A Coanda-kipufogók térhódítása 2012-ben
Írta: Papp István | 2012.12.09.
PDF Betűméret növelése
Betűméret csökkentése
Betűméret visszaállítása
Megtekintés: 5 406
A 2012-es évben megjelent kipufogórendszereknek köszönhetően egy új fogalommal, a Coanda-effektussal ismerkedhettünk meg (Fotó: Sutton Images)
A Formula-1 eseményeire felügyelő, és mindezek mellett annak sport- és technikai szabályrendszerének alakításában jelentős szerepet játszó Nemzetközi Automobil Szövetség évről-évre a regulák kisebb-nagyobb módosításaival gondoskodik a versenyautók fejlesztésén fáradozó mérnökök találékonyságának folyamatos ébrentartásáról. A már szüntelennek is mondható szabálymódosításoknak meglehetősen összetett okai vannak, ahol szerepet kap a költségkontroll, a környezetvédelem, és a versenyek biztonságának növelése is.
A 2012-es idényre összeállított és jó néhány ponton módosított technikai szabályzat a versenyautók kipufogórendszerét is jelentős mértékben érintette, amelynek köszönhetően a Formula-1-et figyelemmel kísérők megismerkedhettek az aerodinamika tudománya által jól ismert kifejezéssel, a Coanda-effektussal.
A 2011-es évben oly nagy népszerűségnek örvendett, és aerodinamikailag igencsak hatékonynak bizonyult kipufogóval fújt diffúzorok idei szezonra történt betiltását követően az új szabályrendszerhez igazodott, és az előzőekben említett Coanda-effektus hatásait kihasználó új megoldások láttak napvilágot. A korábbi befújt diffúzorokat imitáló, a versenyautó karosszériaelemeihez, illetve az oldalsó kocsiszekrény felületéhez tapadó áramlásokat hasznosító kipufogókkal a diffúzor oldalsó légkamráinak irányába lehetett vezetni a forró égésterméket, annak ellenére, hogy az új szabályrendszer miatt a kipufogó végződését a karosszéria felett kellett kialakítani.
A Coanda-kipufogók megjelenésének előzménye
A 2011-es évben használt kipufogóval fújt diffúzorok betiltásának hatására jelentek meg a Coanda-kipufogók az F1-ben (Fotó: Vodafone McLaren Mercedes)
A 2011-es szezon egyik talán legmeghatározóbb technikai újításának az előzőekben is említett kipufogóval fújt diffúzorokat lehetne nevezni, amely jelentős aerodinamikai hatékonyságot biztosított a versenyautó hátsó traktusára kifejtett aerodinamikai leszorító erő tekintetében. A kipufogóból kiáramló égésterméket a padlólemez, illetve a diffúzor alá vezették, és a meleg levegő aerodinamikai jellemzőiből adódóan növelték az autóra ható leszorító erő nagyságát. Miután az FIA a 2012-es évre betiltotta, hogy a motorvezérléssel befolyásolt égéstermék-áramlást a padlólemez aerodinamikai hatékonyságának növelésére használják a csapatok, a mérnökök számára az új specifikációjú Pirelli gumiabroncsok mellett az egyik legnagyobb kihívást az jelentette 2012-ben, hogy milyen módon kompenzálják a kipufogóval fújt diffúzorok betiltásából adódó aerodinamikai leszorító erő veszteséget.
Az új technikai reguláknak köszönhetően a kipufogórendszer végződését legalább 200mm-rel a padlólemez felett kellett kialakítani, és a hátsó légterelő szárny irányába mutató, kör keresztmetszetű, 100mm hosszú végződésnek is egy egyértelműen meghatározott tartományon belül kellett lennie. Mindazonáltal, hogy a kipufogó-végződések elhelyezkedésének egy meghatározott mérettartományon belül kellett lenni, a rendszerből kiáramlott kipufogógázokat a hátsó légterelő szárny főprofiljára, a hátsó gyűrődési zóna felett lévő rúdszárnyra, és nem utolsó sorban a hátsó kerék belső részén lévő légbeömlőkre és az ott kialakított légterelő lemezekre is lehetett irányítani.
A kipufogórendszerre vonatkozó új előírások részletei és hatásai
A 2012-es technikai szabályzat értelmében a versenyautó mindkét oldalán egy-egy kipufogó-végződést lehet kialakítani (ez természetesen a korábbi években is így volt). A versenyautó hosszanti szimmetriatengelyétől 200mm-re meghatározott 300mm széles, 700mm hosszú (a hátsó tengelytől mért 500…1.200mm-es tartományban) és 350mm magas (az autó alatt lévő referencialemez feletti 250…600mm-es tartományban) képzeletbeli doboz által körülhatárolt területen kellett elhelyezni a kipufogórendszer végződését, amelynek az utolsó 100mm-es szakaszának egyenes vonalvezetéssel és kör keresztmetszettel kellett rendelkeznie. A kipufogó végződésével kapcsolatos további kitétel, hogy a versenyautó szimmetriatengelye és a kipufogó-végződés által bezárt szög nem lehetett nagyobb 10°-nál, míg az utolsó 100mm-es szakasznak a vízszinteshez képest 10…30° között kellett lennie.
