2011. okt 26.

A kólásüveg effektus - Aerodinamikai megoldások az F1-ben

írta: FormaNet
A kólásüveg effektus - Aerodinamikai megoldások az F1-ben

A modern Formula-1-ben, amikor a motorok között nincs drasztikus különbség, az aerodinamika kiemelt szerepet kap. Ez az irány jelentősen megosztja mind a csapatokat, mind a szurkolókat, de a 21. század kihívásai egészen mások, mint a '80-as évek előtti időszak elvárásai voltak, amikor egy erős – na és persze megbízható motor – a győzelmet jelenthette. A mostani F1-es autók a repülőgépek elvén olyan aerodinamikai leszorítóerőt generálnak, hogy 180 km/h sebességnél fejjel lefelé a plafonon is képesek lennének futni.

Az autók aerodinamikája nagyon összetett, a szárnyak kialakításától, az autó alakján keresztül a legkisebb alkatrész is befolyással van rá.
Gary Anderson (a Jordan egykori technikai igazgatója) úgy véli, az összes elem közül az első szárnynak van a legnagyobb szerepe az autó megfelelő aerodinamikai kialakításában. Ráadásul ennek az alkatrésznek kettős szerepe van. Egyrészről biztosítja az első kerekek számára a megfelelő leszorítóerőt, másrészről a szárnyakról az áramló levegőt irányozottan áramoltatja tovább a többi elemre, a hátsó kerekek irányába, kvázi az autó „belsejébe”, kiváltva ezzel a „kólásüveg hatást.”
Ez a koncepció még a nyolcvanas években születet meg, a McLaren tervezőjének, Alan Jenkinsnek a nevéhez köthető, és azóta az F1-es, és általában az együléses autók kerekei még nyitottabbak, mint előtte voltak.
 
A légáramlás szempontjából döntő fontosságú, hogy mennyi levegő áramlik a hátsó kerekeken belül (között), és kívül. Amennyiben a légáramlás nagyobb a kerekek külső részén, az megnöveli a hátsó rész légellenállását. Ez a hatás az autókat „kiszélesíti”, ezáltal csökkentve az egész autó hatékonyságát.
 
A levegő beterelése, beáramoltatása az autó belső területére (a kólásüvegbe) azonban nem egyszerű feladat, csak úgy érhető el, hogy a karosszéria hátrafelé folyamatosan keskenyedik. Amennyiben a karosszéria oldalprofilja nem megfelelő kialakítású, az áramló levegő az autó középső részén szétválhat, és ez azt eredményezi, hogy a keréken kívül is jelentős mennyiségű levegő áramlik, ami pedig növeli a légellenállást, csökkenti a leszorítóerőt, ezáltal a kocsi túlkormányzottá válik.
 
Nagyon lényeges kérdés tehát ennek a területnek az optimalizálása, amihez tökéletesen meg kell érteni az áramló levegő tulajdonságát és útját, az első kerekek és szárnyak felől végighúzódva az autó teljes felületén, a hátsó részekig. Rendkívül fontos annak megértése, milyen az áramlás akkor, amikor az első kerék a kormányzás során szöget változtat az egyeneshez képest. Az kipufogóból kiáramló forró gáz azt a hatást fokozza, így nem véletlen, hogy a csapatok jelentős része (a Red Bull ötletét lemásolva) hasznosította a kipufogógázt, sőt egyes istállók az egész autót igyekeztek a rendszer köré építeni.
 
Az első szárnyakhoz hasonlóan ez az a terület, ahol a csapatok az alapelvet azonosan értelmezik, ám a kialakítást eltérően valósítják meg. Az eltérő koncepciók minden bizonnyal jelentősen befolyásolják az autók teljesítményét, és ezáltal az eredményességet.
 
Gary Anderson segítségével nézzünk erre néhány példát:
 
Red Bull
 
A legtöbb autóhoz hasonlóan a Red Bull is arra törekszik, hogy a kasztni felületei megfelelően dolgozzanak együtt a légáramlás tekintetében. A külső felület törései olyanok, hogy a lehető legkisebb akadályt állítsák a légáramlás útjába, így a „kólás üveg effektus” alapján, az autó oldalán és tetején ez az áramlás maximális. Az áramló levegő felgyorsításával jelentősen növelhető a hatásfok, ezért a karosszéria felső részét (az autó legfelső pontja) kissé felemelték, ami talán növelheti kissé az autó teljes légellenállását, ám a felgyorsuló levegő (a kólásüveg szája felé) sokkal több pozitív hatással van, mint amennyi negatív hatást eredményez a magasítás. Az alaposan kimunkált felületeken a megnövelt és felgyorsított légáramláshoz hozzáadódik a nagy energiájú kipufogógáz, és ez a két tényező jelentősen megnöveli a kerekek között hátrafelé kiáramló levegő sebességét. (így távozik a kólás üvegből a folyadék) Az így felgyorsított légáramlás az egész autón azt eredményezi, hogy a padló felülete alatt „ritkább” lesz a levegő, ami azt eredményezi, hogy a „vákuum” az autót jobban az aszfaltra tapasztja. Ez a hatás teszi lehetővé, hogy a Red Bull autók hátulja némileg nagyobb útmagassággal épült, ami további hatékonyságot eredményez, még jobban kihasználva az ebből adódó többlet leszorítóerőt.
 
