Sürtünme kuvveti - Downforce
Downforce , bir aracın aerodinamik özellikleri tarafından oluşturulan aşağı doğru bir kaldırma kuvvetidir . Araç bir araba ise, yere basmanın amacı, lastikler üzerindeki dikey kuvveti artırarak aracın daha hızlı hareket etmesini sağlamak ve böylece daha fazla yol tutuşu yaratmaktır . Araç sabit kanatlı bir uçaksa, yatay dengeleyici üzerindeki bastırma kuvvetinin amacı, uzunlamasına dengeyi korumak ve pilotun uçağı eğimde kontrol etmesine izin vermektir.
Temel prensipler
Bir uçağın kanatlarından kaldırma oluşturarak yerden yükselmesine izin veren aynı prensip , yarış arabasını pistin yüzeyine bastıran kuvveti uygulamak için ters yönde kullanılır. Bu etkiye "aerodinamik tutuş" denir ve otomobilin kütlesi, lastikleri ve süspansiyonunun bir fonksiyonu olan "mekanik tutuş"tan ayırt edilir. Pasif cihazlar tarafından bastırma kuvvetinin yaratılması, yalnızca artan aerodinamik sürtünme (veya sürtünme ) pahasına elde edilebilir ve optimum kurulum, neredeyse her zaman ikisi arasında bir uzlaşmadır. Bir otomobilin aerodinamik yapısı, düzlüklerin uzunluğuna ve virajların türüne bağlı olarak yarış pistleri arasında önemli ölçüde farklılık gösterebilir. Otomobilin altındaki ve üstündeki hava akışının bir fonksiyonu olduğundan, yere basma kuvveti otomobilin hızının karesiyle artar ve önemli bir etki yaratmak için belirli bir minimum hız gerektirir. Bazı otomobillerin oldukça dengesiz aerodinamiği vardı, öyle ki hücum açısındaki veya aracın yüksekliğindeki küçük bir değişiklik, yere basma kuvvetinde büyük değişikliklere neden olabilir. En kötü durumlarda bu, otomobilin yere basma yerine kaldırma etkisi yaşamasına neden olabilir; örneğin, bir parça veya bir şişlik üzerinden geçirilerek birleştirilmiş yükleme Tepe üzerinde: Bu gibi bazı yıkıcı sonuçlara sahip olabilir Mark Webber 'in ve Peter Dumbreck ' ın Mercedes-Benz CLR içinde 1999 Le Mans 24 Saat Yarışı çevirdi, bir kambur üzerinde rakip bir arabayı yakından takip ettikten sonra olağanüstü.
Bir yarış otomobilinin iki ana bileşeni, otomobil yarış hızında giderken yere basma kuvveti oluşturmak için kullanılabilir:
- vücudun şekli ve
- hava folyolarının kullanımı .
Çoğu yarış formülünde, pit stoplar dışında yarış sırasında ayarlanabilen aerodinamik cihazlar yasaklanmıştır .
Bir kanadın uyguladığı bastırma kuvveti, genellikle kaldırma katsayısının bir fonksiyonu olarak ifade edilir :
nerede:
- D , yere basma kuvvetidir (SI birimi: Newton )
- W ise kanat genişliği (SI birimi: metre)
- H olan akort ön alan temel kullanılarak, eğer F ise kanat alanı bazında ya da kanat kalınlığı: kanadı (m SI birimi) arasında
- F olduğu kaldırma katsayısı
- ρ olan hava yoğunluğu (SI birim: kg / 3 )
- h bir hızı (m / s SI birim)
Belirli çalışma koşullarında ve kanat stall olmadığında, kaldırma katsayısı sabit bir değere sahiptir: bu durumda yere basma kuvveti, hava hızının karesiyle orantılıdır.
Aerodinamikte, kaldırma katsayısını tanımlamak için bir referans yüzeyi olarak kanadın üstten görünüş öngörülen alanını kullanmak olağandır.
