Deprecated: Function split() is deprecated in /chroot/home/formulao/formula1tech.hu/html/con3.php on line 1004  A repüléstan és a Formula-1 kapcsolata 2012-ben | Formula1Tech Blog

Online látogatók

Ajánló

Technikai fejlesztések és megoldások: Olasz Nagydíj (2013) (2013.09.07) - A DRS és a szélárnyék-csaták kapcsolata Monzában (2013.09.06) - Gumi- és boxtaktika elemzés: Belga Nagydíj (2013) (2013.08.27) - A McLaren aerodinamikai teszttel készül Monzára (2013.08.27) - Williams Renault FW35: Parabolikus hátsó légterelő szárny (2013.08.26) - Technikai fejlesztések és megoldások: Belga Nagydíj (2013) (2013.08.24) - Ezúttal két DRS szakasz lesz a Belga Nagydíjon (2013.08.20) - Milyen előnyt jelenthet a Lotus E21 nagyobb tengelytávja Spában? (2013.08.19) - A Pirelli ismertette a szingapúri futamig használatos keverékeket (2013.08.18) - A turbós motorok és a gumiabroncsok összhangjának fontossága (2013.08.18) - Új oldalsó gyűrődési zóna lesz a 2014-es autókban (2013.08.11) - Az információtechnológia szerepe és fejlődése a Hungaroringen (2013.08.07) - F1 2014: A technikai szabálymódosítások ismertetése (2013.08.06) - A gumihőmérséklet jelentősége és figyelése a versenypályán (+Videó) (2013.08.04) - A ballaszt szerepe és alkalmazási módjai az F1-ben (2013.08.03) - Újabb érdekes megoldás a hátsó gumik hőmérsékletkontrolljára? (2013.08.02) - Hell Ring: Új versenypálya-komplexumot kaphat Magyarország (+Videó) (2013.08.02) - Az F1-es autó életciklusa a pályán kívül (Videó) (2013.08.01) - Gumi- és boxtaktika elemzés: Monacói Nagydíj (2013) (2013.05.27) - Technikai fejlesztések és megoldások: Monacói Nagydíj (2013) (2013.05.26) - Technikai követelmények: Monacói Nagydíj (2013) (2013.05.25) - A siker kulcsa az F1-ben: Az aerodinamika szerepe 2013-ban (2013.05.22) - Módosított hátsó szárnyat tesztelt a Force India Duxfordban (2013.05.21) - A két leglágyabb keverékkel készül a Pirelli Monacóra (2013.05.21) - Monacóban újra a célegyenesben lesz az előzési zóna (2013.05.21) -

A repüléstan és a Formula-1 kapcsolata 2012-ben

Add a Startlaphoz
Írta: Papp István | 2012.03.30. PDF Betűméret növelése Betűméret csökkentése Betűméret visszaállítása Megtekintés: 9,520
Új oldaldoboz és kipufogórendszer (Red Bull Racing, Barcelona teszt, 2012.03.03)

A 2012-es évben bevezetett szabálymódosítások következtében felerősödött a Coanda-effektus szerepe. © Red Bull Racing

A Formula-1-et figyelemmel kísérők minden bizonnyal már hallottak a repülőgépek és az F1-es autók közötti összefüggésekről és hasonlatokról, amelyek hátterében a száguldó cirkuszban szereplő versenyautók hatékonyságában oly nagy szerepet játszó aerodinamika tudománya áll. Míg a repülőgépek esetében az áramló közeg, vagyis a levegő áramlását megfelelő szárnyprofilok segítségével a repülő magasba emeléséhez szükséges felhajtóerő fokozására használják, a Formula-1-es autóknál a nagy sebesség eléréséhez a fordított szárnyprofilok révén a versenypálya aszfaltjának irányába kifejtett leszorító erő előállításáról van szó.

A Nemzetközi Automobil Szövetség évről-évre kisebb-nagyobb változtatásokat eszközöl a Formula-1 technikai szabályzatában. Ezek hátterében a költségek kontrollálása, a környezettudatosság, és nem utolsó sorban a versenyzés biztonságának fokozása áll. A 2012-es szezonra bevezetett szabálymódosítások egyike a versenyautók kipufogórendszerét érintette, amelynek eredményeképpen megszületett konstrukcióknak köszönhetően az aerodinamika egy újabb fogalomkörét, a Coanda-effektust ismerheti meg a Formula-1 közönsége.

