Gostujuća kolumna: Prljavi zrak

Kolumna

Pulsmedia portal

Prije 3 godina 9 min 15 komentara

x1

Osim potiska (eng. downforce), otpor je zraka (eng. drag) ona druga aerodinamična sila koja djeluje na bolid na stazi. U prethodnom članku čitali smo o tome kako izvući čim više downforcea iz krila, a u ovom članku dotaknuti ćemo se zanimljive teme otpora zraka.

Da stvar pojednostavimo, ‘ajmo uzeti za primjer Opel Corsu. Prednji kraj Corse gura zrak ispred sebe što iziskuje energiju. To nam je jasno. Možemo također reći da se ispred maske stvara zona visokog pritiska koja gura auto prema unatrag – isto bi bilo točno. Međutim, još je bitnije za drag ono što Corsa ostavlja iza sebe – turbulentan zrak.

Turbulentan zrak skup je čestica koje se nasumično kreću kroz prostor. Ipak, taj kaos nije u potpunosti nasumičan jer turbulentan zrak je sklon stvaranju „eddyja“ (mali vrtlog). Eddy je posljedica ravnoteže između centrifugalne (kutne kinetičke energije) i centripetalne (nastojanje da popuni zonu nižeg tlaka) sile koja djeluje na svaku česticu zraka. To znači da kad unesete neku energiju u zrak (npr. mahnete rukom dok ovo čitate) stvorit ćete puno eddyja jer zrak koji ima kinetičku energiju teži upasti u to stanje kad se vrti sam oko sebe. Kako eddy umire? On svoju energiju linja na neke nove manje eddye, koji stvore još manje eddye i još manje.

Komentari na Portalu funkcioniraju na jednakom principu – u globalu kaotično jer se često vrtimo u krug.

Kad nam je referentna točka Corsa koja piči 100 na sat, onda je zrak koji ju okružuje (ambijentalni zrak) u obliku laminarnog strujanja (kad bi se fokusirali na taj ambijentalni zrak primijetili bi da je i on turbulentan, makar puno slabiji). Laminarno strujanje suprotno je od turbulentnog strujanja – kad je fluid (u našem slučaju zrak) poslagan u slojeve koji se međusobno ne mješaju.

Kućni eddy ima energiju zatvaranja vrata od sobe, a eddy iza Corse ima energiju 1.3 CDTI čudovišta od 70 KS. Od prije znamo da zrak koji struji brže ima manji tlak od zraka koji struji sporije (Bernoulliev princip). To znači da je svaki Corsin eddy zona niskog tlaka koja pokušava usisati sve oko sebe, a prije svega auto koji ga je stvorio. Drugim riječima, turbulencije koje iza sebe ostavlja Corsa čine prikolicu od niskog tlaka koja pokušava usisati auto prema natrag.

Tko prati Auto Nagazim ili slične emisije o automobilima, čuo je za pojam koeficijenta otpora (eng. drag coeficient). To je broj koji označava koliko neko tijelo pruža otpora fluidu kroz koji se kreće. Treba napomenuti da ta vrijednost uzima u obzir samo oblik tijela, ne veličinu. Manji koeficijent otpora znači da je nešto „aerodinamičnije“. Corsa ima koeficijent otpora 0.32 što je neki prosjek za serijske automobile. Kocka ima koeficijent 1,05, oblik suze samo 0.04, a lopta 0.47. Land Rover Defender, jedan od najkockastijih automobila, ima koeficijent otpora čak 0,59.

Pokušajte pogoditi koeficijent otpora jednog F1 bolida!

Kako učiniti serijski automobil aerodinamičnijim? Prije svega treba zaobliti prednji kraj – to proizvođači čine od početka devedesetih što znači da na žalost vjerojatno nikad više nećemo vidjeti pravokutne ljepotice kao originalni VW Sciroccu. Za ovu temu nam je puno bitniji stražnji kraj. Otraga bi trebali maksimalno smanjiti „turbulentnu prikolicu“, a nema bolje inspiracije od oblika suze, svetinje za aerodinamičare.

