Naši čtenáři dostali před časem možnost (viz fórum) položit technické i obecné dotazy aerodynamikovi, který si nepřál být jmenován. Nyní přinášíme odpovědi na vybranou sadu 24 otázek.
1. Mě by například zajímalo, kolik z celkového přítlaku dělá difuzor? Někdo uvádí 35%, někdo 10%.. a jak moc se to letos změnilo. Díky. (Karel)
To se auto od auta liší, ale dá se celkem slušně předpokládat, že každé z křídel přispívá 1/3 a poslední třetinou podlaha. Difuzor ovlivňuje celou podlahu a všechny struktury na zádi, ale sám k té části podlahy přispívá 1/2 nebo možná o něco větší částí.
2. Myslíte, že testování a simulace v aerodynamických tunelech s může v budoucnu přesností vyrovnat simulacím na trati? (Pája)
V dobrých tunelech už to je celkem těsné a stále se to zlepšuje. Obtížné je cítění pilota, ale když dáte dohromady velmi dobrého v simulátoru s jezdcem ve smyčce, měli byste mít téměř perfektní jistotu, že díl bude fungovat.
Síly procházející pneumatikou při zatáčení se v tunelu těžko napodobují, což ovlivňuje přesnost. A to, že auto zažívá v podstatě zakřivený tok vzduchu, způsobuje problémy, ale s pomocí zlepšujících se CFD a simulátorů to už nebude dlouho trvat, kdy díly budou fungovat téměř vždy.
3. Víme jak se v posledních letech FIA snaží omezit vliv aerodynamiky. Byly zakázány dvojité difuzory pak bylo rapidně omezeno využívání výfukových plynů atd... kde je podle vás z aerodynamického pohledu nejvíce výkonnosti v současných pravidlech? Ve vývoji které části vozu podle Vás týmy získají nejvíce ztraceného přítlaku zpět? (Pája)
V křídlech!
4. Mňa by zaujímalo, či uvedený pán, ako špičkový aerodynamik tímu, používa pri svojej práci "Metódu holografickej spektrometrie" a nech uvedie príklad s uvedením obrázku, aby to bolo názorné. Ďakujem! (Kapor)
PIV (particle image velocimetry - laserová rovinná anemometrie) je v oboru široce využívána a předpokládám, že se ptáto na ní? Z jistých důvodů vám nemůžu poskytnout příklady, ale na Googlu byste jich našli dost.
Pozn. red.: Na F1news.cz jsme se podrobně PIV věnovali v technickém článku zde (včetně obrázků).
5. Asi bych se zeptal, zda-li letos týmy (nebo ten jeho) budou opět využívat nějaké pasivní systémy na snížení odporu na rovinkách. (Karel Kryl)
Myslím, že týmy se nyní příliš soustředí na základní věci. Možná na konci roku či příští rok.
Testování 60% modelu vozu F1 v aerodynamickém tunelu Sauberu (foto: Sauber Motorsport AG)
6. Mezi lidmi je rozšířeno spousta polopravd a omylů a proto by mě zajímalo jak a proč difusor odsává vzduch z pod auta. Podle mého názoru:
- Pod autem je malý průřez a vzduch v něm nějakou rychlostí (například 20 m/s) V difusoru se průřez zvětšuje a podle Bernoulliho rovnice se vzduch musí zpomalovat. (na například 10 m/s)
- Vzduch proudící nad podlahou auta a nad difusorem proudí rychleji než vzduch v difusoru a proto tento rychleji proudící vzduch vysává (strhává) vzduch z difusoru. (McMatej)
Difuzory fungují v podstatě jako výstup Venturiho [trubice], takže máte částečně pravdu. Vytvářejí také místní oblasti s nízkým tlakem díky vertikálním přepážkám, které dále podporují místní podtlak a zrychlují proudění pod vozem.
7. Když měl Renault výfuky vpředu, výfukové plyny proudily podél auta dozadu a utěsňovaly podlahu z boku, případně proud výfukových plynů odsával (strhával) vzduch z pod podlahy.
Někde jsem viděl, že proud výfukových plynů měl proudit pod podlahou do difusoru a to se mi nějak nezdá. (McMatej)
Neznám detaily, ale naše simulace ukázaly, že se proud dostal pod podlahu a také utěsňoval její okraje.