Még mielőtt azonban következne az új kialakítású kipufogórendszerek működésének hátterében álló törvényszerűség ismertetése, kanyarodjunk vissza az elmúlt idényre.

 

Az ECU és az aerodinamika közötti összefüggés

A 2011-es szezon egyik legmeghatározóbb technikai innovációja a kipufogóval fújt diffúzorok alkalmazása volt, amely jelentős aerodinamikai előnyt jelentett a versenyautóra ható aerodinamikai leszorító erő tekintetében. A kipufogóból kilépő forró égésterméket a versenyautó padlólemeze, illetve diffúzora alá vezették, és a meleg levegő aerodinamikai tulajdonságaiból adódóan fokozni tudták az autóra ható leszorító erő nagyságát. Mivel az FIA a 2012-es évtől kezdődően betiltotta, hogy a motorvezérléssel befolyásolt égéstermék-áramlást a padlólemez aerodinamikai hatékonyságának növelésére felhasználják, a csapatok számára az egyik legnagyobb kihívást az jelenteni az idei szezonban, hogy miként oldják meg a fentiekben említett korlátozásból eredő leszorító erő hiány pótlását.

Az új technikai direktíváknak megfelelően a kipufogó végződését legalább 200mm-rel a padlólemez felett kell kialakítani, és a hátsó légterelő szárny irányába mutató utolsó, kör keresztmetszetű 100mm-es szakasznak is a jól meghatározott tartományon belül kell lennie. A szabályoknak megfelelően a kipufogórendszer végződése irányulhat a hátsó légterelő szárny főprofiljára, a főprofil alatt lévő rúdszárnyra, vagy akár a hátsó kerék belső oldalán lévő légbeömlőre, valamint az ott kialakított légterelő lemezekre.

 

Karcsúbb oldaldobozok és periszkóp kipufogók megjelenése 2012-ben

Mindamellett, hogy az FIA szigorításából adódóan nem lehet többé alkalmazni az F1-ben a kipufogóval fújt diffúzorokat, a versenyautó karosszériája felé magasodó, periszkóp kialakítású kipufogórendszerek bizonyos tekintetben továbbra is szerepet játszanak az autó aerodinamikai karakterisztikájával kapcsolatban.

A kipufogórendszerre vonatkozó új előírások következtében elmondhatjuk, hogy a 2011-es évben alkalmazott rendszerek jelentősen leegyszerűsödtek. Miután a padlólemez felső síkjáig húzódó, és ezzel együtt az előrevezetett gyűjtőcsonkok alkalmazása tiltólistára került, az új kialakítású kipufogók végződése egy jóval kisebb, és igencsak egzakt módon meghatározott területre került. Ennek megfelelően a korábbi évben látott megoldásokkal ellentétben egy rövidebb, és kevésbé bonyolult szerkezeti kialakítású rendszerek applikálására került sor a csapatok részéről a 2012-es idényre tervezett konstrukciókba, amely egyúttal azt is jelenti, hogy a csapatok egymáshoz képest jóval kisebb mértékben térnek el a kipufogók megjelenését illetően.

A technikai szabályzat szerint a versenyautó mindkét oldalán egy-egy kipufogó-végződés a megengedett (ez természetesen a korábbi években is így volt). A versenyautó hosszanti szimmetriatengelyétől 200mm-re húzódó 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 meghatározott területen kell elhelyezni a kipufogórendszer végződését, amelynek az utolsó 100mm-es szakaszának egyenes vonalvezetéssel és kör keresztmetszettel kell rendelkeznie. A kipufogó végződésével kapcsolatos további kritérium, hogy a versenyautó szimmetriatengelye és a kipufogó végződése által bezárt szög nem haladhatja meg a 10°-os értéket, míg az utolsó 100mm-es szakasznak a vízszinteshez képest 10…30° között kell lennie.

