חישוב למטה כוח ב-ACדינמיקה של רכב: פורמולה ו דוגמאות בעולם האמיתי

הבנה של כוח Downforce ב-ACדינמיקה

כוח Downforce הוא כוח מעלית מטה שנוצר על ידי התכונות האירודינמיקה של כלי רכב, המאפשר לרכב לנוע מהר יותר על ידי הגדלת הכוח האנכי על הצמיגים, ובכך ליצור אחיזה קריטית זה עיקרון האירודינמיקה קריטית יש מהפכה מנועים עיצוב רכב ביצועים גבוה, המאפשר מכוניות להשיג מהירויות פינה כי יהיה בלתי אפשרי עם אחיזה מכנית לבד להבין איך לחשב ולייעל את הכוח חיוני עבור מהנדסים, מרוצי מכוניות, מחפש ביצועים גבוהים מחפש ביצועים גבוהים מחפש מיומנויות בטיחות גבוהה.

אפקט זה נקרא "אחיזת אווירודינמית" והוא נבדל מ"אחיזת מכנית", המהווה פונקציה של המונית, צמיגי הרכב, השעיה. בעוד אחיזה מכנית נשאר קבוע ללא קשר למהירות, כוח אווירודינמיקה יורד באופן אקספונמי עם מהירות, מה שהופך אותו בעל ערך במיוחד ביישומים במהירות גבוהה של מרוצי במהירות גבוהה.

פורמולה כוח עליון

חישוב הכוח למטה מבוסס על משוואה אווירודינמית בסיסית הנגזרת מעקרונות דינמיקות נוזליות.הנוסה לחישוב כוח למטה היא: כוח למטה = 1/2 × × × × × V2, שבו כל משתנה ממלא תפקיד מכריע בקביעת הכוח האירודינמי הכולל הפועלים על הרכב.

לשבור כל מרכיב במשוואה זו:

• (ב) ⁇ (rhoem)FLT:1 = צפיפות אוויר, נמדד בק"ג למ"ק (kg/m3)
• (ב) ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇
• (ב) ,0) קלמירל 1 (או מקדם המעלית (או ירידה בביקוש כאשר שלילי)
• (ב) ויקרא י"א): "וְהִילוּבְהִיתִיתִיתִיתִיתִיתִיתִיתִיתִיתִיתִיתִיתִיתִיתִיתִיתִי" (ב)

הגורם של 0.5 (או 1/2) במשוואה הוא קבוע הנגזר משילוב של לחץ על פני השטח בדינמיקה נוזלי.ד כוח הוא אותו כמו להרים, למעט הסימן עבור C L יהיה פשוט שלילי.זה אומר כי מכשירים אווירודינמיקה שנועדו ליצור כוח למטה לתפקד למעשה כמו כנפיים מופרכות, יצירת מרימה שלילית הדוחפת את הרכב לכיוון הקרקע ולא הרמתו לתוך האוויר.

הבנת מערכת היחסים של Velocity Squared

מכיוון שהיא פונקציה של זרימת האוויר מעל ומתחת לרכב, כוח הפחתת עולה עם הכיכר של מהירות המכונית ודורשת מהירות מינימלית מסוימת כדי לייצר השפעה משמעותית.מערכת יחסים קוואדרטית זו יש השלכות עמוקות על ביצועי הרכב.לאחר חוקי הפיזיקה הבסיסיים, כוחות אווירודינמיקה עולים עם ריבוע המהירות.

מערכת יחסים אקספוננציאלית זו פירושה כי במהירויות נמוכות, מכשירים אווירודינמיקה מייצרים כמות מינימלית של כוח, אך ככל שהמהירות עולה, כוח הנפילה גדל באופן דרמטי.לדוגמה, אם מכונית נוסעת ב-50 קמ"ש מייצרת 100 קילו של כוח למטה, אותה מכונית ב-100 קמ"ש (המהירות) תייצר 400 פאונד של כוח למטה (ארבע פעמים הכוח), בהנחה שכל שאר המשתנים יישארו קבועים.

הכחשת האוויר והשפעתו על כוחות

צפיפות האוויר היא משתנה קריטי בחישובי כוח כי לעתים קרובות להתעלם מהם חדשים לאירודינמיקה. כמו טמפרטורה ועלייה בגובה, צפיפות האוויר יורדת.מערכת יחסים זו יש השלכות משמעותיות על ביצועי הרכב על פני מצבים סביבתיים שונים ומקומות מירוץ.

ערכי ההכחשה של האוויר

ברמת הים תחת תנאים אטמוספריים סטנדרטיים (15 ° C או 59 °F ו 1013.25 hPa לחץ), צפיפות האוויר היא בערך 1.225 ק"ג / m3, עם זאת, ערך זה משתנה באופן משמעותי עם גובה, טמפרטורה ולחות. במקומות בגובה גבוה כמו דנוור או מקסיקו סיטי, שבו האוויר יש פחות צפיפות עקב גובה גבוה (מעלה 5000), צוותי המירוצים יפעילו חבילת מקסימלית להתאושש מלמטה כדי לרדת לגבהים שאבדו.

