Záludnosti aerodynamiky vozů F1: Víry, úplavy, složitá křídla a matice kol

Petr Hlawiczka, 16. prosince 2016, 16:00 Google+

V technickém článku se s pomocí technického ředitele Williamsu Pata Symondse podíváme na to, co dělá aerodynamiku závodních monopostů Formule 1 tak složitou i krásnou zároveň. Jak inženýři využívají víry, matice kol a jak eliminují úplavy? Co pomáhá zvyšovat celkovou efektivitu?

Počet komentářů:  5 komentářů (Poslední 17.12. 15:24) Napište svůj názor
Vizualizace vírových struktur závodního monopostu

Vizualizace vírových struktur závodního monopostu | foto: Sauber Motorsport AG

Sdílejte článek

Co přesně je vír?
Aerodynamici se budou o přesnou definici přít, ale jednoduše jde o souvislý rotační tok tekutiny kolem jádra s nízkým tlakem. Vír vidíme pokaždé, když voda vytéká ze umyvadla, zatímco satelitní fotografie tropických bouří dokládají sílu víru.

Proč jsou tak důležité?
Protože vír představuje proud vzduchu o vysoké energii, může být využit pro řízení menších toků vzduchu. Jednou ze silných stránek řízení toku víru je skutečně to, že můžete využít kombinaci vírů pro vytvoření čistého proudění odlišným směrem.

Například si představte, že byste dokázali vytvořit vír, který by se točil proti směru hodinových ručiček, a o něco níže by se druhý točil ve směru hodinových ručiček. Tam, kde by se dva otáčející se toky setkaly, tam by mezi oběma víry putovaly stejným směrem, podobně jako dvě ozubená kolečka, a proto by okolní vzduch tlačili tímto směrem.

Co děláte pro to, aby se vír otáčel určitým směrem?
Vzduch je líný a vždy si vybere tu nejsnazší cestu ke stabilnímu stavu. Představte si letadlo letící vzduchem. Je podporováno tím, že má pod křídlem vyšší tlak než nad ním. Na špičce křídle se chce vzduch o vyšším tlaku zakroutit, aby se připojil ke svém kamarádům s nižším tlakem.

Video: Vzdušné víry vznikající na špičkách křídel dopravních letadel
(zdroj: youtube.com)

Pokud se bavíme o pravém křídle, pak při pohledu zezadu vzduch putuje proti směru hodinových ručiček zespoda nahoru přes špičku křídla. Ale letadlo se samozřejmě pohybuje směrem dopředu, proto je tento jednoduchý tok proti směru hodinových ručiček kvůli relativnímu pohybu křídla vůči okolnímu vzduchu zdeformován do tvaru vývrtky.

Proto se nám (při pohledu zezadu) vytváří vír otáčející se proti směru hodinových ručiček. A naopak na levé straně křídla tok rotuje ve směru hodinových ručiček, když se díváme zezadu.

Můžeš vysvětlit rozdíl mezi úplavem a vírem?
Vír (anglicky vortex) jsme si definovali výše jako souvislý rotační tok. Pole proudění víru se v čase relativně moc nemění, dokud se nakonec nerozplyne. Když vezmete v potaz kondenzační čáry vznikající na špičkách křídel u letadel ve vzduchu, tak jsou docela předvídatelné.

A úplav (anglicky wake) je na druhou stranu mnohem chaotičtější pohyb vzduchu. Způsobuje ho vzduch řítící se do nízkotlakého prázdna vznikajícího za pohybující se překážkou. Zatímco vír se dá využít pro vylepšení aerodynamiky, tak úplav má téměř vždy destruktivní účinek.

img-responsive

Práce na aerodynamických detailech v Brackley | foto: Mercedes AMG F1 Team

Co vede k tvorbě úplavů a vírů?
Úplav je vytvářen pevnou překážkou pohybující se ve vzduchu, a čím je větší, tím je větší úplav. Vír je na druhé straně vytvářen rysem objektu, který se pohybuje vzduchem a má na něm odlišné tlaky.

Souvisí veškerá ta složitost předních křídel s úplavy a víry?
Opravdu ano. Samozřejmě, že prvky předního křídla fungují konvenčním způsobem jako křídlo, ale mnoho plošek a zahnutých profilů, stejně jako spodní strana bočnic, jsou navrženy pro tvorbu vírů, aby upravili tok  vzduchu z křídla směrem dozadu.

Pravidla vyžadují, abychom u předních křídel navrhovali 500mm širokou prostřední část, která je aerodynamicky neutrální. Tam, kde se napojuje na prvky vytvářející přítlak, vzniká velmi silný vír. Je známý jako vír Y250, protože se nachází ve vzdálenosti 250 mm od středové osy ve směru Y. Jde zřejmě o tu nejdůležitější tokovou strukturu celého vozu, protože se využívá k tomu, aby za předními koly zamezila destruktivnímu vlivu úplavu na aerodynamiku pod podlahou.