Oblik suze tako je uspješan jer šiljasti stražnji dio omogućava struji da ostane priljubljena uz tijelo te da se na samom šiljku odvoji od tijela u laminarnom obliku. Na automobilu koji dizajniramo trebamo težiti tome da se laminarna struja čim prije sastane nakon što napusti auto. Mogli bi jednostavno napraviti šiljasti stražnji kraj (i ne bi bili prvi koji su se toga sjetili), ali pretpostavit ćemo da dizajniramo SUV jer je to trenutno popularno. Prvo i osnovno, ‘ajmo središnji dio auta (kabinu) oblikovati tako da zračna struja prilazi stražnjem kraju s određenim zavojem – da je već usmjerena prema zatvaranju „prikolice“. To ćemo dobiti ako učinimo kabinu malo oblijom sa strane i na krovu. Dobar početak. Nadalje, na mjestu gdje očekujemo odvajanje zračne struje trebali bi staviti spojler (eng. spoiler, iliti „pokvarivač“ jer kvari zračnu struju). Spojler je super jer on namjerno inducira turbulenciju i na taj način pomaže usmjeriti laminarnu struju prema dolje. Umjesto spojlera mogli bismo imati tzv. „Kamm-back“ – oštro „odrezani“ stražnji kraj koji ima sličan efekt kao spojler, ali to nećemo jer se kupcima više sviđa kad su stražnja vrata ne-plosnata. Uglavnom, trebali bi samo izbjegavati zaobljenu tranziciju s krova na stražnja vrata jer će se u tom slučaju struja odvojiti uz najviše turbulencija.

Uglavnom, da ulazimo u previše detalja, jasno nam je da postoje opcije kako smanjiti aerodinamički otpor. F1 bolid, vrhunac aerodinamike, zacijelo ima jako maleni koeficijent otpora. Jeste li pokušali pogoditi?

F1 bolidi navodno imaju koeficijent otpora i do 1,1 što je kriminalno. Kako to, kako to?

Dva su razloga. Prvi ima veze s DNK Formule 1. Kroz povijest se F1 profilirala kao serija trkaćih jednosjeda (eng. single seater), a Amerikanci takva vozila nazivaju „open wheel“ (otkriveni kotač). Drugim riječima, pokriti kotače s oklopom radi smanjenja otpora zraka bi bilo „protuustavno“. Drugi razlog, onaj puno bitniji, činjenica je da je potisak jako koristan na svim stazama F1 kalendara. Uz potisak dolazi i otpor, to je vječiti kompromis s kojim se F1 inžinjeri susreću.

Specifični je oblik F1 bolida s aerodinamičnog pogleda užasan. Gume su ogroman izvor najgoreg oblika prljavog zraka. Zbog brze rotacije i okruglog oblika, eddyji koje stvaraju gume su jako snažni i nepredvidljivi. Da pokrivanje kotača u F1 nije strogo zabranjeno, to bi bilo prvo što bi momčadi učinile. Formula E bolidi od prve su generacije imali pokrivene kotače jer je to uvelike pomoglo problemu koji su imali s dosegom baterije. Nadalje, ostale komponente koje strše van iz šasije (ovjes, retrovizori) ne pomažu otporu. S velikom snagom dolazi velika temperatura, tako da imamo i otvore za hladnjake u sidepodeovima, usis za motor u airboxu i otvore za hlađenje kočnica. Vozačeva kaciga isto nije idealna za aerodinamiku.

Sve nabrojano u prethodnom odlomku komponente su koje spadaju u skupinu „nužno zlo“. Sve ostalo je tu s ciljem manipuliranja zraka. Usudim se reći da svi maleni aero elementi (bargeboardovi, difuzor, razna krila, razne perajice, resice…) su napravljeni s djelomičnim ciljem smanjenja otpora zraka. Prednje i stražnje krilo odrađuju prljavi posao tj. namjerno proizvode prljavi zrak. Stražnje krilo mora proizvesti čim više potiska na način da šalje zrak prema gore (eng. upwash). Nalazi se iznad pogonske osovine tako da je tamo potisak dobro došao. Također, iza stražnjeg krila više nema ništa čemu bi smetao prljavi zrak (osim drugog bolida, ali to je njegov problem). Prednje krilo također mora proizvesti malo potiska (ne previše da ne kompromitira ostatak bolida prljavim zrakom), ali prije svega mora usmjeriti zrak prema van (eng. outwash) tako da spriječi turbulencije s prednje gume da rade kaos tamo gdje ne trebaju.

