¿Quieres conocer el secreto de que "cuanto más rápido, más estable" es un coche de F1?

Cualquiera que haya visto una carrera de F1 definitivamente se sentirá atraído por la apariencia única del auto, que incluye el familiar alerón delantero y trasero. En los últimos años, los coches de carreras de F1 han tenido diseños de mangas huecas cada vez más exagerados. Cada equipo de F1 gasta mucho en investigación, desarrollo y diseño de mangas huecas cada año. ¿Cuál es la importancia de las mangas vacías para las carreras?

La aerodinámica, como rama importante de la mecánica de fluidos, tiene un gran impacto en la economía, la maniobrabilidad, la potencia y otros aspectos del coche. Es especialmente importante para la investigación y el desarrollo en eventos de primer nivel como la F1. prioridad.

En la competición de F1 actual, cuando el nivel de investigación y desarrollo de la unidad de potencia del coche, incluido el motor, el turbocompresor y el sistema de recuperación de energía, es relativamente estable, la aerodinámica casi domina todo el rendimiento del coche de fórmula.

Los coches de carreras de F1 pueden acelerar hasta los 200 km/h en 5 segundos y su velocidad máxima puede superar los 350 km/h. Sin embargo, la pista de F1 tiene pocas rectas y muchas curvas. Depender simplemente del motor para aumentar la velocidad de la cola en las rectas no es de gran importancia para el evento de F1. Sabemos que los autos tienen límites en las curvas, si exceden el límite, fácilmente se empujarán o se desviarán, o incluso se saldrán de la pista. Si los neumáticos no tienen suficiente agarre en las curvas, no se podrá ejercer ni siquiera la potencia más potente. Para mejorar los límites de los coches de F1, se empezaron a añadir kits aerodinámicos a los coches.

En primer lugar, debemos tener una comprensión sencilla de la funda vacía (es decir, el kit aerodinámico, al que nos referiremos como funda vacía en el siguiente texto). El propósito de agregar una manga de aire es aumentar la sustentación negativa del auto de carreras. La sustentación negativa es lo que a menudo llamamos carga aerodinámica, que es relativa a la sustentación del ala del avión. El propósito de las alas de un avión es proporcionar sustentación al avión para que pueda despegar, mientras que la manga de aire del auto de carreras de F1 es todo lo contrario. El propósito de la funda vacía en la F1 es proporcionar al coche suficiente carga aerodinámica para que pueda agarrarse firmemente al suelo para aumentar el límite del coche en las curvas, permitiendo que el coche pase por las curvas a la mayor velocidad posible para mejorar la competencia. resultados.

La parte principal del alerón delantero y del ala trasera es el ala. El principio de generación de carga aerodinámica es exactamente el mismo que el principio de generación de sustentación de las alas de un avión. Podemos entender simplemente que es el ala del coche de carreras. está al revés. Según el teorema de Bernoulli, cuanto mayor es la velocidad del flujo, menor es la presión. La superficie inferior del ala de carreras es grande, la velocidad del flujo de aire es rápida y la presión es pequeña; la superficie superior es pequeña, la velocidad del flujo de aire es pequeña y la presión es fuerte; Por tanto, se ejercerá una fuerza descendente sobre el ala, que es lo que solemos llamar fuerza aerodinámica.

Además de proporcionar parte de la carga aerodinámica, el alerón delantero juega un papel más importante como punto de partida para la gestión del flujo de aire del vehículo. La turbulencia creada por el alerón delantero puede controlar la turbulencia generada por la rotación de las ruedas delanteras y empujarlas hacia afuera tanto como sea posible para evitar que la turbulencia entre en la parte inferior del automóvil y afecte el rendimiento aerodinámico del difusor. Incluso durante las curvas, el alerón delantero funciona con normalidad. Sin el alerón delantero, la turbulencia formada por la rueda delantera golpeará directamente la rueda trasera. Aunque esto puede reducir la resistencia de la rueda trasera, será un desastre para la aerodinámica de la parte inferior del coche.

