Satu topik yang mesti luput dari bahasan konsumen awam – bahkan jurnalis otomotif terkemuka sekalipun adalah bahasan soal aerodinamika.

Kalaupun ada yang bahas, cuma asal ngomong nyantol istilah macem “hambatan udara” atau “downforce” tanpa beneran ngerti artinya. Di topik yang satu ini memang bahasanya lumayan teknis dan nyaris tidak akan dibahas kalo nggak lagi bahas mobil performa tinggi.

Padahal tidak bisa dipungkiri banyak pabrikan berimprovisasi pada desain bodi – faktanya, hal itulah yang menyebabkan kenapa dulu mobil bentuknya kotak – kotak, sekarang jadi cenderung landai dan pake aksesoris sirip-siripan – itu bukan cuma buat hiasan dan keren-kerenan.

Kalo kalian masih berpikir aerodinamika itu mainannya motorsport, salah besar. Aerodinamika tidak memandang fungsi karena itu sudah menjadi kebutuhan, terutama untuk mobil eco-car. Contohnya di Toyota Prius (toyota europe)

Inilah yang saya sebutkan bahwa ilmu pengetahuan itu berkembang : di awal-awal mobil muncul orang tidak berpikir tentang faktor eksternal seperti udara, sekolah teknik pun mungkin juga belum mengajarkan mekanika fluida yang berfokus pada kendaraan. Tapi seiring waktu, ilmu seperti ini pun diajarkan.

Udara = Fluida

Dalam dunia fisika, udara termasuk entitas fluida meski barangnya sendiri enggak keliatan – tapi disepakati bahwa udara adalah fluida karena memiliki sifat-sifat fluida.

Jadi, ibaratkan mobil itu seperti ikan di dalam sebuah akuarium yang besar. Ia selalu bergerak melawan arah aliran “air”. Karena itu sewaktu mobil bergerak, terjadi hambatan udara yang disebut : drag.

Ya kalau mobil, mungkin lebih pasnya dibilang ikan sapu-sapu, di dalem akuarium tapi ada di darat. (infopublik.id)

Drag dan Coefficient of Drag (Cd)

Sesuai namanya “drag” = hambatan udara. Istilahnya, sama seperti ikan di dalam akuarium, saat berenang ada sifat-sifat fluida yang menghambat ia untuk berenang lebih cepat, karena sebuah fluida mempunyai kekentalan.

Untuk mengatasi sebuah hambatan tentu diperlukan suatu gaya / effort. Gaya ini disebut thrust / gaya dorong. Gaya dorong ini internal, dari mesin mobil. Masalahnya, semakin besar gaya dorong, semakin besar pula hambatannya. Jadi dengan cara apapun (selain memperbesar kapasitas mesin), mobil itu harus bisa melawan hambatan udara dengan dirinya sendiri. Disinilah kita mengenal istilah : coefficient of drag.

Gaya-gaya pada sebuah mobil saat berjalan (moddedmustangs)

Coefficient of drag (Cd) ini hanya bisa didapatkan dari pengujian melalui simulasi dengan aplikasi CFD (Computational Fluid Dynamics) dan dilanjut ke pembuatan model bodi dan diuji di windtunnel / terowongan angin, dan dilakukan pada saat mobil dalam proses Research and Development (RnD). Semakin kecil angka Cd ini, semakin rendah hambatan angin yang terjadi. Masalahnya : tidak semudah itu, Ferguso.

Simulasi aliran udara di CFD (hitechcae)

Tipikal pengujian di windtunnel (auto.ndtv)

Untuk mendapatkan body yang “streamlined” –  mulus rata, itu nyaris tidak mungkin. Di dalam sebuah bodi mobil terdiri komponen – komponen fungsional seperti windshield (kaca depan), wiper, radiator juga akan protes kalau nggak dikasih angin lewat radiator grille yang jelas banget bentuknya bolong, ruang roda, handle pintu, bahkan antenna (makanya antenna shark fin begitu laku sekarang). Belum harus memperhitungkan juga besar ruang kabin kalau itu family car. Sementara mobil kotak sabun jelas enggak punya Cd yang baik. Wong moncong aja nggak punya, cemana mau membelah angin dengan mulus?

Mobil van kotak seperti APV ini jelas punya hambatan angin yang besar (wikipedia)

Belum kita ngomong bagian kolong mobil dimana tersemat ribuan komponen : suspensi, gardan, knalpot, tangki bensin – yang jelas sekali enggak mungkin mulus, padahal kita perlunya mulus supaya udara bisa mengalir. Jadi sekarang banyak pabrikan yang ber-improvisasi dengan memberi underbody protector – bisa ditemui nggak usah di mobil mahal kok, kalok punya Honda Brio, cek aja kolongnya. Biarpun di sisi negatif ini merepotkan mekanik waktu servis.

underbody cover di Honda CR-V (crvownersclub.com)

Ground clearance juga berpengaruh dalam hal aliran udara di kolong, karena semakin banyak udara lewat turbulensi juga semakin besar. Karena itu mobil sport dan mobil balap ceper-ceper.

