- Tehnika i motori
- Parent Category: AMS
- Objava
Formula 1 - aerodinamika
[VIDEO] Aerodinamika je možda i previše termin koji se koristi kada se priča o Formuli 1. Praktično do te mjere da se stekne dojam kako je skoro potpuno svejedno kakav je motor ili ovjes. Aerodinamika jest važna, možda je čak i najvažnija u trenutnoj situaciji od svih drugih mjerljivih karakteristika bolida, no nije li važna i razlika u snagama dva motora od recimo 50-ak "konja"?
Ili razlika u prenosnim odnosima pojedinog stepena prenosa mjenjača? Ili razlika u podešenosti ovjesa? Ili razlika u kočnicama? Mogli bi sada nabrajati svašta nešto ali nećemo. Suština je valjda shvaćena. Jedan bolid se sastoji od oko 20.000 dijelova i veliki broj njih može biti krucijalan za ishod neke trke.
Jedno od opravdanja o konstantnoj prisutnosti aerodinamike kao najvažnijeg faktora, u svim medijima kada je Formula 1 u pitanju jeste i to da su navodno svi motori u Formuli 1 po snazi "tu negdje". Ovo je potpuna laž, koja je uz to nedokaziva jer najveća snaga motora koju razvija neki od motora Formule 1 je tajna nedostupna i industrijskoj špijunaži, a kamoli bilo kojem novinaru ili običnom posmatraču.
Aerodinamika zaslužuje pažnju jer se elementi koji utiču na aerodinamiku bolida podešavaju za svaku stazu posebno. Govoriti o njoj bez nekog tehničkog obrazovanja koje omogućava da se sagledaju konstruktivni detalji je kao da neki konobar ili doktor hemije priča o hirurgiji i zahvatima na operaciji na srčanim zaliscima. Inače izgleda da se kod nas stručnost nekoga određuje na osnovu količine statističkih podataka, ne o razumijevanju materije i izvođenju konkretnih zaključaka.
Da je to mjerilo za stručnost onda bi naš Federalni zavod za statistiku i MUP bili jači nego američke NASA i MIT zajedno!
Aerodinamiku ćemo objasniti ukratko bazirajući se na osnove.
Aerodinamika u stvari predstavlja nauku koja izučava kretanje objekata kroz zrak. U ovom slučaju objekti su bolidi Formule 1. Treba razdvojiti i razlikovati dvije veličine kada su u pitanju sportski automobili i bolidi Formule 1 a koje su direktno vezani za aerodinamiku. To su koeficijent otpora zraka, a druga je aeropotisna sila (često ćete čuti i engleski izraz "downforce").
Prva veličina, koeficijent otpora kretanja zraka je otpor koji se stvara radi prisutva fluida (zraka) u prostoru kojim se kreće objekat. Poželjno je da je ova veličina što manja, kada je na primjer u pitanju vožnja na pravcima. Ugrubo ćemo pisati, jer bi se i vožnj ana pravcu mogla razlagati ..... no smatramo da je suština bitna.
Druga veličina koju zovemo aeropotisna sila, je u stvari sila koja nastaju usljed opstrujavanja objekta strujama zraka. Struje zraka na pojedinim dijelovima objekta (bolida) imaju različite brzine, te samim tim je različit i pritisak kojim djeluju na tijelo. Razlika tih pritisaka bi trebala biti sila koja pritiska vozilo "ka dole", dakle pravi bolji kontakt točkova sa putem.
Šta je problem? To što se ove dvije veličine ne mogu pomiriti, tačnije, smanjenje koeficijenta otpora strujanja zraka će smanjiti i aeropotisnu silu koja je u zavojima potrebna, a povećanje aeropotisne sile će povećati i koeficijent strujanja zraka što je nepovoljno. Kao zaključak se nameće da je potpuno pogrešno tvrditi kako je najbitnije da je otpor strujanju zraka što manji. Ali i da je aeropotisna sila što veća!
Tačno jest ali samo djelimično, i primjenjivo samo na pravcima gdje bolidi razvijaju velike brzine. Ali šta u zavojima? U zavojima aeropotisna sila treba biti dovoljna kako bi držala bolid zalijepljen za stazu pri što većoj brzini. Mali koeficijent otpora zraka znači i malu aeropotisnu silu, a velika aeropotisna sila znači veći koeficijent otpora zraka (podrazumijeva se činjenica da nema pokretnih spojlera, kako je propisano za Formulu 1).
Kako pomiriti ove suprotnosti?
Nikako! Jednostavno se mora naći neki kompromis, a on zavisi od staze do staze, i podešavanje ovjesa i spojlera je prvo polje gdje se "dobija bitka prije same bitke".