Új kialakítású kipufogórendszer (Ferrari, F2012 bemutató, 2012.02.03)

Az oldalsó kocsiszekrény fölé magasodó kipufogók a 2011-es évhez képest megváltoztatják a versenyautó hátsó részének aerodinamikai karakterisztikáját. © Scuderia Ferrari Marlboro

A sorok olvasása közben a Kedves Olvasóban joggal merülhet fel a kérdés: „Akkor most a mezőny összes résztvevője teljesen megegyező kipufogórendszert kénytelen készíteni?” Amennyiben a hangsúlyt a „teljesen” szóra helyezzük, akkor a kérdésre a nemleges válasz a megfelelő. Mindamellett, hogy a már ismert konstrukciókon is fellelhetőek kisebb-nagyobb eltérések, a Formula-1-ben tevékenykedő mérnökök kiirthatatlan találékonysága révén folyamatosan keresik a javítási, és fejlesztési lehetőségeket, hogy akárcsak egy apró különbséggel is, de hatékonyabb és jobb teljesítmény elérését lehetővé tevő műszaki megoldással rukkoljanak elő a riválisok bánatára.

Visszatérve a 2012-es versenyautók megjelenésére, az új rendszerű kipufogók következtében jelentősen át kellett tervezni az autók hátsó felépítményét is. Mindamellett, hogy a diffúzorok sem maradhattak érintetlenül, az oldalsó kocsiszekrény elülső részének aláhajló vonalvezetésével a padlólemez felett kialakított légcsatorna kiegészülve a sebességváltó közvetlen közelében kialakított burkolati elemek karcsúsított kivitelével, igencsak tiszta áramlásképet hoz létre, segítve ezzel a versenyautó hátsó részének menetstabilitását. Az igazán hatékony aerodinamikai jellemzők biztosításához, és a megfelelő aerodinamikai egyensúlyhoz azonban figyelembe kell venni az új kipufogórendszerek működését, és annak hátterében álló aerodinamikai törvényszerűségeket, mint például a Coanda-effektust.

 

A Coanda-effektus érvényesülése a kipufogók tekintetében

Ahogyan az a fentiekben is említésre került, a 2012-es évben bevezetett technikai szabályok értelmében kialakításra kerülő kipufogórendszerekkel a hátsó légterelő szárny, a padlólemez, vagy akár a hátsó fékeknél lévő légbeömlők és a hátsó tengelyre ható aerodinamikai leszorító erő növelésére létrehozott légterelő elemek befúvása valósulhat meg. A forró égéstermék aerodinamikai leszorító erő fokozására történő felhasználásához egyes csapatok (mint például a Red Bull Racing és a Sauber F1 Team) olyan oldaldobozzal látták el az autókat, amelyek a kipufogógázokat a karosszéria felülete mentén (Coanda-effektus) elvezetik a padlólemez irányába, amely a diffúzor középső légkamrája mellett kilépve fejti ki hatását a menetstabilitás és a leszorító erő tekintetében.

De mi is ez a Coanda-effektus? 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 tevékenykedő szakember az aerodinamikai kísérletei során rájött, hogy az áramló levegő követi a tengelyével párhuzamos felület elhajlását. A későbbiekben róla elnevezett elv alkalmazásával a repülőgép szárnya körül kialakuló áramlásviszonyok minősége javult, és a turbulenciáktól mentes áramlásleválások következtében sikerült megnövelnie a repülőgép szárnyfelületén keletkező felhajtóerő nagyságát is.

Tulajdonképpen ez a fajta hatás jelentkezik az idei esztendőben megjelent kipufogórendszerek bizonyos részénél is, mint például a McLaren Mercedes MP4-27-es, a Sauber Ferrari C31-es és a Ferrari F2012-es konstrukciók esetében. A kipufogórendszerből kiáramló forró égéstermék nagyobb része a fentiekben ismertetett Coanda-effektusnak köszönhetően végig követi az oldalsó kocsiszekrény felületének kialakítását, és a hátrafelé szűkülő, valamint a padlólemez irányába lejtő vonalvezetésnek köszönhetően a meleg levegő a hátsó felfüggesztés irányába továbbhaladva kilép az autó mögé.

Az oldaldoboz hátsó részét takaró felület felszínét a meleg levegő követi egy bizonyos pontig, majd azt követően áramlásleválás figyelhető meg. A karosszériára ráhajló levegő görbült áramvonalai miatt megnövekedik a nyomáskülönbség a burkolati elemtől 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 jelentősebb, minél nagyobb a versenyautó sebessége, és nem utolsó sorban annak a felületnek, vagy felületeknek a nagysága, amelyen az érintett légáramlatok végighaladnak. Egy Formula-1-es autó esetében természetesen ennek korlátot szabnak a technikai szabályok (a karosszéria görbületi sugara, magassági adatok, stb), így ezeket a tényezőket nem lehet a végletekig kihasználni.

