รู้จักหลัก “แอโรไดนามิกส์” ส่งผลต่อรถคุณอย่างไรและรถรุ่นไหนลู่ลมที่สุดในโลก?

คำอธิบายง่าย ๆ ของหลักอากาศพลศาสตร์หรือ Aerodynamics ก็คือการศึกษาการไหลเวียนอากาศผ่านวัตถุสิ่งของ ศาสตร์แขนงนี้เริ่มต้นถูกคิดค้นขึ้นตั้งแต่ศตวรรษที่ 18 และมีพัฒนาการมาอย่างต่อเนื่อง

การศึกษาหลักอากาศพลศาสตร์มีความสำคัญอย่างยิ่งในยุคอุตสาหกรรม เพราะนำไปสู่การสร้างนวัตกรรมใหม่ ๆ มากมาย ตั้งแต่การลอยตัวของเครื่องบิน การเพิ่มประสิทธิภาพรถแข่งไปจนถึงการยกระดับสมรรถนะของรถยนต์โปรดักชั่นทั่วไป

เมื่อขับขี่ด้วยความเร็วต่ำ หลักแอโรไดนามิกส์อาจไม่ส่งผลมากนัก แต่ถ้าเร่งความเร็วสูงขึ้น แรงกระทำตามหลักอากาศพลศาสตร์จะปรากฎชัดเจนและส่งผลต่อการเคลื่อนที่ของตัวรถ

น้ำหนักกด แรงยก แรงต้าน และแรงขับ

การเคลื่อนที่ของตัวรถเป็นไปตามหลักฟิสิกส์เบื้องต้น นั่นคือมีแรงกระทำทั้งหมด 4 แรง คือน้ำหนัก (weight) แรงยก (lift) แรงต้าน (drag) และแรงขับไปข้างหน้า (Thrust)

ภาพที่เรานำมาประกอบด้านบนนี้เผยให้เห็นแรงกระทำทั้ง 4 ที่มีต่อตัวรถ ซึ่งสามารถเข้าใจได้ทันทีว่าแรงยกกับแรงต้านนั้นไม่เป็นผลดีกับตัวรถ ขณะที่น้ำหนักที่กดบนตัวรถและแรงขับไปข้างหน้าจะช่วยให้ตัวรถพุ่งทะยานไปได้อย่างรวดเร็วและมั่นคง

บริษัทผู้ผลิตรถยนต์ทุกรายจึงต้องการลดแรงต้านและแรงยกที่กระทำต่อตัวรถ ซึ่งไม่เพียงจะช่วยให้ทำความเร็วได้สูงขึ้น แต่ยังช่วยประหยัดน้ำมันเชื้อเพลิงอีกด้วย

การศึกษาหลักแอโรไดนามิกส์ทำให้บรรดารถแข่งสมรรถนะสูงทั้งหลายมีด้านหน้าที่เตี้ยและมีรูปทรงคล้ายลิ่ม พร้อมกับมีสปอยเลอร์ขนาดใหญ่ที่บั้นท้าย เนื่องจากต้องแหวกอากาศพร้อมกับสร้างน้ำหนักกดบนตัวรถไปพร้อมกัน

ความหมายของค่า Cd หรือ Drag Coefficient

การประเมินอากาศพลศาสตร์ของรถยนต์ทั่วไปที่ออกจำหน่ายในท้องตลาดถูกวัดด้วยมาตรฐานค่าแรงเสียดทานอากาศ Drag Coefficient หรือ Cd ตัวเลขที่ได้นั้นยิ่งน้อยยิ่งดี เพราะแสดงให้เห็นว่ารูปทรงตัวรถมีประสิทธิภาพในการลดแรงต้านอากาศได้มากเพียงใดในขณะที่ตัวรถเคลื่อนที่ไปข้างหน้า

การคำนวณค่า Cd มีสูตรสำเร็จอยู่แล้วนั่นคือ Fd = cd 1/2 ρ v2 A แต่เราจะข้ามชุดสูตรอันน่าสับสนนี้ไปแล้วไปดูค่าแรงเสียดทานอากาศเฉลี่ยของรถยนต์แต่ละประเภทกัน

รถยนต์นั่ง: 0.22 – 0.40 Cd

รถสปอร์ต: 0.28 – 0.40 Cd

รถเอ็มพีวี: 0.35 – 0.50 Cd

รถบัส: 0.40 – 0.80 Cd

ข้อสังเกตก็คือ รถสปอร์ตมีค่า Cd สูงกว่ารถยนต์นั่ง นั่นเป็นเพราะค่ายผู้ผลิตรถสปอร์ตต้องรักษาสมดุลระหว่างแรงต้าน แรงยก และแรงกดลงบนตัวถังเมื่อขับขี่ด้วยความเร็วสูงมาก ซึ่งส่งผลต่อค่าแรงเสียดทานอากาศในภาพรวม

ในทางกลับกัน รถยนต์นั่ง โดยเฉพาะรถยนต์ไฟฟ้า รถไฮบริดหรือปลั๊กอินไฮบริดสามารถมุ่งสู่เป้าหมายการลดค่าแรงเสียดทานอากาศได้อย่างเต็มที่เนื่องจากไม่ใช่ยานพาหนะที่จะต้องทำความเร็วสูงมากอยู่แล้ว ค่า Cd จึงน้อยกว่ารถสปอร์ต

แล้วรถยนต์รุ่นไหนมีค่า Cd ต่ำที่สุดในปัจจุบัน

2019 Mercedes-Benz A-Class (เมอร์เซเดส-เบนซ์ เอ-คลาส) คว้าแชมป์รถยนต์ที่มีความลู่ลมมากที่สุดในโลกด้วยตัวเลขเพียง 0.22 Cd เดินตามความสำเร็จของรุ่น 2013 Mercedes-Benz CLA (เมอร์เซเดส-เบนซ์ ซีแอลเอ) ที่ทำตัวเลขได้เท่ากัน อันเป็นผลมาจากการพัฒนาอย่างยาวนานในอุโมงค์ลม ทำให้มีการออกแบบด้านหน้าที่มีขนาดและองศาพอเหมาะ

2017 BMW 5-Series (บีเอ็มดับเบิลยู ซีรีส์ 5) ตัวถัง G30 ก็เป็นหนึ่งในรถยนต์ซีดานที่มีความลู่ลมมากที่สุดหลังจากสามารถทำตัวเลขได้ที่ 0.22 Cd รถซีดานรุ่นนี้มาพร้อมกระจังหน้าไตคู่แบบเปิด-ปิดได้ และล้ออัลลอยที่ถูกออกแบบอย่างพิถีพิถันเพื่อการแหวกอากาศอย่างดีเยี่ยม

สำหรับรถยนต์รุ่นอื่น ๆ ที่มีค่าแรงเสียดทานต่ำมากนั้น ยังรวมถึง Tesla Model 3 (เทสล่า โมเดล 3) มีตัวเลข 0.23 Cd รถซีดาน 2018 Audi A4 (ออดี้ เอ4) ทำได้ 0.23 Cd ขณะที่รถไฮบริดอย่าง Toyota Prius (โตโยต้า พริอุส) ก็มีตัวเลขที่ยอดเยี่ยมคือ Cd 0.24