باج ۱۰ تا ۲۵ درصدی به باد: باربندهای سقفی چطور مصرف سوخت ماشین شما را بالا می‌برند

برای کسی که آخر هفته‌ها به دل جاده می‌زند، یک جعبه باربند سقفی حکم یک ناجی را دارد؛ یک گاوصندوق ۱۶ فوت مکعبی که چوب‌های اسکی، چادرها و ساک‌های مسافرتی را می‌بلعد، فضای داخل کابین را برای سرنشینان آزاد می‌گذارد و سفرهای طولانی را بی‌نهایت راحت‌تر می‌کند. اما برای یک متخصص آیرودینامیک، همین جعبه دقیقاً مثل یک چتر نجات زمخت است که به حساس‌ترین سطح خودرو در برابر جریان هوا پیچ شده است؛ چیزی که جریان هوا را به شدت مختل کرده و موتور را مجبور می‌کند تا به شکل تصاعدی سخت‌تر کار کند. تقابل بین کارایی و مصرف بهینه در هر بزرگراهی به چشم می‌خورد؛ جایی که راحتیِ داشتن فضای بار خارجی با قوانین سرسختانه فیزیک و مقاومت هوا سرشاخ می‌شود. هیچ‌کدام از این دو نگاه کاملاً اشتباه نیستند، اما راننده‌ای که پشت فرمان نشسته، به ندرت متوجه هزینه مالیِ اولویت دادن به این راحتی می‌شود.

هسته اصلی مشکل به نحوه مهندسی پایه خودروهای مدرن برمی‌گردد. خودروسازان میلیون‌ها دلار در تونل‌های باد هزینه می‌کنند تا کاپوت‌ها، شیشه‌های جلو و خطوط سقف را طوری طراحی کنند که هوا به نرمی روی شاسی جریان یابد و مقاومت به حداقل برسد. وقتی یک راننده میله‌های باربند و یک جعبه بار حجیم را نصب می‌کند، در واقع یک مانع بزرگ را وارد این جریان هوای با دقت مدیریت‌شده می‌کند. این اختلال باعث ایجاد تلاطم شدید و یک منطقه کم‌فشار در پشت جعبه می‌شود که خودرو را به عقب می‌کشد و موتور را مجبور می‌کند برای حفظ یک سرعت ثابت در بزرگراه، سوخت بسیار بیشتری بسوزاند.[2]

هزینه مالی و زیست‌محیطی این مقاومت هوا، به ویژه برای کسانی که زیاد سفر می‌کنند، قابل توجه است. بر اساس یک مطالعه مهم که توسط محققان آزمایشگاه ملی لارنس برکلی (Lawrence Berkeley National Laboratory) و آزمایشگاه ملی انرژی‌های تجدیدپذیر (National Renewable Energy Laboratory) انجام شده است، یک باربند سقفی پر از بار می‌تواند بازدهی سوخت یک خودروی سواری را بین ۱۰ تا ۲۵ درصد کاهش دهد. جریمه دقیق این افت بازدهی به شدت به پیکربندی خاص باربند، اندازه و شکل جعبه بار و وضعیت آیرودینامیک پایه خود خودرو بستگی دارد، اما این کاهش کارایی در تمام برندها و مدل‌ها یک واقعیت انکارناپذیر است.[1]

از آنجا که مقاومت هوا با مجذور سرعت افزایش می‌یابد، جریمه سوخت یک رقم ثابت نیست؛ بلکه هرچه تندتر برانید، به شکل تصاعدی بالا می‌رود. جعبه باری که در یک سفر کوتاه درون‌شهری با سرعت ۳۵ مایل در ساعت تا ابزارفروشی محله به سختی روی آمپر بنزین تاثیر می‌گذارد، در سرعت ۷۵ مایل در ساعت در بزرگراه به یک بار مالی سنگین تبدیل می‌شود. در سرعت‌های بزرگراهی، مقاومت هوا تقریباً ۷۵ تا ۸۰ درصد از کل مقاومت حرکتی خودرو را تشکیل می‌دهد؛ به این معنی که هرگونه اختلال در خط سقف ماشین، فوراً در پمپ بنزین احساس شده و مستقیماً جیب مالک را خالی می‌کند.[1][2]