8. Často čtu názor, že přední křídlo "nahání" vzduch pod auto, obecně že je záměr dostat co nejvíce vzduchu pod auto. To se mi taky nějak nezdá. (McMatej)
Cílem je dostat proud pod auto, ale svou roli hraje i jeho kvalita - nechcete mít špinavý vzduch, proto přední křídlo používáme k tomu, abychom udrželi úplav předních kol mimo podlahu, zatímco vír Y250 pomáhá pod auto vtáhnout čistější proudění.
9. Experimentuje se v aerodynamice jen s tvarem nebo i s povrchovou úpravou karosérie kvůli maximálnímu snížení odporu? Teď se bavím např. o různých povrchových úpravách buď na molekulární úrovni, kdy je povrch karoserie tak nepřilnavý "kluzký", že po něm vzduch doslova klouže. Nebo třeba povrch imitující golfový míček s malými důlky, na kterých se při letu tvoří mikrovíry, které míčku dovolí doletět mnohem dál. Nejsem si jistý přínosem takového povrchu na autě, ale zajímalo by mne zda se takové věci zkouší a jestli občas zaznamenáte v tunelu něco co stojí za vyzkoušení v praxi? (viking)
Existují detailní důvody pro to, proč nepoužíváme důlky, jaké jsou na golfovém míčku. Nikoliv kvůli problémům při výrobě, ale abych se dostal k myšlence: většina povrchů je navržena tak, aby odstranila či snížila nedokonalosti povrchu nebo zamezila přilepování gumy z pneumatik na vozy.
Výměna dílů a přenastavení modelu Williamsu (foto: Williams F1 Team)
10. Dosáhnout letos týmy úrovně přítlaku z konce loňské sezóny? (Jens)
Už se u špičkových aut docela blíží úrovním z počátku loňské sezóny, není to tedy nepředstavitelné, ale spíše to pár let potrvá.
11. Proč je "nos" letošního modelu Lotusu asymetrický ? Byl by stejný nos, ale symetrický, v rozporu s pravidly? (jarsim)
Hodně se o tom už v tisku napsalo. Ano, je to kvůli tomu, aby vyhovoval pravidlům.
12. Kedže som fanúšik McLarenu, iste ste si všimli tie elementy, ktoré sú umiestnené na zadných závesoch. Odpoveď či je to naozaj "tajná zbraň" v oblasti prítlaku tohto auta, nám dá začiatok sezóny. Aký máte na to názor, či skeptický, alebo kladný?A ešte sa chcem opýtať, ak by tieto elementy nefungovali dostatočne, či je možnosť vrátiť sa k obyčajnému zaveseniu, ako používajú všetky ostatné tímy F1. (Smidke)
K normálním závěsům se vrátit mohou, ale narušilo by to geometrii zavěšení, takže se nedá říci, zda by na to doplatili mechanicky či nikoliv. Není to tajnou zbraní, ale jde o celkem zajímavý způsob, jak nahradit spodní křídlo.
Zejména z flow-visu to vypadá, že musí mít vytvářet celkem hodně odporu, proto nejde o velmi efektivní přítlak, ale k efektivním ziskům může docházet v dalších částech, jako je difuzor či zadní křídlo, díky nimž mohou stát za to.
13. Zajímalo by mě v čem je výhoda pull-rod před push-rod zavěšením v předu i vzadu a naopak. Děkuji za odpověď. (anonymous)
Nemyslím si, že by hráli tak velkou roli z hlediska mechaniky. Jde jen o umístění p-rodu tam, kde je to z pohledu aerodynamiky nejvýhodnější.
14. Zaujimalo by ma, ci sa vyskytlo nejake technicke riesenie jedneho (alebo aj viacerych) timu, ktore ostatnych vylozene prekvapilo (v tom zmysle, ze je pre tym prinosom a nie starostou)? (Dlhý)
Že by mě něco ohromilo, to ne, ale zapůsobily na mě věci, jako pasivní/aktivní DDRS a návrat k foukání z výfuků ze strany motoru - vidět všechny ty báječné věci, které se daly dělat s mapováním motorů.
15. Zajímalo by mne, jaký vliv má déšť na aerodynamiku vozu F1. Změní se nějakým způsobem aerodynamické vlastnosti vozu, pokud je mokrý? (mida)
Může to vést k tomu, že se proudění nad povrchem odděluje dříve kvůli povrchovým nedokonalostem, což snižuje přítlak. Navíc se odlišně chovají pneumatiky a vůz je výše nad vozovkou, což také ovlivňuje aerodynamiku.
