Innovatív DRS-megoldások 2012-ben (2. rész)

Tweet

A Lotus a DRS működésétől független, különleges Légellenállást Csökkentő Eszközt fejlesztett ki (Fotó: Sutton Images)

A versenyautó hátsó területét érintő aerodinamikai leszorító erő tekintetében folytatott harcból a Lotus alakulat is kivette a részét az idei évben. A DRS rendszer működésén alapuló, illetve a mechanizmus aktiválását követően működésbe lépő, a Mercedes W03-as konstrukciókon alkalmazott DDRS-től azonban eltér a Lotus E20-as autóra applikált megoldás. Ezen különbségek közül az egyik, és egyben a legjelentősebb az, hogy a fekete-arany színű versenyautókon kialakított Légellenállást Csökkentő Eszköz működése teljesen független a DRS használatától. Ebből kifolyólag a Lotus által kifejlesztett megoldás – amelyet a működési elvét tekintve nyugodt szívvel tekinthetünk prototípusnak is – DDRS elnevezése sem igazán helytálló, hanem sokkal inkább az előzőekben is jelzett Légellenállást Csökkentő Eszköz-nek, vagy az angol megnevezéséből adódóan DRD-nek (Drag Reduction Device) lehetne titulálni.

A Lotus által kifejlesztett DRD szerves részét képezik a pilóta feje felett lévő airbox két oldalán kialakított légbeömlő nyílások, és a motorburkolat alatt végigvezetett légcsatorna mellett a hátsó gyűrődési zóna felett lévő rúdszárnynál található, leginkább kürtőhöz hasonlítható légcsatorna-végződés. Az új megoldást a Lotus először Kimi Räikkönen E20-as autóján a Magyar Nagydíj pénteki szabadedzésén vitte pályára. Azt követően a Belga Nagydíjon már mindkét pilóta autója megkapta az új rendszert, viszont az esős időjárás miatt a csapat nem igazán tudta megfelelő módon tesztelni azt, amelynek eredményeképpen úgy határoztak, hogy nem vetik be a spái időmérőn és versenyen sem.

A Lotus által megalkotott DRD rendszer alapját a szezon elején oly sokat vitatott, a Mercedes csapat autóin kialakított műszaki megoldás képezte, ami viszont a W03-as első légterelő szárnyának befúvását végezte el a DRS használatának során. Miután a 2010-es évben előszeretettel alkalmazott klasszikus F-csatornát az FIA a soron következő szezonra betiltotta, a hátsó légterelő szárnyon korábban kivitelezett kivágást és a pilóta által működtetett aerodinamikai segédeszközt mellőzve kellett a Mercedeshez hasonlóan a Lotusnak is eljárni. Miután a Bahreini Nagydíjat követően az FIA végleg állást foglalt a DRS rendszert érintő aerodinamikai fejlesztésekkel kapcsolatban, a Lotus alakulat is megkezdte a saját DRD rendszerének a kifejlesztését és a gyakorlati megvalósítását.

Míg a Mercedes csapat mérnökei kissé szokatlan módon, a hátsó légterelő szárny DRS mechanizmusának működtetésével próbálta befolyásolni az első légterelő szárny aerodinamikai teljesítményét, a Lotus szakembergárdája egy teljes mértékben passzív működésű, és mindennemű külső kapcsolóelem nélküli rendszert állított össze. Helyette a rendszer a légcsatornába beáramló és felgyorsult levegő segítségével extra mennyiségű áramlást biztosít, amely a hátsó légterelő szárny alatt kialakított kiömlő nyíláson keresztül távozik, csökkentve ezzel a közegellenállást, és a hátsó légterelő szárny által előállított aerodinamikai leszorító erő mértékét.