McLaren
 
A McLaren idei autója jelentősen eltér a Red Bulltól. Az aerodinamika területén a legjelentősebb eltérés a légáramlás kialakítása. A kasztni legfelső része jóval alacsonyabb így a kisebb légellenállás miatt nagyobb tömegű levegő áramlik a hátsó rész felé úgy, hogy nem gyorsul fel az áramlása. Az alacsonyabb kialakítás azonban azt jelentette, hogy a hűtő beömlőnyílásai némileg áthelyeződtek, ami hatással van az autó oldalán végig áramló levegőre. Az első szárnyakról, és az első kerekek felől érkező légáramlás a hűtő beömlő nyílásában tűnik el, ezzel az autó padlólemeze alatt is jelentősen csökken a nyomást, így a kanyarokban is, az első szárnyakkal együtt növelve az autó tapadását.
 
Ferrari
 
 
A maranellóiak az idei autót igen konzervatívra tervezték, és a hátrafelé szűkülő kólásüveg effektus is igen csak elkerülte a tervezők figyelmét. A hűtők kiömlőnyílása a hátsó lengőkarok környékén található, ami némileg hatékonyabbá teszi a motor hűtését, ám rendkívül csökkenti a bizonyos kólásüveg hatást. Éppen emiatt a forró kipufogógáz hasznosítása sem lehet olyan hatékony, mint a Red Bull esetében.
 
 
Mercedes
 
Ross Brawn csapata a Ferrarihoz hasonlóan a hűtőcsatorna kiömlőnyílását nem a kólásüveg-effektus figyelembevételével tervezte meg. A hűtés hatékonysága a hűtőcsatornában felgyorsuló levegőnek köszönhetően nőt, de ez nem növelte számottevően az autó teljesítményét. Az autó kialakítása ráadásul úgy sikerült, hogy a kocsi eleje és hátulja szinte két különálló részt alkot, így az effektus által nyújtotta teljesítményjavulás szinte nem is érzékelhető. A Mercedes elismerte, hogy a rövid tengelytáv miatt gondot jelentett a megfelelő burkolat kialakítása. A súlypont magasabbra került, ami jelentős hatással van a gumik gyorsabb kopására. Leegyszerűsítve a dolgot, a Mercedes egy 42-es lábra próbál ráerőltetni egy 40-es cipőt, ezért szenved egész évben.
 
Williams
 
A Grove-i alakulatnál egész évben csak a fejüket vakargatták a szakemberek. Érdekes módon az autó látszólag teljesen egybe van, és aerodinamikai szempontból is úgy tűnik, minden rész a helyén, ennek ellenére a sebesség messze elmarad az elvárhatótól. Az istállónál egész évben kétségbeesve keresik az okokat, de talán még jelenleg, a szezon vége felé sincs egyetlen ember, aki meg tudná mondani, pontosan mi a gond. Az alkatrészek folyamatos változtatása, hogy talán egyszer csak megoldódik a probléma, sohasem jó ötlet. Jobb megoldás leállni a fejlesztéssel, és alapos vizsgálattal feltárni a hiba valódi okát, és csak ezután legyártani egy új csomagot. Az autónál úgy tűnik, hogy a kólásüveg-effektus szempontjából minden rendbe van. Az autó oldalborításának felső része végig tereli a levegőt az „üveg szájához”, azonban az alsó részen a lengőkaroknál véget ér. Ez a levegő szétválását eredményezheti, ami a kerekek külső széle felé irányíthatja a levegőt, ezzel „kiszélesítve” az autót, ami jelentősen növelheti a légellenállást. A Williams nem a forró kipufogó gázzal igyekezett a kólásüveg hatás növelni, hanem a hideg áramoltatással, amely hatékonysága jóval kisebb. A Grove-i alakulat autójánál az idei évben a problémák számos apró részből tevődhetnek össze, éppen ezért ezek feltárása sem lesz egyszerű az alakulat szakemberei számára.
 
 
A legfontosabb tehát az, hogy az alapelvek értelmezése után minden csapat egyéni koncepció alapján építse meg a versenyautót. Azonban teljesen mindegy, mekkora anyagi háttér áll egy-egy istálló rendelkezésére, egy elhibázott irányt szinte lehetetlen megfordítani az év folyamán.
A szezon kezdetére minden alakulatnak el kell készülni a saját koncepció által kimunkált autó teljes rendszerével, hogy az kellően hatékony legyen már az induláskor, és csak így lehetnek igazán kifizetődőek az évközi fejlesztések.  
 
Jó példa erre a fúvott diffúzor. Azok a csapatok, akik eleve a rendszer köré építették az autót, jó alapokkal indultak a további fejlesztések során. Azoknak viszont, akik ezt a rendkívül hatékony rendszert csak később kezdték alkalmazni, a saját alapkoncepciójukat kellett megváltoztatni, így hiába sikerült végül kialakítani az új rendszert, annak hatékonysága elmaradt attól, mintha már a szezon elejétől erre építettek volna.
 
Szöveg: FormaNet, Varga Viktória
         
Szólj hozzá

mercedes ferrari f1 williams aerodinamika mclaren forma1 red bull kólásüveg effektus