כוח האווירודינמיקה נשלט על ידי המשוואה F = 1⁄2 ⁇ v2 A CL. כי הכחונות האוויר ( ⁇ ) הוא מכפיל ישיר, מירוצים מכונית באוויר הדק של בירת מקסיקו סיטי (מעלה 2,200m) פירושה שהכנפיים מסיביות לייצר פחות כוח בהשוואה למרוצים ברמת הים.זה יכול לגרום לירידה של 15-20% או יותר בתצורה גבוהה, הדורשות תצורה אגרסיבית יותר.

השפעות טמפרטורה על הכחשת האוויר

טמפרטורה אווירית גבוהה יותר על ידי 10 ° F (5.5 ° C) להפחית את כוח הפחתת וגרור על ידי 3.0%, על פי נתוני אווירודינמיקה של סדרת מרוצי מקצועי.טמפרטורה היא הגורם הגדול ביותר בגובה צפיפות.זה בגלל כאשר אתה חום אוויר, למולקולות האוויר יש יותר אנרגיה, והם התפשטו עוד בנפרד, מה שהופך את האוויר פחות צפוף.

רגישות טמפרטורה זו פירושה כי תנאי מעקב יכולים להשתנות באופן משמעותי לאורך יום המירוץ.פגישות תרגול בוקר בטמפרטורות קרירות יותר יניבו יותר כוח מאשר אחר הצהריים מתאים מפגשים בתנאים חמים, אפילו באותו מסלול עם הגדרות רכב זהות.צוותים חייבים לקחת בחשבון את הריאציות האלה כאשר אופטימיזציה של תצורות האווירודינמיקה שלהם.

הומור ואפקטי לחץ

בעוד שלעתים קרובות נחשב גורם קטן, לחות משפיעה על צפיפות האוויר וכתוצאה מכך כוח יתר של אוויר גבוה יותר של עייפות של 50% מגביר את כוח וגרור על ידי 0.5%, אם כי אפקט זה קטן יחסית בהשוואה לטמפרטורה וריאציות בגובה.

לחץ אטמוספירי גם ממלא תפקיד, עם לחץ אוויר גבוה יותר על ידי 1" Hg מגביר את כוח הפחתת כוח וגרור על ידי 3.0% קבוצות מירוץ ברמות הגבוהות ביותר לפקח על כל המשתנים הסביבתיים האלה מקרוב, כמו גם שינויים קטנים יכולים להשפיע על מיקום תחרותי.

The Downforce Coefficient: הבנת Cl

המקדם של המעלית (Cl), או ה-uptforce coefficient כאשר שלילי, הוא מספר חסר ממד המייצג את יעילות האווירודינמית של צורה מסוימת או תצורה. Cl הוא ה- coefficient של המעלית, שוב נקבע על ידי הצורה המדויקת של המכונית ואת זווית ההתקפה. זה coefficientsulatesulates את המאפיינים האנירודינמיקה המורכבים של הרכב לתוך ערך אחד שניתן להשתמש בו.

ערכים שליליים של Downforce Coefficients

דלפק כוח משתנה באופן דרמטי על פני סוגי רכב שונים וקטגוריות מירוץ.מכוניות כביש בדרך כלל יש יעילות מעלית חיובית (ייצור מעלית לא רצויה), בעוד מכוניות מירוץ יש אפקטיביות שלילית (ייצור למטה כוח) במקרה של מכונית פורמולה מודרנית, יחס המעלית-לעשש Cl/Cd יש ערך טיפוסי של, למשל, 2.5, כך למטה הביצועים שולטים.

בהקשר, מכונית כביש טיפוסית עשויה להיות בעלת יעילות מעלית של +0.1 ל- +0.3, כלומר היא מייצרת מעלית במהירות. מכונית ספורט עם סיוע אווירודינמי בסיסי עשוי להשיג יעילות ליד אפס או מעט שלילי.

המקדם של כוח למטה נקבע באמצעות בדיקת מנהרה רוח או דינמיקות נוזל חישובי (CFD) סימולציות.הערך ל- CD נקבע על ידי בדיקת מנהרות רוח או סימולציה דינמית נוזלית חישובית.שיטות אלה מאפשרות למהנדסים למדוד את הכוחות האמיתיים שנוצרו על ידי תצורה אווירודינמית שונה לחשב את האפקטיביות המקבילה.

גורמים המשפיעים על ה- Downforce Coefficient

גודל הכוח שנוצר על ידי הכנפיים או הספוילרים על מכונית תלוי בעיקר בשלושה דברים: הצורה, כולל שטח פני השטח, יחס היבט וסעיף צלב של המכשיר, זווית (או זווית התקפה), ואת המהירות של הרכב. כל אחד מהם משפיע על המקדם של המעלית וכוח הנפילה הכולל שנוצר.

זווית ההתקפה חשובה במיוחד למכשירים אווירודינמיקה התואמים.זווית גדולה יותר של התקפה (או הטיה) של כנף או ספוילר, יוצרת כוח יותר, מה שמציב יותר לחץ על הגלגלים האחוריים ויוצר יותר גרר.זה יוצר משחק בסיסי מולו בהקמה אווירודינמית: יותר ירידה משפרת את הפינות אך מגבירה ומפחיתה את המהירות העליונה.

