Aerodinami?ko oblikovanje koristi se u estetske, ali i funkcionalne svrhe. Ako se osvrnemo na funkcionalne razloge, kod automobila upravljanje aerodinamikom služi pomicanju (relativne) struje zraka oko automobila. U kona?nici se pokušava posti?i tri cilja: smanjiti otpor zraka, osigurati svježi zrak za hla?enje ili usis (mogu?e i uz efekt prednabijanja), i umanjiti uzgon ili stvoriti pritisak (eng. downforce). U nastavku teksta pogledajmo kako se ostvaruju i na koji se na?in te grupe ciljeva preklapaju.
Snižavanje otpora zraka
U dokumentarnom filmu Super Speedway zabilježena je odli?na, romanti?na izjava o aerodinamici trka?ih automobila sredine 20. stolje?a, a parafrazirano glasi: U to vrijeme nisu znali ništa o aerodinamici; mislili su, ako dobro izgleda, i?i ?e brzo. Otpor zraka raste s porastom brzine (to?nije, raste razmjerno s kvadratom brzine) pa pri višim brzinama smanjivanje otpora zraka ima znatne efekte na potrošnju goriva, stabilnost i maksimalnu brzinu. Šira upotreba aerodinami?nog dizajna u automobilima po?ela je 1930ih godina s Art Deco stilom i popularizacijom aero-oblikovanja (eng. streamlining). Fotografija automobila Chrysler Airflow i lokomotive Union Pacific M-10000 lijepo do?arava tu eru; tada su i kamioni bili naglašeno estetsko-aerodinami?ki zagla?eni (poput Dodgea na fotografiji na kraju teksta). Karoserija (i posebno neki elementi, poput vanjskih retrovizora) današnjih automobila pažljivo se oblikuju kako bi stvarali ?im manji otpor zraka, ali i davali neku potisnu silu. Bitan faktor je i onaj koji se obi?no ne vidi: podnica automobila. Ako se izravna i ako se elementi poput ovjesa ili ispušne cijevi sakriju od protjecanja zraka ispod automobila, smanjuje se otpor i ubrzava zrak ispod auta u odnosu na zrak iznad. To je osnova tzv. ground efekta. ?esto rješenje (zbog prakti?nosti) za smanjivanje otpora zraka je i tzv. Kammov rep, “odrezani” rep automobila nakon krova ?ija se linija spušta prema kraju kabine i prostoru gepeka.
Ventilacija
Na nekim se mjestima strujanje zraka odvoji od karoserije, što može biti loše ako nastaje nepoželjno vrtloženje. No, nekad treba stvoriti otvore koji poremete vanjski tijek zraka, ali pomažu ventiliranju, tj. hla?enju motora ili ko?nica. Brzi zrak (tj. brza vožnja u odnosu na zrak) prelazi preko otvora i stvara potlak pa pomaže izvla?enju vru?eg zraka van, ili pak izvla?enju prljavog (nepoželjna kovitlanja) zraka iz prostora oko kota?a (npr. otvori iznad prednjih kota?a na Dodge Chargeru Daytona). Još jedan efekt koji se može naglasiti i iskoristiti aerodinami?kim svojstvima je izvla?enje ispušnih plinova iz ispušnog sustava i njihovo (pre)usmjeravanje na aerodinami?ki korisne elemente karoserije poput difuzora postavljanjem kraja ispušne cijevi tako da zrak koji automobil izmi?e oko sebe struji preko nje. Može se iskoristiti i Meredithov efekt, pri ?emu se zrak zagrijan otpadnom toplinom (ispuh ili zrak za hla?enje) može nakon zagrijavanja usmjeriti kroz sužavaju?i kanal, pa proizvodi korisni potisak (korišteno naj?eš?e u sustavima hla?enja u avionima od 1930ih).