Az így létrehozott befújt hátsó légterelő szárny segítségével a versenypályák egyenes szakaszaiban és ezzel együtt a nagyobb sebesség elérését biztosító kanyarokban nagyságrendileg 8km/h-ás sebességtöbbletre lehetett szert tenni az E20-as autókkal. A DRD kialakítása úgy történt meg, hogy annak működése során a lecsökkent aerodinamikai leszorító erőt generáló hátsó szárny menetdinamikára gyakorolt hatását megfelelően kompenzálta az E20-as diffúzora. Ezt egészen pontosan úgy értendő, hogy a gyors kanyarokban a hátsó szárny alá juttatott extra légmennyiség hatására lecsökkent a szárny által előállított leszorító erő mértéke, viszont a kellő kanyarstabilitáshoz a diffúzor megfelelő mértékű leszorító erőt volt képes biztosítani. Ezzel tulajdonképpen tehermentesíteni tudták a hátsó légterelő szárnyat, vagyis a szárnyprofil felett negatív irányba elmozdult nyomáskülönbség kisebb aerodinamikai terhelést keltett az áramlásleválások alkalmával.

A „fekete lovak” DRD rendszerének felépítése és működése

Az L-csatorna oldalán lévő nyílásokon keresztül kilépő légáramlatok hatására valósul meg a hátsó szárny főprofiljának befúvása (Fotó: Sutton Images)

A Lotus által megtervezett és kivitelezett DRD rendszer elődleges eleme a pilóta feje felett lévő airbox mellett kialakított légbeömlő nyílás, ahol a levegő be tud áramolni a motorburkolat alatt elhelyezett légcsatornába. A bukókeret mögötti részen látható légbeömlő nyílás kivitele az egykori Renault F1-es csapat 2010-es autóján alkalmazott F-csatorna légbeömlő nyílását idézi. A DRD légcsatornája ezt követően a motor légellátásához szükséges airbox kürtője felett halad el, miután a DRD légbeömlői egy közös légcsatornában egyesülnek. Az airbox és a légcsatorna valamelyest egybefüggő egységet alkot, és az airbox mögötti részen egy lépcsős szakaszt követően egy rövidebb hosszon újra kettéágazik a hátsó szárny irányába vezető csatorna. Pontosan ez az a rész, amely talán a legkomplexebb szakasza a rendszernek, amely mögött tovább haladva fémkarimás kivezető nyílások találhatóak. A fémből készített egységnek köszönhetően szilárdabb kapcsolatot sikerült kialakítani a karimás résznél lévő, a légcsatorna vonalvezetésében kialakított töréspontnál. A karimázott szakasz és a töréspont minden bizonnyal jelentős szerepet játszik, amelyek vélhetően a légcsatornába áramló levegő sebességétől függően biztosítja a megfelelő légáramlást a csatornán keresztül a hátsó légterelő szárny irányába.

A motorburkolat alatt elvezetett légcsatorna végül a hátsó gyűrődési zóna felett lévő rúdszárnyon túlnyúló kivezetéssel, és a sebességváltó háza felett elinduló, a hátsó légterelő szárny főprofiljához rögzített L-csatornával zárul.

A rúdszárny felett kialakított kimeneti nyílás egy ívelt gallért is kapott, amely a különleges kilépő élének köszönhetően kialakuló nyomáskülönbségnek köszönhetően fokozza az aerodinamikai leszorító erő nagyságát.

A Formula-1 technikai szabályzata megengedi a csapatok számára, hogy az autók hosszanti szimmetriatengelyétől nézve 75-75mm-es távolságban a hátsó területet érintően kiegészítő aerodinamikai elemeket alkalmazzanak, továbbá ezt a méretkorlátozást betartva 150mm-es hosszon akár nyílások is kialakíthatóak az egyes légterelő idomokon.

A kilépő él és a rajta található légterelő perem kialakításával az említett részen áthaladó levegő áramlási sebessége megnő, amelynek hatására a légterelő elem alatt kisebb nyomással rendelkező tér jön létre, ami pedig a profil felett elhaladó légáramlatokhoz viszonyított nyomáskülönbségnek megfelelően növeli az általa elérhető aerodinamikai leszorító erő nagyságát. Használatával azonban nemcsak a hátsó légterelő szárny aerodinamikai hatásfoka javítható, hanem megfelelő kialakításával a diffúzor felső légcsatornáján keresztül az autó mögé kilépő légáramlatok hatását is segíti, növelve ezzel az autó hátsó szekciójának menetstabilitását.

