AERODINAMICA F1

La aerodinámica es la ciencia que estudia los objetos que se mueven a través del aire. Está estrechamente relacionado con la dinámica de fluidos como el aire es considerado un fluido compresible. Actualmente, la aerodinámica es el factor de mayor importancia en la Fórmula Uno rendimiento del coche. Incluso se ha convertido casi en uno de los únicos aspectos de mejora de rendimiento debido a las ganancias muy marginales que en la actualidad se puede hacer cambios de motor o desarrollo de componentes mecánicos. Esta carga aerodinámica se puede comparar con un aumento "virtual" en el peso, presionando hacia abajo el coche en la carretera y el aumento de la fuerza de rozamiento disponible entre el coche y la carretera, por lo tanto permite mayores velocidades de las curvas.




Además, como equipos de Fórmula Uno tienen las mayores recursos para desarrollar la eficiencia aerodinámica de sus autos, el mayor se esfuerza se hacen aquí. Los equipos de F1 han incomparable potencia de cálculo CFD y al menos un total de túnel ala vez, sólo para validar y mejorar sus diseños.

Si bien los métodos básicos de aerodinámica y fórmulas pueden ser resueltos simplemente, otras propiedades son verificables con fórmulas empíricas. Formas más complejas, tales como aviones o coches de carreras son, sin embargo imposible de calcular con precisión, haciendo que los sistemas computacionales de fluidos dinámicos (CFD aplicaciones en los equipos de super) y túneles de viento de un requisito indispensable para validar los diseños.
Aplicación en la Fórmula Uno

F1 (y, en general, todos los coches de carreras con alas) pueden considerarse configuraciones de pato en el sentido de que la parte delantera y las alas de nuevo están en lados opuestos del centro de gravedad y ambos son "lifting" (crecimiento) en la misma dirección, en este caso, la creación de carga aerodinámica.

Desde el punto de vista del espectador, un coche se puede considerar (al menos) 3 partes: el alerón delantero, la carrocería del coche y el alerón trasero. Cada una de las partes puede ser optimizados para la carga aerodinámica necesaria en un mínimo de resistencia. Prácticamente, sin embargo, cada componente tiene su influencia en el comportamiento del coche y no puede ser considerado como un componente individual. Como consecuencia de ello, ningún elemento se prueba individualmente, pero siempre un modelo a escala completa de un coche.

Debido a que un coche de carreras completo es un sistema muy complejo, los equipos de ingenieros suelen evolucionar el coche paso a paso, el desarrollo de un tema en particular y comprobar su efecto en el coche.
Tal efecto total se puede calcular con la "Ley de Amdahl":

Aquí está la fracción del sistema (cuando esta fracción genera el 5% de la resistencia del coche, a continuación, es de 0,05) que pueden ser mejorados, es el factor de mejora en esta fracción (división de la resistencia en Newtons y la fuerza de arrastre nuevo después de la mejora de ese elemento), es la mejora general que se logrará.

Después de verificar su mejora, la eficiencia del coche está determinada y, a continuación simular en diferentes pistas para ver en donde es útil. Que la utilidad es siempre el resultado de una reducción de resistencia o un aumento de la carga aerodinámica.
Arrastre

De arrastre es la fuerza aerodinámica que es opuesta a la velocidad de un objeto en movimiento a través del aire (o cualquier otro fluido). Su tamaño es proporcional a la diferencia de velocidad entre el aire y el objeto sólido. Por lo tanto, carece de importancia si bien el aire se mueve alrededor de un objeto estático o si el objeto se mueve a una velocidad a través del aire estático.

Arrastre y viene en varias formas, siendo uno de ellos arrastre de fricción que es el resultado de la fricción de las moléculas de sólidos en contra de las moléculas de aire en su carroceria. La fricción y la resistencia depende tanto del fluido y las propiedades de sólidos. Una superficie lisa de los sólidos, por ejemplo, produce menos fricción de la piel frente a un bruto. Para el fluido, la fricción varía a lo largo de su viscosidad y la magnitud relativa de las fuerzas viscosas a la propuesta de la corriente, expresada como el número de Reynolds. A lo largo de la superficie sólida, una capa límite del flujo de energía se genera bajo y la magnitud de la fricción de la piel depende de las condiciones en la capa límite.

Además, el arrastre es una forma de resistencia del aire contra el objeto en movimiento sólido. Esta forma de resistencia depende de la forma particular de un ala, por lo que es llamado. Como los flujos de aire alrededor de un cuerpo, se cambian la velocidad local y la presión, creando una fuerza.

Arrastre de interferencia o la resistencia inducida por el contrario es el resultado de los vórtices que se generan por detrás del objeto sólido. Debido al cambio de dirección de aire alrededor del ala, un vórtice se crea cuando el flujo de aire encuentra sin cambios, el flujo de recta. El tamaño del vórtice, y por lo tanto aumenta su fuerza de arrastre con un ángulo mayor de ataque del velamen. Como la principal fuente de reducción de la resistencia posible, equipos de Fórmula Uno tratar de contrarrestar esta resistencia mediante la adición de placas de extremo de las alas o con filetes en los brazos de suspensión.