אזור הפחתת קלוריות

אזור ההתייחסות (A) במשוואה הכוח מייצג את שטח פני השטח המשמש כבסיס לחישוב כוחות אווירודינמיקה.באווירדינמיקה, זה רגיל להשתמש באזור המוקרן העליון של הזרוע כמשטח הפניה כדי להגדיר את מקדם המעלית.עם זאת, בחירת אזור ההתייחסות יכולה להשתנות בהתאם ליישום ומה נמדד.

עבור כנפיים וספוילרים, אזור התכנון (האזור שבו ניתן לראות מלמעלה) משמש בדרך כלל.עבור אווירודינמיקה של רכב כולל, אזור החזית (אזור חצי-שטח כאשר נצפה מן החזית) הוא לעתים קרובות מועסק.המפתח הוא עקביות: אזור ההתייחסות המשמש חייב להתאים את אזור ההתייחסות אליו נקבע ה- coefficient.

כאשר חישוב כוח לאגף מסוים, למדוד את אורך האגף (width) ואת אקורד (עומק לפני-חזרה), ולאחר מכן להכפיל את הממדים האלה כדי לקבל את אזור התכנון.לדוגמה, כנף שהיא 1.5 מטרים רחב ו 0.3 מטרים עמוק יהיה אזור התייחסות של 0.45 m2.

דוגמאות להורדת כוח

דוגמה: פורמולה 1 מרוץ רכב

קחו בחשבון מכונית פורמולה 1 נוסעת ב-200 קמ"ש (כ-89.4 מ'/s) ברמת הים ביום רגיל.

• צפיפות אוויר ( ⁇ ) = 1.225 ק"ג / m3
• שטח הסימון (A) = 1.5 מ"ר (TYpical for F1 Front Wing)
• Downforce coefficient (Cl) = -3.5
• Velocity (V) = 89.4 מ"ר

Downforce = 0.5 × 1.225 × 1.5 × (-3.5) × 89.42

Downforce = 0.5 × 1.225 × 1.5 × 7992.36

Downforce = -25,764 N (כ-5,793 פאונד או 2,627 ק"ג)

כוח הנפילה משמעותי זה רק הקדמי מראה מדוע מכוניות F1 מודרניות יכולות להגיע למהירויות קיצוניות כאלה.זה אומר כי במהירות מקסימלית, מכונית F1 מייצרת 5 גרם של כוח למטה! 5 פעמים משקלו לדחוף אותו על המסלול.

דוגמה 2: ספורט עם Rear Wing

עבור מכונית ספורט מצוידת כנף אחורית לאחר שוק נסיעה 120 קמ"ש (53.6 מ"ר)

• צפיפות אוויר ( ⁇ ) = 1.2 ק"ג / m3 (תנאים חמים יותר קלים)
• שטח הסימון (A) = 0.5 m2 (קטן יותר)
• Downforce coefficient (Cl) = 1.0
• Velocity (V) = 53.6 m /s

Downforce = 0.5 × 1.2 × 0.5 × (-1.0) × 53.62

Downforce = 0.5 × 1.2 × 0.5 × (-1.0) × 2,872.96.

Downforce = -861.9 N (כ-194 פאונד או -88 ק"ג)

כוח נפילה צנוע יותר אופייני למכוניות ספורט ללא אוויריות עם שיפורים אווירודינמיקה, ומספק יציבות מהירה יותר ללא הכוחות הקיצוניים של מכוניות מירוץ בנויות תכלית.

דוגמה: High-Altitude Racing Scenario

כדי להמחיש את ההשפעה של הגובה, לשקול את אותה מכונית F1 מדוגמה 1, אבל מירוצים במקסיקו סיטי (מעלה בערך 2,250 מטר):

• צפיפות אוויר ( ⁇ ) = 0.95 ק"ג / m3 (מעודכן בשל גובה)
• שטח הסימון (A) = 1.5 m2
• Downforce coefficient (Cl) = -3.5
• Velocity (V) = 89.4 מ"ר

Downforce = 0.5 × 0.95 × 1.5 × (-3.5) × 89.42

Downforce = -19,980 N (כ-4,492 פאונד או 2,037 ק"ג)

השוואת זה לחישוב ברמה הים מראה אובדן של כ 5,784 N (1,301 פאונד) של כוח למטה - ירידה של כ 22%. ירידה דרמטית זו מסבירה מדוע צוותים חייבים לרוץ מקסימום תצורה של כוח במקומות בעלי יכולת גבוהה כדי לשמור על ביצועים תחרותיים.

מכשירים אווירודינמיקה שגורמים להורדת כוח

מכוניות מירוץ מודרניות וכלי רכב ביצועים גבוהים מעסיקים מכשירים אווירודינמיים שונים כדי לייצר כוח למטה, להבין איך כל רכיב תורם לכוח הכולל מסייע למהנדסים לייעל ביצועים של כלי רכב עבור יישומים ספציפיים ותנאי מעקב.

כנפיים ואוויר-Airfoils

כנף רכב מיועדת לייצר כוח למטה כמו האוויר עובר סביבו, לא רק כדי לשבש את דפוסי זרימת האוויר הקיימים. Wings לתפקד כמו כנפיים מטוסים מחוספס, עם פני השטח מעוקלים על החלק התחתון ואת משטח שטוח על העליונה, יצירת לחץ גבוה יותר מעל ולחץ נמוך מתחת.

