Εξηγήσεις για το φαινόμενο εδάφους | Αεροδυναμική Venturi F1 2022

Εξηγήσεις για την downforce και το ground effect

Η παρακάτω εικόνα δείχνει το κύριες δυνάμεις που ενεργούν σε ένα αεροσκάφος: lift (L "Lift"), αντίσταση (D "Drag"), βάρος (W "Βάρος") και ώθηση (T "Thrust")). V υποδεικνύει τη φαινομενική κατεύθυνση του ανέμου. Μιλήσαμε επίσης για την αντίσταση και την ανύψωση σε ένα ειδικό άρθρο εδώ.

Η διαδικασία με την οποία το αεροπλάνο πετάει και το αγωνιστικό αυτοκίνητο, παρότι έχει μεγάλη ταχύτητα, παραμένει προσκολλημένο στο έδαφος δεν είναι τόσο απλή- πολλές δυνάμεις δρουν στο φτερά του αεροπλάνου και στα διάφορα εξαρτήματα του αυτοκινήτου: η ανύψωση και η δύναμη-βάρος δρουν κατακόρυφα, επομένως η συνισταμένη τους επιτρέπει στο όχημα να ανυψωθεί ή να χαμηλώσει, ενώ η αντίσταση και η ώθηση του κινητήρα δρουν οριζόντια, επομένως η συνισταμένη τους επιτρέπει στο όχημα να πηγαίνει πιο γρήγορα ή πιο αργά.

Πώς δημιουργούμε downforce; Όχι μόνο με την επίδραση του εδάφους.

Ανελκυστήρας δεν είναι πάντα αντίθετη προς τη δύναμη-βάρος, αλλά μπορεί να ακολουθήστε οποιαδήποτε κατεύθυνση. Στην πραγματικότητα, κατά την πλεύση των αεροπλάνων γενικά η άνωση έχει την ίδια κατεύθυνση με το βάρος και προς την αντίθετη κατεύθυνση, αλλά όταν το αεροπλάνο ανεβαίνει ή πέφτει σε ύψος ή όταν κάνει στροφή, η άνωση θα έχει κλίση σε σχέση με την κατακόρυφο. Σε ορισμένους ακροβατικούς ελιγμούς, η άνωση μπορεί να έχει την ίδια κατεύθυνση με τη δύναμη-βάρος. Σε αυτή την περίπτωση ο όρος downforce χρησιμοποιείται. Η δύναμη αυτή αξιοποιείται κυρίως στον τομέα της αυτοκινητοβιομηχανίας, όταν τα αυτοκίνητα φτάνουν σε υψηλές ταχύτητες, προκειμένου να διασφαλιστεί η πρόσφυση των ελαστικών στο έδαφος.

Η ιδέα επομένως είναι να αυξηθεί αυτή η κανονική δύναμη (που ονομάζεται αεροδυναμική συνιστώσα) προσθέτοντάς την στην στατικό στοιχείο, που δίνεται από το βάρος του αυτοκινήτου.

Για να επιτευχθεί αυτό το αποτέλεσμα, ειδικές εφαρμόζονται τα πηδάλια (τόσο μπροστά από το μπροστινό μέρος όσο και πίσω από το πίσω μέρος), τα οποία εκμεταλλεύονται την ίδια αρχή με τις πτέρυγες του αεροσκάφους, αλλά στο απέναντι κατεύθυνση. Όταν οι μηχανικοί της πίστας αλλάζουν την κλίση των πτερυγίων, το κάνουν για να αλλάξουν την προσπίπτουσα δύναμη ανάλογα με τα χαρακτηριστικά της πίστας (στριφογυριστό ή όχι), το απαιτούμενο τελείωμα ή τις περιβαλλοντικές συνθήκες του εδάφους (ξηρό ή υγρό).

