Mercedes W03: Az új kipufogórendszer és az ECU összefüggései

Tweet

Leginkább a Ferrari F2012-n alkalmazott kipufogó-megoldást idézi a Mercedes által a franciaországi teszten pályára vitt W03-as konstrukció (Fotó: Auto Motor und Sport)

A 2012-es szezon elején életbe lépett új technikai szabályoknak köszönhetően a csapatoknak végleg búcsút kellett inteni a tavalyi idényben slágerterméknek bizonyult kipufogóval fújt diffúzoroknak.

A 2011-es szezon talán legmeghatározóbb technikai innovációja a kipufogóval fújt diffúzorok alkalmazása volt, ami igencsak számottevő aerodinamikai előnyt jelentett a versenyautóra ható aerodinamikai leszorító erőt érintően. A kipufogórendszerből kiáramló forró égésterméket a versenyautó padlólemeze, valamint annak diffúzora alá terelték, amelynek hatására a meleg levegő által biztosított aerodinamikai előnyöknek köszönhetően fokozni lehetett az autóra ható leszorító erő nagyságát. Mivel a Nemzetközi Automobil Szövetség a 2012-es évtől kezdődően betiltotta, hogy a motorvezérléssel befolyásolt égéstermék-áramlást közvetlenül a padlólemez aerodinamikai teljesítményének növelésére lehessen felhasználni, a csapatok számára az egyik legnagyobb nehézséget az jelenti az idei szezonban, hogy milyen módon képesek megoldani a fentiekben említett szabálymódosításból adódó leszorító erő hiányának pótlását.

A 2012-es évben alkalmazott új technikai reguláknak megfelelően a kipufogórendszer végződését minden egyes csapatnak legalább 200mm-rel a padlólemez felett kell kialakítani, és a hátsó légterelő szárny irányába mutató utolsó, kör keresztmetszetű 100mm-es szakasznak is egy szigorúan 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.

A mezőny résztvevői közül akadtak olyanok, akik a kipufogórendszerből távozó meleg levegőt a hátsó légterelő szárny irányába, de akadtak olyanok is – mint például a McLaren, vagy a Sauber -, akik egy jól ismert aerodinamikai jelenség előnyeit kihasználva sokkal inkább a padlólemez, illetve a diffúzor felé terelik a több 100°C-os égésterméket. A Mercedes alakulat a Formula-1-es innovációk terén az idei esztendőben kétségtelenül egy valódi újdonsággal rukkolt elő, amikor pályára vitte a mára már más csapatok, mint például a Lotus F1 Team által is alkalmazásba vett (bár egyelőre még versenykörülmények között nem alkalmazták), Dupla-DRS-nek, vagy Szuper-DRS-nek is nevezett aerodinamikai rendszerét. Ezzel a megoldással extra sebességtöbbletre képesek szert tenni a W03-as konstrukciókkal, de mint arra meglehetősen gyorsan fény derült, nem igazán képesek tartós módon sikerrel alkalmazni azt.

A német alakulat számára mindinkább gondot jelentenek a hátsó gumiabroncsok mechanikai tapadásával kapcsolatosan felmerült problémák, amellyel szorosan összefügg azon jelenség is, hogy a versenyautó hátsó traktusa az elvárható mértékhez képest jóval kisebb mértékű stabilitást képes produkálni a lassabb sebességgel teljesíthető pályaszakaszokon, különösképpen az alacsonyabb tempót követelő kanyarokban. Ebből a megfontolásból a Mercedes alakulat az Olasz Nagydíjat követően megrendezésre kerülő szezon közbeni, a Magny-Coursban lévő versenypályán lebonyolításra kerülő tesztsorozaton egy teljesen új kialakítású kipufogórendszerrel gördült pályára.

A McLaren Mercedes MP4-27-es, a Ferrari F2012-es, a Sauber Ferrari C31-es, vagy akár a Red Bull Renault RB8-as konstrukciókon is alkalmazott műszaki megoldások mintájára a bajor alakulat mérnökei sokkal inkább kezdik felismerni az aerodinamikai terén jól ismert Coanda-effektus jelentőségét.

