Đều là cánh gió được gắn ở phía đuôi xe và có tác dụng thẩm mỹ bên cạnh việc đem lại hiệu quả khí động học, tuy nhiên thực chất giữa wing và spoiler tồn tại những khác biệt nhất định, cả về kiểu dáng cũng như công năng của chúng đối với chiếc xe.
Hoàn toàn không khó để bắt gặp những chiếc xe được gắn thêm các bộ phận “hầm hố” ở phía sau đuôi của chúng. Những xe kiểu này phần lớn là siêu xe hoặc xe thể thao phiên bản chính hãng từ nhà máy ra, nhưng cũng có không ít chiếc là được “độ” thêm, do chủ xe yêu thích phong cách này nên gắn bổ sung cho xe mình.
Trong ngành công nghiệp ô tô, những bộ phận như thế này được gọi là “wing” (hoặc “rear wing”, do chúng đều gắn ở phía đuôi xe), dịch ra có nghĩa là “cánh gió”. Tuy nhiên, còn một bộ phận khác cũng hay được nhiều người quen miệng gọi bằng thuật ngữ “cánh lướt gió”, nhưng nhìn không hề giống wing chút nào. Đó là “spoiler”, có thể gọi một cách chuẩn xác hơn là “đuôi cá” của xe.
Trên thực tế, mặc dù đều cùng được bố trí ở phía đuôi xe và thường bị nhầm lẫn với nhau nhưng wing và spoiler là hai chi tiết có hình dáng khác nhau hoàn toàn. Bên cạnh đó, dù chúng đều là các bộ phận có tác dụng gây ảnh hưởng đến hiệu quả khí động học của xe, nhưng nhiệm vụ của chúng cũng khác nhau.
Nguyên tắc chung của cánh gió
Để hiểu được tác dụng của wing và spoiler trên ô tô, cần phải đi từ nguồn gốc của bộ phận “cánh” của lĩnh vực hàng không, được ứng dụng trên các loại máy bay. Theo đó, mỗi chiếc máy bay dù nhỏ hay lớn thì đều thực hiện thao tác cất cánh bằng nguyên lý tạo ra lực đẩy lớn. Cụ thể, luồng gió đi qua hai cánh sẽ tạo ra sự chênh lệch áp suất giữa mặt trên và mặt dưới của cánh, từ đó tạo ra lực nâng để cho máy bay được “nhấc lên” khỏi mặt đất.
Ngoài ra còn phải cần đến sự hiện diện của các cánh tà nhỏ trên hai cánh máy bay. Trong quá trình cất cánh, chúng được hạ xuống để lực nâng đạt tới mức tối đa, nhưng khi hạ cánh thì chúng sẽ nâng lên, tạo lực ép xuống nhằm giúp cho máy bay đáp xuống mặt đất một cách thuận lợi, suôn sẻ nhất.
Chính nguyên lý này được áp dụng cho các bộ phận cánh gió wing và spoiler lắp đặt trên ô tô. Tuy nhiên, nếu như wing chỉ có thể tận dụng luồng không khí chạy qua xe lúc xe đang di chuyển để tăng thêm lực ép xuống mặt đường và giữ cho xe thêm ổn định, thì spoiler còn có công dụng khác là làm giảm bớt lực cản khí động học thông qua nỗ lực làm chệch hướng và làm chậm không khí.
Wing
Đầu tiên, cần phải nhận ra thực tế là bộ phận wing thực sự rất hiếm gặp trên những chiếc xe tiêu chuẩn – thậm chí cả những chiếc siêu xe hiệu năng cao. Chiếc xe thể thao cơ bắp Plymouth Superbird như hình trên là một trong những trường hợp ngoại lệ hiếm hoi đó. Thứ mà hầu hết mọi người gọi là “cánh gió” thực ra chỉ là spoiler.
Vậy wing đúng nghĩa có thể được hiểu là một bộ phận có hình dáng đậm tính khí động học, thường là khá to lớn và tạo ấn tượng “hầm hố”, “ngầu” hơn cho chiếc xe. Thiết kế của wing giống như một cánh máy bay bị đảo ngược, tách khỏi bề mặt của xe, sao cho không khí lưu thông phía trên và phía dưới nó với tốc độ khác nhau, tạo ra áp suất khác nhau và từ đó sinh ra lực ép xuống (downforce).