جالب اینجاست که بزرگترین منبع هدررفت سوخت در سطح ملی، ناشی از جعبه‌های باربند پر در سفرهای جاده‌ای تابستانی نیست، بلکه مقصر اصلی باربندهای خالی هستند که به دلایل زیبایی‌شناختی یا راحتی، در تمام طول سال روی خودروها باقی می‌مانند. مطالعه آزمایشگاه برکلی نشان داد که در سال ۲۰۱۵، باربندهای سقفی مسئول ۰٫۸ درصد از کل مصرف سوخت خودروهای سبک در ایالات متحده بوده‌اند که تقریباً ۱۰۰ میلیون گالن بنزین را هدر داده است. اکثریت قریب به اتفاق این مسافت‌ها با باربندهای خالی طی شده‌اند که نشان می‌دهد عادت‌های رانندگان تا چه حد در افت کلی بازدهی سوخت نقش دارد.[3][4]

حتی یک مجموعه خالی از میله‌های باربند نیز جریان هوا را به قدری مختل می‌کند که بسته به نوع طراحی، بازدهی سوخت را بین ۲ تا ۱۰ درصد کاهش می‌دهد. آلن مایر (Alan Meier)، محقق آزمایشگاه ملی لارنس برکلی، در این باره می‌گوید: «من همیشه مجذوب مصرف انرژی‌ای بوده‌ام که به نوعی نادیده گرفته شده یا از قلم افتاده است؛ مثلاً به این دلیل که در رویه‌های آزمایشی لحاظ نشده است.» از آنجا که لوازم جانبیِ پس از فروش در آزمایش‌های رسمی مصرف سوخت آژانس حفاظت از محیط زیست (EPA) گنجانده نمی‌شوند، مصرف‌کنندگان به ندرت متوجه هزینه واقعیِ رها کردن باربندها روی ماشین در زمان‌هایی که باری حمل نمی‌کنند، می‌شوند.[2]

این تاثیر همچنین به بازدهی اولیه خودرو بستگی دارد؛ موضوعی که اغلب خریدارانی را که مصرف سوخت برایشان در اولویت است، غافلگیر می‌کند. یک سدان شهری با آیرودینامیک بالا و مصرف ۴۰ مایل بر گالن (MPG)، در صورت نصب همان جعبه باربند، درصد افت سوخت بیشتری را نسبت به یک شاسی‌بلند آفرود جعبه‌ای‌شکل با مصرف ۱۵ مایل بر گالن تجربه خواهد کرد. سدان برای رسیدن به این مصرف کم، به شدت به شکل صیقلی خود متکی است؛ وقتی این شکل به هم می‌ریزد، مزایای بازدهی طراحی کم‌مقاومت آن عملاً از بین می‌رود و در نهایت، مالک سدان مسافت مطلق بیشتری را در هر باک نسبت به راننده شاسی‌بلند از دست می‌دهد.[1][5]

با پیش‌بینی افزایش ۲۰۰ درصدی استفاده از باربندهای سقفی تا سال ۲۰۴۰، کاهش این مقاومت هوا به یک اولویت برای تولیدکنندگان و سیاست‌گذاران تبدیل شده است. طراحی‌های مدرن باربندها در حال فاصله گرفتن از لوله‌های گرد یا مربع و حرکت به سمت میله‌های آیرودینامیک (ایرفویل) هستند که هوا را می‌شکافند. همچنین بسیاری از جعبه‌های بار اکنون دارای سطوح فرورفته یا دم‌های مخروطی برای کاهش تلاطم هوا هستند. با این حال، موثرترین راه‌حل همچنان ساده‌ترینِ آن‌هاست: برداشتن کامل باربند زمانی که باری روی آن نیست. این کار فوراً بازدهی پایه خودرو را برمی‌گرداند و پول مالک را در جیبش نگه می‌دارد.[4]