Krilca

Izdvojeno / Kolumna

Pulsmedia portal

Prije 3 godina 8 min 7 komentara

Do sad smo naučili kako rade krila na F1 bolidu i njihovu mračnu stranu. Ostaje nam pokriti sva ostala malena krilca, lopatice, utore, zareze, kanale… Na taj način zaokružit ćemo razumijevanje aero-obilježja svakog bolida.

Glavnu ulogu imaju stražnje krilo i podnica jer su to najveći izvori potiska. Sva ostala aero-rješenja imaju zadatak podržati ta dva elementa ili umanjiti ukupni otpor zraka, a najčešće oboje. Te dvije zadaće obavljaju se na način da se relativno čisti zrak dostavi na pravo mjesto. Relativno čisti zato što ta struja i dalje ima većinu obilježja prljavog zraka (kao što su visoka energija, a posljedično niski tlak), ali je barem predvidljiva.

Dostaviti zračnu struju na pravo mjesto lako je kad imate površine na raspolaganju (npr. WEC), a kad je nemate onda morate biti kreativni. Seljobersko rješenje bi bilo poslati zračni mlaz tamo gdje treba (na način na koji stražnje krilo šalje mlaz prema gore), ali problem je što će svaki mlaz uzrokovati dva vrtloga (eng. sing. vortex, plur. vortecis) sa svake strane koji žele zapuniti prostor od kojeg smo preusmjerili mlaz. Kako smanjiti te nepoželjne vrtloge? To već znamo, stavimo endplate na rubove tog krilca. Briljantan je bio onaj tko je prihvatio vrtloge kao alat, a ne smetnju.

Vrtlog je sličan kao i eddy samo što je vrtlog razvučen u prostoru. I vrtlog i eddy su posljedica prirode fluida da upadne u to stanje rotacije. Stvoriti vrtlog jako je jednostavno, treba napraviti neki oštri rub preko kojeg zrak želi preskočiti zbog razlike u tlaku s dvije strane te „oštrice“.

Generiranje vrtloga znači generiranje otpora. Vrtlog u sebi nosi određenu energiju, a uzeo ju je iz naprave koja ga je proizvela. Također može se reći da je vrtlog jedna vrsta „prikolice“ koju treba vući iza sebe. Najnepoželjniji vrtlog na cijelom F1 bolidu posljedica je moći stražnjeg krila, a ujedno je i jedan od najvećih izvora aerodinamičkog otpora. Staviti endplate pomaže, ali ogromna razlika u pritisku koje krilo generira ne može se izjednačiti sama od sebe. Ti vrtlozi vidljivi su kad u zraku ima puno vlage ili kad motor izabere papu.

Osim otpora, vrtlozi su puni benefita. Možete „nahraniti“ neki strateški dio bolida zrakom (npr. podnicu) ili recimo možete „ispratiti“ turbulencije od tamo gdje im nije mjesto. Upravo to radi prednje krilo svojim outwash efektom. Endplate na prednjem krilu šalje vrtlog oko prednje gume s ciljem oslabljivanja i odvoda onih odvratnih turbulencija koje ostaju iza gume. Taj je outwash toliko bitan da su, kad je kompleksnost prednjeg krila drastično smanjena za 2019., neke ekipe svojim novim rješenjima jasno dale do znanja da im je outwash važniji od potiska.

Na prednjem krilu također imamo jedan dobar primjer kako se može stvoriti vrlo snažan vrtlog koji ne zauzima puno prostora (ima manje otpora), ali ima brzu rotaciju za precizno usmjeravanje. To rade oni šiljasti vrhovi na svakom od pet trenutno dozvoljenih elementa na prednjem krilu. Svaki od tih vrhova „frče“ svoj vrtlog koji se ubrzo ujedine u slavni Y-250. Malo kasnije ćemo vidjeti zašto je važno dobro ga napuniti rotacijom.

Vrtlozi pomažu i u slučaju kad imate površinu, ali Vam je teško zadržati struju priljubljenu uz tu površinu. Dobar je primjer pokrov motora na koji je poželjno konstruirati tako da podsjeća na staklenu bocu (od tuda kolokvijalni naziv „coke-bottle section“). Želite da motor i getriba budu smještena u čim uži oklop tako da zračna struja prođe kroz stražnji ovjes i popuni „prikolicu“ iza bolida – na taj način se smanjuje ukupni otpor i pomaže se stražnjem krilu i difuzoru. Kad ste već uložili puno truda u razvoja sužavanja pokrova motora (pregrijavanje je problem, mehaničarima je je**da…), bila bi šteta da zračna struja uopće ne želi slijediti taj oblik. Za otkriti kako odgoditi ili spriječiti odvajanje struje (eng. flow separation) moramo razumjeti granični sloj (eng. boundry layer).

Granični sloj posljedica je viskoznosti fluida. Viskoznost određuje koliko se čestice u jednom fluidu međusobno „kvače“. U usporedbi s medom, zrak je slabo viskozan, ali opet ta sila je prisutna. Prisutnost viskoznosti znači da između slobodne zračne struje od 100 km/h i površine po kojoj se ta struja kreće postoji sloj zraka koji sadržava čestice koje se kreću različitim brzinama – između 0 km/h (brzina površine tj. naše referentne točke) i 100 km/h. Svaki „podsloj“ u tom graničnom sloju bude ubrzan od strane sloja iznad, a usporen od strane sloja ispod.