Xe chạy càng nhanh, luồng không khí lưu thông qua càng lớn thì áp suất không khí càng thấp và do đó wing sẽ tạo ra áp suất thấp ở mặt dưới của nó, tạo ra một lượng lực ép xuống nhất định. Ở bề mặt phía trên, áp suất cao được hình thành và cũng tạo ra lực ép đẩy cánh (và cả thân xe) xuống thêm. Tức là cả 2 bề mặt kết hợp với nhau để sinh ra lực ép xuống cần thiết. Đây là điều rất quan trọng với các mẫu xe thể thao hay xe đua, đặc biệt cần thiết khi vào cua ở tốc độ cao. Lúc này, xe cần phải bám đường tốt để tránh hiện tượng mất cân bằng, dễ dẫn đến văng đuôi hoặc bị đẩy ngang ra ngoài hướng đi mong muốn.
Ngoài hình dạng đặc biệt, một chiếc wing còn cần thêm hai yếu tố khác nữa để hoạt động hiệu quả. Đầu tiên, wing cần phải được lắp đặt ở một vị trí hợp lý sau đuôi xe, nơi mà luồng không khí phải đảm bảo là không bị nhiễu loạn (thuật ngữ chuyên ngành gọi là “không khí sạch”). Thường thì ở phía sau xe không khí sẽ luôn ít nhiều bị nhiễu loạn, với hướng gió và tốc độ gió hoàn toàn ngẫu nhiên, khó kiểm soát. Nếu wing được đặt trong vùng không khí nhiễu loạn thì sẽ không thể có được luồng khí trơn tru lưu thông qua bề mặt trên và dưới của nó để hoạt động đúng chức năng.
Thứ hai, quan trọng hơn, wing phải được thiết kế sao cho nó không bị “stall”. Khi góc tiếp xúc của wing với luồng không khí tăng lên (tức là phần sau của wing được đặt ở vị trí ngày càng cao hơn phía trước), lực ép xuống sẽ tăng lên cho đến khi cánh đạt đến một góc tới hạn, trong ngành gọi là “stall angle”. Tại điểm đó, luồng không khí sẽ không còn tuân theo hình dáng của wing nữa, đặc biệt là ở phía bên dưới. Điều này rất tệ vì đó là lúc lực ép xuống giảm đi nhiều còn lực cản tăng vọt lên. Cần lưu ý rằng góc tiếp xúc được đo theo hướng luồng không khí thực tế chứ không phải so với phương ngang (song song với mặt đất).
Có rất nhiều loại wing không đạt hiệu quả cao vì vi phạm những yếu tố nêu trên. Ví dụ, một chiếc wing được đặt trên xe có phần lưng dốc sẽ phải hoạt động trong điều kiện không khí chuyển động hướng xuống dưới theo cùng một góc với thân xe phía sau. Đôi khi, như trong bức ảnh này, điều đó có nghĩa là wing thực sự phải được tạo góc sao cho mặt trước của nó cao hơn mặt sau để có được góc tiếp xúc phù hợp với luồng không khí.
Spoiler
Khi xuất hiện ở phía sau đuôi xe, bộ phận có tên gọi spoiler hoạt động theo cơ chế hoàn toàn khác biệt so với wing. Tác dụng của spoiler là làm chậm và chuyển hướng luồng không khí, trong đó quan trọng nhất là giảm tốc độ của luồng không khí trên thân xe tại vị trí ngay phía trước của spoiler. Vì tốc độ của luồng không khí trên thân xe có liên quan trực tiếp đến áp suất (lực đẩy hoặc kéo tác động lên thân xe) mà không khí tạo nên, việc làm cho không khí chậm lại sẽ làm tăng áp suất.
Đối với những chiếc xe được thiết kế với độ dốc lớn ở khu vực cửa sổ phía sau (chẳng hạn như chiếc Porsche Cayman thế hệ 981 này) hoặc thậm chí là ở nắp cốp, nếu tốc độ luồng không khí nhanh sẽ tạo ra áp suất thấp và khiến xe bị nâng lên. Bằng cách đặt spoiler ở ngay trên đường đi của luồng không khí, nó sẽ chậm lại và áp suất ở ngay phía trước spoiler sẽ cao hơn, giúp cho lực nâng bị giảm đi và thậm chí có thể tạo thành lực ép xuống.
Để vận hành đúng chức năng, spoiler thực ra không cần phải có hình dạng đặc biệt nào cả, khác với wing cần phải được tạo hình rất cụ thể. Spoiler có thể phẳng, cong hoặc bất cứ thứ gì, miễn là nó hòa vào luồng không khí và làm chậm không khí phía trước nó. Tuy nhiên, tương tự như wing, spoiler cần được đặt ở vị trí tránh không khí nhiễu loạn, có nghĩa là luồng không khí ở ngay phía trước nó phải lướt dọc theo chiều dài thân xe.