כנפיים הקדמיות יוצרות כוח מטה שמשפר את אחיזת הצמיגים הקדמיים, תוך גם אופטימיזציה (או צמצום ההפרעה) את זרימת האוויר לשאר המכונית.החזית היא בדרך כלל האלמנט האירודינמי הראשון אינטראקציה עם אוויר נקי, מה שהופך אותו יעיל מאוד ביצירת כוח למטה.

הזרוע האחורית חייבת לייצר יותר מפי שניים מהכוח הקדמי ככנפיים הקדמיות כדי לשמור על הטיפול כדי לאזן את המכונית, הזרוע האחורית בדרך כלל יש יחס היבט גדול הרבה יותר, ולעתים קרובות משתמשת בשני מרכיבים או יותר כדי לצרף את כמות הכוח שנוצר. כנפיים מרובות-החלות משתמשות חריצים בין אלמנטים כדי למריץ את שכבת הגבול ועיכוב ההפרדה, ומאפשרות זוויות תלולות יותר של התקפה וכוח גבוה יותר.

ספילרים לעומת כנפיים

המונח "ספוילר" משמש לעתים קרובות באופן שגוי עם "הwing" בעוד שני המכשירים משפיעים על האירודינמיקה, הם פועלים אחרת.אוויר מפונק סטנדרטי על ידי זעזועים גוברים זורם מעל הצורה, "מחסימת" את זרימת הלבנדר ומספקים כריתת עבור שכבת הגבול laminar.

אם מסתכלים על יעילות האווירודינמית של מקלקל, רוב הטקסטים האירודינמיים מראים שהם סביב 3:1 מעל לגרור יחס.אז אם ספוילר יוצר 30 קילו של כוח למטה, זה גם יוצר 10 lbs של גרר. בניגוד, כנפיים בדרך כלל יש יותר מעל מעלית / סדקים, ובהתאם לצורה של המכונית, יכול לנוע בין 3 ל 24:1 אבל סביב 8:1 הוא רגיל.

הבדל יעילות זה אומר כי כנפיים בדרך כלל לייצר יותר כוח עבור כמות מסוימת של גרר, מה שהופך אותם מועדפים עבור יישומים מירוצים שבו הביצועים האנירודינמיקה המקסימלית הוא הרצוי.עם זאת, ספוילרים יכולים להיות מעשי יותר עבור מכוניות רחוב בגלל הבנייה הפשוטה שלהם ואת המיקום הגדל.

Diffusers ו-Underbody Aerodynamics

דיפרף משתמש בלחץ נמוך המתרחש באופן טבעי מאחורי מכונית כדי להוציא אוויר מתחתיה: כוח המחבק את הצמיגים למסלול. דיפרפונים הם בין המכשירים היעילים ביותר לייצור כוח כי הם עובדים עם כל העודף של הרכב.

מכוניות מירוץ מגבירות את ההשפעה הזו על ידי הוספת מוצץ אחורי להאיץ אוויר מתחת לרכב מול הדלפק, ולהגדיל את הלחץ האוויר מאחורי זה, להפחית את התעוררות המכונית.החלק המרחיב של המטבול מאפשר אוויר רב-עוצמה גבוהה מתחת לרכב להאט ולשוב לחץ, אשר מסייע לחלץ יותר אוויר מתחת לרכב ומגביר את הלחץ.

רכיבים אווירודינמיקה אחרים שניתן למצוא על החלק התחתון כדי לשפר את כוח ו / או להפחית את גרר, כוללים פיצולים וגנרטורים טורטטקס. פיצולים הקדמיים ליצור אזור בלחץ גבוה מעל הפיצול ושטח מדכא נמוך למטה, ייצור כוח למטה בחזית הרכב תוך כדי לעזור גם לאטום את העודף מאוויר בלחץ גבוה בחדירה.

Canards and Dive מטוסים

סנפיר קטן זה כמו החזקות בפינות הקדמיות של המכונית.הנטייה של הלוחות האלה יוצרת כוח על חזית המכונית, למרות שבכמות הקטנה, בעוד שקנארדים לא מייצרים כמויות מסיביות של כוח למטה באופן אישי, צלחות צלילה אלה הן יותר מכשירי חיתוך מאשר כל דבר אחר, הם קטנים מדי כדי לייצר כמויות גדולות של כוח למטה; במקום זאת, הם משמשים כדי להגדיר את הרכב לפני גזע.

קארדס גם משרת תפקיד חשוב בניהול זרימת אוויר סביב הקדמי של הרכב, יצירת מערבות שיכולה לעזור לאטום את הגוף או האוויר הישיר רכיבים אוויריים אחרים.גודלם הקטן הופך אותם אידיאליים עבור איזון אווירודינמי עדין ללא השפעה דרסטית על רמות כוח.