Cílem je dostat co nejvíce vzduchu pod auto, aerodynamici hodně dbají i na jeho kvalitu
(foto: Scuderia Toro Rosso)
16. Hodně se nadává na tvary nosů a ani já nejsem jejich kdoví jakým zastáncem. Zajímalo by mě, proč dřív (řekněme do roku 2008-2009) to s nízkými nosy šlo, aniž by vypadaly ohyzdně a nyní je musíte takhle zužovat, abyste dostali co nejvíc vzduchu pod auto. Před tím jste ten vzduch pod auto nepotřebovali? Možná mi něco uniká, ale přesto díky za případné objasnění. (Ítr)
Jde čistě jen o tom, jak se během toho času měnila pravidla pro nosy a křídla. FIA byla varována, že nosy budou moci vypadat ošklivě, ale nezměnila je. Nosy dříve byly menší, ale kvůli křídlům kolem nich se lišila filozofie designu.
17. Já bych se jej pro změnu a na odlehčení zeptal, který letošní monopost se mi líbí nejvíce a který za celou historii F1.
PS: Doufám, že u něj vyhraje letošní Caterham. (Kubyk002)
Líbí se mi Mercedes, Lotus a McLaren. Ze starých aut je toho na výběr hodně - každé s velkým aerodynamickým inovačním pokrokem je pro mě důležité.
18. Pokud udělám velký chladič stlačeného vzduchu od turbodmýchadla zvýší se výkon motoru zároveň ale stoupne odpor vzduchu. Připravujete různé velikosti chladičů podle toho na jakém okruhu se závod pojede? (jonatan)
Ne, upravujeme bočnice, abychom omezili průtok chladiči a získali aerodynamickou výkonnost.
19. Jaký je důvod pro tvorbu tohoto víru (obrázek)? Pomoci utěsnit difuzor? A jak dosahujete, aby byl tak stabilní? (hixaxon)
Jde o vír Y250 z vnitřní strany předního křídla. Pro přední část podlahy je důležité správně nastavit ty nejlepší podmínky proudění a zvládnout úplav předních kol, abychom jej udrželi mimo přední část vozu.
20. Chtěl bych se zeptat, jestli se ve F1 někdy neexperimentovalo s aerogelem, jakožto dokonalým izolantem - např. v oblasti motoru.
Setkal jste se dále ve své práci s někým výjimečným? Nemusí být konkrétní, jen jestli jste se někdy setkal s někým, kdo opravdu vyčníval? Díky! (Andy)
Ještě jsem používání aerogelu v F1 neviděl. Piloti, kteří mě nejvíce zaujali, byli Kubica, Alonso, Schumacher a Finové!
Video z testování v aerodynamickém tunelu Sabueru (zdroj: Sauber Motorsport AG)
21. V současné době by mě zajímalo co podle vašeho názoru bude lepší: zda a proč vést vzduch od bočnic předního křídla vnitřkem či vnějškem předních kol. A rozšiřující dotaz k tomuto tématu, jak velký vliv má změna rozměru předního křídla na celkovou aerodynamiku auta. (Pikaso)
Lepší je vést vzduch vnějškem, jak to jde vidět u všech letošních vozů. Křídla nejsou natolik úzká, abychom se vrátili k proudění vnitřkem. Je to ale těžší efektivně zvládat úplav předních kol.
22. Jaké jsou procesy/postupy při koncepčním návrhu aero-balíku na nový vůz a nakolik se liší filozofie u jednotlivých týmů při hledání kompromisu mezi aerodynamickou a mechanickou (tj. šasi) výkonností vozu? (seven)
Diskutujeme s mechanickými designéry, abychom rozhodli o rozvoru a co je třeba umístit do vozu, čerpáme ze zkušeností z předchozích vozů, zkoumáme nové koncepty v CFD /aerodynamickém tunelu atd.
Je to podobné v každém týmu napříč roštem - designéři na to tlačí v oblasti aerodynamiky a mechanici optimalizují obojí, aby docházelo k co nejmenším kompromisům. O vítězných argumentech obvykle rozhodují simulace zisků či ztrát v čase na kolo.
23. Jakým způsobem probíhá proces hodnocení korelací mezi výsledky z aero tunelu / CFD a reálem resp. jak velký je běžný rozdíl u skutečného aero-setupu pro jednotlivé okruhy ve srovnání s výstupy simulací provedených před závodem? (seven)
Prostřednictvím kombinace měření zátěže (závodní vozy mají snímače zatížení), měření povrchového tlaku, flow-visu, měřicích ramen, které můžete vidět během testování, a díky zpětné vazbě jezdce.
rozdíly závisí na tom, jestli nějaký díly nefunguje podle měření zátěže či podle jiných měřicích metod/zpětné vazby jezdce, ale obecně jsou si celkem vyrovnané.
