Прижимная сила

Прижимная сила - это подъемная сила , созданная аэродинамическими характеристиками автомобиля. Если автомобиль является автомобилем, цель прижимной силы состоит в том, чтобы позволить автомобилю двигаться быстрее, увеличивая вертикальную силу на шинах, создавая тем самым большую сцепление . Если транспортное средство является самолетом с фиксированным крылом, цель прижимной силы на горизонтальном стабилизаторе состоит в том, чтобы поддерживать продольную стабильность и позволить пилоту управлять самолетом на высоте.

Фундаментальные принципы

Тот же принцип , который позволяет самолету подниматься с земли, создавая подъем с крыльев, используется в обратном направлении, чтобы применить силу, которая прижимает гоночный автомобиль к поверхности дорожки. Этот эффект называется «аэродинамическим сцеплением» и отличается от «механического сцепления», что является функцией массы, шин и подвески автомобиля. Создание прижимной силы пассивными устройствами может быть достигнуто только за счет увеличения аэродинамического сопротивления (или трения ), и оптимальная установка почти всегда является компромиссом между ними. Аэродинамическая установка для автомобиля может значительно различаться между гоночными трассами, в зависимости от длины прямых и типов углов. Поскольку это зависит от потока воздуха над и под автомобилем, прижимная сила увеличивается с квадратом скорости автомобиля и требует определенной минимальной скорости, чтобы обеспечить значительный эффект. У некоторых автомобилей была довольно нестабильная аэродинамика, так что незначительное изменение угла атаки или высоты транспортного средства может привести к большим изменениям в прижимной силе. В самых худших случаях это может привести к тому, что машина испытает подъем, а не прижимную силу; Например, пропустив удар по дорожке или Слипприз над гребнем: это может иметь некоторые катастрофические последствия, такие как Марка Уэббера и Питера Дамбрека в Mercedes-Benz CLR 24 часах Le Mans 1999 года , что впечатляюще перевернулось после внимания после автомобиля-конкурента над горпом.

Два основных компонента гоночного автомобиля могут быть использованы для создания прижимной силы, когда автомобиль движется со скоростью гонки:

форма тела и
Использование аэродинамических профилей .

Большинство гоночных формул имеют запрет на аэродинамические устройства, которые можно скорректировать во время гонки, за исключением пит -стопов .

Пол CFRP Panoz DP01 Champcar демонстрирует сложный аэродинамический дизайн.

Нижимка, проявляемая крылом, обычно выражается как функция его коэффициента подъема :

F=-C_{L}{\frac {1}{2}}\rho v^{2}A

где:

F - это прижимная сила (SI Unit: Newtons )
C _L - коэффициент подъема
ρ - плотность воздуха (блок SI: кг/м ³)
В IS SELOCITY (SI UNIT: M/S)
A - это площадь крыла (блок SI: квадрат измерителей), которая зависит от его размах крыльев и аккорда верхней части _{основу для} , если использует

В определенных диапазонах рабочих условий и когда крыло не останавливается, коэффициент подъема имеет постоянное значение: прижимная сила пропорциональна квадрату воздушной скорости.

В аэродинамике обычно используется проецируемая область крыла в качестве контрольной поверхности для определения коэффициента подъема.

Тело

Окруженная и коническая форма вершины автомобиля предназначена для прорезки воздуха и минимизации сопротивления ветра. ^{[ Цитация необходима ]} Подробные кусочки кузова в верхней части автомобиля могут быть добавлены, чтобы позволить плавному потоку воздуха достичь элементов, создающих прижимные силы (например, крылья или спойлеры, а также туннели для тела). ^{[ Цитация необходима ]}

Общая форма автомобиля напоминает крыло самолета. Почти все дорожные автомобили производят аэродинамический подъем в результате этой формы. ^{[ 1 ]} Есть много методов, которые используются для уравновешивания этого подъема. Глядя на профиль большинства дорожных автомобилей, передний бампер имеет самый низкий просмотр заземления, за которым следует участок между передним и задним шинами, а затем задний бампер, обычно с самым высоким зазором. ^{[ Цитация необходима ]} Используя эту компоновку, воздух, текущий под передним бампером, будет сжиматься в нижней площади поперечного сечения и, таким образом, достигать более низкого давления. ^{[ Цитация необходима ]} Дополнительная прижимная сила происходит от граблей (или угла) тела транспортного средства, который направляет нижнюю воздух вверх и создает нисходящую силу, увеличивая давление на верхней части автомобиля, поскольку направление воздушного потока приближается к перпендикулярному к поверхности. ^{[ Цитация необходима ]} Объем не влияет на давление воздуха, потому что это не закрытый объем, несмотря на общее заблуждение. ^{[ Цитация необходима ]} Гоночные автомобили усиливают этот эффект, добавив задний диффузор для ускорения воздуха под автомобилем перед диффузором, и поднять давление воздуха позади него, уменьшая след. ^{[ Цитация необходима ]} Другие аэродинамические компоненты, которые можно найти на нижней стороне для улучшения прижимной силы и/или перетаскивания, включают сплиттеры и вихревые генераторы. ^{[ Цитация необходима ]}

Некоторые автомобили, такие как Deltawing , не имеют крыльев и генерируют всю их прижимную силу через свое тело. ^{[ Цитация необходима ]}

Аэродинамический профиль

Величина прижимной силы, созданной крыльями или спойлерами на автомобиле, зависит, прежде всего, от трех вещей:

Форма, включая площадь поверхности, соотношение сторон и поперечное сечение устройства,
Ориентация устройства (или угол атаки ) и
Скорость транспортного средства.