Alerón trasero: El alerón trasero es un dispositivo aerodinámico instalado en la parte trasera de la carrocería del automóvil, que puede proporcionar el 30% de la carga aerodinámica de todo el vehículo. Dado que el alerón trasero está colocado en alto y sólo es responsable de generar carga aerodinámica, su estructura es relativamente simple.

En las curvas, el alerón trasero puede proporcionar suficiente carga aerodinámica para estabilizar la parte trasera de un coche de carreras que se mueve a alta velocidad. Pero en las rectas, el alerón trasero se convierte en la principal fuente de resistencia. Por tanto, en circuitos multigiro o cortocircuitos, los ingenieros aumentarán al máximo el ángulo de ataque del ala (que puede entenderse como el ángulo de inclinación del ala) para obtener una mayor carga aerodinámica. En etapas con múltiples rectas, como el circuito de Monza (la etapa con mayor velocidad media de los coches durante toda la temporada), los ingenieros ajustarán el ángulo de ataque lo más pequeño posible para reducir la resistencia a altas velocidades.

En 2011, para aumentar la probabilidad de adelantar durante el juego y aumentar el disfrute del mismo, la FIA introdujo el sistema DRS en los coches de carreras de F1. DRS equivale a agregar un conjunto de dispositivos de ángulo ajustable a las palas traseras. Cuando se activa el DRS en la recta, el ángulo de ataque de las palas del alerón trasero se reduce y la resistencia del aire se reduce considerablemente, lo que le da al coche una mayor velocidad de cola en la recta, aumentando así las posibilidades de adelantamiento.

El difusor está situado debajo del coche de carreras y proporciona el 40% de la carga aerodinámica de todo el coche. En comparación con el alerón delantero y el alerón trasero, el difusor se aplicó a la F1 más tarde, pero es el dispositivo aerodinámico más eficiente en los autos de F1. A diferencia de la forma en que funcionan las aletas delanteras y traseras, el difusor casi no genera resistencia cuando funciona.

Cuando el flujo de aire de alta velocidad en la parte inferior del automóvil fluye a través del difusor, el flujo de aire fluirá a lo largo de la pendiente del difusor debido al efecto Coanda. La parte del difusor forma una zona de vacío, como una. Bomba de aire que bombea frenéticamente el aire en la parte inferior del automóvil, formando una zona de presión negativa en la parte inferior, generando así una gran carga aerodinámica.

Sin embargo, los difusores también tienen sus inconvenientes. El difusor tiene altos requisitos en cuanto a la distancia entre el chasis de carreras y el suelo, y pequeños cambios en la distancia tendrán un gran impacto en la carga aerodinámica de todo el vehículo. Teóricamente, cuanto más bajo sea el difusor, mejor, pero una vez que el chasis toca el suelo, el flujo de aire a través del difusor se corta, la presión negativa en la parte inferior desaparece y el difusor fallará inmediatamente. En casos graves, el coche puede perder el control, con consecuencias desastrosas.

La carga aerodinámica proporcionada por la manga vacía al automóvil aumentará exponencialmente a medida que aumenta la velocidad del automóvil. Cuanto más rápida sea la velocidad del automóvil, mayor será la carga aerodinámica y más estable será el automóvil. A máxima velocidad, una buena manga vacía puede proporcionar una carga aerodinámica de hasta 3,6 veces el propio peso del coche. Esta carga aerodinámica extrema garantiza que las cuatro ruedas puedan agarrarse firmemente al suelo y dar rienda suelta al rendimiento del coche. Por eso, algunas personas dicen que los coches de F1 pueden circular contra el techo a máxima velocidad, lo cual está justificado.

Este artículo proviene del autor de Autohome Chejiahao y no representa los puntos de vista ni las posiciones de Autohome.