Outwash i upwash će turbulentnu prikolicu učiniti širom i višom od prednje siluete bolida – to je razlog kriminalnog otpora.

U trenutnim tehničkim pravilima, stražnje krilo odgovorno je za većinu potiska, a time i otpora. Čim jači potiska želimo, krilo nam mora bacati zrak više što znači da samo krilo mora biti strmije i zauzimati više prednje siluete. Kad idemo na Monzu, onda možemo imati plitko stražnje krilo koje ne daje puno otpora, ali niti downforcea.

Postaje nam jasno da su najbolja aero rješenja ona koja povećavaju downforce bez povećavanja otpora. Jedno je takvo okomiti rub na stražnjem kraju krila zvani Gurney flap (prema vozaču Danu Gurneyu) koji „produljuje“ krilo bez da povećava površinu prednje siluete.

Kad pratimo neki GP nije nam važno koliki je točno otpor bolida i kako se taj otpor uspoređuje s otporom Opel Corse. Točna vrijednost otpora ovisi i o gustoći zraka koja pak ovisi o temperaturi zraka – to su varijable kojima moraju baratati inženjeri pri setupu bolida. Mi gledatelji trebali bi biti svjesni utjecaja prljavog zraka. Glavna obilježja prljavog zraka niski su tlak i momentum prema naprijed. Ova dva obilježja znače manje čestica zraka koja „hvata“ bolid iza, a samim time da su svi pozitivni aero efekti oslabljeni. Ako vozite bolid koji prati drugi, to znači da kroz zavoje patite od nedostatka potiska jer Vaša krila imaju manje čestica zraka za baciti u vis. Također, manje svježih čestica ulazi u Vaše hladnjake tako da bi mogli imati i problema s hlađenjem ako se utrkujete po vrućini. U doba atmosferskih motora možda bi čak i osjetili manju snagu jer manje kisika stiže na sagorijevanje u jedan od 8 cilindara.

S druge strane, u prljavom su zraku i negativni aero efekti umanjeni, prije svega je to otpor. Bolid koji prati mora gurati u stranu/vis manje čestica zraka od onog ispred, a to mu omogućava veću maksimalnu brzinu po ravnome. Svi smo čuli za slipstream, drafting i zavjetrinu, a najpoznatiji izraz u F1 krugovima je tow (vuča).

Prljavi su zrak i zavjetrina jedno te isto, samo što utječu na konkurentnost bolida koji slijedi drugi bolid na suprotan način, ovisno umanjuje li mu potisak kroz zavoj ili otpor po ravnome.

U ovom članku čitali smo o prirodi prljavog zraka (niski tlak i turbulencije) i kako on utječe na vozilo koje ga stvara i na vozilo koje ga guta. Usput smo spomenuli koeficijent otpora i saznali smo zašto skoro svi auti imaju spojler, a skoro ni jedan nema krilo. Nismo objasnili kako rade sva ona sitna krilca po F1 bolidu, to ostavljamo za sljedeći članak. Za kraj bih preporučio prigodni glazbeni broj: https://www.youtube.com/watch?v=wUTLlyv9XQY

Braziliščanec Masa

Odgovor

15 komentara

  1. antvra88 Prikaži
    • 1210 d, 11:46

    Treba vise puta procitat da sve pohvatas, pogotovo ako si laik ali uvijek kvalitetna analiza ?



    13
    13

    0
  2. Williams
    Sinek Prikaži
    • 1210 d, 12:50

    cool naslovna ilustracija, tek sam iz treceg puta skuzio :)
    dobri su tekstovi, steta sto ne kuzim vise od 30% :D



    6
    6

    0
  3. Marlboro
    LeCrash Prikaži
    • 1210 d, 12:56

    Dobro objašnjeno, lakše nam je shvatiti kada se da primjer na nekom serijiskom automobilu.
    Svaka čast.



    4
    4

    0
  4. Ferrari
    sisavac Donator Prikaži
    • 1210 d, 14:02

    Ovo je vec sad serijal kolumna! ??
    Bravo. I jedva cekam sljedecu.
    Ovaj usporedba me “ubila” ??