אפקט הקרקע Aeroדינמיקה

במכוניות מרוץ, מטרת מעצב היא להגביר את כוח הנפילה ולתפוס את מהירויות הפינות הגבוהות יותר. כמות משמעותית של כוח למטה זמינה על ידי הבנת הקרקע להיות חלק ממערכת האירודינמיקה המדוברת, ומכאן השם "אפקט הקרקע" מייצג את אחת השיטות היעילות ביותר של ייצור כוח למטה, שכן הוא יכול לייצר כוח אנכי משמעותי עם גרור קטן יחסית.

כיצד אפקט הקרקע עובד

אם לוקחים tar Paulin החוצה על יום רוח להחזיק אותו קרוב לקרקע: ניתן לראות כי כאשר קרוב מספיק לקרקע הנבל יהיה נמשך לכיוון הקרקע.זה בגלל העיקרון של ברנולי; כפי שהטפטפט מתקרב אל הקרקע, אזור חצי-החלקי הזמין עבור האוויר העובר בין זה לבין הקרקע.

חלק גדול של ביצועים של אפקט הקרקע מגיע ניצול של קוצר רוח.במסגרת ההתייחסות של המכונית, הקרקע נעה לאחור במהירות מסוימת.כפי שהקרקע נעה, היא נמשכת על האוויר מעל זה וגורמת לו לנוע מהר יותר.זה משפר את אפקט ברנולי ומגדיל את כוח.תופעה זו, המכונה זרימת קומט, היא ייחודית להזיז כלי רכב ולא ניתן לשכפל באופן מלא במבחנים אוויריים ללא תנועה.

מנהרות ותחתון עיצוב

גם עם רצפת שטוח חובה ומטוס הצעד המתחת והדפן האחורי הם התורם הגדול ביותר לכוח הכוח הכולל, ומייצרים בין 60-65% מכוחו של המכונית.זה הופך את השטח האירודימי החשוב ביותר על מכונית מרוץ מודרנית.

על ידי עיצוב תקין של הרכב, מהירות האוויר יכול להיות מוגברת, הורדת הלחץ ומשיכת המכונית על המסלול. כלי רכב מבחן היה ערוץ דמוי אוטורי מתחת למכוניות שנחתמו על ידי חצאיות גמישות המפרידו את הערוץ מ- מעל-car aeroדינמיקה. אלה מנהרות ונוטורי להאיץ את זרימת האוויר למהירויות גבוהות מאוד, יצירת אזורי לחץ נמוכים מאוד שיוצרים כוח עצום.

כיום, תקנות F1 מגבילות במידה רבה את ההשפעה של אווירודינמיקה של אפקט הקרקע, שהן אמצעי יעיל מאוד ליצירת כוח עם עונש גור קטן מאוד.למרות מגבלות רגולטוריות, עקרונות אפקט הקרקע נותרים יסודיים לעיצוב רכב מודרני, עם צוותים המבקשים כל הזמן דרכים למקסם את הביצועים תחת הכללים.

המונחים: Slack Slack

כמות הכוח הזורם היא רגישה מאוד לגובה הנסיעה (המרחק בין רצפת המכונית לבין המסלול) אם המכונית נופלת החוצה (הצמחים קרוב מדי לקרקע), זרימת האוויר יכולה להישען, לפתע גורמת לאובדן של כוח למטה.רגישות זו יוצרת בעיית אופטימיזציה מאתגרת למהנדסים, אשר חייבים לאזן את הכוח בצורה מקסימלית עם ביצועים עקביים ואמינות מכנית.

מכוניות אפקט הקרקע בדרך כלל לרוץ מאוד השעיה נוקשה כדי לשמור על גובה הנסיעה אופטימלי למנוע את הרצפה מלהתער על הקרקע.עם זאת, נוקשות זו יכולה להתפשר אחיזה מכנית ונוחות נהיגה, יצירת עוד סחר ביצועים כי הצוותים חייבים לנהל בזהירות.

ה-Drag Trade-off

יצירת כוח למטה על ידי מכשירים פסיביים ניתן להשיג רק עלות של גרר אווירודינמיקה מוגברת (או חיכוך), ואת ההתקנה האופטימלית הוא כמעט תמיד פשרה בין השניים. מערכת יחסים בסיסית זו בין כוח למטה וגרור היא אחד השיקולים החשובים ביותר בעיצוב אווירודינמיקה והגדרה.

הבנה של יעילות אווירודינמית

יעילות אירובית באה לידי ביטוי בדרך כלל כיחס המעלית-ל-דזה (L/D או במקרה של כוח-יתר, DF/D) יחס גבוה יותר מצביע על הדור היעיל יותר של כוח-יתר על כמות מסוימת של גרר. כנף חלקה, מעוצבת כראוי עם צלחות קצה גדולות בשדה זרימת אוויר נקי יכול לייצר עד 8 פאונד של כוח לכל פאונד של גרר זה יוצר.

במקום להפחית את הגרור, כנפי הרכב למעשה להגדיל את גרר.זהו הבדל חשוב מכנפיים מטוסים, אשר נועדו למקסם את המרומם בעוד ממזערים את כנפי רכב גזע לפני תחילת הדור של כוח, מקבל את עונש הגרור כעלות הכרחית לביצועים משופרים פינות.

