Abtrieb - Downforce

Drei verschiedene Arten von Frontflügeln aus drei verschiedenen Formel-1- Epochen, die alle darauf ausgelegt sind, Abtrieb an der Front der jeweiligen Rennwagen zu erzeugen. Von oben nach unten: Ferrari 312T4 (1979), Lotus 79 (1978), McLaren MP4/11 (1996)

Abtrieb ist eine nach unten gerichtete Auftriebskraft, die durch die aerodynamischen Eigenschaften eines Fahrzeugs erzeugt wird. Wenn das Fahrzeug ein Auto ist, besteht der Zweck des Abtriebs darin, das Auto schneller fahren zu lassen, indem die vertikale Kraft auf die Reifen erhöht wird, wodurch mehr Grip erzeugt wird . Handelt es sich bei dem Fahrzeug um ein Starrflügelflugzeug, besteht der Zweck des Abtriebs am Höhenleitwerk darin, die Längsstabilität aufrechtzuerhalten und es dem Piloten zu ermöglichen, das Flugzeug in der Neigung zu steuern.

Fundamentale Prinzipien

Das gleiche Prinzip , das es einem Flugzeug ermöglicht, durch Auftrieb von seinen Flügeln vom Boden abzuheben, wird umgekehrt verwendet, um eine Kraft auszuüben, die den Rennwagen gegen die Oberfläche der Strecke drückt. Dieser Effekt wird als "aerodynamischer Grip" bezeichnet und wird vom "mechanischen Grip" unterschieden, der eine Funktion der Masse, der Reifen und der Federung des Autos ist. Die Erzeugung von Abtrieb durch passive Vorrichtungen kann nur auf Kosten eines erhöhten Luftwiderstands (oder Reibung ) erreicht werden, und das optimale Setup ist fast immer ein Kompromiss zwischen beiden. Das aerodynamische Setup eines Autos kann je nach Länge der Geraden und der Art der Kurven zwischen den Rennstrecken erheblich variieren. Da er eine Funktion der Luftströmung über und unter dem Auto ist, nimmt der Abtrieb mit dem Quadrat der Geschwindigkeit des Autos zu und erfordert eine bestimmte Mindestgeschwindigkeit, um einen signifikanten Effekt zu erzielen. Einige Autos haben eine ziemlich instabile Aerodynamik, so dass eine kleine Änderung des Anstellwinkels oder der Höhe des Fahrzeugs große Änderungen des Abtriebs verursachen kann. Im schlimmsten Fall kann dies dazu führen, dass das Auto einen Auftrieb erfährt, keinen Abtrieb; beispielsweise durch einen Stoß übergeht auf einer Spur oder slipstreaming über eine Kuppe: dies könnte einige katastrophalen Folgen, wie hat Mark Webber 's und Peter Dumbreck ist Mercedes-Benz CLR in den 1999 24 Stunden von Le Mans , die leicht geschlagen spektakulär, nachdem er einem Konkurrenzauto über einen Buckel dicht gefolgt ist.

Zwei Hauptkomponenten eines Rennwagens können verwendet werden, um Abtrieb zu erzeugen, wenn das Auto mit Renngeschwindigkeit fährt:

In den meisten Rennformeln sind aerodynamische Vorrichtungen verboten, die während eines Rennens angepasst werden können, außer bei Boxenstopps .

Der CFK- Boden des Panoz DP01 ChampCar weist ein komplexes aerodynamisches Design auf.
Die Unterseitenkurven des Panoz DP01 ChampCar .

Der von einem Flügel ausgeübte Abtrieb wird normalerweise als Funktion seines Auftriebsbeiwertes ausgedrückt :

wo:

Der Auftriebsbeiwert hat in bestimmten Betriebsbedingungen und wenn der Flügel nicht abgewürgt ist, einen konstanten Wert: Der Abtrieb ist dann proportional zum Quadrat der Fluggeschwindigkeit.

In der Aerodynamik ist es üblich, die in Draufsicht projizierte Fläche des Flügels als Bezugsfläche zur Bestimmung des Auftriebsbeiwertes zu verwenden.