Pojasnimo prvo aeropotisnu silu za koju se upotrebljava i engleski termin "downforce". Ukoliko nema pokretnih spojlera, ona raste sa povećanjem brzine. Ta sila nastaje uslijed razlike pritisaka koji djeluju na površine bolida vidljivih iz neke tačke koja se nalazi iznad bolida (horizontalna projekcija), i površina koje nisu vidljive (isključujući one vertikalne) dakle donje površine, poput samog dna bolida. Razlika pritisaka nastaje uslijed različitih brzina strujanja zraka sa gornje i dronje strane tih površina, a razlika pritisaka pomnožena sa površinom gdje nastaje daje aeorpotisnu silu ukoliko je ona usmjerena prema tlu. Ukoliko je usmjerena suprotno od tla, javlja se uzgon (krilo aviona). Veća brzina strujanja znači i manji pritisak. Da se lakše shvati neka primjer bude krilo aviona. Kod njega sa donje strane strujanje zraka je sporije nego sa gornje strane krila, dakle postoji razlika pritisaka (veći pritisak je sa donje strane) pa uslijed sile koja djeluje odozdo avion se podiže i održava u zraku. Evo konkretan primjer o razlici pritisaka, kod Boeinga 747 razlika pritiska sa gornje i donje strane krila je reda veličine kao i razlika pritisaka koja se javlja u slamci kada pijemo sok!
Jednostavno posmatrajući, a opet prekomplikovano za nekoga ko ne razumije, potrebno je naći nekakvu ravnotežu između smanjenog otpora strujanja zraka i postizanja odgovarajuće aeropotisne sile. Namjerno kažemo jednostavno, jer šta se ima od toga ukoliko, jednostavno posmatrajući, radi aeroptisne sile bolid pri, na primjer, 200km/h djeluje 200kg teži, baš radi te aeropotisne sile? Da, svakako će biti bolji kontakt točkova sa podlogom, no isti ti točkovi će se deformisati, postojaće i veća površina prijanjanja, a radi deformacije pneumatika i (naglasak je na ovome "i") veće površine, otpor trenja kotrljanja će biti daleko veći. Da bi se našao neki optimum, potrebno je odvesti što više krugova, saslušati vozače, ali i zanemariti njihovu priču nekada, jer mjerenja pokazuju nekad daleko konkretnije rezultate. Podešavanje vozila je ono što može odlučiti da pobijedi i neki manji tim, a ne obavezno neko poznato ime tima i vozača.
Prednji spojler je izuzetno bitan, ne samo radi radi aeropotisne sile. Taj spojler praktično razbija zrak i usmjerrava, tačnije pokušat će usmjetiti zrak iza sebe onako kako je zamislio konstruktor bolida, da ne kažemo dizajner. Elemente koje bi konstruktori najradije odbacili od bolida su pneumatici. Velika, gola površina koja udara u zrak direktno, je ono što djeluje obeshrabrujuće na konstruktore. Utjeha im je da ih svi bolidi imaju, pa svi imaju isti problem.
Kako najbolje riješiti problem "točkovi"? Koliko smo uspjeli procijeniti, neki aerodinamički elementi trebaju da usmjere struje zraka direktno u prostor iza točkova. Na taj način se sprječava, ili bar smanjuje podpritisak koji nastaju u tom dijelu i koji djeluje na točka tako da ga vuče suprotno od kretanja.
Otvori sa strane, gdje se nalaze hladnjaci su opet jedan od neizbježnih elemenata. Oni su predstavljali problem, dok konstruktori nisu razumjeli da se topli zrak koji izlazi iz njih može i te kako pametno upotrijebiti. Videći ga unazad, i praveći izlaze na određenim mjestima pozadi, može se povećati aeropotisna sila. Kako ovaj topli zrak doprinosi povećanju aeropotisne sile? I ne samo topli zrak, nego i ispušni plinovi koji se ispuštaju van bolida u istom području? I jedni i drugi su sumjereni da idu ispod zadnjeg spojlera. Pošo su topli, rjeđi su, a i struje većom brzinom sa donje površine zadnjeg spojlera. Ovo znači da gušći zrak sporije struji sa gornje strane spojlera, te stvara veći pritisak na isti sa gornje strane pa tako pritska zadnje točkove koji imaju bolje prijanjanje sa podlogom radi toga. FIA je zaista zadrta kad ne dopušta se su aerodinamički elementi na bolidu varijabilni - da se mogu samostalno prilagođavati trenutnim uslovima na stazi. Inače uslovi koje FIA propisuje u pogledu ograničenja u konstrukciji su takvi da maksimalno ubijaju mogućnost da konstrukcija i borba timova pređe u umjetnost! No oni su gazde.
Dio kojim će se FIA sasvim sigurno pozabaviti i na koji će nametnuti nova ograničenja, ili ga potpuno zabranit,i je difuzor u zadnjem dijelu bolida. Radi se o posebno oblikovanom dijelu odmah ispod zadnjih točkova, sa pregradama razdvojenim kanalima kroz koje struji zrak. Kakva je uloga ovoga dijela? Čini se da ima trostruku ulogu, i zato ga imaju svi bolidi.