Az előzőekben ismertetett számadatok sokasága is egyértelműen mutatja, hogy az FIA meglehetősen jól körülhatárolt keretek között kívánta tartani a kipufogórendszerek végződésének kialakítási módját. Ennek hatására a csapatoknak jelentős mértékben át kellett tervezni az autók hátsó felépítményét.
A kipufogórendszerek aerodinamikai hatásait hivatott segíteni az oldalsó kocsiszekrény elülső részének aláhajló vonalvezetése is, miután a padlólemez felett így létrejött légcsatorna kiegészülve a sebességváltó közvetlen közelében kialakított burkolati elemek karcsúsított kivitelével, a versenyautó hátsó részének mentstabilitása érdekében csökkentette a légáramlatok kavitációját.
A Coanda-effektus eredete és érvényesülése a kipufogórendszereknél
A Lotus alakulat is felismerte a Coanda-effektust hasznosító kipufogó-végződés jelentőségét (Fotó: Sutton Images)
A kipufogórendszerből kiáramló forró égéstermék aerodinamikai leszorító erő fokozására történő felhasználásához a csapatok olyan oldaldobozokat alakítottak ki, amelyek a kipufogógázokat a karosszéria felülete mentén (Coanda-effektus) elvezették a padlólemez irányába, majd a diffúzor oldalsó légkamrájánál kilépve fokozta a menetstabilitást a leszorító erő növelésének köszönhetően.
Honnan ered a Coanda-effektus elnevezés? Az 1970-es években a világ számos országában foglalkoztak a rövid fel- és leszálló (STOL = Short Take off and Landing) tulajdonságokkal rendelkező repülőgépek kifejlesztésével, amelynek segítségével a kisebb fel- és leszálló sebesség miatt rövidebb kifutópályát tartalmazó repülőterekről is üzemeltethető gépeket próbáltak megépíteni. A korábban sokkal inkább csak kisebb légcsavaros repülőgép-típusok gyártása után akkoriban kezdtek hozzá a nagyobb teljesítményű, gázturbinás szállítógépekkel való kísérletekhez, melynek kapcsán nyert teret a jelenlegi Formula-1-ben is hasznosított aerodinamikai hatás.
A Coanda-effektus egy román repülőmérnök, Henri Coanda (1885–1972) nevéhez fűződik, aki 1910-ben egy olyan repülőgépet épített, amelyet egy csőben forgó, több ágú légcsavar mozgatott. Az Angliában dolgozó szakember az aerodinamikai kísérletei során felismerte, hogy az áramló levegő követi az áramlás tengelyével párhuzamos felület elhajlását. A későbbiekben róla elnevezett elv alkalmazásával a repülőgép szárnya körül kialakuló áramlásviszonyok minősége egyre inkább javult, és a turbulenciáktól mentes áramlásleválások következtében sikerült megnövelnie a repülőgép szárnyfelületén keletkező felhajtóerő nagyságát.
Az előzőekben ismertetett aerodinamikai jelenség érvényesült a 2012-es szezonban megjelent kipufogórendszerek bizonyos részénél is, mint például a McLaren Mercedes MP4-27-es, a Sauber Ferrari C31-es, a Ferrari F2012-es, és nem utolsó sorban a konstruktőri VB-címet szerzett alakulat által megépített Red Bull Renault RB8-as konstrukciók esetében. A kipufogórendszerből kiáramló forró égéstermék nagyobb része a fentiekben ismertetett Coanda-effektus hatására követte az oldalsó kocsiszekrény felületének vonalvezetését, és a hátrafelé szűkülő, valamint a padlólemez irányába lejtő vonalvezetésnek köszönhetően a meleg levegő a hátsó kerékfelfüggesztés irányába továbbhaladva lépett ki az autó mögé.
A jelenség hatására az oldaldoboz hátsó részét takaró felület felszínét a meleg levegő egy bizonyos pontig követi, majd azután áramlásleválás következik be. A karosszériára ráhajló levegő görbült áramvonalai miatt pedig megnő a nyomáskülönbség a burkolattól távolabb levő ponthoz képest, és az így kialakuló nyomáskülönbség hatására az autó karosszériájára, vagy éppen a padlólemezére ható aerodinamikai leszorító erő jön létre.
A Coanda-effektus által kifejtett aerodinamikai hatás annál intenzívebb, minél nagyobb a versenyautó sebessége, és nem utolsó sorban annak a felületnek, vagy felületeknek a nagysága, amely mentén az érintett légáramlatok végighaladnak. Egy Formula-1-es autó esetében természetesen nem lehet mindezt korlátlan módon kihasználni, hiszen a technikai szabályzat pontosan meghatározza többek között az oldalsó kocsiszekrénynél alkalmazható görbületi sugár határértékét is.