המונחים: Airdynamic Configurations

ההתקנה האירודינמית לרכב יכולה להשתנות במידה ניכרת בין מסלולי גזע, בהתאם לאורכו של היישרים ואת סוגי הפינות. מעגלים מהירים עם סטרייטים ארוכים מעדיפים תצורה של רכיזוג נמוך עם כוח מופחת, למקסם את המהירות העליונה על חשבון ביצועים פינה מסוימת.

האיזון האנאירודינמי של שילוב זה הוא בדרך כלל כ-40% חזית ו 60 אחוזים לאחור כוח.חלוקה זו מסייעת לשמור על תכונות טיפול נייטרליות, אם כי צוותים עשויים להתאים את האיזון בהתבסס על העדפה של נהגים, תכונות מעקב והתנהגות צמיג.

שיקולים מתקדמים ב- Downforce Calculation

מספר תוצאות

מספר ריינולדס, כמות שלא ממדית המתארת את היחס של כוחות לא רצויים לכוחות מול הזרם הנוזלי, משפיעה על האופן שבו האוויר מתנהג סביב משטחים אווירודינמיקה.במהירויות גבוהות של מירוץ, רוב פני השטח האירודינמיים פועלים במספרים גבוהים של ריינולדס שבו הזרם הוא בעיקר סוער.זה משפיע על התנהגות הגבול ויכול להשפיע על ביצועי הכנפיים, דיפרפים, ומכשירים אחרים.

בדיקת מנהרה רוח חייבת לקחת בחשבון את הסימולציות מספר ריינולדס כדי להבטיח כי התוצאות מתרגמים במדויק לתנאי בקנה מידה מלא, על המסלול. סימולציות נוזלים Computational נוזל יכול לעזור לגשר על הפער הזה על ידי מודלים של זרימה במספרים של מרוצי ריינולדס בפועל.

השפעות דיכוי

במהירויות גבוהות מאוד, דחיסות אוויר הופכת גורם בחישובים אווירודינמיים. בעוד שרוב יישומי המירוצים פועלים היטב מתחת למהירויות שבהן דחיסות משפיעה באופן משמעותי על האווירודינמיקה של הרכב הכולל, זרימה מקומית סביב רכיבים מסוימים יכולה לגשת למהירויות transonic. ב-F1, למשל, גרר האווירודינמיקה הוא כל כך גדול, שאם נהג מרים את הבקר במהירות עליונה, המכונית תמחק בסביבות 1 ללא מגעים אפילו עקב גרורתיים.

השפעות אינטראקציה אוויריות

גם כוח למטה וגרור המיוצר על ידי הזרוע מופחתים באופן דרמטי כאשר פועל בעקבות הגוף הנבל.ההפחתה בגרור עבור כנף, בשל הלחץ הדינמי מופחת שבו הוא נוסע, ידוע כמחלקה ומאפשר המכונית שביל כדי להאיץ במהירות גדולה יותר ולקבל את המכונית הקודמת.עם זאת, המכונית שבילית לא יכול לשאת במהירות גבוהה דרך פינה לאחר אחר בגלל הפחתת הביצועים, המשפיעים לרעה על המכונית.

תופעה זו, המכונה לעתים קרובות "אוויר מלוכלך", היא שיקול עיקרי במירוצים.התעוררות הסוערת ממכונית מובילה יכולה להפחית את כוח הרכב לאחר 30-50% או יותר, מה שמקשה על אף היתרון המהיר הישיר של גרור מופחת.התקנות המודרניות מנסה לטפל בבעיה זו באמצעות עיצובים אוויריים אשר ממזערים את ההפרעות.

שיטות שימוש ובדיקה

מבחן מנהרת רוח

בדיקת מנהרה רוח נשאר תקן הזהב למדידת ערכי כוח בפועל וקביעת מזהמים אווירודינמית.מנהרות רוח מודרנית רוח הרכב תכונה מטוסי קרקע נעים וגלגלים רוטטים כדי לדמות במדויק על תנאי המסלול.מאזןי כוח מודדים את הכוח האנכי (כוח למטה), כוח אופקי (דראג), ורגעים הפועלים על הרכב או הרכיב נבדקו.

בדיקה כוללת בדרך כלל כוחות מדידה במהירויות מרובות ותצורה, ומאפשרת למהנדסים לקבוע כיצד כוח למטה משתנה במהירות לחשב את האפקטיביות של המעלית.אם אתה רוצה ערכים אמיתיים, אתה לא עושה חישובים קשים, אתה שוכר מישהו כמו קייל פורסטר לעשות CFD על המכונית שלך. בדיקות כיתה מקצועי מספק את הנתונים המדויקים ביותר עבור אופטימיזציה ביצועים.

Fluid Dynamics (CFD)

CFD הפך כלי חיוני בפיתוח אווירודינמי מודרני, המאפשר למהנדסים לדמיין תבניות זרימת אוויר ולצפות כוחות אווירודינמיקה ללא בדיקות פיזיות. סימולציות CFD מתקדמות יכולות מודל תופעות מורכבות כמו היווצרות מערבולת, הפרדה זרימה ואינטראקציות אפקט הקרקע שקשה לצפות במנהרות רוח.

