Tag Archives: aerodinamica

Aerodinamica in Formula 1


Chiar daca in sezonul care sta sa inceapa, aerodinamica nu va mai juca un rol atat de important ca si pana acum, in randurile de mai jos o sa incerc sa prezint principiile de baza ale aerodinamicii, ramanand unul din elementele cheie de la care se porneste in conceperea unei masini de curse.

 

Aerodinamica reprezinta studiul fortelor rezultate miscarii unui obiect prin aer. Aerodinamica a devenit cheia succesului in motorsport, iar echipele cheltuie anual zeci de milioane de dolari in cercetarea si dezvoltarea acestui concept.

 

Studiul aerodinamicii influenteaza felul in care monopostul se deplaseaza prin aer, incercand sa reduca frecarea cu aerul, dar tot in acelasi timp sa creasca forta de apasare la sol. Toate echipele implicate in Formula 1 aduc imbunatatiri aerodinamice la fiecare cursa, chiar si pentru un timp pe tur mai bun cu o sutime de secunda,iar aceste imbunatatiri atat de mici sunt proiectate si modelate cu ajutorul programelor CFD (Computational fluid dynamics). Dupa productia la scara, elementele noi sunt testate in tunele aerodinamice, si abia dupa acest test se trece la productia finala.

 

Echipele din Formula 1 sunt la ora actuala cele mai puternice din motorsport din punctul de vedere al eficientei aerodinamice a echipamentului de concurs. Acestea au printre cele mai puternice programe de simulare aerodinamica, rivalizand cu cele din industria aeronautica.

advantage_cfd_example
Exemplu de simulare CFD

Din punctul de vedere al spectatorului, un monopost se poate diviza in 3 parti: aripa fata, corpul si aripa spate. Fiecare dintre aceste parti poate fi imbunatatita pentru a genera o forta de apasare necesara astfel incat forta de frecare cu aerul sa fie minima. Fiecare componenta influenteaza comportamentul masinii si nu poate fi considerata ca o componenta individuala. Asadar, niciun element nou nu este testat individual, ci este introdus intr-o macheta la scara a intregului monopost.

 

Deoarece o masina de curse, in acest caz un monopost, reprezinta un sistem aerodinamic foarte complex, inginerii aleg sa o dezvolte treptat si sa observe efectul asupra intregului ansamblu. Imbunatatirea adusa intregului ansamblu se poate calcula cu legea lui Amdahl: Seff=Sf/(Sf*(1-f)+f), unde f reprezinta partea din intreg care poate fi imbunatatita (daca aceasta parte genereaza o frecare cu aerul de 5% din intreaga valoare determinata de masina, atunci f=0.05), Sf este factorul de imbunatatire a lui f, iar Seff este imbunatatirea obtinuta raportata la intreg sistemul de referita (monopostul, in cazul de fata).

 

Ce reprezinta drag-ul si dowforce-ul?

Drag Coefficients

Drag-ul, sau forta de frecare cu aerul (sau rezistenta la inaintare), este o forta aerodinamica de semn contrar cu vectorul vitezei unui corp care se misca prin aer, sau orice alt fluid. Marimea acestei forte este direct proportionala cu diferenta dintre viteza aerului si a obiectului. Astfel nu este important daca aerul se misca in jurul unui obiect static, sau un obiect se deplaseaza prin aer. Acest principiu este utilizat in tunele aerodinamice. Echipele din Formula 1 incearca sa combata acest fenomen adaugand acele “cutite” aerodinamice.  Acest fenomen se cuantifica prin coeficientul de frecare cu aerul (Cd ,drag coefficient). Cu cat Cd este mai mare, cu atat aerul genereaza o forta mai mare, astfel un coeficient egal cu 1 arata ca obiectul va fi oprit de aer, pe cand un obiect cu coeficientul de frecare egal cu zero este considerat ideal. Formula cu care se poate calcula forta de frecare cu aerul este urmatoarea: Fd=-1/2*ro*v^2*A*Cd*v(vector), unde Fd se masoara in Newton, ro reprezinta desitatea aerului, v viteza obiectului relativa la viteza fluidului in m/s, A suprafata de referinta, iar Cd coeficientul de frecare.

 

Downforce-ul, sau forta de apasare la sol, este forta cu care aerul “tine” monopostul lipit de sol. Exista doua modalitati importante de generare a acestui tip de forta: prin utilizarea aripilor deportante sau prin folosirea “efectului de sol”. Aripile deportante sunt adesea proiectate sa aiba o grosime mai mare in partea inferioara, astfel aerul care va trece pe sub acestea o sa aiba o presiune mai mica. In partea de sus a aripii, viteza aerului este mai mica, presiunea este mai mare, iar aceasta diferenta de presiune va genera o forta de apasare asupra aripii.

 

Efectul de sol a reprezentat o mare descoperire in Formula 1. Chiar daca regulamentul prevede ca podeaua monopostului sa fie dreapta, inginerii au introdus difuzorul spate ca generator al acestui efect. Aerul care circula pe sub monopost este accelerat pentru a-i scadea presiunea, apoi difuzorul are rolul de a incetini acest flux de aer pana la o viteza si o presiune apropiate de cele ale fluxului de aer care trece pe langa masina, pentru a micsora rezistenta la inaintare.

Setarea aripii fata a monopostului BMW Sauber F1.08 pentru Marele Premiu al statului Monaco
Setarea aripii fata a monopostului BMW Sauber F1.08 pentru Marele Premiu al statului Monaco

Iata de ce in ultimii ani aerodinamica a devenit poate cel mai important element in conceperea si creearea unei masini de curse, acest fenomen luand locul puterii generate de motor, pe care se punea accent in urma cu cateva decenii. Toate echipele si constructorii de top implicati in puternicele competitii de motorsport precum Formula 1, Le Mans, DTM, etc. au in dotare un tunel aerodinamic unde sunt testate noi si noi componente.