Коанда в помощь. Как главная техническая новинка года повлияла на болиды «Формулы-1» Коанда в помощь. Как основная техно новинка года повлияла на болиды «Формулы-1»

Конфигурации в техническом регламенте «Формулы-1», вступившие в силу в 2012 году, в основном были ориентированы на сокращение лишнего воздействия выхлопных газов на аэродинамику болида, ведь с 2010 года, после того как «Ред Булл» представил первую модель выдувного диффузора (и получил гигантскую выгоду в первой половине сезона от такового решения), другие команды с тем либо другим отставанием ввели подобные системы с направлением жаркого выхлопа в область диффузора.

В конечном итоге, невзирая на то, что скорость на прямых за два года в особенности не возросла, в поворотах она возросла. И чтоб избежать предстоящей гонки технологий, ФИА агрессивно регламентировала положение выхлопной трубы, обязав команды навести переработанные газы ввысь под неким углом.

Но уже на предсезонных тестах в 2012 году коллективы проявили варианты новых систем выхлопа, в каких шлейф газов необычным методом вновь направлялся вниз, в область днища, примыкающей к диффузору.

В этом инженерам посодействовали два аэродинамических эффекта. Какой-то из них – старенькый и издавна знакомый эффект скоса; 2-ой – сравнимо новый для «Формулы-1» эффект Коанда.

Изобретатель этого эффекта, румынский ученый Анри Коанд, нашел, что струя воды, вытекающая из сопла, стремится отклониться по направлению к наиблежайшей стене и, при неких критериях «прилипает» к ней. Это разъясняется тем, что эта стена препятствует поступлению воздуха к струе с закрываемой стороны, создавая вихревые токи в зоне пониженного давления. А потому что аэро и гидродинамики работают по одним и этим же законам, но с некими приближениями, то эффект Коанда удачно перешел и в «Формулу-1».

Вначале команды использовали различные решения и разные композиции этих 2-ух эффектов, но первыми более успешный на тот момент метод формирования выходного канала в боковых понтонах отыскали в «Макларене». Инженеры британской конюшни отыскали возможность поочередно направлять выхлопную струю в зазор меж смешивателем и задним колесом. Решение «Макларена» уже спустя пару гонок было перенято огромным количеством команд-участниц, и заглавие «эффект Коанда» стало нарицательным для сезона-2012.

Другим направлением развития в этой области стали системы, выставленные «Ред Булл» и «Заубером» – наибольшее воздействие на аэродинамику машин этих команд быстрее создавал эффект скоса, чем Коанда.

Выгоды выдувных диффузоров

Как и многим другим аэродинамическим устройствам, диффузору для генерирования прижимающей силы требуется воздушный поток. У спорткара скорость воздушного потока изменяется зависимо от маневров по трассе, и основная загвоздка в том, что машине, обычно, необходимо больше прижимающей силы в неспешных поворотах, вот тогда, когда поток воздуха, влияющий на диффузор, мал.

Выхлопные газы, в сезоне 2010-2011 годов, работающие как газовая турбина, а в этом сезоне – как хороший кулер, существенно ускоряют воздушный поток над стенами диффузора. Ускорение потока приводит к падению давления потока, а означает, вокруг кромок диффузора появляется область близкого по характеристикам воздушного окружения, защищающего диффузор от паразитных наружных потоков наподобие юбок, используемых в 80-х годах прошедшего столетия.

Болиду необходимо больше прижимающей силы в неспешных поворотах, вот тогда, когда поток воздуха, влияющий на диффузор, мал.

Стремительно передвигающиеся струи выхлопных газов продуваются через диффузор для 2-ух эффектов. Во-1-х, благодаря этому через диффузор проходит больше воздуха, и тот генерирует больше прижимающей силы.

2-ой эффект – герметизация краев диффузора, и это большая выгода при внедрении выдувных диффузоров, потому что с 2011 года поток газов должен дуть вдоль стен устройства, создавая эффект юбки, закрывающей диффузор от утечки потока.

Потому что снутри диффузора появляется низкое давление, в эту конструкцию засасываются воздушные потоки снаружи и тем понижают прижимающую силу машины. Не считая того, возмущенный воздушный поток от шин «задевает» боковые края диффузора, что приводит к «разгерметизации» наружных секций элемента.

Если предупредить эти моменты, то диффузор окажется эффективнее, и команды сумеют работать с более высочайшим задним дорожный просветом, который практически сделает диффузор крупнее, а означает повысит возможность генерировать больше прижимающей силы.

Как перенаправить выхлопную струю?

Если расположить выхлопные трубы вне корпуса, выхлопная струя будет дуть ввысь

В 2012 году регламент предписывает размешать выхлопные трубы минимум на 25 см выше плоскости днища и за длительное время до диффузора, также воспрещает любые кузовные элементы над выхлопными потоками, которые могут быть применены для отличия струи вниз.

Более того, с 2009 года боковые понтоны уже ограничены правилами кривизны и малого радиуса, так что команды оказались очень ограничены в способностях манипулировать шлейфом выхлопа.

Об действенном боковом решении размышляло несколько обществ, но реализация эффекта Коанда более удачно была произведена «Маклареном». При помощи этой пристройки к понтону (см. набросок) выхлопная струя проходит вниз по каналу за патрубком выхлопной трубы из-за эффекта Коанда и потока воздуха, проходящего над понтоном (скос).

Изогнутая поверхность воздуховода выхлопной трубы направляет поток газов так, чтоб те «изгибались» при помощи эффекта Коанда

Эффект Коанда – тенденция выходящей струи газа либо воды двигаться вдоль стен контура, даже если направление кривизны отличается от направления оси выхода.