A motorburkolat alól kilépő, és a hátsó légterelő szárny főprofilja felé haladó L-csatorna keresztmetszete sokkal kisebb, mint az airboxtól a rúdszárnyig tartó légcsatorna esetében. Ennek a jelentősége az, hogy ezáltal a levegő nagyobb ellenállásba ütközik ezen a profilon, ami azt eredményezi, hogy a versenyautó alacsonyabb sebessége esetén az airbox melletti légbeömlőn beáramló levegő jelentősebb mennyisége a rúdszárny felett kialakított kimeneti nyíláson át távozik.

Az L-csatorna további jellemzője, hogy kiviteléből adódóan egy 90°-os törést tartalmaz, amelynek nem igazán aerodinamikai okai vannak. A Lotus mérnökei abból a megfontolásból készítették ezt a szakaszt ilyen formában, mert a technikai szabályzat nem engedélyezi, hogy a hátsó légterelő szárny előtti területen bármilyen kiegészítő karosszériaelemet helyezzenek el. Pontosan ezen korlátozás miatt tiltotta be az FIA a 2010-es évben alkalmazott F-csatornák további használatát.

A légcsatorna rúdszárny felett lévő kimeneti nyílása, és a felette lévő, gallérhoz hasonlítható légterelő elem (Fotó: Sutton Images)

A különleges megjelenésű L-csatorna tehát a hátsó szárny főprofiljához csatlakozik, míg a felső, DRS mechanizmus által mozgatható féklap és a szárny véglezáró lemezei hasonló kialakítást kaptak azon megoldásokhoz, ahol nem alkalmaztak a Lotus által megtervezett DRD-hez hasonló rendszert. Mindazonáltal, hogy a szóban forgó L-csatorna összeköttetésben van a főprofillal, a csatlakozási ponton nincs semmiféle kivágás, mint amilyen az egykori klasszikus F-csatornák esetében volt. Helyette viszont a Lotus mérnökei az L-csatorna oldalfalán 4db kisebb méretű, függőleges elhelyezésű nyílásokat alakítottak ki. Ezáltal az L-profil oldalfala és a hátsó szárny találkozási pontjánál a szárnyelem alatt valósul meg a szárny extra levegővel történő befúvása.

Ennek hatására a főprofil alá áramlott extra légmennyiségnek köszönhetően megnő a szárny alatti légáramlatok által kifejtett nyomás, amely a versenyautó nagyobb sebessége, és nyitott DRS szárny esetén tovább csökkenti a hátsó szárny felett elhaladó légáramlatok nyomását, amely kisebb közegellenállást, kisebb aerodinamikai leszorító erőt, és ezzel együtt még nagyobb végsebességet tesz elérhetővé.

Aerodinamikai szempontból kétféle feladat ellátására volt hivatott a Lotus E20-as autók DRD rendszere. A pilóta feje felett lévő airbox mellett beáramló levegő egyrészt a rúdszárny felett lévő kiömlő nyíláson, másrészt pedig a hátsó szárny főprofiljához csatlakozó L-csatorna oldalsó kivágásain volt képes távozni. A légáramlatok megfelelő kimeneti pontra történő irányításában feltételezhetően az airbox mögött kialakított karimás szakaszoknak van jelentős szerepe, és az sem elképzelhetetlen, hogy a versenyautó hátrafelé vezetett légcsatornájának bizonyos része közös egységet alkot az airbox-al pontosan azért, hogy az autó sebességétől függően a szükséges nyomásviszonyok alakuljanak ki a rendszerben.

A versenyautó legfelső pontján a bukócső alatt lévő légbeömlő feladata, hogy azon keresztül levegő jusson el a motorhoz. Az angol szakszóval airbox-nak nevezett egység működését tekintve lelassítja a beáramló levegőt, amelynek a kinetikai energiáját statikus nyomássá alakítja át. A jól kialakított airbox-nak megfelelő módon ívelt kialakítású csatornával kell rendelkeznie, hogy a tőle elvárt aero-jellemzőket legyen képes produkálni. A légcsatornába került légmennyiség két kimeneti pont közötti szabályzásához vélhetően a Mercedes W03-as autók DDRS rendszerében is alkalmazott passzív áramláskapcsolóhoz hasonlítható megoldás kapott helyet.