Vücut
Arabanın üst kısmının yuvarlatılmış ve sivrilen şekli, havayı kesecek ve rüzgar direncini en aza indirecek şekilde tasarlanmıştır. Yere basma kuvveti yaratan unsurlara (yani kanatlar veya spoyler ve gövde altı tünelleri) ulaşmak için düzgün bir hava akışı sağlamak için otomobilin üstüne ayrıntılı karoser parçaları eklenebilir.
Bir sokak arabasının genel şekli bir uçak kanadına benzer. Hemen hemen tüm sokak arabaları bu şeklin bir sonucu olarak aerodinamik kaldırmaya sahiptir. Bir sokak arabasını dengelemek için kullanılan birçok teknik vardır. Çoğu sokak otomobilinin profiline bakıldığında, ön tampon en düşük yerden yüksekliğe sahiptir ve bunu ön ve arka lastikler arasındaki bölümü takip eder ve bunu genellikle en yüksek açıklığa sahip bir arka tampon izler. Bu yöntemi kullanarak, ön tamponun altından akan hava, daha düşük bir kesit alanına sıkıştırılacak ve böylece daha düşük bir basınç elde edilecektir. Ek yere basma kuvveti, araç gövdesinin eğiminden (veya açısından) gelir, bu da alt taraftaki havayı yukarı yönlendirir ve aşağı doğru bir kuvvet oluşturur ve hava akış yönü yüzeye dik olarak yaklaştığından aracın üstündeki basıncı arttırır. Hacim, yaygın bir yanılgıya rağmen kapalı bir hacim olmadığı için hava basıncını etkilemez. Yarış arabaları, difüzörün önündeki otomobilin altındaki havayı hızlandırmak için bir arka difüzör ekleyerek ve otomobilin uyanmasını azaltmak için arkasındaki hava basıncını yükselterek bu etkiyi örnekleyecektir . Yere basma kuvvetini iyileştirmek ve/veya sürtünmeyi azaltmak için alt tarafta bulunabilecek diğer aerodinamik bileşenler arasında ayırıcılar ve girdap oluşturucular bulunur.
DeltaWing gibi bazı arabaların kanatları yoktur ve tüm yere basma kuvvetlerini vücutları aracılığıyla üretirler.
kanat profilleri
Bir arabadaki kanatların veya rüzgarlıkların yarattığı yere basma kuvvetinin büyüklüğü öncelikle üç şeye bağlıdır:
- Cihazın yüzey alanı, en boy oranı ve enine kesiti dahil şekli ,
- Cihazın yönü (veya hücum açısı ) ve
- Aracın hızı.
Daha büyük bir yüzey alanı, daha fazla bastırma kuvveti ve daha fazla sürükleme yaratır . En-boy oranı, kanat profilinin genişliğinin kirişine bölümüdür. Kanat dikdörtgen değilse, en boy oranı AR=b 2 /s yazılır , burada AR=en boy oranı, b=açıklık ve s=kanat alanı. Ayrıca, kanadın veya spoylerin daha büyük bir hücum açısı (veya eğimi), daha fazla yere basma kuvveti yaratır, bu da arka tekerleklere daha fazla baskı uygular ve daha fazla sürüklenme yaratır.
Ön
Arabanın önündeki kanatların işlevi iki yönlüdür. Ön lastiklerin tutuşunu artıran bastırma kuvveti yaratırken, aynı zamanda aracın geri kalanına hava akışını optimize eder (veya rahatsızlığı en aza indirir). Açık tekerlekli bir arabadaki ön kanatlar, veriler yarıştan yarışa toplandığından ve belirli bir pistin her özelliği için özelleştirildiğinden sürekli değişikliğe uğrar (en üstteki fotoğraflara bakın). Çoğu seride, kanatlar, araca servis yapılırken yarış sırasında bile ayarlanacak şekilde tasarlanmıştır.