Выход выхлопной трубы находится снутри глубочайшего желоба боковой пристройки к понтону, в нижней части этого канала начинается путь потока жарких газов, а потом искривленный канал направляет их вниз, направляя к краю диффузора.

Вначале выхлопная струя уходит на 10 градусов ввысь, но за счет эффекта Коанда шлейф пробует следовать кривизне канала, что помогает струе изгибаться вниз.

Так как канал завершается острым краем, выхлопная струя продолжает двигаться по инерции вниз, пока не падает на днище.

Используя эффект Коанда, конструкторы направляют выхлопные газы исключительно в сторону диффузора

Эффект скоса – отклонение вниз потока воздуха

Форма боковых понтонов перед выхлопной трубой также склоняется вниз, что принуждает воздушный поток скатываться вдоль поверхности корпуса. Этот эффект именуется скосом.

В рассматриваемом болиде «Макларена» этот поток начинает формироваться еще в фронтальной части понтона и действует мало по другому, чем на машинах соперников.

При помощи эффектов Коанда и скоса даже при низкой скорости струя жарких газов отклоняется к днищу, как у выдувного диффузора

В отличие от вертикальных «плавников», которые только направляют потоки, у команды из Уокинга над боковыми воздухопоглотителями установлена горизонтальная планка, которая захватывает много воздуха. Но из-за того, что понтон мало приподнимается к концу планки, воздух уплотняется и «прилипает» к корпусу понтона, двигаясь далее к системе выхлопа стабильно вдоль корпуса, невзирая на то, что корпус плавненько опускается к задним колесам, а эффект сжатия больше не находится.

При соприкосновении с потоком выхлопных газов скатывающийся прохладный поток также отклоняет выброс вниз. Этот эффект отлично рассмотрен в физике и нередко именуется «движение струи в поперечном потоке».

При помощи этих 2-ух эффектов – Коанда и скоса – даже при низкой скорости струя жарких газов отклоняется к днищу, используя эффект выхлопного диффузора в неспешных поворотах вот тогда, когда прижимающая сила требуется больше всего.

Благодаря скосу потока по понтону выхлопная струя направляется вниз, к диффузору

Тоннельные эффекты

Одна из заморочек при проектировании поведения выхлопного потока в области сужающегося корпуса болида (так именуемого «бутылочного горлышка»), является наличие 2-ух главных воздушных потоков.

1-ый поток – это струи воздуха, окружающие болид по краям, которые за счет сужения корпуса уходят в место меж задними колесами для уплотнения потока над смешивателем.

2-ой поток – это фактически выхлопные газы, которые пробуют добраться до края диффузора около колес.

В некий момент эти два потока – желаем мы этого либо нет – пересекаются и смешиваются, приводя к дисбалансу меж расчетами и реальностью.

С эффектом Коанда на данный момент работает подавляющая часть пелотона

По ходу сезона «Ред Булл» сделал тоннельное решение, при котором потоки окружающего воздуха «упаковываются» в тоннель под системой выхлопа и отводятся к центральной зоне диффузора. При всем этом жаркий и прохладный потоки фактически не смешиваются, проходя друг под другом.

Решение «Макларена» отчасти решает эту делему. Выхлопной выход модифицировался по ходу сезона в подобие ниспадающей трубы а-ля «Феррари», обеспечивая «окружающему» воздуху открытый тоннель меж корпусом с боковой стороны и «трубой» сверху. Но при всем этом малость воздуха из этого потока безизбежно попадает в выхлопную струю, и выхлопной шлейф отчасти перенаправляется внутрь. Чтоб этого не происходило, в «Макларене» выдвинули выхлопной канал еще далее наружу, чем это казалось нужным, чтоб на скорости окружающие потоки толкали выброс назад в необходимое место.

Таким макаром, как бы дальний от выхлопного патрубка тоннельный эффект стал нужным дополнением к выдувным диффузорам этого года.

Где пропадает тепло?

Вправду, выхлопные струи, вырывающиеся из патрубка трубы, раскалены приблизительно до 750 градусов Цельсия. Но днище около диффузора не покрыто защитными покрытиями, как на болидах в сезоне 2011 года.

Это связано с очередной особенностью эффекта Коанда – следуя каналу, поток газа существенно теряет термическую энергию, растрачивая ее на подогрев стен тоннеля.

Температуры около 150 градусов Цельсия типичны на уровне днища с системой выхлопа Коанда, и с этими температурами еще легче иметь дело, чем в 2010-2011 годах.

Кто с какой системой работает?

С эффектом Коанда на данный момент работает подавляющая часть пелотона. Но это очень измененные системы, объединившие внутри себя задумку «Макларена» и уникальный выхлопной тоннель «Феррари», сделавший вероятным открытые снаружи нижние тоннели для разделения потоков. Это «Форс-Индия», «Торо Россо», «Уильямс», «Катерхэм» и «Заубер», а в последних гонках – «Мерседес» и «Лотус».

«Ред Булл» со своим решением фактически в полном одиночестве – только у умеренной «Маруси» система близка к оригиналу «Заубера» и «быков».

И только «ХРТ» остается с обычный выхлопной системой…

Что ожидает «Формулу-1» в сезоне-2013?

Регламент в области систем выхлопа сохраняет стабильность в будущем году, а это значит только одно – гонка технологий будет продолжена, любая конюшня пристально пересмотрит конструкцию системы выхлопа, чтоб сделать безупречный скос понтона и наилучшее внедрение эффекта Коанда.

По материлам Autosport и блога Крейга Скарборо

Двойная DRS: эволюция Ньюи

Служенье быстроте не терпит суеты. Обзор технических новинок «Формулы-1»

Битва грелками

By cskvv

Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *