Uma vez conhecidos os detalhes sobre a aerodinâmica dos carros de passeio, é importante entender seus efeitos em categorias específicas de veículos. O SUV representa o principal problema de emissões de CO2 devido aos seus efeitos de tamanho no arrasto. Carros de alto desempenho representam o esforço da indústria automotiva para reduzir o arrasto. Este artigo propõe um breve comentário sobre essas duas categorias de veículos.

Participação no mercado de carros de passeio

A Figura 1 ilustra a distribuição em termos de venda para diferentes classes de carros em relação ao valor médio do arrasto, que é dado por CD e CD∙S. É possível perceber que a situação crítica é vista nos carros de dois volumes seguidos da classe SUV. No entanto, o ponto é que os níveis de venda (linha vermelha) estão se movendo em direção à classe de veículos utilitários esportivos (SUV). O problema são os piores CD∙S dessa classe, que tem cerca de 45% do mercado.

Veículos utilitários esportivos SUV

O problema do SUV não é o volume de venda em si. De acordo com a Figura 2, é possível perceber que o volume de esteira de SUVs e carros de dois volumes não são tão diferentes entre si do ponto de vista qualitativo. É óbvio que o SUV tem um grande volume de esteira que é maior do solo e esses dois fatos juntos geram um volume de esteira maior do que os carros de dois volumes. Uma melhoria interessante é fornecer alguns tratamentos de superfície, mas o ponto principal não é o CD puro, pois os comportamentos vistos nas Figuras 1 e 2 não são tão diferentes.

O problema são as dimensões do SUV já que o volume da esteira é maior e alto em relação ao solo. De fato, em termos de CD puro, os SUV são 3% mais altos do que um carro normal de dois volumes. No entanto, quando é considerado CD∙S, os carros SUV podem exibir mais de 30% do que os carros normais de dois volumes.

Além disso, deve-se levar em conta o ângulo da rampa, que é muito maior do que qualquer outra classe de carro (Figura 4). Esse ângulo geralmente varia de 6° a 12°, mas em SUVs se torna muito maior devido aos requisitos off-road. O problema é que um ângulo de rampa alto gera compressão, portanto, mais sustentação na frente e mais arrasto. Para evitar esses efeitos são adotados sistemas de suspensão ativa que adaptam a altura de rodagem de acordo com a situação.

Carros de rua de alto desempenho

A Figura 5 ilustra que os carros de alto desempenho estão na mesma faixa de arrasto que os carros normais, mas geram downforce em vez de sustentação. Normalmente, o estilo conduz o design, porque esses carros são produtos com alto apelo emocional. Assim, o desenvolvimento direciona suas decisões para o estilo.

Outra restrição diz respeito às homologações, que são a rampa dianteira, a rampa traseira, o degrau dianteiro, o degrau traseiro e a lombada (Figura 6). Normalmente, juntando todos esses casos, parece que esses carros devem ter alguns dispositivos aerodinâmicos e não devem estar levantando, ou pelo menos gerar zero sustentação. Na verdade, elevação zero é o requisito mínimo. Daí é possível perceber que a maior parte do problema está na frente, que equilibra o downforce traseiro. Isso geralmente é ajustado pela asa traseira. Na frente, são utilizados alguns dispositivos aerodinâmicos como subasas dianteiras e sistemas ativos.

O assoalho é geralmente totalmente coberto e funcional (Figura 7). As dificuldades na aplicação de um piso radiante são os constrangimentos inerentes à estrutura da cabina. A mecânica frontal irá impactar na parte frontal do subsolo. O chassi impactará na possível saída do fluxo pelas laterais do carro. O trem de força e a mecânica traseira terão impacto no volume do difusor traseiro. Os braços da suspensão podem impactar no volume do difusor traseiro e no fechamento do mesmo. Portanto, para esses carros, o projeto do piso é um compromisso entre os requisitos de desempenho e as restrições mecânicas da parte inferior da carroceria. Como o piso é normalmente de plástico, seu impacto no custo não é alto para esse tipo de carro.