Большая площадь поверхности создает большую прижимную силу и большее сопротивление . Соотношение сторон - ширина аэродинамического профиля, разделенного на его аккорд. Если крыло не является прямоугольным, соотношение сторон записано AR = B ²/s, где ar = соотношение сторон, b = span и s = область крыла. Кроме того, больший угол атаки (или наклона) крыла или спойлера создает больше призовой силы, что оказывает большее давление на задние колеса и создает больше сопротивления.

Передний

Функция аэродинамического профиля в передней части автомобиля двояка. Они создают прижимную силу, которая усиливает захват передних шин, а также оптимизирует (или минимизирует нарушение) поток воздуха в остальную часть автомобиля. Передние крылья на открытом колесе автомобиля подвергаются постоянной модификации, поскольку данные собираются от расы к гонке и настроены для каждой характеристики определенной схемы (см. Верхние фотографии). В большинстве серий крылья даже предназначены для корректировки во время самой гонки, когда автомобиль обслуживается.

Задний

Поток воздуха в задней части автомобиля влияет на передние крылья, передние колеса, зеркала, шлем водителя, боковые стручки и выхлоп. Это приводит к тому, что заднее крыло будет менее аэродинамически эффективным, чем переднее крыло, потому что оно должно генерировать более чем вдвое больше прижимной силы, чем передние крылья, чтобы поддерживать обработку, чтобы сбалансировать автомобиль, заднее крыло обычно гораздо больше Соотношение сторон, и часто использует два или более элементов для усылки количества созданной прижимной силы (см. Фото слева). Как и передние крылья, каждый из этих элементов часто можно отрегулировать, когда автомобиль обслуживается, до или даже во время гонки, и является объектом постоянного внимания и модификации.

Крылья в необычных местах

Отчасти в результате правил, направленных на снижение прижимной силы от передней и задней крылья автомобилей F1, несколько команд стремились найти другие места для размещения крыльев. Маленькие крылья, установленные на задней части боковых аппаратов автомобилей Места об автомобиле, но эти модификации обычно используются только в цепях, где прижимная сила наиболее востребована, в частности, извилистые ипподромы в Венгрии и Монако.

McLaren Mercedes Mercedes 1995 года Mercedes MP4/10 был одним из первых автомобилей, имеющих «Midwing», используя лазейку в правилах, чтобы установить крыло на крышке двигателя. С тех пор эта договоренность использовалась каждой командой в сетке в то или иное время, и в Гран -при Монако в 2007 году все использовали их, кроме двух команд. Эти картины не следует путать ни с камерами, установленными на рулоне, которые каждая автомобиль носит как стандартный во всех гонках, либо с контроллерами потока в форме быка, впервые используемых McLaren и, поскольку BMW Sauber, первичная функция которого-плавное и перенаправить воздушный поток, чтобы сделать заднее крыло более эффективным, а не генерировать прижимную силу.

Изменением этой темы были «X-Wings», High Wings, установленные на передней части боковыхпод, которые использовали аналогичную лазейку для Midwings. Впервые они были использованы Tyrrell в 1997 году, и в последний раз использовались в Гран -при Сан -Марино 1998 года, в то время как Ferrari, Sauber, Jordan и другие использовали такую договоренность. Однако было решено, что они должны быть запрещены с учетом препятствий, которую они вызвали во время заправки, и риск, который они представляли водителю, если автомобиль перевернет. (Ходят слухи, что Берни Экклстоун рассматривал их как слишком уродливые по телевидению и, следовательно, запретил их). ^{[ Цитация необходима ]}

Время от времени были опробованы различные дополнительные крылья, но в настоящее время команды чаще стараются улучшить производительность передних и задних крыльев с помощью различных контроллеров потока, таких как вышеупомянутые «бычьи горны» используется McLaren.

Смотрите также

Дальнейшее чтение

Саймон Макбит, прижимная сила конкуренции: практическое руководство , SAE International, 2000, ISBN 1-85960-662-8
Саймон Макбит, конкурсная автомобиль Aerodynamics , Sparkford, Haynes, 2006
Энрико Бензинг , Али / Крылья. Дизайн и применение на гоночных автомобилях. Их дизайн и применение на гоночную машину , Милан, Nada, 2012. Двуязычный (итальянский-английский)

Ссылки

^ Кац, Джозеф (1995). Аэродинамика гоночного автомобиля: проектирование для скорости . Роберт Бентли, включенный. п. 50,52. ISBN 9780837601427 Полем Получено с http://hpwizard.com/aerodynamics.html 28 февраля 2020 г.

Внешние ссылки

Аэродинамика в автомобильных гонках архивировал 2009-12-06 на The Wayback Machine

[1] Кац, Джозеф (1995). Аэродинамика гоночного автомобиля: проектирование для скорости . Роберт Бентли, включенный. п. 50,52. ISBN 9780837601427 Полем Получено с http://hpwizard.com/aerodynamics.html 28 февраля 2020 г.

[ 1 ]