Kao prvo, naglim proširenjem u ovom dijelu bolida, se dio zraka koji prolazi ispod bolida usmjerava u prostor gdje inače nastaje potpritisak radi kojeg nastaje sila koja djeluje na bolid tako da ga vuče unazad. Usmjeravanjem ovoga zraka u taj dio, smanjuje se podpritisak i smanjuje se ta negativna sila, uslijeg čega je koeficijent otpora zraka bolida smanjen. Druga uloga je vezana direktno za prethodno opisanu. Uslijed podpritiska u zadnjem dijelu, ubrzava se strujanje zraka ispod bolida, čime se smanjuje pritisak kojim on djeluje na donji dio bolida, a to znači veća aeropotisna sila, i bolji kontakt vozila sa podlogom u krivinama. U ovom slučaju praktično djeluje kao nešto što isisava zrak kojis truji ispod bolida! I treća uloga je sam podpiritisak koji nastaje u prostoru difuzora. Vjerovatno je to razlog što se nalazi na zadnjem kraju bolida baš odmah kod ose koja spaja zadnje točkove, a ne kako ćete često pročitati - "ispod zadnjeg spojlera"! Radi toga podpritiska u difuzoru, nastaje sila koja djeluje na kosu površinu difuzora i čija horizontalna projekcija sile ima usmjerenje "prema podlozi" pa tako pritiska zadnji kraj ka dole, doprinosi dakle povećanju aeropotisne sile na zadnje točkove. Vertikalna projekcija je manja, neizbježna je, negativna je, ali u zbiru djelovanje na koeficijent otpora zraka ipak djeluje pozitivno i koeficijent otpora je radi one prve nabrojane uloge smanjen u odnosu na bolid bez difuzora.
U stvari, gledajući zakrivljenja pregrada difuzora, čini se da ima i četvrtu ulogu. Dio zraka usmjerava odmah iza zadnjih točkova, što znači da smanjuje podpritisak u tom dijelu, i smanjuje koeficijent otpora strujanja zraka koji prave zadnji točkovi.
Po meni, difuzor je jedan od najboljih rješenja kada je aerodinamika bolida Formule 1 u pitanju!
Jedan od elemenata kojih bi se dizajneri voljeli riješiti su retrovizori. No to je nemoguće, i ne samo nemoguće nego se dizajneri i konstruktori moraju povinovati pravilima i propisima koje FIA propisuje za ovaj detalj. Ta pravila i propisi su okviri gdje se mora uklapati maštovitost konstruktora kako bi izabrali najbolje moguće rješenje. Šta kažu propisi? Doslovno "sva vozila moraju imati najmanje dva ogledala montirana na način da vozač vidi pozadinu bolida sa lijeve i desne strane. Reflektujuća površina mora biti najmanje 150mm široka (po dužini) i na cijeloj toj dužini ne smiju biti uža (po visini) od 50mm (poznavajući FIA-u, možda su ova pravila promijenjena dok čitate ovaj članak, no to ne utiče na suštinu). I radijusi na uglovima retrovizora ne smiju biti veći od 10 milimetara. Propisi još kažu kako niti jedna reflektujuća površina ne smije biti manje od 250mm udaljena od centralne uzdužne ose bolida, niti više od 750 mm od zadnjeg kraja kokpita.
FIA ne ostane samo na propisima, nego njihovi testni vozači pristupe testiranju retrovizora svih bolida Formule 1. Kako? Zanimljivo je i ovo. Vozač se nalazi u kokpitu bolida, a mora jasno prpeoznati slovo ili broj dimenzija 150mm x 100mm iza vozila, udaljenog ne više od 10 metara od ose zadnjih točkova bolida.
Umjesto stakla za izradu se koristi Perspex, koji je izdržljviji, lakši i nije lomljiv. Još jedan problem koji se javlja kod retrovizora jesu i vibracije. Konstruktori muku muče da što više ukrute retrovizore da bi se ove vibracije eliminisale. Nije to tema, ali njihova obaveznost je opet ono što bi konstruktori najradije izbjegli i sa stanovišta aerodinamike. No ne vjerujemo da bi ih se vozači odrekli, pogotovo što za svaku novu stazu mogu da imaju posebne retrovizore prilagođene stazi. Nisu isti retrovizori za stazu u Monte Carlu i u naprimjer Budimpešti.
Kada smo već kod aerodinamike da spomenemo ono čime su se dovijali konstruktori nakon zabrane turbopunjača. Dio iznad glave vozača, otvor, je direktno okrenut prema zraku (zaokruženo žutim na gornjoj slici). Uslijed kretanja bolida naprijed, zrak je u taj dio ulazio direktno i radi usmjerenja otvora u pravcu i smjeru kretanja bolida, stvarao se nešto veći pritisak u dijelu gdje je smješten usis motora, što je djelovalo kao da postoji neko prednabijanje zraka u motor. FIA je prepoznala šta konstruktori rade i zabranila takvo rješenje, pa bolidi sada i u još jednom dijelu koji nije u smjeru kretanja vozila imaju otvor tako da se ovaj efekat poništava.
Nedžad Grebović, dipl.ing.maš
Tekst niti dio teksta ne smije se kopirati bez dopuštenja magazina.
Isključiva prava na članak ima AutoMotoSvijet