A Mercedes W03-as versenyautó oldaldobozán oly mértékű változtatást végzett a csapat, amelynek eredményeképpen a kipufogórendszer végződése egy, az oldaldobozon kialakított, leginkább légcsatornához hasonlítható szakaszon keresztül a padlólemez irányába továbbítja a forró égésterméket. A Coanda-effektus által ismert hatásnak köszönhetően az oldaldoboz felületéről alááramló, és a kipufogóból távozó levegő sebessége a padlólemez alá juttatva felgyorsul, valamint a diffúzor alatt kialakuló áramlásviszonyoknak köszönhetően jelentősebb mértékben csökken az ott elhaladó légáramlatok aerodinamikai nyomása, ami pedig az így kialakuló nagyobb nyomáskülönbségnek köszönhetően nagyobb aerodinamikai leszorító erőt eredményez.

Mindez természetesen a hátsó kerékfelfüggesztési rendszer beállításának és geometriájának tekintetében is hordoz némi változást, hiszen a versenyautó hátsó része és a pálya felülete közötti távolságot meg lehet növelni, ami a módosított diffúzorral együtt elősegíti az autó hátsó területén előállítható aerodinamikai leszorító erő növelését.

Az idei év nagydíjain alkalmazott megoldásnál a Mercedes W03-as kipufogójának végződése az oldaldobozban kapott helyet (Fotó: Sutton Images)

A Mercedes által az idén alkalmazott kipufogórendszer jelentősen eltér a franciaországi tesztsorozat első napján pályára vitt változattól, hiszen az a karosszériához viszonyítva némileg magasabb pontra ívelt, és a kipufogórendszer végződése sokkal inkább az oldaldobozon belül volt elhelyezve. Mindazonáltal, hogy ez a fajta megoldás is pozitívan hat a versenyautó hátsó területét érintő aerodinamikai karakterisztikára, jóval kevésbé lehet a diffúzor áramlástani hatékonyságát javítani általa.

De hogyan is érvényesül az oly sokat emlegetett Coanda-effektus a Mercedes W03-as konstrukcióján próbára tett új kipufogó-végződésnek köszönhetően? Az oldalsó kocsiszekrény hátsó részének felületét a meleg levegő, valamint az elölről érkező légáramlatok követik egy bizonyos pontig, majd áramlásleválást követően a padlólemez irányába haladnak tovább. 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 német alakulat által kidolgozott új dizájn sokkal inkább a Ferrari F2012 esetében alkalmazott műszaki megoldást tükrözi. Az oldaldoboz hátsó, enyhén lefelé ívelő felülete egy oldalirányú „kinövést” tartalmaz, amely egyúttal magában rejti a kipufogórendszer végződését, és a rajta keresztül kiáramló meleg levegő padlólemez irányába történő terelésére létrehozott légcsatornát. Megfigyelhető továbbá, hogy ezen terület oldalsó része tartalmaz néhány hűtőnyílást is (ez ismét a Ferrari megoldására hasonlít leginkább), amely a karosszéria alatt kialakuló meleg levegő minél hatékonyabb módon történő kivezetését látja el.

A teszt során a csapat igyekszik minél több adatot begyűjteni az új rendszer működésével és aerodinamikai viselkedésével kapcsolatban. Ennek eszközeként a hátsó kerekek előtt a padlólemez felső felületén néhány színes szalag is felhelyezésre került. Ezek szerepe nem más, mint a kipufogógáz hőmérsékleti értékétől függően bekövetkező színváltozásainak segítségével a mérnökök számára azonnal láthatóvá váljon, hogy a kipufogórendszer mögötti területen milyen hőmérsékleti terhelések érik az egyes alkatrészeket, és nem utolsó sorban miként változik az égéstermék hőmérsékleti szintje. Ezt a célt szolgálják továbbá a motorburkolat és a padlólemez felületére ragasztott, skálázott hőmérsékletmérő szalagok is, amelyek szintén az égéstermék hőmérsékletétől függően keletkező elszíneződésükkel jelzik a pontos termikus értékeket.