24. Proč myslíte, že Lotus umístil koncovku výfuku mimo osu auta? Kvůli hmotnosti pilíře zadního křídla? Nebude to pro ně nevýhodné při zatáčení? (Petr)
Nevím. Předpokládám, že se rozhodli o to nejlepší řešení, které by jim umožňovalo jediné spojení se zadním křídlem, které si zřejmě přáli.
Secret top-team aerodynamicist answers F1news.cz readers' questions
1. How much does the diffusor contribute to overall downforce? Someone quotes 10%, another one 35%. How has that changed in 2014? Thanks. (Karel)
This will vary from car to car but it's fair to approximate that each of the wings contribute 1/3 with the floor the final 1/3. The diffuser influences the whole floor and rear end structures but directly is probably 1/2 or more of the floor portion.
2. Do you think that wind-tunnel testing and simulation in wind-tunnel will reach the fidelity of track testing? (Pája)
It's already pretty close in good tunnels and is still improving. The difficulty is driver feel, when combined with a very good driver in loop simulator you should have almost perfect certainty a part will work.
The forces going through the tyre in cornering hard to reproduce in a tunnel which affects accuracy and the fact a car experiences essentially curved flow causes difficulties but with CFD and simulators getting better it won't be long till you'd expect parts to work almost all the time.
3. FIA has been trying to reduce impact of aerodynamics. They got rid of double diffusers, and then restricted exhaust gases usability… What area of regulations offers the biggest aerodynamic performance? (Pája)
The wings!
4. Do you use holographic spectrometry at your work? Can you give an example and image to illustrate that? (Kapor)
PIV (particle image velocimetry) is used widely in the industry and i think this is what you refer to? I can't give any examples for obvious reasons but a Google produces a wide selection.
We have written about PIV on F1news.cz here (+ images).
5. Do you think some teams will use passive systems to reduce drag on the straights this year? (KarelKryl)
I think teams are too focused on the basics for now. Maybe at the end of the year or next year.
Testing of 60% F1 car model in Sauber's wind tunnel (foto: Sauber Motorsport AG)
6. There are many half-truth and inadvertencies spread among fans. So I am interested in how and why the diffusor sucks the air from beneath the car?
My opinion: There is a small cross-section under the car and air flow at some speed (let’s say 20 m/s) and expansion in the diffuser. According to Bernoulli’s equation the speed of the air must decrease (to 10 m/s for example) so the air flowing above the car and diffusor travels at higher speed so is pulling the air and sucking from diffusor. (McMatej)
Diffusers essentially act like the exit to a Venturi so your partly right, they also create localised low pressure through the strakes to further produce local suction and further accelerate flow under the car.
7. Renault front exhausts – Did the exhaust flow get under the car and into the diffuser or was it just sealing the floor on its sides? (McMatej)
I don't know the details but our simulations suggested the flow did get under the floor as well as sealing the edges.
8. Is the front wing diverting the air also under the car as you are trying to get as much air under the car as possible? It doesn’t seem likely to me. (McMatej)
An aim is to get flow under the car but the quality of the flow matters too, you don't want dirty air, so the front wing is used to keep the front tyre wake away from the floor while the Y250 vortex helps draw cleaner flow under the car.
9. Are you experimenting just with the shapes or also with surface treatment to decrease the drag as much as possible? I am thinking about surface treatment at molecular level when the bodywork is so lubricious that air glides above it literally.
Or surface like golf ball with small dimples creating micro vortices allowing it to flight much further. I am not convinced about such surface on the car but am just curious if you are trying such things or if you do notice some things in the wind-tunnel which are worth trying in the real? (Viking)
There are detailed reasons things like golf ball dimples etc. aren't used, not least due to manufacturing difficulties but to get the point, most surface treatments are designed to remove or reduce surface imperfections or stop tyre rubber sticking to the cars.
Changing parts and set-up of Williams model (foto: Williams F1 Team)
10. Will teams reach the downforce levels from end of 2013 this season? (Jens)
They're already close to the start of the season levels of last year on the top cars, so not inconceivable but more likely it'll take a couple of years.
11. Why is 2014 Lotus nose asymmetric? Would symmetric one be against the rules? (Jarsim)
This has been covered a lot in the press, it is for legality, yes.