Gần như toàn bộ các nhà sản xuất ô tô hiện nay đều chỉ trang bị spoiler cho xe của họ, chứ không phải wing. Lý do là vì nếu lắp đặt wing, bộ phận này trong hầu hết điều kiện sử dụng thông thường sẽ bị “stall” bởi góc tiếp xúc quá cao, dẫn đến… vô dụng hoàn toàn về mặt hiệu quả khí động học. Ngay cả khi thoạt nhìn giống như wing, nó thực chất vẫn chỉ đảm nhận chức năng của spoiler, như trường hợp của chiếc Aston Martin V12 Zagato trong ảnh trên.
Vì hình dạng của spoiler ra sao không quan trọng nên các nhà thiết kế xe có thể tạo hình cho chúng theo bất cứ kiểu gì mà họ muốn, đa phần là sẽ có tính thẩm mỹ bổ trợ cho kiểu dáng tổng thể của xe. Đều đó cũng có nghĩa là nếu bạn muốn lắp đặt thêm spoiler cho xe của mình, bạn cũng không gặp bất cứ khó khăn gì trong việc lựa chọn hình khối, chỉ cần đặt đúng vị trí là được.
Một lý do khác để các nhà sản xuất ô tô ưa chuộng spoiler là vì bộ phận này vừa có thể giảm lực nâng, vừa giúp giảm bớt lực cản không khí. Với spoiler, luồng không khí trườn xuống đuôi xe được hướng đi lên phía trên và đẩy ra xa đuôi xe, tránh làm nhiễu loạn không khí ở sau đuôi xe. Vì vậy, spoiler thường gắn vào đuôi xe theo kiểu dính liền để không có khoảng hở, hoặc nếu có thì cũng rất nhỏ. Kích thước spoiler cũng không được quá lớn, vì đến một ngưỡng nhất định sẽ làm tăng không khí nhiễu loạn phía sau đuôi xe, qua đó tăng lực cản và trở nên kém hiệu quả.
Xét về khả năng làm tăng lực ép xuống mặt đường, wing luôn luôn vượt trội hoàn toàn so với spoiler, nhưng kèm theo đó là lực cản vẫn đáng kể. Dẫu vậy, một chiếc wing được thiết kế cẩn thận sẽ tạo lực cản rất ít so với tác dụng tăng lực ép xuống của nó. Nhưng trong thực tế thì các hãng làm “đồ chơi” cho xe thường thiết kế wing với kiểu dáng rất “hầm hố”, với mục đích tăng lực ép xuống lên mức tối đa (và tăng độ “ngầu” cho xe) mà không để tâm lắm đến yếu tố lực cản. Không khó để tìm thấy những chiếc wing to lớn có khả năng tạo lực ép xuống nhiều gấp đôi so với kiểu wing nhỏ gọn hơn, nhưng lực cản thì nhiều tới gấp 8 lần.
Hãy nhớ rằng những chiếc xe F1 và những loại xe đua tương tự có lực cản khí động học rất lớn, nên kiểu wing của chúng không có nhiều giá trị thực tiễn để lắp cho xe chạy phố hàng ngày. Tất nhiên, với nhu cầu tăng lực ép xuống và không quan tâm đến lực cản thì bạn có thể lắp wing ra sao cũng được.
Kết hợp cả wing và spoiler
Một số mẫu xe sử dụng cả hai, tạo ra cụm cánh gió tổng hợp. Nếu như wing đã được đặt cố định ở sau đuôi xe, thì spoiler có thể là bất kỳ phần nào của thân xe với mục đích loại bỏ luồng không khí không mong muốn. Wing và spoiler hoạt động độc lập với nhau, cung cấp cả lực ép xuống dành cho xe và củng cố thêm khả năng loại bỏ lực cản khỏi xe.
Vậy có nên lắp wing hay spoiler nếu xe bạn chưa có?
Cả wing và spoiler đều có giá trị về khía cạnh thẩm mỹ, khiến xe trở nên ấn tượng hơn và đó cũng là tác dụng chính của chúng đối với không ít người. Đối với câu hỏi rằng liệu có đáng lắp thêm wing hay spoiler để đạt được lợi ích khí động học chứ không chỉ vì vẻ ngoài, thì câu trả lời sẽ là có, nhưng kèm điều kiện quan trọng: bạn phải tuân thủ các nguyên tắc về tránh vùng không khí nhiễu loạn.
Nếu lắp đặt đúng cách, wing hay spoiler đều có thể giúp cải thiện cảm giác lái rất nhiều và cảm nhận được ngay cả khi xe chạy với vận tốc hợp pháp trên đường công cộng (vốn không thể so được với vận tốc trong đường đua). Những kết quả đó bao gồm độ ổn định trên đường thẳng và độ bám đường khi vào cua tốt hơn đáng kể.
Tổng hợp
Le Hai.