Potisna sila (downforce)
Ground efekt je rezultat djelovanja nekoliko principa iz dinamike fluida, prvenstveno Bernoullijevog principa i Venturijevog efekta. Ukratko, Bernoullijev princip kaže da s pove?anjem brzine fluida pada tlak fluida, a Venturijev efekt je pad tlaka fluida (i pove?avanje brzine) kada se cijev kroz koju se fluid kre?e sužava. Kada se podnica auta izravnava, pegla, u odnosu na cestu i strujanje vanjskog zraka ostvaruju se takvi uvjeti. K tome se na kraju auta može dodati difuzor, element ?ija je osnovna svrha stvoriti prijelazni i ve?i prostor izme?u ceste i automobila kako bi zrak usporio bliže brzini strujanja zraka koji dolazi preko automobila. Tako se te dvije struje mirnije sastaju (u kona?nici manje kovitlanja i otpora) i zato su stražnji dijelovi trka?ih i sportskih modela podignuti od tla više nego prednji ili bo?ni. Kako smo ve? spomenuli, u dizajniranje strujanja zraka oko (uklju?uju?i i ispod) automobila uklju?uje se i slanje jednih struja u druge, poput ispuha. O?itiji aero elementi za downforce su splitteri i spojleri. Prate sli?ne principe kao avionsko krilo, ali umjesto uzgona, okrenuti su da daju pritisak. Poželjno ih je smjestiti na mjesta visokog pritiska zraka radi pove?anja efikasnosti, ali i tu postoji više varijabli, od kuta napada do djelovanja na ovjes. Zato neki automobili imaju tzv. aktivnu aerodinamiku, spojlere koji mijenjaju kut u odnosu na smjer kretanja vozila kako bi smanjili otpor zraka na ravnici ili poja?ali otpor (dobivaju?i korisni pritisak na auto) u zavojima ili drugim predvi?enim uvjetima. Tu se mogu ubrojiti i tzv. zra?ne ko?nice, postavljanje spojlera okomito na smjer kretanja vozila. Drugi pak ra?unaju kako je umjesto s karoserijom, spojlere bolje povezati s neovješenim podvozjem tako da manje mijenjaju kut s gibanjem auta i da autu ne varira ponašanje ovjesa ovisno o dodatnom optere?enju koje spojler proizvodi. Kompromis na varijanta je automatsko niveliranje spojlera, a primjer je Zenvo TSR-S koji ima spojler na karoseriji koji se postavlja u optimalni položaj preko elektroni?ki kontroliranih teleskopskih nosa?a. I sami nosa?i spojlera remete strujanje zraka pa se pažnja posve?uje i odmicanju aktivne površine spojlera od nosa?a koji su tada ?esto u obliku labu?eg vrata.
Usis i efekt prednabijanja
Na mjestima visokog pritiska postavljaju se i usisi, a za efekt prednabijanja zraka (tlak usisnog zraka ve?i od atmosferskog) može se koristit tzv. ram-air sustav. Radi se o posebno oblikovanoj usisnoj grani, od otvora na karoseriji do usisnog ventila, temeljenoj uglavnom na Venturijevom efektu. Ram-air usis smanjuje dinami?ki pritisak zraka u usisnoj grani kako bi se pove?ao stati?ki i time se dobio efekt prednabijanja. To se postiže pove?anjem presjeka usisne grane kako se bliži komori za izgaranje, budu?i da fluid usporava razmjerno pove?anju presjeka cijevi kroz koju se kre?e.
Osim tvorni?kih usisnih grana (neki modeli koriste varijabilnu geometriju), za smirivanje usisnog zraka i iskorištavanje Helmholtzove rezonance koriste se usisne cijevi zvane trubice, zbog potrebnog oblika. Njihov se presjek može smanjivati kako se bliže komori za izgaranje. Helmholtzova rezonanca je fenomen rezoniranja zraka preko otvora nekog spremnika, npr. puhanja preko grla flaše, ali i strujanja zraka preko usisne grane motora. Otvaranje usisnog ventila u pravom trenutku može iskoristiti to ponašanje kako bi se u komoru za izgaranje zaletjela ve?a koli?ina zraka.
Zra?ni tuneli
Osim ra?unalnih simulacija (Czinger na naslovnoj fotografiji velikim je dijelom dizajniran uz pomo? ra?unala i umjetne inteligencije pa je tako razvijena šasija “presvu?ena” završnim slojem, aerodinami?nom karoserijom), za projektiranje aerodinami?kih svojstava koriste se i zra?ni tuneli (eng. wind tunnel). Koriste se od kraja 19. stolje?a, a umjesto pokretanja ispitivanog objekta, pokre?e se sami zrak; struji preko testiranog objekta (npr. modela aviona, automobila, broda, zgrade…) i tako se testiraju aerodinami?ke karakteristike poput distribucije pritiska na model, uzgona, otpora itd.