Pokrov motora na F1 bolidu ima takav oblik da pada dalje od zračne struje. Struja želi slijediti tu površinu (tako kaže Coandă efekt), ali do određene točke. Odvajanje struje od površine (eng. flow separation) događa se zbog više efekta, a u literaturi se to objašnjava konceptom toka iz niskog u visoki tlak (eng. adverse pressure gradient). Vješto ću izbjeći objasniti nešto što ne razumijem u potpunosti i reći da se sve svodi na to je li površina previše zakrivljena ili ne. Ako stvorite vrtlog prije nego površina počinje „padati“, Vi u biti proširujete granični sloj i na taj način odgađate ili sprječavate odvajanje struje. Na primjeru pokrova motora to znači da bi „generatori vrtloga“ (eng. vortex generators) trebali biti na vrhu side-poda.

Generatori vrloga univerzalno su prigodno rješenje za problem zadržavanje struje uz površinu, zato se koriste u i u avijaciji na gornjem dijelu krila. F1 nije jedini sport koji koristi taj koncept manipulacije graničnog sloja za zadržavanje struje. Najslavniji je primjer loptica za golf sa svojim udubljenjima koja joj omogućavaju da leti puno dalje jer joj je smanjen otpor. Cestovni biciklisti koriste teksturiranu tkaninu na odjeći isto kako bi zadržali struju čim dulje. Nebi me čudilo da trend farbanja bolida u mat boju ima isto nekakve veze s time.

Sad mi je jasno zašto tenisači prije svakog servisa biraju loptice. Prije kad bih gledao meč, mislio sam: „Zašto za svaki poen odugovlače toliko? Dok joj mali baci tri loptice, dok ona to pogleda, pa dok vrati jednu… kao da ona pogledom može procijeniti koja joj je loptica bolja“. Ali ispada da performanse svake loptice ovise o njenoj teksturi jer one mucice funkcioniraju kao mikro generatori vrtloga.

Difuzor služi tome da rasprši brzu zračnu struju iz podnice, tj. pomaže struji iz podnice napraviti tranziciju iz niskog u viši (ambijentalni) tlak. Ovo je opet primjer adverse pressure gradienta i opet zadatak za vrtloge da umire stvar i olakšaju tu tranzciju tako da ubrzaju miješanje tlakova. Vrtloge na difuzoru generiraju one „kobilice“ koje su sastavni dio difuzora (bilo da se difuzor nalazi na trkaćem autu ili je samo šminka). Baš će te kobilice biti skraćene za sezonu 2021. kako bi se ekipama oduzelo malo downforcea.

Usput treba spomenuti da vrući zrak ima sličan učinak kao vrtlozi jer pospješuje miješanje tlakova. Dobar primjer su „škrge“ pokraj side-poda koje šalju topli zrak iz hladnjaka niz pokrov motora i na taj način pomažu graničnom sloju. Kad vrući zrak teče u mlazu onda je to još vrjedniji aero alat i ne čudi nas što se netko sjetio usmjeriti auspuh u difuzor i time stvoriti tzv. blown difuzor.

Slavne zavjese vjerojatno su najmoćnije sredstvo za generiranje potiska jer sprječavaju ambijentalnom zraku (a time i ambijentalnom pritisku) miješanje sa zrakom ispod podnice. Zavjese su odavno zabranjene, a danas ih ekipe pokušavaju oponašati vrtlozima koji se vrte blizu ruba podnice suprotno od smjera zraka koji želi pobjeći ispod podnice. Osim malih vrtloga od vortex generatora na rubu podnice, do tog područja dolazi i Y-250 – svi sa zadaćom da pomognu zabrtviti podnicu prije nego ih pregazi stražnja guma. Usput rečeno, ti mali generatori vrtloga na podnici bit će zabranjeni za 2021.

Pročitali smo o koristima vrtloga u situacijama gdje treba zrak usmjeravati prema nečemu, gdje zrak treba usmjeriti duž neku površinu, gdje ostavljamo zrak iza sebe (difuzor) i gdje treba kontrirati drugim strujanjima (rub podnice). Vrtlog će se stvoriti na više-manje svakoj oštroj površini na bolidu htjeli ili ne-htjeli, tako da bi bilo dobro ih savladati i pretvoriti u alat – upravo to vješto rade neke momčadi F1, a neke vještije.

Uz sve navedeno, meni još uvijek nije jasno čemu služe krilca na Always bolidima.    

Braziliščanec Masa

Odgovor

7 komentara

  1. Felipe Massa
    Braziliscanec Masa Prikaži
    • 1224 d, 15:34

    Jedna ilustracija nije doživjela blagoslov: https://i.imgur.com/NRgJAbX.png :)



    3
    3

    0
  2. Ferrari
    288GTO Donator Prikaži
    • 1224 d, 15:34

    kad motor izabere papu

    Hahahhahaha genijalno! :) :) :)

    Odličan tekst, po običaju!



    10
    10

    0
  3. MyMoonX2 Prikaži
    • 1224 d, 19:22

    Ovaj Braziliščanec piše najbolje kolumne



    13
    13

    0
  4. David Croft
    Frantic Donator Prikaži
    • 1223 d, 15:37

    Još jednom, odlično i hvala! :pivo:



    4
    4

    0
  5. Honda
    zekohonda Donator Prikaži
    • 1222 d, 09:04

    svaka čast!



    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.