Az F1-es hajtótengely és a Magnus-effektus összefüggései

Tweet

A Red Bull Racing műszaki megoldását követve a McLaren Mercedes MP4-28-as autó hajtótengelye egy különleges burkolatot kapott (Fotó: Vodafone McLaren Mercedes)

A Formula-1 2012-es szezonja több tekintetben is emlékezetessé vált a száguldó cirkuszt figyelemmel kísérők számára. Technikai szempontból a DRS mechanizmus használatával összefüggő aerodinamikai fejlesztések és a hátsó légterelő szárny befúvásával manipulált aerodinamikai hatékonyság biztosítása mellett a csapatok továbbra is nagy hangsúlyt fektettek a kipufogórendszerrel segített diffúzor megvalósítására. Ennek eredményeképpen a 2013-as évre szinte már mindennapos szóhasználattá vált az F1-ben a Coanda-kipufogó elnevezés, amely a puszta szóhasználat mellett annak működésében jelentős szerepet játszó, az aerodinamikai szakemberek körében jól ismert Coanda-effektust voltaképpen meghonosította a Formula-1-ben.

A szezon előtti jerezi tesztsorozaton felsorakoztatott kipufogórendszerek egyértelműen mutatják, hogy a csapatok felismerték a Coanda-kipufogókban rejlő aerodinamikai lehetőségeket, amely segítségével igyekeznek pótolni a versenyautó hátsó területén elszenvedett azon aerodinamikai leszorító erő vesztést, amelyet a 2012-re betiltott, a kipufogórendszerrel befújt diffúzorok kötelező mellőzése eredményezett a számukra. A mérnökök azonban továbbra is keresik azokat a műszaki megoldásokat, amelyek a technikai szabályzat adta korlátokon belül maradva segít a minél jobb menetteljesítményre képes konstrukció megalkotásában.

Az autók hátsó traktusának megfelelő menetstabilitása érdekében tehát tovább folyik a harc a tervezőasztalok mögött is, hiszen a csapatok mérnökei mindamellett, hogy igyekeznek saját maguk innovatív jellegű újításaival is az ellenfelek elé kerülni, mindvégig figyelemmel kísérik a riválisok által alkalmazott megoldásokat.

Szemügyre véve a 2013-as évre megépített Formula-1-es versenyautókat, látható, hogy egy újabb trend van kialakulóban. A Red Bull Racing csapat már az RB5-ös konstrukciója óta alkalmazza azt a fajta megoldást, amellyel a hátsó kerékfelfüggesztési rendszer alsó lengőkarja többé-kevésbé beburkolja az autó hajtótengelyét is. Az idei évre már a Ferrari, a McLaren, a Force India, a Sauber, a Lotus és nem utolsó sorban a Mercedes csapatok is átvették ezt a fajta műszaki megoldást. Ennek a kivitele azonban jóval komplexebb nézőpontot kíván annál, mintsem nemes egyszerűséggel egy burkolati elem alá rejtsék a szóban forgó hajtótengelyt. A mérnököknek ugyanis nemcsak aerodinamikai, hanem mechanikai szempontból is alaposan meg kellett vizsgálni a módosítás hatásait, melynek eredményeképpen kissé magasabb pontra került a lengőkar és a sebességváltó csatlakozási pontja. Ezt azonban úgy kellett véghezvinni, hogy a megváltozott futómű-geometria ne jelentsen negatív hatást a mechanikai tapadás mellett a Pirelli gumiabroncsok termikus igénybevételével együtt járó felületi degradációra sem.

A Formula-1-es versenyautók megtervezésénél korántsem az esztétikum van elsődleges helyen, így a szóban forgó területen elvégzett fejlesztéseket sem ez a szempont vezérelte. A hajtótengely beburkolása közvetlen módon korántsem hoz jelentős mértékű aerodinamikai előnyt, viszont az általa elért hatás kiegészülve a Coanda-kipufogóval elérhető aerodinamikai előnyökkel, már arra predesztinálja mindezt, hogy a tized- és ezredmásodpercekért folytatott fejlesztési háborúban igen is fel kell használni minden egyes aerodinamikai törvényszerűséget, aminek segítségével javítani lehet az elérhető köridőkön.

De vajon milyen aerodinamikai törvényszerűség jöhet szóba egy Formula-1-es versenyautó hajtótengelyével kapcsolatban? Az autók kipufogórendszerénél megismert Coanda-effektust követően máris itt a következő fogalom: a Magnus-effektus.