Egyes mérések szerint a kipufogóból kilépő, és a Coanda-effektus hatására a felületről leváló forró égéstermék hőmérséklete a padlólemezhez közeledve jelentős mértékben csökken, de a szénszálas kompozit anyagból készült alkatrészeket, mint például a hátsó kerékfelfüggesztés alsó lengőkarját, és általában a padlólemez felületét hővédő bevonatokkal látják el.

Arról sem szabad megfeledkezni, hogy a Formula-1-es versenyautó kipufogórendszerében végzett módosítások befolyásolják a motor által elérhető teljesítmény mértékét is. Egy ilyen jelentős változtatás esetében, mint amilyet a Mercedes is próbára tett Magny-Coursban, az ECU paraméterezését sem hagyja érintetlenül. A korábban alkalmazott motorvezérlés optimalizálására tehát az új kialakítású, és ezzel együtt valamivel hosszabb és csökkentett átmérőben elkészített csövezést tartalmazó kipufogórendszer miatt lesz szükség, hiszen a gázszabályzó szelep nyitott-, zárt- és köztes állapotai mellett nemcsak a motor által elérhető teljesítmény, hanem az égéstermék-áramlás minősége is változik. Az ECU beállítása során azonban a csapatnak nincs olyan nagy szabadságfoka, vagyis a kipufogógáz aerodinamikai célra történő felhasználása igencsak korlátozott módon történhet. A Mercedes mérnökeinek többek között a 2012-es szezon során módosított azon regulát is figyelembe kell venni, melynek értelmében a 6.000 percenkénti fordulatszámtól kezdődően a meghatározott maximális forgatónyomaték értékétől mindössze +/- 2%-kal lehet eltérni, valamint a gyújtás szögét érintő megengedett eltérés mértéke nem haladhatja meg a 2.5%-ot. Feltételezhető továbbá, hogy Ross Brawn csapata a szintén Mercedes motorokat használó McLaren és Force India alakulatok által alkalmazott motorvezérléshez hasonló paraméterezést fog majd alkalmazni a W03-as esetében.

A Coanda-effektust hasznosító új kipufogórendszer aerodinamikai vizsgálata Pitot-csövekből álló mérőrendszer segítségével (Fotó: Auto Motor und Sport)

Az új kipufogórendszert és a versenyautó diffúzorát érintő aerodinamikai hatások minél pontosabb feltérképezése érdekében a csapat nyomásmérő szenzorokkal, illetve statikus mérőponttal ellátott Pitot-csövekből álló keretet applikált a padlólemez mögé. Ennek segítségével az autó mögötti területen, valamint a diffúzor kilépő élén kialakuló áramlásleválások aerodinamikai hatásait képesek megvizsgálni, és mindamellett, hogy segítségével megállapítható a padlólemez alatt és felett létrejövő nyomáskülönbség mértékének függvényében kialakuló leszorító erő nagysága, többek között megállapítható az is, hogy az autó mögé kilépő- és a felületről leváló légáramlatok milyen mértékű kavitációt hoznak létre.

A Mercedes által tesztelt új kialakítású kipufogórendszertől a csapat azt reméli, hogy a legfőbb célkitűzésüknek megfelelően a lassabb kanyarokban sokkal jobb aerodinamikai hatásfokot és jobb egyensúlyt lesznek majd képesek elérni, mint korábban, ami egyértelműen előnyére szolgálhat majd a W03-as menettulajdonságainak. A versenyautó karakterisztikájának ilyen módon történő fejlesztése pedig az előzetes tesztek és adatok szerint a hátsó gumiabroncsok egyensúlyára is kedvező hatással lehet, és nem utolsó sorban azok nem kívánt mértékű kopásának megelőzésének tekintetében is pozitív hatást gyakorolhat majd.

Címkék: Diffúzor, ECU, Elektronikai Vezérlő Egység, Kipufogórendszer, Magny-Cours, Mercedes AMG Petronas Formula 1 Team, Oldalsó kocsiszekrény, Pitot-cső, Technikai ismertető

Hozzászólások (1)

1. Visszajelzés: Mercedes W03: A DDRS hatékonyságát növelő motorburkolat | Formula1Tech Blog

Kilépés a válaszból

Szólj hozzá...

Név *

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

Weboldal

* A mezők kitöltése kötelező!

Ellenőrző kód *