    Komentari na Portalu funkcioniraju na jednakom principu



    8
    8

    0
  5. Kimi Raikkonen
    zoka Prikaži
    • 1210 d, 18:31

    Vozio sam opel korsu, zapravo ide bolje nego pezo 207 znaci mora da ima manji drag ?



    7
    7

    0
  6. Niki Lauda
    wapi Pretplatnik Prikaži
    • 1210 d, 22:21

    Samo jedna sitna dopuna. Koeficijent čeonog otpora se množi s površinom koja se probija kroz zrak.
    Ta površina je u slučaju bolida dosta manja nego u slučaju Opel Corse, a pogotovo Land Rovere ili Toyote Sequoie, pa sve skupa i nije tako katastrofalno.



    4
    4

    0
  7. Mclaren
    LH44 Donator Prikaži
    • 1209 d, 18:24

    Prejako objašnjeno :thumbs:



    1
    1

    0
  8. Pirelli Hypersoft
    Einspritz7 Prikaži
    • 1209 d, 21:58

    Dobar i zanimljiv tekst , dosta detaljna analiza !
    Međutim imam jednu opasku , kad se već ide u detalje :
    “Eddy je posljedica ravnoteže između centrifugalne (kutne kinetičke energije) i centripetalne (nastojanje da popuni zonu nižeg tlaka) sile koja djeluje na svaku česticu zraka.”
    Sila i energija su dvije različite veličine , pa tako da ne može centrifugalna sila biti kinetička energija. A pogotovo kutna , jer centrifugalna sila djeluje u radijalnom smjeru od središta vrtnje prema van.



    1
    1

    0
    • Felipe Massa
      Braziliscanec Masa Prikaži
      • 1209 d, 22:04

      Hvala na opaski. Kako bi trebao sročiti da bude točno? Umjesto “kutne kinetičke energije” jednostavno staviti “momentum”?


      0
      0

      0
      • Pirelli Hypersoft
        Einspritz7 Prikaži
        • 1207 d, 22:30

        Sorry što tek sad odgovaram , ali nisam se nikako mogao prijaviti , evo sad nekako uspio !
        Pa mislim da ne treba ništa staviti , ljiepo si napisao da su centrifugalna i centripetalna sila u ravnoteži , kao i za centripetalnu da je nastojanje da popuni zonu nižeg tlaka (što automatski kazuje da centrifugalna sila djeluje u suprotnom smjeru)


        0
        0

        0
  9. Aston Martin
    tiptronic Prikaži
    • 1209 d, 23:43

    Bravo, dugo “pratim” F1, ali mnoge stvari uzimam (o) zdravo za gotovo tj. ne razmišljamo previše o njima ..bitan nam je cijeli paket.
    Ova kollumna je pravo osvježenje ..autor piše o suvoparnim dosadnim činjenicama na zanimljiv nacin ….čekam iduci uradak …i nova sezona ce nam stici brže nego što smo mislili



    2
    2

    0
  10. Dan Gurney
    Crash Donator Prikaži
    • 1208 d, 08:22

    Sta rec nego hvala…
    Opet top od clanka, neke stvari sam mora guglat, sto iz znatizelje to iz toga da ti ne vjerujem :zubo:



    1
    1

    0

Pročitajte više o idućim temama:

Reagirajte na ovaj sadržaj:

Novo na forumu Otvori

Bok, internet se promijenio. Sadržaj, vrijeme, znanje i rad uložen u portal koštaju i bez vaše pomoći - ove zajednice više ne bi bilo.

Ako cijeniš što radimo svaki dan već 8 godina, podrži nas tako da postaneš pretplatnik ili doniraš iznos po volji.

Pretplati se Doniraj jednokratno

Stvaramo uspomene zajedno!

Formula 1 je najbrže rastući sport na planetu, a Pulsmedia najaktivniji hrvatski sportski portal.

Kontaktiraj nas

Medijska prava

Sve fotografije vlasništvo su ekipa Formule 1 ili Pirelli media centra.

Pridruži se

Pulsmedia

Slijedi nas

© Pulsmedia, guramo od 2015.