Annak ellenére, hogy a hajtótengely körül lévő felfüggesztő karok jelenléte miatt nem beszélhetünk homogén áramlási térről, a Magnus-effektus elvének magyarázatát mégis ettől az ideális állapottól érdemes kezdeni. Abban az esetben tehát, ha az áramló levegő akadálymentesen képes haladni, akkor elméletileg egy párhuzamos áramlásképről beszélhetünk. Ha ennek a homogén áramlásképnek az útjába egy hengeres testet, történetesen az F1-es versenyautó hajtótengelyét helyezzük, akkor a tengely felülete mentén, alatta és felette szimmetrikus áramláseloszlás alakul ki. A versenyautó haladása során azonban a hajtótengely forgó mozgást végez, amelynek hatására az előzőekben leírt áramláskép tovább módosul, amit a lengőkarokról leváló légáramlatok tovább alakítanak.

Jól láthatóak a Williams FW33-as autó esetében a szabadon lévő hajtótengelyek (Fotó: AT&T Williams)

A hajtótengely forgása közben a levegő és a tengely között súrlódás jön létre, és a forgó tengely a vele érintkező levegőrészecskéket a határréteg tartományán belül cirkulációs áramlásra kényszeríti. A tengely alatt és felett a forgás miatt ellentétes irányú cirkuláció alakul ki, a tengely felett az áramlás irányával megegyező, alatta pedig azzal ellenkező lesz. Ennek következtében a hajtótengely körül kialakuló áramláskép aszimmetrikus eloszlást mutat. A tengely felett sűrűsödnek, alatta pedig ritkulnak az áramlási vonalak.

Anélkül, hogy túlzottan fizikai eszmefuttatásba torkollna az F1-es hajtótengelyek és az aerodinamika közötti összefüggések taglalása, a teljesség kedvéért azonban érdemes említést tenni a Bernoulli törvény érvényesüléséről is. Az előzőekben leírt jelenségnek megfelelően ugyanis a hajtótengely felett a megnövekedett áramlási sebesség folytán lecsökken a sztatikus nyomás, ezért a tengely felső részén szívóhatás érvényesül. Eközben a hajtótengely alsó részén a lecsökkent sebesség miatt megnő a sztatikus nyomás értéke, így arra a tengely azon részén nyomóerő hat. Ez a fajta nyomóerő az áramlási sebességre és a hajtótengely szimmetriatengelyére merőleges irányban ébred, ami azt is jelenti egyben, hogy ez az erő a tengelyt az áramlás irányára merőlegesen próbálja kimozdítani.

A csapatok tehát igyekeznek minél optimálisabb légáramlást biztosítani a versenyautók hátsó részénél. A Coanda-kipufogókkal a diffúzor aerodinamikai hatékonyságán próbálnak javítani, növelve ezzel az autó hátsó traktusán keletkező aerodinamikai leszorító erő nagyságát, és ezzel egyidejűleg a hátsó fékbeömlő nyílásoknál kialakított légterelő idomok és a hátsó kerékfelfüggesztés geometriájának optimalizálása, valamint a sebességváltó házának minél karcsúbb kivitelének megvalósítása mellett az autó hátsó kerekeihez tartó hajtótengelyek burkolásával tovább javítják az autó aerodinamikai karakterisztikáját. Ahogyan az a Magnus-effektus hajtótengelyre kifejtett hatásán is látható, a nyomaték átvitelében jelentős szerepet játszó hajtótengelyt a forgás közben keletkező mechanikai igénybevétel mellett nem elhanyagolandó mértékű aerodinamikai igénybevétel, és az általa keletkezett, szintén mechanikai igénybevétel is terheli. Azzal tehát, hogy a mérnökök beburkolják a versenyautók szóban forgó alkatrészét, aerodinamikai- és nem utolsó sorban mechanikai téren is javítják az autók jellemzőit.

Címkék: Coanda-effektus, Force India F1 Team, Hajtótengely, Kerékfelfüggesztés, Lotus F1 Team, Magnus-effektus, Mercedes AMG Petronas Formula 1 Team, Red Bull Racing, Sauber F1 Team, Scuderia Ferrari Marlboro, Vodafone McLaren Mercedes

Hozzászólások (0)

Kilépés a válaszból

Szólj hozzá...

Név *

E-mail cím (nem lesz látható mások számára) *

Weboldal

* A mezők kitöltése kötelező!

Ellenőrző kód *