Otras fuentes de arrastre incluyen resistencia de onda y arrastre de RAM. El primero carece de importancia para autos de carreras normales, ya que se produce cuando las velocidades de objeto que se mueve a la velocidad del sonido. Arrastre Ram por el contrario es el resultado de frenar el flujo de aire libre, como en una entrada de aire.

La cantidad de arrastre que genera un determinado objeto en un flujo de aire se cuantifica en un coeficiente de arrastre. Este coeficiente expresa la relación de la fuerza de arrastre a la fuerza producida por los tiempos de la presión dinámica de la zona. Por lo tanto, de 1 indica que todo el aire que fluye hacia el objeto se detuvo, mientras que un 0 teórico es una corriente de aire perfectamente limpio.





Aerofoils en el deporte motor se denominan a menudo las alas, en referencia a las alas de avión. De hecho, son muy similares. Alas de F1 y winglets objetivo de generar una alta carga aerodinámica, por tener un alto ángulo de ataque, lo que también aumenta la resistencia del velamen.

La evolución de la aerodinámica a lo que ahora se debe principalmente a la investigación y el genio de unos pocos científicos bien conocidos.En 1686, Sir Isaac Newton presentó sus tres leyes del movimiento, uno de ellos es la conservación de la energía. . Afirmó que la energía es constante en un sistema cerrado, aunque se puede convertir de un tipo a otro. Fuera de esa teoría, Daniel Bernoulli deducido una fórmula de demostrar que la energía total en un sistema de fluido que fluye de manera constante es una constante a lo largo de la trayectoria del flujo. Un aumento en la velocidad del fluido por lo tanto debe ir acompañada de una disminución de su presión. Sumando los tiempos de variación de la presión el área alrededor de todo el cuerpo determina la fuerza aerodinámica en el cuerpo.

Una operación de velamen se puede explicar fácilmente si se considera un ala en un flujo constante, laminar de aire. Cuando el aire es un gas, sus moléculas son libres de moverse y puede tener una velocidad diferente en distintos lugares de la corriente de aire. Como aerodinámica de la generación de carga aerodinámica son en su mayoría diseñados con más espesor en la parte inferior, el menor flujo de aire se reduce ligeramente en la superficie, por lo tanto, el aumento de la velocidad de flujo y la disminución de la presión. En la parte superior del ala, la velocidad es menor, y por lo tanto la diferencia de presión generará una fuerza hacia abajo sobre el ala. Además, y en línea con la tercera ley de Newton del movimiento, las alas de carga aerodinámica no son rectas y provocar un giro nuevo de la circulación de aire. Más concretamente, la forma del ala se enciende el aire hacia arriba y cambiar su velocidad. Dicha velocidad crea una fuerza neta sobre el cuerpo.



Esto demuestra que una fuerza provoca un cambio en la velocidad , también, un cambio en la velocidad genera una fuerza. Tenga en cuenta que la velocidad es una unidad vectorial, con una velocidad y un componente de dirección. Por lo tanto, al cambio de cualquiera de estos componentes, debe imponer una fuerza.. Y si bien la velocidad o la dirección de un flujo cambia, se genera una fuerza.

Es muy importante señalar que el giro del líquido se produce porque las moléculas de la estancia fluido en contacto con el cuerpo sólido ya que las moléculas pueden moverse libremente. Cualquier parte del cuerpo sólido puede desviar un flujo.Piezas que enfrenta el flujo de sentido contrario se dice que son de barlovento, y partes de espaldas a la corriente se dice que son de sotavento. Tanto barlovento y sotavento desviar un flujo. Haciendo caso omiso de la desviación de sotavento conduce a la incorrent "saltando de piedra" teoría de la elevación.

Usted puede simular el flujo de aire alrededor de un velamen simple con Foilsim de la NASA II.

De carga aerodinámica, sin embargo a menudo se explica por el "tiempo de tránsito de igualdad" o "camino de ser" la teoría, afirmando que las partículas que se separó antes del velamen se unan detrás de él. En realidad, sin embargo, el aire en el lado más largo del ala fluya mucho más rápido, aumentando aún más el efecto de carga aerodinámica.

Si bien estas versiones simplificadas son las bases de sustentación y la generación de carga aerodinámica, la realidad no puede ser simplificado y es un estudio complejo, que requiere sistemas informáticos de alta potencia. Para un gas, tenemos que al mismo tiempo conservar la masa, la inercia y la energía en el flujo. Por lo tanto, un cambio en la velocidad de un gas en una sola dirección en los resultados de un cambio en la velocidad del gas en una dirección perpendicular al cambio original. La conservación simultánea de la masa, la inercia y la energía de un fluido (y descuidan los efectos de la viscosidad del aire) se llaman ecuaciones de Euler después de Leonard Euler. Varios algoritmos de computadora se basan en estas ecuaciones para hacer una aproximación de la situación real.

Debido a la complejidad, la Fórmula Uno de hoy en día los coches están diseñados con CFD (Dinámica de Fluidos Computacional) y CAD (diseño asistido por ordenador) que permite a los ingenieros para diseñar un coche e, inmediatamente, simular el flujo de aire alrededor de ella, la incorporación de parámetros ambientales, como la tracción, velocidad del viento y dirección, y mucho más.

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