12. I am fan of McLaren. You have certainly noticed their “mushroom” rear wishbones. Is it really “secret weapon” in terms of downforce of MP4-29 car? What is your opinion about that – is it effective? Can they switch back to conventional wishbones like are other teams using if it won’t work? (Smidke)
They can switch back to normal wishbones, but compromised suspension geometry to do it so there's no telling if they'll suffer mechanically for it. It isn't a secret weapon but it's quite interesting way of replacing the beam wing. It looks, especially from the flow-vis, like it must be quite draggy and therefore not creating very efficient downforce, but may have efficiency gains on other parts like the diffuser or rear wing that make it worthwhile.
13. What is the advantage of the pull-rod and push-rod in front and in the rear and vice versa? Thank you for an answer. (anonymous)
I don't think there is much in it mechanically, it's just for aerodynamics to put the p-rod in the most advantageous place.
14. Has there been some technical solution which really surprised you (in the sense it is posing a benefit instead of drawback) (Dlhý)
Not surprising as such, but impressed me are things like the passive/active DDRS and return to exhaust blowing from an engine side, seeing all the wonderful things they could do with engine mapping.
15. How the rain affects F1 car aerodynamics? Does it change aerodynamic characteristics of the car if it is wet? (mida)
It can cause the flow over surfaces to separate earlier due to introducing surface imperfections which reduces downforce. Additionally the tyres behave differently and the car is higher off the ground which affects aerodynamics.
The aim is to get as much air as possible under the car, aerodynamicists taking also care of the flow quality (foto: Scuderia Toro Rosso)
16. There was some grunting about F1 nose and I don’t like them either. Why it was possible with low noses in the past (2008 – 2009) without looking ugly and now you must make them so narrow to get as much air under the car as possible? Didn’t you need that air before? Maybe I am missing something, thank you for explanation. (Ítr)
It's purely how the wing and nose regulations have changed over time. The FIA were warned the noses may be ugly but didn't change them, before the noses were small but the wings over and around them meant the design philosophy was different.
17. Which 2014 car do you like most? And what car would you pick from F1 history? I hope the 2014 Caterham will be your choice. (Kubyk002)
I like the Mercedes, Lotus and McLaren. Old cars, there's too many to choose from, each of the big aerodynamic steps in innovation mark an important car for me.
18. If I make big turbo-charged air cooler, the engine power will increase and the drag as well. Do you prepare different size of cooler depending on what circuit you’ll be racing? (jonatan)
No we modify the bodywork to limit the flow going to the coolers and gain aerodynamic performance.
19. Why do you trying to make this vortex (image)? To seal the diffuser? And how do you make the vortex stable? (hixxacon)
This is the Y250 vortex that comes from the inboard of the front wing. It is important to set up the best flow conditions for the front of the floor and managing the front tyre wake to keep it away from the front of the car.
20. Have you experimented with aerogel as a perfect insulating material in F1?
Have you met a driver who really stood out during your career? Thanks! (Andy)
I've not seen aerogel used in F1 yet! The drivers who've impressed me most are Kubica, Alonso, Schumacher and the Finns!
Video from Sauber's wind tunnel testing (source: Sauber Motorsport AG)
21. What is better: in-wash or out-wash flow behind the front wing? How has the narrowing of the front wing affected the aerodynamics? (Pikaso)
Outwash as has been shown by all this year's cars. The wings haven't got narrow enough to revert back to inwash but has made it harder to efficiently manage the front tyre wake.
22. What is the design process of new car aero-package? How different are approaches to find a balance between aerodynamic and mechanical performance of the car among teams? (seven)
Through discussions with mechanical designers to decide on wheel base and what needs to fit in the car, experience of previous cars, New concepts investigated in CFD/wind tunnel etc. It's similar in every team with a back and forth of designers pushing aerodynamics and mechanics to optimise both the fewest compromised. Who wins any argument usually depends on simulations of lap time losses/gains.
23. How do you assess correlation among wind-tunnel, CFD and the real track? How much different is final aero-setup from pre-race simulations? (seven)
Through a combination of load measurements (race cars have load sensors), surface pressure measurements, flow-vis and the rakes you see at testing and driver feedback. The differences depends on if any of the parts don't work through measured loads or other measurement methods/driver feedback but normally they are pretty close.
24. Why do you think Lotus chose off-centre exhaust? Weight thanks to RW pillar solution? Would it be disadvantageous for them in yaw conditions? (Petr)
I don't know, I guess they decided it was the best solution for them that allowed only one central connection to the rear wing that they seemed to desire.