Aerodinamika Down Force

Angin alias hambatan udara dikategorikan sebagai salah satu penentu kemenangan di dunia balap mobil. Masalahnya, apakah faktor itu bisa diterapkan pada kendaraan secara optimal atau tidak. Diperlukan perangkat keras mengatur gejalanya pada kecepatan tinggi. Semisal front dan rear wings.

Regulasi pada mobil pacu IndyCar (ChampCar) tidak mengalami perubahan signifikan. Sehingga terjadi peningkatan rancangan aerodinamik dan settingan kendaraan pada sirkuit cepat. Seperti sayap pesawat terbang, yang dirancang agar angin berkecepatan tinggi dapat melewati bagian atas dari sayap. Sedangkan kecepatan rendah lewat dibagian bawahnya.

Perbedaan tekanan antara bagian atas dan bawah, menyebabkan adanya gaya tekan. Prinsip kerja sayap pesawat terbang untuk mendapatkan efek ke atas (lift), sedangkan pada mobil balap kebalikannya arahnya ke bawah (downforce). Udara yang lewat dibawah kendaraan lebih cepat dibanding dengan yang lewat dibagian atas. Hal inilah yang menyebabkan mobil mendapat efek dorongan ke bawah.

NILAI Cd

Di sirkuit cepat yang terbuka, membuat downforce yang besar. Sehingga pengaturan untuk ukuran dan bentuk harus disesuaikan agar kendaraan dapat mencapai kecepatan tinggi di trek lurusnya. Dengan cara mengurangi ukuran dari sayap depan dan belakang. “Tanpa sayap pun di Indianapolis 500 kendaraan bisa digeber,” ucap Jim Hall salah satu pemilik tim ChampCar. Karena penambahan downforce telah terbentuk dengan adanya terowongan venturi yang berada dibawah bodi mobil.

Pengaturan aerodinamik dibagian belakang kendaraan, membuat gejala turbulen yang luar biasa. Kendaraan tidak mungkin akan bisa menyalip kendaraan didepan, tanpa harus mendekatinya terlebih dulu. Ini karena adanya high turbulensi yang disebabkan pusaran angin yang melewati sayap belakang. Spesifikasi rancangan sayap harusnya dapat menghindari gejala ini.

Test terowongan angin (wind tunnel) digunakan sebagai alat pengetesan setingan untuk mobil balap. Yang bertujuan mengetahui karakteristik aerodinamika yang terjadi pada kecepatan tinggi, apabila ukuran dan bentuk sayap tertentu digunakan. Jenis pengetesan ini memudahkan perancang mengetahui besaran dari ground effects yang ditimbulkan. Termasuk susunan dari sayap dan tekanan permukaan di bawah kendaraan.

Hebatnya, meski bentuknya terlihat lancip dan minimalis, namun dengan permainan sayap, ChampCar bisa merubah-ubah Cd-nya (Coefficient of Drag) tergantung trek yang akan dipakai. Pada mobil Al Unser Jr misalnya, nilai Cd untuk sirkuit oval pendek bisa mencapai 1,397. Ini perlu sebab downforce yang dibutuhkan juga tinggi, sekitar 1,73 ton pada kecepatan 264 km/jam. Namun, pada sirkuit jalanan, Cd-nya tinggal 1,141. Downforce yang diperlukan pun tinggal 1,52 ton pada kecepatan sama.

Pada sirkuit model Speedway dengan straight panjang (Homestead International, Miami, Florida) Cd lebih kecil lagi (0,669), itu pada kecepatan yang jauh lebih tinggi, 350 km/jam! Downforcenya juga paling kecil, sekitar 1,4 ton.

Rumus Melipatgandakan Tenaga

Bagi pecinta kecepatan, hambatan udara mutlak diperhatikan. Sebab untuk menambah top speed, dibutuhkan penambahan tenaga lumayan besar untuk melawan angin. Contoh sederhana. Jika mau menaikkan kecepatan maksimum 2 kali lipat (misal; 100 km/jam 200 km/jam), tenaga mesin tidak bisa dinaikkan cuma 2 kalinya. Ini disebabkan koefisen hambatan udara yang makin besar pada kecepatan tinggi.

 

Tapi semua itu tetap bisa dihitung dengan rumus fisika temuan Bell Engineering Group, peneliti masalah aerodinamika asal Inggris. Setelah melalui serangkaian penelitian di wind tunnel, Corky Bell, punggawa tim, menemukan sebuah fenomena menarik. “Hubungan kecepatan, tenaga, dan hambatan angin tidaklah linear. Melainkan kuadratis,” ucapnya ilmiah.

Berikut rumus utama yang ditemukan :

Keterangan : Hp    = Tenaga yang dibutuhkan.

Cd   = Koefisien hambatan mobil (biasanya ada dibrosur)

A      = Luas frontal area mobil (ft²)

V      = Kecepatan yang diinginkan (mph)

Dari rumus utama di atas, Bell menyederhanakannya lagi untuk yang masih awam. Ini khusus bagi mobil sama yang akan ditingkatkan kecepatan maksimumnya :

Tenaga yang dibutuhkan = Tenaga lama x (Kec. yang diinginkan/Kec. semula)³

Semisal Anda punya Honda Estillo bertenaga 125 dk. Kecepatan maksimum semula yang cuma 200 km/jam ingin didongkrak jadi 250 km/jam. Tinggal masukkan saja, Tenaga yang dibutuhkan = 125 (250/200)³ = 244 dk.

Terbukti ‘kan, kalau hambatan angin menyebabkan kebutuhan tenaga jadi besar. Cuma naik 50 km/jam saja butuh kenaikan tenaga 119 dk. Makanya, Jangan anggap enteng angin. 

Simulasi Terowongan Angin

Hampir semua mobil balap, dirancang dengan bantuan terowongan angin (wind tunnel). Dengan fasilitas ini, para perancang bisa menentukan beberapa hal penting. Semisal nilai Cd (Coeficient of Drag), bagian mobil yang menghambat angin, dan arah aliran udara saat melintas permukaan bodi mobil.

Sesuai namanya, bentuknya mirip terowongan. Namun ukurannya bermacam-macam. Ada yang bisa menampung satu unit mobil, seperti yang dipakai McLaren-Mercedes. Atau yang hanya bisa untuk replika mobil. Seperti yang dipakai tim ChampCar Rahal/Hogan Racing Team, yang hanya menampung model seukuran 40% dari mobil aslinya.

Pada fasilitas yang lebih canggih lagi, reaksi mobil terhadap permukaan aspal pun bisa disimulasikan. Caranya, permukaan landasannya bisa bergerak mirip permukaan treadmill. Gerakannya itu meniru reaksi mobil yang sedang bergerak. “Hasil terowongan angin bergerak sangat akurat, sangat mendekati keadaan aslinya,” papar Nigel Bennet, penanggung jawab rancangan tim Penske, CART.

Saking akuratnya teknik ini, Nigel Bennet menyebut timnya tak akan melakukan perubahan sekecil apapun tanpa simulasi. 

 

Sumber :  R&D EDISI 12/I (Fenomena Aerodinamika)

Posted in Referensi