בעוד CFD מספק תובנה עצומה ומאפשרת קידוד מהיר של עיצובים, יש לאמת אותו נגד בדיקות בעולם האמיתי כדי להבטיח דיוק.מרבית הקבוצות המקצועיות משתמשות בשילוב של CFD, בדיקת מנהרות רוח, ואימות מסלול כדי לפתח את חבילות האירודינמיקה שלהם.

בדיקות על-ידי TECK ו-Data Acquisition

מכוניות מירוץ מודרניות מצוידות עם מערך חיישן נרחב המדידה פרמטרים שונים הקשורים לביצועים אווירודינמיקה.ד. חיישנים גובה רכיבה, accelerometers, ומדנים יכולים לספק מדידות עקיפות על ידי ניטור כיצד המכונית מגיבה עומסים אווירודינמיים.מערכות רכישת נתונים מבוסס GPS לעקוב במהירות דרך פינות, ומאפשרות למהנדסים להפר רמות כוח מביצועים.

הנתונים של טמפרטורה לחץ Tire מספקים משוב יקר על איזון אווירודינמי, שכן דפוסים לא אחידים יכולים להצביע על חוסר איזון אווירודינמי הדורש תיקון. נתונים בעולם האמיתי זה עוזר לאמת מנהרות רוח ותחזיות CFD ומדריכים ההתקנה אופטימיזציה עבור מסלולים ספציפיים ותנאים.

טעויות נפוצות בהורדת כוח

טעות יחידה

אחת הטעויות הנפוצות ביותר בחישובי כוח כרוכה יחידות לא עקביות.הנוסה דורשת מהירות במונים לשנייה, אך מהירויות ניתנות לעתים קרובות במיליארד לשעה או קילומטרים לשעה. בדומה, אזורים עשויים להימדד בכפות הרגליים הגדולות ולא מ"ר.תמיד להמיר את כל הערכים ליחידות SI עקביות (מטרים, ק"ג, שניות) לפני ביצוע חישובים.

כדי להמיר קמ"ש ל m/s, להכפיל את 0.44704. כדי להמיר קמ"ש ל m/s, להכפיל עד 0.27778.עבור המרות באזור, זכור כי רגל מרובע אחת שווה 0.0929 מ"ר.

הזנחה של גורמי סביבה

באמצעות ערך צפיפות אוויר סטנדרטי (1.225 ק"ג / m3) עבור כל החישובים יכולים להוביל שגיאות משמעותיות כאשר תנאים בפועל שונים באופן משמעותי מן הרגיל.תמיד חשבון עבור גובה, טמפרטורה ולחות כאשר הדיוק חשוב.ההבדל בין כוח ברמה הים גבוהה כוח דיוק יכול לעלות על 20%, אשר יש השלכות ביצועים משמעותיות.

אזורי התייחסות משוחדים

אזור ההתייחסות המשמש בחישובים חייב להתאים את אזור ההתייחסות אליו נקבע המקדם.שימוש באזור חזיתי כאשר המקדם מחושב על בסיס אזור התכנון (או להיפך) יביא לתוצאות לא נכונות.תמיד לאמת אילו ועידות אזור ההתייחסות משמשות לכל ערכים יעילים שפורסמו.

התעלמות מאינטראקציות אווירודינמיקה

חישוב כוח כלפי רכיבים בודדים ופשוט הוספת אותם יחד מתעלם מהאינטראקציות האווירודינמיות המורכבות בין חלקים שונים של הרכב.האגף הקדמי משפיע על זרימת האוויר לתחתון, המשפיע על המיץ, המשפיע על הזרוע האחורית. [+] חשבונות פיתוח אווירודינמי מקצועי עבור אינטראקציות אלה באמצעות בדיקות מלאות ולא ניתוח רכיב מבודד.

השפעה של העולם האמיתי

שיפור מהירות

היתרון העיקרי של כוח למטה הוא הגדלת מהירות הפינות באמצעות אחיזה משופרת.האצה המרבית שיכולה להחזיק רכב נקבע על ידי המקדם של החיכוך בין הצמיגים לבין פני השטח הכביש, מוכפל על ידי הכוח הרגיל דוחף את הצמיגים לתוך המדרכה. דאון מגביר את הכוח הרגיל הזה ללא תוספת מסה, המאפשר מהירויות פינה גבוהות יותר ללא עונש של אינרטיה מוגברת.

לדוגמה, אם מכונית במשקל 1,500 ק"ג יכול בפינה ב-1.2 גרם עם אחיזה מכנית בלבד, הוספת 1,500 ק"ג של כוח למטה במהירות תכפל באופן תיאורטי את הכוח הרגיל ויאפשר פינות ב-2.4 גרם (החזקת צמיגים נשאר ליניארי, שהוא פשטות) בפועל, היחס בין כוח האווירדינמי לבין הכוח על המכונית, פארו / גרם, יכול בקלות להיות בסדר של 1-2 מטרמולה אחת, בהתאם למהירות אחת (לאחר מכן, בהתאם למהירות אחת).

עקבו אחרי

כוח Down גם משפר באופן משמעותי את הביצועים של התכשיט על ידי הגדלת הכוח הרגיל על הצמיגים במהלך deceleration. זה מאפשר לחץ על בלמים גבוה יותר ללא מנעול גלגלים ועצירה מרחקים קצרים יותר ממהירויות גבוהות. עם זאת, כמו המכונית מאטה, כוח ירידה עם הכיכר של מהירות, כך ביצועים מתפתלים מופחת כמו מהירות.