A Coanda-effektus hatása a légterelő szárnyak esetében
A 2012-es évben bevezetett új technikai szabályoknak köszönhetően megjelent kipufogórendszerekkel nemcsak a padlólemez, vagy a hátsó fékbeömlőknél kialakított légterelő elemek irányába terelt meleg levegővel lehetett aerodinamikai leszorító erőt nyerni, hiszen hasonló hatás jelentkezik a hátsó légterelő szárnyak befúvása során is.
A légterelő szárnyakkal előállítható aerodinamikai leszorító erő nagysága függ az áramló levegő és a szárnyprofil kialakítása, valamint az alkalmazott szárnyprofil áramló közeggel szemben alkalmazott állásszögétől is. Ettől az állásszögtől függően pedig a Coanda-effektus által kialakuló áramlásviszonyok eredőjeként létrejövő nyomáskülönbség hatására lehet a szárnyprofil felett nagyobb nyomást biztosítani.
De hogyan is működik ez a gyakorlatban? Abban az esetben, ha a légterelő szárny szelvényhúrjával hozzávetőlegesen párhuzamosan érkező légáramlatokról van szó – vagyis hozzávetőlegesen vízszintes beállítású szárnyprofilról beszélünk -, akkor a szárnyprofil alatt- és felett elhaladó levegő közötti nyomás szinte kiegyenlítődik, vagyis nem jelentkezik jelentős mértékű leszorító erő.
A légterelő szárny kisebb mértékű meredeksége esetén a szárnyprofil felett elhaladó légáramlatok kisebb szögben érkeznek meg a leszorító erő előállításában szerepet játszó felületre (szemben a szinte teljesen vízszintes szárnyállás esetén), míg a kisebb nyomást kifejtő, a szárny alsó felülete mentén elhaladó, Coanda-effektus szerint a felületet szinte mindvégig követő levegő kisebb nyomása alakul ki. A szárnyprofil felett- és alatt elhaladó légáramlatok nyomáskülönbségének köszönhetően az ilyen beállítás hatására növekszik a szárny által kifejtett aerodinamikai leszorító erő nagysága, vagyis a versenyautó tapadása is jobb lesz.
Végül, de nem utolsó sorban pedig egy drasztikusabb meredekséggel rendelkező szárnyprofil esetén, ahol a szárny szelvényhúrjára az előbbivel ellentétben jóval kisebb szögben érkeznek a légáramlatok, a pozitív nyomást kifejtő levegő a szárny kilépő élénél kisebb örvénylést idéz elő. Ezzel szemben viszont a szárnyprofil alatt áthaladó levegő a Coanda-effektusnak megfelelően csak nagyon rövid úton követi a profil felületét, majd alacsonyabb nyomású teret kialakítva leválik a szárny felületéről, és a fellépő kavitáció hatására a sebessége lelassul. Az ilyen szárnybeállítás esetén a szárnyprofil felett- és alatt elhaladó levegő között kialakuló nyomáskülönbség jóval nagyobb lesz, amely egyúttal jelentősebb mértékű aerodinamikai leszorító erőt eredményez.
Hiába tehát az erős motor, a kiváló nyomatékleadást biztosító motorvezérlés, a versenyautó megfelelő aerodinamikai hatékonysága nélkül a győzelmet jelentő dobogó csak egy álom maradna.
VN:F [1.9.22_1171]
Rating: 5.0/5 (4 votes cast)
VN:F [1.9.22_1171]
A Coanda-kipufogók térhódítása 2012-ben, 5.0 out of 5 based on 4 ratings
Címkék: Coanda-effektus, Diffúzor, FIA, Hátsó szárny, Kipufogórendszer, Nemzetközi Automobil Szövetség, Oldalsó kocsiszekrény, Padlólemez
Kapcsolódó, és ajánlott írások:
Ajánld a cikket ismerőseid számára:
Várakozás...
| Ausztrál Nagydíj
| Maláj Nagydíj
| Kínai Nagydíj
| Bahreini Nagydíj
| Spanyol Nagydíj
| Monacói Nagydíj
| Kanadai Nagydíj
| Angol Nagydíj
| Nemet Nagydíj
| Magyar Nagydíj
| Belga Nagydíj
| Olasz Nagydíj
| Szingapúri Nagydíj
| Koreai Nagydíj
| Japán Nagydíj
| Indiai Nagydíj
| Abu Dhabi Nagydíj
| Amerikai Nagydíj
| Brazil Nagydíj
csatornáján!
Kedves Látogató!
Visszajelzés: Az F1-es hajtótengely és a Magnus-effektus összefüggései | Formula1Tech Blog
Visszajelzés: Az örvénykeltés fontossága az F1-es oldaldoboz felületén | Formula1Tech Blog
Visszajelzés: Szabályértelmezés a Renault vitás motorvezérlése kapcsán | Formula1Tech Blog