Vír Y250 vznikající v 250 mm od středu v místě přechodu neutrální části hlavního profilu předního křídla v povrchy generující přítlak

Vír Y250 vznikající v 250 mm od středu v místě přechodu neutrální části hlavního profilu předního křídla v povrchy generující přítlak | zdroj: Sauber Motorsport AG

Věřte nebo ne, moderní přední křídlo se skládá téměř z 300 oddělených komponentů, které jsou spojeny dohromady. Navíc je k výrobě křídla zapotřebí téměř 200 forem. Jakmile jsou všechny části vyrobeny, potřebujete k jeho správnému sestavení stolici skládající se z 350 dílů. Teď chápete, proč výroba křídla trvá přes 4 týdny a proč je to tak frustrující, když tak často vidíte jejich poškozování.

Proč je úplav pro aerodynamiku tak destruktivní?
Aerodynamici chtějí, aby proudění směřující ke všem povrchům bylo čisté, s minimální intenzitou turbulence. S takovým stavem se náběžná hrana předního křídla opravdu setkává v aerodynamickém tunelu nebo na dráze, když se nenachází těsně za druhým autem.

Všechny povrchy za předním křídlem čelí určité úrovni turbulence, což snižuje předvídatelnost aerodynamické výkonnosti. Je to také důvodem, proč to je pro vozy F1 tak těžké jezdit těsně za sebou. Úplav prvního vozu má totiž velký dopad na tok vzduchu, který naráží na auto jedoucí za ním.

img-responsive

Foukaná matice - vzduch prochází přední poloosou McLarenu MP4-31 | foto: Pirelli

Jak do toho zapadá foukaná matice?
Cílem pole proudění předního křídla je vytlačit jeho úplav do stran, aby měl menší vliv na karosérii a zadní křídlo. Foukané matice umožňují průchod energického vzduchu přední poloosou a pomáhají s tímto vymývacím efektem.

Pokud jsou přední kola tak důležitá, jak je v aerodynamickém tunelu simulujete?
Ve skutečnosti jsou z pohledu aerodynamiky důležitá přední i zadní kola. I jednoduché věci, jako je opotřebení pneumatik, má významný dopad na schopnost vozu vyvíjet přítlak. V aerodynamickém tunelu testujeme s modelem na pohyblivém pásu, který roztáčí kola a reprezentuje ten správný tok vzduchu pod vozem.

Pneumatiky na modelu představují velmi precizní reprezentaci skutečné pneumatik. Konstrukce je navržena tak, aby napodobovala zdeformovaný tvar skutečné pneumatiky, když je vystavena zátěži. Tímto způsobem můžeme vyvíjet aerodynamiku s využitím všeobecně správného tvaru pneumatiky - i když kdokoliv někdy sledoval zpomalené video vozu F1, tak ví, že se tento tvar neustále mění.

Google+ Vytisknout

Diskuze: Záludnosti aerodynamiky vozů F1: Víry, úplavy, složitá křídla a matice kol

Přidejte svůj názor

Počet komentářů: 5, poslední 17.12.2016 15:24 Vložte komentář

Zobrazeno posledních 5 komentářů. Vstupte do diskuze Vložte komentář

Související články

Doporučujeme

Další články

Aktuálně

Kimi Räikkönen po nehodě před sebou hrne Red Bull Maxe Verstappena

"Katastrofa, všechno špatně!" Italská média mohutně kritizují Ferrari a Vettela

Fernando Alonso v závodě v Singapuru

McLaren je s novým vozem kvůli pozdnímu přechodu k Renaultu ve skluzu. Jak ho doženou?

Esteban Ocon dojel třetí za deštivé kvalifikace v Itálii

Force India má o jezdecké sestavě pro příští sezónu už jasno

Start Velké ceny Singapuru 2017

Vettel se dle Verstappena neomluvil. Co vidí na dohře incidentu jeho otec?

Valtteri Bottas v závodě v Singapuru

Mercedes neví, proč byl v Singapuru najednou tak rychlý. O viníkovi kolize má Lauda jasno

Hamilton při závodě vzpomínal na Sennův incident

Webber v Singapuru nechápal komisaře, Hamiltona "chránil" Senna

Start Velké ceny Singapuru 2017

Vettel měl zřejmě Verstappena v mrtvém úhlu, domnívá se Hamilton + VIDEO

reklama

Průběžné pořadí šampionátu:

1. HAMILTON, 2. VETTEL, 3. BOT... Celé pořadí

dní | hod | min | sek

reklama

Doporučujeme

Cyril Abiteboul poděkoval partnerům za nadějný rok 2016

Šéf Renaultu pochvalně hodnotí současnou spolupráci s Red Bullem

Čtěte dále

Nejčtenější články

  1. PROHLÁŠENÍ po kvalifikaci: Na pódium nemáme auto, tvrdí Bottas

  2. Partnerství Renault a Red Bull se rozpadá, co na to Ricciardo a Verstappen?

  3. Mercedes neví, proč byl v Singapuru najednou tak rychlý. O viníkovi kolize má Lauda jasno

  4. KVALIFIKACE: Red Bul se musel sklonit před Vettelem, Hamilton až ve třetí řadě

  5. Alonso o své budoucnosti: Nebudu jezdit nikde, kde bych bojoval o účast v Top 10

  6. GP Singapuru: Obě Ferrari skončila v první zatáčce, čehož plně využil Hamilton

reklama