 

Coanda-effektus

A Coanda-effektus jelenléte a légterelő szárnyak esetében

 

A 2012-es évben bevezetett új technikai szabályrendszernek köszönhetően megjelent kipufogórendszerekkel nemcsak a padlólemez, vagy akár a hátsó fékbeömlőknél kialakított légterelő elemek irányába terelt meleg levegővel lehet aerodinamikai leszorító erőt nyerni, hiszen hasonló hatás jelentkezik a hátsó légterelő szárnyak befúvása kapcsán is.

A légterelő szárnyakkal előállítható aerodinamikai leszorító erő nagysága függ az áramló levegő és a szárnyprofil kialakítása, valamint az alkalmazott szárnyprofil áramló közeggel szembeni úgynevezett 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 nagyjából 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 szárny állásszögének növelése, vagyis kisebb mértékű meredeksége esetén a szárnyprofil felett elhaladó légáramlatok kisebb szögben érkeznek meg a leszorító erő előállításában szerepet játszó felületre, 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.

Látható tehát, hogy az áramlástani törvényszerűségek alapos ismerete elengedhetetlen a Formula-1-es csapatoknál dolgozó aerodinamikai szakemberek számára, hiszen hiába egy erős és megfelelő nyomatékviszonyokkal rendelkező motor, és hiába a jó áttételi arányokkal rendelkező erőátviteli rendszer, ha a motorerő aszfaltra történő megfelelő továbbításához szükséges aerodinamikai jellemzők nem lennének biztosítva.

VN:F [1.9.22_1171]
Rating: 4.1/5 (7 votes cast)
VN:F [1.9.22_1171]
Rating: +1 (from 1 vote)
A repüléstan és a Formula-1 kapcsolata 2012-ben, 4.1 out of 5 based on 7 ratings


Címkék: , , , ,


Ajánld a cikket ismerőseid számára:

Megosztás:
  • email
  • Facebook
  • Twitter
  • Tumblr
  • del.icio.us
  • LinkedIn
  • Posterous
  • Google Buzz
  • Google Bookmarks
  • Identi.ca
  • FriendFeed
  • Propeller
  • RSS

Hozzászólások (1)

  1. Visszajelzés: Csapatról-csapatra: A mugellói tesztsorozat fejlesztései | Formula1Tech Blog

Szólj hozzá...

* A mezők kitöltése kötelező!

*

Top
Dear F1 Fan,

You can translate the blog content to the next languages.

If you can't find your language below, please send me an e-mail to the istvan.papp[at]formula1tech.hu ([at]=@). Thank you for your cooperation.

Have a good reading!

Bye,
István Papp

Translator


Kedves Látogató!

Iratkozz fel a Formula1Tech Blog blogértesítő szolgáltatására, és minden egyes új bejegyzést meg fogsz kapni az e-mail postafiókodba.

Ehhez nem kell mást tenned, csak kattints az alábbi nyomógombra, és töltsd ki a kezdő oldal alján található regisztrációs lapot.

Köszönettel,
Papp István

* * * * * * * * * * * * * * * * * * * * Dear Visitor,

Please subscribe to the Formula1Tech Blog newsletter, and you will get every new post delivered to your Inbox.

Just click to the button below and fill the registration form at the bottom of the home page.

Thank you,
István Papp

Ajnlom figyelmedbe a korbbi bejegyzseket:
Formula1Tech Blog ajánló (Google Plus oldal)
Formula1Tech Blog a Google Plus-on

Az elmúlt időszakban megjelent Google Plus meglehetősen nagy visszhangot váltott ki az internetes világban. Ez az új szolgáltatás a mai...

A boxutcai jelzőlámpa alkalmazása (McLaren, Maláj Nagydíj, 2012)
Új boxutcai jelzőlámpa a McLarennél

A Formula-1-et nem véletlenül nevezik az autóversenyzés királykategóriájának, amely többek között az alkalmazott technológiai újítások és technikai megoldások révén is...

Renault RS27 motor (Renault, Jerez teszt, 2012.02.06)
A motor felkészítése az extrém körülményekre

A Formula-1-es versenyautók minden egyes nagydíjra kisebb-nagyobb mértékű technikai változtatásokon mennek keresztül. Ezek hátterében az adott versenypálya karakterisztikája, és nem...

Close