Εκτός από την αλλαγή της επίδρασης των πτερυγίων για την αλλαγή της συνεισφοράς της downforce, ένα άλλο μέθοδος για την αύξηση της downforce είναι η χρήση ενός επίπεδος πυθμένας του αυτοκινήτου μαζί με τη χρήση του λεγόμενου μίνι φούστες και έναν οπίσθιο εξολκέα (το γνωστό πίσω διαχύτης), έτσι ώστε να δημιουργηθεί μια κατάθλιψη κάτω από το αυτοκίνητο επιταχύνοντας το ρευστό μεταξύ του εδάφους και του πυθμένα του αυτοκινήτου σε σχέση με το ρευστό πάνω από αυτό, σύμφωνα πάντα με την αρχή Bernoulli.

ΔΙΑΒΑΣΤΕ: Η ΑΕΡΟΔΥΝΑΜΙΚΉ ΜΙΑΣ ΠΊΣΩ ΠΤΈΡΥΓΑΣ ΤΗΣ F1 - CFD EXPLAINED IN MOTORSPORT

Το φαινόμενο εδάφους εξηγείται

Αυτό το στρατήγημα εκμεταλλεύεται το φαινόμενο του εδάφους, το οποίο συνίσταται σε μια τροποποίηση του αεροδυναμικού πεδίου γύρω από το σώμα όταν αυτό κινείται κοντά στο έδαφος και στην αντίστοιχη μεταβολή των αεροδυναμικών δυνάμεων που ασκούνται σε αυτό.

Πλησιάζοντας το σώμα αυτό στο έδαφος το αεροδυναμικό πεδίο είναι δεν είναι πλέον απόλυτα συμμετρικά: ένα κλάσμα αυξάνεται σταδιακά πάνω από το κεφάλι με χαμηλότερη ταχύτητα (άρα υψηλότερη πίεση), ενώ ένα μικρότερο ποσοστό περνάει από κάτω, με υψηλότερη ταχύτητα (και χαμηλότερη πίεση). Στα αγωνιστικά αυτοκίνητα, ωστόσο, είναι απαραίτητο να δημιουργηθεί downforce και για να το αποκτήσουμε από το ground effect, πρέπει να αλλάξουμε το σχήματα των παραρτημάτων έτσι ώστε μια ροή αέρα να περνά κάτω από το αυτοκίνητο με ταχύτητα μεγαλύτερη από εκείνη που περνά πάνω από το αυτοκίνητο.

Downforce και ground effect στον μηχανοκίνητο αθλητισμό. Bottom flat και ο κίνδυνος απογείωσης.

Γενικά, το αεροδυναμικό πλεονέκτημα της downforce εμφανίζεται κυρίως σε καμπύλες, όπου οι δυνάμεις αδράνειας που προκαλούν τις φυγόκεντρες δυνάμεις τείνουν να καταστήσουν ασταθή τόσο την τροχιά όσο και τη λαβή- εδώ επομένως, η αύξηση του συνολικού βάρους του αυτοκινήτου καταφέρνει να το κρατήσει πιο προσκολλημένο ή πεπλατυσμένο στο έδαφος. Κερδίζει επίσης σταθερότητα στην ευθεία: χωρίς πίσω πτέρυγα το αυτοκίνητο θα ανάληψη κινδύνου. Ωστόσο, το πιο συνηθισμένο μειονέκτημα είναι ότι όσο περισσότερο αυξάνεται η πρόσπτωση των πτερυγίων, και γενικότερα επομένως το αεροδυναμικό φορτίο και η πρόσφυση, τόσο περισσότερο περισσότερο την αεροδυναμική δύναμη αντίστασης αυξάνεται με τη μείωση των μέγιστων ταχυτήτων στις ευθείες διαδρομές.

Ο υψηλός κίνδυνος "απογειώσεις" λόγω του σχεδιασμού των αυτοκινήτων με επίπεδο πάτο, ωστόσο, ξαφνικά "έφερε ιπτάμενοι αγώνες πιο κοντά ...". Έτσι, προχωρήσαμε σε βαθμιαία κεφάλαια, ασφαλέστερα και αποτελεσματικότερα.