Simulasi aliran udara di mobil pickup dengan ground clearance tinggi. Wilayah berwarna merah merupakan area bertekanan tinggi. (ecomodder)

Setelah dibelah, udara ini harus dialirkan sampai belakang dengan mulus. Makanya profil bagian belakang itu juga penting. Masalahnya supaya udara bisa ngalir ke belakang dengan mulus, butuh profil pantat yang menyirip – seperti buntut ikan. Kalau enggak, bisa menimbulkan turbulensi bagian belakang yang kita kenal dengan istilah : pantatnya limbung / nggak stabil, terjadi di rata-rata mobil MPV, belum ditambah suspensi empuk kan… karena MPV nggak mungkin suspensi keras… apalagi kalo ground clearance nya tinggi dan tanpa underbody protector, wuidih…

Beberapa contoh daftar koefisien hambatan angin (Cd) (thesamba.com)

Meski begitu, sedan dan hatchback – juga nggak bagus-bagus amat. Alesannya jelas, bagian atap dari sedan / liftback itu kan malah menambah hambatan udara akibat adanya pemisahan aliran. Profil sudut atapnya punya sudut tajam – meski sekarang banyak sedan yang modelnya ke liftback-liftback an.

Jangan lupa, dimensi mobil semakin besar, meski bentuknya sudah streamlined, tetep aja hambatan udaranya besar dan ini logis kok, permukaan yang sentuhan dengan udara kan makin banyak. Jadi bedakan Cd dengan Drag itu sendiri. Drag adalah hasil perkalian antara Cd dengan luas permukaan.

Di beberapa mobil keluaran lama seperti Honda Insight generasi pertama ini, malah ada yang dilengkapi penutup roda untuk mereduksi hambatan, tapi sekarang sudah jarang digunakan karena alasan kurang praktis. (cars.com)

Tapi perkara aerodinamika, sebenernya tidak sesederhana hambatan udara rendah saja, karena kemana kita mengarahkan udara itu, juga tidak kalah pentingnya. Disini kita mengenal istilah : Downforce.

Downforce – Gaya Tekan ke Bawah

Istilah downforce, jujur saja banyak miskonsepsi mengenai hal ini. Banyak yang ngira downforce itu sama dengan hambatan udara. Padahal downforce adalah kunci yang membedakan antara aerodinamika pesawat dan mobil.

(motorsport.tv)

Sesuai namanya down (turun) force (gaya) – gaya yang turun, atau gaya tekan. Ini berkebalikan dengan pesawat yang butuh lift (gaya angkat), sedangkan mobil butuh semakin didorong ke bawah, karena itu selain disebut downforce, juga nama lainnya “negative lift” (gaya angkat negatif). Dan kalau kalian bertanya kenapa mobil balap atau mobil performa tinggi kok pake wing segede tiang jemuran, atau aksesoris-aksesoris yang kalian anggep “alay” – inilah jawabannya.

Yep, aksesoris sebanyak itu bukan cuma hiasan – itu berfungsi semua (pistonheads)

Downforce sendiri TIDAK mengeliminasi hambatan udara, sebaliknya, ia memanfaatkan dan mengarahkan udara tersebut untuk memberi tekanan sehingga mobil bisa tetap stabil baik waktu lurus maupun belok. Ya dilogika aja sih, tadi kan udah tau perlu permukaan yang mulus buat dapet hambatan udara rendah, sedangkan mobil dengan downforce tinggi, hampir pasti nggak akan mulus bodinya. Menurut ngana mobil dikasih tiang jemuran di belakang itu nambah atau ngurangin hambatan ? Kan udah jelas malah bikin bodi nggak streamlined. Justru sebaliknya, downforce itu nambah hambatan. Tapi dibutuhkan.

Fun fact : mobil F1, ya, mobil F1 yang kenceng itu, ternyata ia justru punya Cd yang besar – menyamai sebuah truk. sekitar 0.7 – 1.1! Yup, salah satu penyebabnya adalah karena roda yang terekspos, dan tentu saja – bodinya nggak streamlined. Banyak lekuk-lekuknya.

Tipikal aliran udara pada mobil F1, nggak ada mulus-mulusnya, tho? (simscale)

Jadi jelas, kalau drag itu mereduksi hambatan udara, sedangkan downforce memanfaatkan aliran udara. Inovasi di mobil F1 itu selalu seputar desain mobilnya.

Macam-macam desain model F1 Scuderia Ferrari dari tahun ke tahun (wikipedia)

Jadi, F1 bisa dibilang merupakan sebuah seni dari aerodinamika : mengendalikan arah angin… errr…. air-bending… sounds familiar?

Errr… (amazon.ca)

Salah satu alasan kenapa Honda Civic Type-R FK8 terbaru bisa jadi mobil penggerak roda depan tercepat – ya karena semua komponen aerodinamikanya diperhitungkan. Ya, bentuknya “alay” begitu ada fungsinya. Downforce sangat berguna di track. Sedangkan di pengendaraan sehari-hari kurang kepake. Kecuali memang hobi drifting di pegunungan.