Em termos de restrições de arrefecimento, este é um dos que aumenta de ano para ano uma vez que as potências dos motores vão ultrapassando a gama dos 1000 cv. É muito fácil suportar 500 bHp em termos de gerenciamento de arrefecimento, mas em certo ponto, um sistema de arrefecimento adequado deve ser projetado. O motivo é que um motor que entrega potências superiores a 1000 bHp, o gerenciamento de arrefecimento não está funcionando efetivamente com toda essa potência instalada. Portanto, sistemas ativos são necessários para gerenciar as evacuações de fluxo.

Os dispositivos aeroativos ativos são essenciais nesses carros. Por exemplo, o Porsche 918 (Figura 9) tem um design de 12 anos e ainda é um bom exemplo de sistema aerodinâmico ativo usado corretamente. Este carro tinha uma curva polar extremamente ampla para um carro de estrada. O uso correto de dispositivos aeronáuticos proporciona diferentes configurações operacionais. Por exemplo, uma configuração de economia de combustível, na qual o sistema opera fechando os radiadores e difusores dianteiros e a asa traseira está em sua posição de baixo arrasto. A configuração de velocidade máxima comanda o atuador da asa traseira para reduzir o arrasto e abrir os radiadores, pois está sendo solicitada potência total do motor. A configuração de alto desempenho se concentra no manuseio do carro, portanto, os atuadores são comandados para extrair a maior força descendente possível. O difusor frontal e os radiadores estão abertos (Figura 9). A curva polar do Porsche 918 é semelhante a um carro de corrida, o que é muito difícil de obter. A comparação com o 997 GT3 4.0 e o Carrera GT mostra que a situação comum é ter apenas alguns pontos para esses carros, ao invés de uma curva. Normalmente, o problema desses carros é a geração de downforce dianteiro e traseiro para manter o equilíbrio. Normalmente o downforce traseiro é assegurado por uma asa traseira, enquanto na dianteira é obrigatório ter um dispositivo aerodinâmico ativo. O problema da aerodinâmica ativa é custo e peso.

Histórico de arrasto

A tendência geral dos carros de alto desempenho é voltada para o arrasto. A Figura 10 ilustra que historicamente esses carros estão perdendo 1 ponto de CDS por ano. Além desse número, a Figura 10 também ajuda a entender que o arrasto também é importante para esses carros. Alguns anos atrás, os fabricantes de automóveis focavam apenas no desempenho mecânico, mas agora a aerodinâmica tem uma grande importância em seu desenvolvimento.

Comparação de carros de estrada de alto desempenho

A comparação entre carros de estrada e carros de alto desempenho geralmente está na carroceria e no assoalho. A própria carroceria para carros de alto desempenho tem um formato melhor do que os de estrada. Em termos de forças verticais, como a parte inferior da carroceria está sempre produzindo downforce e a parte superior da carroceria gera sustentação, normalmente os carros de alto desempenho possuem uma parte inferior da carroceria que atende ao requisito mínimo de equilíbrio da sustentação que vem da carroceria. Portanto, o carro está em uma condição de sustentação zero apenas com a parte inferior da carroceria, então o que quer que seja ganho em downforce é uma vantagem.

Perfil de pressão ao longo da carroceria

A Figura 12 ilustra uma distribuição típica das superfícies superior e inferior de carros de alto desempenho. Como pode ser visto, existem zonas de sucção e compressão. Estes são relativos à curvatura da frente e da base do pára-brisas, onde o fluxo de ar é comprimido. A parte superior do para-brisa tem uma forte área de sucção, então a pressão se recupera até o ponto onde existe algum dispositivo que gera compressão. No piso inferior, existe o bordo de ataque que enfrenta uma forte aceleração que gera sucções, então o difusor desenvolverá uma recuperação de pressão que vai pela extremidade do piso inferior até o ponto da inclinação do difusor traseiro.

Referências

• Este artigo foi baseado nas notas de aula escritas pelo autor durante o curso de Aerodinâmica Industrial realizado na Dallara Academy.