Az áramláskapcsoló tulajdonképpen egy olyan légkamrát jelent, amely az airbox és a motorburkolat alatt elvezetett légcsatorna egyesítésével lett létrehozva. Működéséből adódóan a versenyautó lassabb sebessége esetén az airbox mellett belépő levegő egy része az elülső karimás kivezető nyílásokon át távozik, míg a légcsatornába került levegő további része pedig a rúdszárny feletti kimeneti nyíláson át a diffúzor középső kamrájából kilépő légáramlatok aerodinamikai hatását fokozta.

Abban az esetben viszont, amikor a pilóta a pálya egyenes szakaszaiban felgyorsította autóját, az áramláskapcsoló felületéről leváló légáramlatok az airbox mögött lévő másodlagos karimás kivezető nyílás és a hátsó légterelő szárny főprofiljához csatlakozó L-csatorna felé haladtak tovább. Az L-csatorna és a rúdszárny felé vezető szakasz találkozásánál a csatorna belsejében lévő szerkezeti kialakítás a nagyobb sebességgel érkező légáramlatok rúdszárny feletti kilépését megakadályozta, segítve ezzel az L-csatorna hatékonyságát. Minden bizonnyal ennél jóval összetettebb rendszert alkotott azonban a Lotus szakembergárdája, amely nemcsak a légcsatornában kialakuló nyomásviszonyokért a felelős.

Az L-csatornából kilépő levegő az áramlásleválást megelőzően nagyjából a főprofil feléig követik a hátsó szárny felületét (Fotó: Sutton Images)

A versenyautó nagyobb sebessége esetén tehát az L-csatornába áramlott légmennyiség a hátsó szárny főprofilja alatt, az L-csatorna oldalán kialakított 4db nyíláson hagyja el a rendszert. Ennek hatására leginkább háromszöghöz hasonlítható kavitáció jön létre, amely a főprofil alatt elhaladó, a főprofilról alapesetben lamináris módon leváló légáramlatokat turbulens áramlássá alakítja át. A főprofil alsó felületére érkező extra befúvás miatt lecsökken a szárny feletti légáramlatok által kifejtett aerodinamikai nyomás, amely az így lecsökkentett közegellenállásnak köszönhetően nagyobb végsebességet képes biztosítani az E20-as konstrukciónak, még abban az esetben is, ha a pilóta nem használta az adott szakaszon autójának DRS mechanizmusát.

Miután a Mercedes W03-as versenyautókkal ellentétben – ahol a nyitott hátsó légterelő szárny hatására valósult meg az első szárny befúvása – a Lotus által megalkotott DRD rendszer működése teljesen független a DRS használatától, vagyis az E20-as autókon kialakított Légellenállást Csökkentő Eszköz nem a DRS működtetése során elérhető másodlagos funkción alapszik. Éppen ezért a Nemzetközi Automobil Szövetség engedélyezte a Lotus megoldásának további használatát a 2013-as szezonra vonatkozóan. A Mercedes azonban már nem mondhatja el ezt magáról, ezért a német gárda a szezon végén már tesztelte a Lotus által alkalmazott rendszerhez hasonló saját konstrukcióját.

A cikksorozat további része:

• Innovatív DRS-megoldások 2012-ben (1. rész)

Címkék: Airbox, DRS, Hátsó szárny, Légellenállást Csökkentő Rendszer, Lotus F1 Team, Magyar Nagydíj (2012), Mercedes AMG Petronas Formula 1 Team, Motorburkolat, Technikai ismertető

Hozzászólások (1)

1. Visszajelzés: Technikai ismertető: Lotus Renault E21 | Formula1Tech Blog

Kilépés a válaszból

Szólj hozzá...

Név *

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

Weboldal

* A mezők kitöltése kötelező!

Ellenőrző kód *