Sedikit “norak”, tapi semuanya bener-bener fungsional.

Supercar dan hypercar modern juga dilengkapi dengan wing yang otomatis muncul saat kecepatan tinggi, tujuannya adalah : kestabilan bokong. Bayangin sebuah mobil lari 200-300 km/h tanpa bantuan wing belakang, yang nyetir bisa tinggal nama karena bokongnya pasti nggak stabil. Kenapa kebuka nya waktu kecepatan tinggi, ya kalo di kecepatan rendah apalagi di bawah 100 km/jam itu bukan ngebantu malah ngehambat akselerasi.

 

Komponen – komponen Aerodinamika

  1. Wing / Spoiler

Civic Type R terbaru merupakan mobil yang dilengkapi wing dan spoiler sekaligus

Bedakan wing dengan spoiler, karena kedua benda ini tujuan dan fungsinya beda. Wing itu fungsinya untuk menambah downforce, sedangkan spoiler itu untuk mereduksi drag. Wing belakang itu juga nggak asal tempel di mamang – mamang bodykit. Ada hitung-hitungannya kenapa wing itu mesti setinggi dan sebesar itu.

Beberapa jenis spoiler dilengkapi dengan vortice generator, untuk menambah downforce. Vortice generator ini mengarahkan angin dari atas mobil ke arah wing belakang untuk “menekan” bagian belakang mobil.

Di mobil balap bahkan ada wing yang dapat diatur sudut kemiringannya / angle of attack, ini diperlukan untuk menambah / mengurangi hambatan udara. Waktu lurus dan berbelok tentunya memerlukan sudut yang berbeda. Saat berbelok juga berfungsi sebagai air brake / rem udara, mirip-mirip lah dengan pesawat.

Wing di mobil F1 yang sudutnya bisa berubah-ubah sesuai kebutuhan. (kickdes.wordpress.com)

Sebagai mobil terkencang di dunia, Bugatti Veyron juga memerlukan wing yang bisa berubah sudutnya ini. (digitaldtour)

2. Splitter, Side Skirt, Diffuser

Splitter dan side skirt berfungsi untuk mereduksi angin yang masuk ke kolong mobil, sekaligus meningkatkan tekanan di bagian atas bodi mobil untuk menambah downforce.

Splitter, diletakkan di bawah bumper

Side skirt,panel hitam di antara roda depan dan belakang itu, yes itu juga untuk downforce

Sedangkan diffuser, berfungsi untuk mengarahkan udara dari kolong mobil ke atas untuk meningkatkan downforce

 

3. Side vent

Diletakkan di belakang ruang roda, berfungsi untuk “mengarahkan” udara dari ruang roda yang berpotensi meningkatkan hambatan udara, sekaligus untuk membuang panas mesin.

4. Canards

Sirip-sirip di sudut bumper ini bukan cuma hiasan. Mereka berguna untuk mengarahkan udara ke bagian atas mobil untuk menambah downforce.

Yup, sirip-sirip ini ada gunanya…

5. Underbody Protector

Ya udah tau lah ya tadi buat apa …

Bagian bawah mobil dengan penutup, bahkan beberapa dilengkapi NACA Duct dan serangkaian modifikasi lain (audi)

6. NACA Duct, Hood vent

Hood vent (2 lubang di tengah) dan NACA duct (pojok kanan) (youtube, vancouver velocity cars)

Lubang-lubang yang berfungsi lebih ke pendinginan mesin dan komponen lain. Hood vent berbeda dengan air scoop. Air scoop lubangnya menghadap depan, sedangkan hood vent rata-rata menghadap belakang, karena hood vent berfungsi “mengarahkan” udara ke luar ruang mesin.

… keliatan kan bedanya? (rallispec.com)

Sedangkan NACA Duct, berfungsi untuk mengalirkan udara ke ruang mesin dengan meminimalkan hambatan udara. Teknologi ini lebih umum di pesawat jet tempur.

NACA Duct (windingroad.com)

Final Thoughts

Perancangan sebuah mobil yang efisien – tidak melulu berkutat di soal mesin, transmisi, bobot. Tetapi aliran udara juga merupakan faktor eksternal yang tak bisa dihindari.

Setiap kali mobil dinyalakan dan dijalankan ia akan selalu bersinggungan dengan udara. Karena itu ilmu tentang aerodinamika telah berhasil merevolusi industri otomotif ke arah yang baru – utamanya tentang desain bagian luar mobil yang tidak melulu estetika tetapi juga fungsi.

Jadi yes, mari kita berikan applause untuk orang – orang yang telah menemukan dan mengembangkan ilmu sampai sejauh ini.

Mercedes-Benz Concept IAA – Intelligent Aerodynamic Automobile, sebuah inovasi terbaru di bidang aerodinamika (cleanmpg.com)

 

 

 

 

 

Tinggalkan Balasan

Alamat email Anda tidak akan dipublikasikan. Ruas yang wajib ditandai *