Körper

Die abgerundete und sich verjüngende Form der Oberseite des Autos wurde entwickelt, um die Luft zu durchschneiden und den Windwiderstand zu minimieren. Detaillierte Karosserieteile auf der Oberseite des Autos können hinzugefügt werden, damit ein gleichmäßiger Luftstrom die Abtrieb erzeugenden Elemente (dh Flügel oder Spoiler und Unterbodentunnel) erreicht.

Die Gesamtform einer Straßenbahn ähnelt einem Flugzeugflügel. Fast alle Straßenbahnen haben durch diese Formgebung einen aerodynamischen Auftrieb. Es gibt viele Techniken, die verwendet werden, um eine Straßenbahn auszugleichen. Betrachtet man das Profil der meisten Straßenfahrzeuge, so hat die vordere Stoßstange die geringste Bodenfreiheit, gefolgt von dem Abschnitt zwischen den Vorder- und Hinterreifen und noch gefolgt von einer hinteren Stoßstange, die normalerweise die höchste Bodenfreiheit hat. Bei dieser Methode wird die unter dem vorderen Stoßfänger strömende Luft auf eine geringere Querschnittsfläche eingeengt und somit ein geringerer Druck erreicht. Zusätzlicher Abtrieb kommt von der Neigung (oder Winkel) der Fahrzeugkarosserie, die die Luft an der Unterseite nach oben lenkt und eine nach unten gerichtete Kraft erzeugt und den Druck auf die Oberseite des Autos erhöht, da die Luftströmungsrichtung näher an der Senkrechten zur Oberfläche kommt. Das Volumen hat keinen Einfluss auf den Luftdruck, da es sich trotz des weit verbreiteten Missverständnisses nicht um ein geschlossenes Volumen handelt. Rennwagen werden diesen Effekt veranschaulichen, indem sie einen Heckdiffusor hinzufügen , um die Luft unter dem Auto vor dem Diffusor zu beschleunigen und den Luftdruck dahinter zu erhöhen, um die Sogwirkung des Autos zu verringern. Andere aerodynamische Komponenten, die sich an der Unterseite befinden, um den Abtrieb zu verbessern und/oder den Luftwiderstand zu reduzieren, sind Splitter und Wirbelgeneratoren.

Einige Autos wie der DeltaWing haben keine Flügel und erzeugen ihren gesamten Abtrieb über ihre Karosserie.

Tragflächen

Die Größe des Abtriebs, der durch die Flügel oder Spoiler eines Autos erzeugt wird, hängt hauptsächlich von drei Dingen ab:

  • Die Form, einschließlich Oberfläche, Seitenverhältnis und Querschnitt des Geräts,
  • Die Ausrichtung (oder Anstellwinkel) des Geräts und
  • Die Geschwindigkeit des Fahrzeugs.

Eine größere Oberfläche erzeugt mehr Abtrieb und mehr Widerstand . Das Seitenverhältnis ist die Breite des Flügels geteilt durch seine Sehne. Wenn der Flügel nicht rechteckig ist, wird das Seitenverhältnis AR = b 2 /s geschrieben, wobei AR = Seitenverhältnis, b = Spannweite und s = Flügelfläche ist. Außerdem erzeugt ein größerer Anstellwinkel (oder Neigung) des Flügels oder Spoilers mehr Abtrieb, was mehr Druck auf die Hinterräder ausübt und mehr Luftwiderstand erzeugt.

Der Heckflügel eines Formel-1-Autos von 1998 mit drei aerodynamischen Elementen (1, 2, 3). An der Flügelendplatte sind die Lochreihen zur Einstellung des Anstellwinkels (4) und zum Einbau eines weiteren Elements (5) sichtbar.

Vorderseite

Die Tragflächen an der Fahrzeugfront haben eine doppelte Funktion. Sie erzeugen Abtrieb, der den Grip der Vorderreifen verbessert und gleichzeitig den Luftstrom zum Rest des Autos optimiert (oder minimiert). Die vorderen Kotflügel eines Autos mit offenen Rädern werden ständig modifiziert, da die Daten von Rennen zu Rennen gesammelt werden, und werden für jede Charakteristik einer bestimmten Strecke angepasst (siehe Fotos oben). Bei den meisten Serien sind die Kotflügel sogar für die Verstellung während des Rennens selbst bei der Wartung des Autos ausgelegt.