זה יוצר דינמי מעניין שבו מכוניות כוח גבוה יש מתפתל יוצא דופן ממהירויות גבוהות אבל ביצועים צנועים יותר במהירויות נמוכות יותר שבו כוחות אווירודינמיקה הם מינימליים.נהגים חייבים להתאים את הטכניקה החריפה שלהם כדי להסביר את רמת האחיזה המשתנה הזו לאורך כל אזור הבליטה.

אישור ולמעלה מהירות המסחר

בעוד כוח למטה משפר את הפינות ואת הרינג, זה מגיע עלות של גרר מוגבר, אשר מפחית תאוצה במהירות העליונה. דאון כוח גם מאפשר צמיגים להעביר כוח דחף גדול יותר ללא גלגל ספינ, להגדיל את האצה המקסימלית האפשרית. ללא כוח אווירודינמיקה כדי להגביר את האחיזה, מכוניות מירוץ מודרני יש כל כך הרבה כוח שהם יוכלו לסובב את הגלגלים אפילו במהירויות של יותר מ 160 ק"מ / שעה.

ההשפעה נטו על זמן הברכיים תלויה פריסת המסלול הספציפית.מעגלים עם פינות איטיות רבות ויישרות קצרות מעדיפים כוח גבוה, בעוד מסלולים עם יישרות ארוכות ומהירות, פינות גורפות עשויים ליהנות מתצורה של כוח נמוך שממקסמת במהירות קו ישר.

פיתוח עתידי בטכנולוגיית דאון

הטכנולוגיה Aeroדינמית ממשיכה להתפתח, עם כמה התפתחויות מבטיחות באופק.אירודינמיקה פעילה, אשר להתאים זוויות כנף או גובה נסיעה בזמן אמת על בסיס מהירות ותנאי נהיגה, מציעים את הפוטנציאל לייעל את הכוח לכל פינה ויישר. בעוד שכרגע מוגבל ברוב סדרות המרוצים, מערכות פעילות הופכות נפוצות יותר על מכוניות ביצועים גבוהים.

חומרים מתקדמים וטכניקות ייצור מאפשרים צורות אווירודינמיקה מורכבות יותר שלא היו מסוגלים לייצר קודם לכן, ייצור אדקטיבית (3D הדפסה) מאפשר הדבקה מהירה של רכיבים אווירודינמיקה מורכבים, מאיץ את מחזור הפיתוח.

למידת מכונה ואינטליגנציה מלאכותית מוחלים על אופטימיזציה אווירודינמית, באמצעות אלגוריתמים כדי לחקור חללי עיצוב עצומים לזהות תצורה שהמהנדסים האנושיים לא יכולים לשקול.כלים אלה יכולים לעבד תוצאות של CFD ונתוני מנהרות רוח כדי להציע שיפורים וחיזוי ביצועים עם דיוק הולך וגובר.

מסקנה

חישוב למטה כוח באירודינמיקה של הרכב דורש הבנה של הפיזיקה הבסיסית של דינמיקות נוזלית ואת הגורמים הספציפיים המשפיעים על כוחות אווירודינמיקה.הנוסחה הבסיסית - כוח למטה = 0.5 × × V2 × × Cl × A - מספק מסגרת עבור לכמת הכוחות האלה, אבל יישום בעולם האמיתי דורש תשומת לב לתנאים סביבתיים, מרפאות, התייחסות לאזורים, ואינטראקציות מורכבות בין רכיבים שונים.

בין אם אתה מהנדס מירוץ אופטימיזציה של רכב תחרות, מעצב רכב מפתח מכונית ביצועים גבוהה, או חובב המבקשים להבין דינמיקת כלי רכב, שליטה חישובים כוח מספק תובנה חשובה אחד ההיבטים החשובים ביותר של ביצועים מודרניים הרכב. העקרונות דנו במאמר זה טופס את הבסיס לפיתוח אווירודינמי, מהרעיון הראשוני באמצעות בדיקות רוח על מסלול אימות.

כטכנולוגיית אווירודינמיקה ממשיכה להתקדם, מערכות היחסים היסודיות בין צפיפות אוויר, מהירות, יעילות, ואזור נותרו קבועות.על ידי הבנת העקרונות הללו ויישום אותם נכון, מהנדסים יכולים לעצב כלי רכב שדוחפים את גבולות הביצועים תוך שמירה על בטיחות ואמינות.עבור מידע נוסף על אווירודינמיקה של רכב ודינמיקה של כלי רכב, לבקר משאבים כמו FLT:0Formula 1 מילון 1 ו-LT:2F1:

עתיד האווירודינמיקה של הרכב מבטיח עוד גישות מתוחכמות יותר לדור הכוח, עם מערכות פעילות, חומרים מתקדמים וכלים חישוביים המאפשרים רמות ביצועים שלא ניתן להעלות על הדעת רק לפני עשרות שנים, הבנת יסודות חישוב הכוח נותר חיוני לכל מי שעובד בתחום מרגש ומתפתח במהירות.