.

Klaff öppen, klaff stängd

Systemet Aerodinamica Lamborghini Attiva (ALA) arbetar inte med ställbara vingar utan istället med klaffar i frontspoilern och i bakvingens tillströmningskanaler. Om de är öppna minskas luftmotståndet, är de stängda ökar de nedåtpressande krafterna.

Klaffarna i bakpartiet styrs sidoselektivt så att marktrycket ökar på det avlastade innerhjulet, alltså sänker cAH i det negativa området. För Torluccio är det en teknik med framtidspotential:

"Genom att vingen själv är stel sparar vi vikt. Och svarstiden för de aktiva elementen är minimal. Belastningen per kvadratmeter är påfallande hög. För racingbetonade sportbilar är en fast vinge fortfarande den mest effektiva lösningen för att generera marktryck."

Smarta detaljer som styrbara ventilationslameller finns på masstillverkade modeller.

Hos Porsche säger man inte emot. 911-derivat från motorsportavdelningen, som GT2 RS och GT3 RS, har även de stora, fasta bakvingar – utan aktiva komponenter. En sak som också spelar in är bakvagnstyrningen. 

Vad har nu det med aerodynamik att göra? Jo, vid höga hastigheter styr bakhjulen parallellt med framhjulen och förlänger så att säga axelavståndet och därmed körstabiliteten – en uppgift man annars fått lösa med aerodynamik. 

Därför tror Porsches chefsaerodynamiker på adaptiva system. Därvid spelar chassiteknologier en lika viktig roll som spoilers, vingar eller ställbara kylarlameller. 

"Beroende på modellserie hjälper redan idag adaptiva dämpare eller luftfjädring till att sänka karossen inom ett speciellt hastighetsområde", säger Weigand.

Beroende på? Just det, det skapar ground effect. Bonusfråga: Vilken seriebyggd Porsche var först med att använda den tekniken? Rätt svar är 959, den i begränsad upplaga byggda fyrhjulsdrivna supersportbilen som tillverkades mellan 1986 och 1988.

Den första modellen med elektriskt utfällbar bakvinge debuterade 1989: Porsche 911 Carrera 4 ur modellserie 964. Därmed minskade cAH från 0,18 till 0,02. (Kommer ni ihåg – lyftkraft på bakaxeln.)

Annat under utveckling är material som kan ändra form genom spänning eller temperaturskillnader och på så vis påverka aerodynamiken. Blir allt adaptivt i framtiden? Uppenbarligen. Utom en sak. De fysikaliska konstruktionsparametrarna. Skrivit upp allt? Bra, för vi kanske frågar igen!

Slät undersida är inget nytt. Det dök för första gången upp på en serietillverkad sportbil 1994. Den släta undersidan eliminerar oberäkneliga luftvirvlar och hjälper till att kontrollera luften så att den kan ledas in och ut ur bilens underrede.