Rückseite

Der Luftstrom am Heck des Autos wird durch die vorderen Kotflügel, Vorderräder, Spiegel, Fahrerhelm, Seitenkästen und Auspuff beeinflusst. Dies führt dazu, dass der Heckflügel aerodynamisch weniger effizient ist als der Frontflügel. Da er jedoch mehr als doppelt so viel Abtrieb erzeugen muss wie die Frontflügel, um das Handling zum Gleichgewicht des Autos beizubehalten, hat der Heckflügel typischerweise eine viel größere Seitenverhältnis und verwendet oft zwei oder mehr Elemente, um den erzeugten Abtrieb zu erhöhen (siehe Foto links). Wie die vorderen Kotflügel kann jedes dieser Elemente oft bei der Wartung des Autos, vor oder sogar während eines Rennens, angepasst werden und ist Gegenstand ständiger Aufmerksamkeit und Modifikation.

Flügel an ungewöhnlichen Orten

Teilweise als Folge von Regeln, die darauf abzielen, den Abtrieb von den vorderen und hinteren Kotflügeln von F1-Autos zu reduzieren, haben mehrere Teams versucht, andere Orte zu finden, um die Flügel zu positionieren. Kleine Flügel, die an der Rückseite der Seitenkästen der Autos angebracht sind, erschienen Mitte 1994 und waren in der einen oder anderen Form praktisch Standard bei allen F1-Autos, bis alle diese Geräte 2009 verboten wurden. Andere Flügel sind in verschiedenen anderen entstanden Stellen am Auto, aber diese Modifikationen werden normalerweise nur auf Strecken verwendet, auf denen Abtrieb am meisten gesucht wird, insbesondere auf den kurvenreichen Rennstrecken von Ungarn und Monaco.

Der McLaren Mercedes MP4/10 von 1995 war eines der ersten Autos mit einem "Mittenflügel", bei dem ein Schlupfloch im Reglement verwendet wurde, um einen Flügel oben auf der Motorabdeckung zu montieren. Diese Anordnung wurde seitdem von jedem Team in der Startaufstellung zu einem bestimmten Zeitpunkt verwendet, und beim Grand Prix von Monaco 2007 nutzten sie alle bis auf zwei Teams. Diese Midwings sind weder zu verwechseln mit den am Rollrahmen montierten Kameras, die jedes Auto standardmäßig bei allen Rennen trägt, noch mit den hornförmigen Durchflussreglern, die zuerst von McLaren und seither von BMW Sauber verwendet wurden und deren Hauptfunktion darin besteht, zu glätten und den Luftstrom umleiten, um den Heckflügel effektiver zu machen, anstatt selbst Abtrieb zu erzeugen.

Eine Variation dieses Themas waren "X-Wings", hohe Flügel, die an der Vorderseite der Seitenkästen montiert waren und ein ähnliches Schießscharten wie Mittelflügel verwendeten. Diese wurden erstmals 1997 von Tyrrell eingesetzt und wurden zuletzt beim San Marino Grand Prix 1998 eingesetzt, als Ferrari, Sauber, Jordan und andere eine solche Anordnung verwendet hatten. Es wurde jedoch beschlossen, dass sie wegen der Behinderung beim Tanken und der Gefahr, die sie für den Fahrer darstellen, wenn ein Auto überschlägt, verboten werden müssen. (Es wird gemunkelt, dass Bernie Ecclestone sie im Fernsehen als zu hässlich ansah und sie deshalb verbieten ließ).

Von Zeit zu Zeit wurden verschiedene andere zusätzliche Flügel ausprobiert, aber heutzutage ist es üblicher, dass Teams versuchen, die Leistung der vorderen und hinteren Flügel durch den Einsatz verschiedener Strömungsregler wie den oben erwähnten "Stierhörnern" zu verbessern. von McLaren verwendet.

Siehe auch

Weiterlesen

  • Simon McBeath, Competition Car Downforce: A Practical Handbook , SAE International, 2000, ISBN  1-85960-662-8
  • Simon McBeath, Wettbewerbsauto-Aerodynamik , Sparkford, Haynes, 2006
  • Enrico Benzing , Ali / Flügel. Progettazione and applicazione su auto da corsa. Ihr Design und ihre Anwendung auf Rennwagen , Milano, Nada, 2012. Zweisprachig (Italienisch-Englisch)

Verweise

Externe Links