Jak postavit monopost F1 - 3: díl: Aerodynamická výkonnost (+ video)

Týmy v kterékoliv sezóně vědí, jak jejich vůz funguje. Alespoň by to měly vědět. Čas na kolo je dán zejména rychlostí v zatáčkách: čím rychleji je dokáže vůz projíždět, tím rychlejší na kolo bude. A rychlost v zatáčkách je dána aerodynamickým chování vozu v její prostřední části.

Týmy tedy znají aerodynamické vlastnosti vozu při určitém úhlu natočení kol. A to, co ví o současném voze, určuje filozofii toho příštího. Vždy toužíte po větším přítlaku a menším odporu, to se nikdy nemění.

Maximální přítlak, nikoliv za maximálních obětíTo je to, o čem týmy hovoří, když je slyšíte mluvit o "L převyšujícím D." Znamená to, že srovnávají vztlak (L - z anglického "lift") - či spíše negativní vztlak (protože křídlo u formule tlačí vůz dolů, nikoliv nahoru jako u letadel), tj. přítlak - s odporem (D - z anglického "drag"). Chcete, aby váš poměr L/D byl co nejvyšší.

Nemůžete tomu však obětovat všechno ostatní: vůz musí při daném poměru také fungovat. Velmi důležitá je jeho ovladatelnost, proto často dochází ke kompromisu mezi celkovým přítlakem a ovladatelností, jelikož vyšší celkový přítlak může auto učinit citlivějším změny polohy, což ovladatelnost dost zhoršuje.

Jak se vůz chová při přechodech, když se naklání do stran či dopředu a dozadu při brzdění, zatáčení a akceleraci, je pro celkový balík velmi důležité. Dochází tedy k neustálým kompromisům mezi vyšší výkonností a zajištění dobré ovladatelnosti.

Práce v aerodynamickém tunelu Sauberu (foto: Sauber Motorsport AG)

Aerodynamické těžištěAerodynamická výkonnost je velmi ovlivňována tím, jak se při brzdění a zatáčení přesouvá [aerodynamické] těžiště - virtuální bod, na který působí aerodynamické síly, které vymezují chování vozu.

Posouvá se trochu dozadu a dopředu s tím, jak pilot zatáčí volantem. Řekněme, že se posouvá dopředu o 1 % s každými 5 ° zatočení kol, ale vozu stále vpředu schází přilnavost - můžete se rozhodnout, že by bylo lepší, kdyby se tedy těžiště nacházelo o 1,5 % více vpředu. To by pak byl cíl pro návrháře.

Stejné je to se všemi ostatními hledisky vozu: pokud se proudění vzduchu v difuzoru určitým způsobem odděluje v závislosti na světlé výšce, pak se například zaměříte na vylepšení této oblasti.

Specifikační listVšechny vlastnosti, které chce tým vylepšit, se zapisují do specifikačního listu, aby aerodynamikům poskytli parametry, díky kterým chce technický ředitel posunout vůz kupředu. List obsahuje vše, co se týká vozu: od aerodynamické výkonnosti po pevnost zavěšení a ostatních částí. To jsou základy, podle nichž je auto navrhováno.

Musíte volit správné kompromisy, protože zvýšení pevnosti jakéhokoliv dílů přidává na hmotnosti, což snižuje výkonnost. Je to o správném vyvážení. Lidé, kteří sestavují specifikační listy, již mají vizi toho, jaké auto bude, až se objeví. Dosažení těchto cílů však není nikdy jednoduché - a pokud ano, pak list nebyl dostatečně náročný.

Video: Testování monopostu F1 v aerodynamickém tunelu (zdroj: Sauber Motorsport AG)

Aerodynamika diktuje výkonnostAerodynamika vozu určí jeho celkovou výkonnost. Když je navrhován nový monopost, tým pracuje na cílech, které vycházejí z výkonnosti toho předchozího. V průběhu sezóny se znovu a znovu objeví určité stížnosti pilotů.

Může to být například to, že přední pneumatiky se dostatečně nezakousnou při prvotním zatočení, že se potýkají s příliš velkou nedotáčivostí při určitém úhlu natočení volantu nebo že poskakuje zadní část. Designéři se snaží přijít na to, proč k tomu dochází, a jak by to šlo vyřešit.

Vezměte si například loňské Ferrari: zadní část byla nervózní při brzdění na konci dlouhých rovinek, protože se proudění v difuzoru znovu rychle nespojovalo. Zřejmě budou klást větší důraz na světlou výšku, při níž bude docházet ke spojení proudění v difuzoru jejich nového vozu.

Výhoda větších týmů - průzkum více vývojových směrů najednouTýmy se tedy snaží zvyšovat výkonnost vozu zlepšováním poměru vztlaku k odporu (L/D) za současného zlepšování těch jízdních vlastností, které jeho výkonnost omezují. Jedná se o kompromis, který lépe zvládají větší než menší týmy, protože své vozy navrhují v aerodynamických tunelech a prostřednictvím počítačové dynamiky tekutin (CFD) a mají více lidí, kteří pracují na těchto řešeních.

Volba toho správného konceptu je však podobná příjezdu na křižovatku, kde nevíte, kterým směrem se vydat. Velké týmy mohou zkusit všechny směry, díky čemuž naleznou správné řešení a dosáhnout svého cíle. Menší tým je nucen si hned jeden vybrat. Pokud zvolí ten správný, stále mohou odvádět dobrou práci. Pokud si ale vyberou ten špatný, mohou na to tvrdě doplatit.

Inženýři se při navrhování vozu snaží vyzkoušet co nejvíce kombinací určité části, aby dosáhli nejlepšího možného výsledku. Jednotlivý díl, jako například deflektor pod nosem, bude mít kolem 50 variant, než se zadá výrobě. Týmy musí brát rovněž v úvahu to, jak díl ovlivní chování proudění podél zbytku monopostu.

Video: Williams o svém aerodynamickém tunelu (zdroj: Williams F1 Team)

Náročné simulace, výhoda aerodynamický tunelůSimulovat a pochopit všechny ty odlišné návrhy vozu v CFD při různých úrovních světlé výšky a natočení kol je velmi náročné. V aerodynamickém tunelu to je taky obtížným úkolem, jedná se však alespoň o mnohem realističtější prostředí.

S tím, jak jsou nastaveny modely v aerodynamickém tunelu, to zvládnete během jednoho spuštění. Model prochází sekvencí nastavení světlé výšky, natočení do stran (roll) a sekvencí náklonu a zatáčení. Takto pokročilými se staly nové 50% či 60% aerodynamické tunely, které týmy využívají (článek o špičkovém aerodynamickém tunelu Toyoty Motorsport najdete zde).

Aerodynamický tunel je pouhým nástrojem, který se používá k vytvoření souvislého aerodynamického balíku. Důležité je pracovat v rámci procedur, které vám umožňují porozumět testovaným dílům.

V litém boji je velmi snadné se zaměřit na poměry vztlaku a odporu (L/D) a zapomenout přitom na úhel natočení kol či náklony vozu, protože to zabírá méně času. Pokud k tomu ale přistoupíte, velmi brzy se začnete bít do hlavy.

 

Předchozí části seriálu:1. díl - Koncepce návrhu2. díl - Výroba a testování základní struktury (+ video)4. díl - Vylepšování prvotního návrhu