Daug sportinių automobilių ir rimtų lenktyninių bolidų turi didelius galinius sparnus, prispaudžiančius galinę ašį, gerinančius sukibimą ir stabilumą. Tiesa, kartais tie sparnai atrodo šiek tiek keistai, nes yra tvirtinami iš viršaus. Jų laikikliai tarsi ilgi gulbių kaklai riesta kreive apeina sparno apačią ir įsikimba už viršutinio jo paviršiaus. Kodėl? Juk konstrukcija būtų daug paprastesnė, jei laikikliai būtų tvirtinami prie sparno apačios.
Nesuprantate, apie ką kalba? Pažiūrėkite į šį Lamborghini Countach spoilerį ir kaip gražiai jis yra pritvirtintas iš apačios:
Countach spoileris, beje, yra dekoratyvus ir aerodinamiškai nereikalingas, bet taip tvirtinami ir tikri sparnai, nes tokia konstrukcija yra paprastesnė.
O dabar pažvelkite į šį Porsche 911 GT3 RS sparną ir kaip jis yra tvirtinamas iš viršaus:
Žinoma, yra ir kitų variantų, bet sparno tvirtinimas iš viršaus dažnai atrodo šiek tiek nelogiškas. Tos atramos galėtų būti daug trumpesnės ir, greičiausiai, lengvesnės, jei durtų tiesiai į apatinį sparno paviršių. Tačiau būtent iš viršaus tvirtinami daugybės lenktyninių automobilių sparnai. Kodėl?
Garsus hiperautomobilių kūrėjas Christianas von Koenigseggas šiuo klausimu sakė – „Prispaudžiamosios jėgos kūrimui pati svarbiausia yra sparno apačia. Tai yra kaip apverstas lėktuvo sparnas – ten svarbiausia viršutinė pusė.“ Jis teigia, kad tradicinės sparno atramos sumažina apatinį sparno paviršiaus plotą. Be to, jų kuriama turbulencija riboja šio aerodinaminio paviršiaus efektyvumą. Viršutinis paviršius yra daug mažiau svarbus, todėl jo formą galima sudrumsti, nieko tokio.
Sparnas ant automobilio uodegos iš tikrųjų veikia kaip apverstas lėktuvo sparnas. Gerai pagalvoję prisiminsite, kad viršutinis lėktuvo sparno paviršius yra lygus ir švarus (nors gali turėti sūkurių generatorių) o apatinis turi variklius, užsparnių mechanizmo aptakus ir daug kitų nemažų detalių. Nesudarkyti viršutinis lėktuvo ir apatinis automobilio sparnų paviršiai yra labai svarbūs.
Sparnas veikia dėl savo formos (ir atakos kampo, bet tai nėra labai svarbu šioje temoje). Apatinis ir viršutinis paviršiai turi būti skirting, kad sparnas generuotų keliamąją (aviacijoje) ar prispaudžiamąją (automobiliuose) jėgą. Skirtingos formos padeda sukurti slėgių skirtumą, kuris ir veikia kaip ta naudinga jėga.
Pagal Bernulio principą, greičiau judantis oras pasižymi žemesniu statiniu slėgiu. Lėktuvo sparno atveju tai reiškia, kad oro srautas viršutiniu paviršiumi turi tekėti greičiau nei apatiniu, kad virš sparno slėgis būtų žemesnis nei po juo. Šis slėgių skirtumas iš esmės ir yra keliamoji jėga. Ir kuo jis didesnis, tuo keliamoji jėga stipresnė. Taigi, norime, kad oro srautas sparno viršuje būtų kiek įmanoma greitesnis, todėl ten negali būti kokių nors išsikišimų, duobių, ledo – dalykų, kurie sulėtintų orą. Aviacijos inžinerijoje sakoma, kad viršutinis sparno paviršius yra aerodinamiškai jautresnis. Ir būtent dėl to visokie svarbūs komponentai kabinami po sparnu – tai, kad ten sulėtinamas oro srautas, nėra didelė tragedija (na, tam tikrose ribose), nes tai neturi neigiamos įtakos tam slėgių skirtumui.
Automobilių sparnai yra apversti, bet iš esmės veikia taip pat. Oro srautas po sparnu turi būti greitesnis nei virš jo, kad susidarytų slėgių skirtumas, kurį laikome prispaudžiamąja jėga. Dėl to apatinis paviršius yra aerodinamiškai jautresnis. Bet koks trikdis čia sumažintų oro greitį ir susilpnintų slėgių skirtumą-prispaudžiamąją jėgą. Jei sparnas tvirtinamas tradiciškai, iš apačios, atramos ir konstrukciniai elementai yra toks trikdis.
Todėl daug lenktyninių automobilių, ypač ištvermės lenktynių bolidų, turi iš viršaus pritvirtintus sparnus. Oro srautas virš sparno ir taip turi būti lėtesnis, todėl nedidelis srauto sudrumstimas ar turbulencija neturi reikšmingos neigiamos įtakos prispaudžiamajai jėgai. Svarbiausia, kad apatinis paviršius išliktų kuo švaresnis ir lygesnis – būtent ten reikalingas kiek įmanoma greitesnis oras ir žemas slėgis, kuris ir prispaudžia automobilį prie kelio.
Aišku, pastebėsite, kad kai kurie sparnai vis tiek tvirtinami iš apačios. Tai nėra keista. Visa automobilio aerodinamika turi būti gerai subalansuota ir ją reikėtų vertinti kaip vieną sistemą. Dėl kitų komponentų tas sparno tvirtinimas gali nebebūti toks svarbus. Be to, plonos atramos ne kažin kiek tuos oro srautus ir sudrumsčia.
Beje, pastebėsite, kad kai kurie automobiliai, pavyzdžiui, lietuviškas Rhino RR01, turi už sparno nustumtas atramas. Tai – geras sprendimas, nes tų komponentų kuriama turbulencija lieka už automobilio, neveikia kitų aerodinaminių komponentų.