Arka
Otomobilin arkasındaki hava akışı ön kanatlar, ön tekerlekler, aynalar, sürücü kaskı, yan bölmeler ve egzozdan etkilenir. Bu, arka kanadın aerodinamik olarak ön kanattan daha az verimli olmasına neden olur, Yine de, arabayı dengelemek için yol tutuşunu korumak için ön kanatların iki katından daha fazla bastırma kuvveti üretmesi gerektiğinden, arka kanat tipik olarak çok daha büyük bir güce sahiptir. en-boy oranı ve oluşturulan bastırma kuvveti miktarını birleştirmek için genellikle iki veya daha fazla öğe kullanır (soldaki fotoğrafa bakın). Ön kanatlar gibi, bu öğelerin her biri genellikle otomobile bakım yapıldığında, bir yarıştan önce veya hatta yarış sırasında ayarlanabilir ve sürekli dikkat ve modifikasyonun nesnesidir.
Alışılmadık yerlerde kanatlar
Kısmen F1 araçlarının ön ve arka kanatlarından gelen yere basma kuvvetini azaltmayı amaçlayan kuralların bir sonucu olarak, birkaç takım kanatları yerleştirmek için başka yerler bulmaya çalıştı. Arabaların sidepod'larının arkasına monte edilen küçük kanatlar 1994'ün ortalarında ortaya çıkmaya başladı ve 2009'da tüm bu tür cihazlar yasaklanana kadar şu ya da bu şekilde tüm F1 arabalarında neredeyse standarttı. Ancak bu modifikasyonlar genellikle yalnızca yere basma kuvvetinin en çok arandığı pistlerde, özellikle de virajlı Macaristan ve Monako yarış pistlerinde kullanılır.
1995 McLaren Mercedes MP4/10, motor kapağının üstüne bir kanat monte etmek için düzenlemelerde bir boşluk kullanarak "orta kanat" özelliğine sahip ilk otomobillerden biriydi. Bu düzenleme o zamandan beri griddeki her takım tarafından bir kerede kullanıldı ve 2007 Monaco Grand Prix'sinde iki takım hariç hepsi onları kullandı. Bu orta kanatlar, her arabanın tüm yarışlarda standart olarak taşıdığı çembere monteli kameralarla veya ilk olarak McLaren tarafından ve o zamandan beri BMW Sauber tarafından kullanılan ve birincil işlevi yumuşaklık sağlamak olan boğa boynuzu şeklindeki akış kontrolörleriyle karıştırılmamalıdır. ve arka kanadın kendilerini yere basma kuvveti oluşturmak yerine daha etkili hale getirmek için hava akışını yeniden yönlendirin.
Bu temanın bir varyasyonu "X-wings" idi, sidepod'ların önüne monte edilmiş yüksek kanatlar orta kanatlara benzer bir boşluk kullanıyordu. Bunlar ilk olarak 1997'de Tyrrell tarafından kullanıldı ve en son 1998 San Marino Grand Prix'sinde kullanıldı, o sırada Ferrari, Sauber, Jordan ve diğerleri böyle bir düzenlemeyi kullanmıştı. Ancak yakıt ikmali sırasında yol açtıkları tıkanıklık ve bir aracın devrilmesi durumunda sürücü için oluşturacakları risk nedeniyle yasaklanmaları gerektiğine karar verildi. (Bernie Ecclestone'un televizyonda onları çok çirkin gördüğü ve bu nedenle yasakladığı söyleniyor).
Zaman zaman diğer çeşitli ekstra kanatlar denendi, ancak günümüzde takımlar için daha yaygın olarak, yukarıda bahsedilen "boğa boynuzları" gibi çeşitli akış kontrolörlerini kullanarak ön ve arka kanatların performansını iyileştirmeye çalışıyorlar. McLaren'ın kullandığı
Ayrıca bakınız
- Bernoulli ilkesi
- Vücut kiti
- Formula 1 arabası
- Kavrama (oto yarışı)
- Arabalarda yer etkisi
- Kaldırma kuvveti)
- Rüzgar tüneli
daha fazla okuma
- Simon McBeath, Rekabet Aracı Downforce: A Practical Handbook , SAE International, 2000, ISBN 1-85960-662-8
- Simon McBeath, Yarış Arabası Aerodinamiği , Sparkford, Haynes, 2006
- Enrico Benzing , Ali / Kanatlar. Progettazione ve aplikasyon için oto da corsa. Tasarımları ve yarış arabalarına uygulanması , Milano, Nada, 2012. İki Dilli (İtalyanca-İngilizce)