Downforce - Downforce
Downforce é uma força de sustentação para baixo criada pelas características aerodinâmicas de um veículo. Se o veículo for um carro, o objetivo da força descendente é permitir que o carro viaje mais rápido, aumentando a força vertical nos pneus, criando assim mais aderência . Se o veículo for uma aeronave de asa fixa, o objetivo da força descendente no estabilizador horizontal é manter a estabilidade longitudinal e permitir que o piloto controle a aeronave em inclinação.
Princípios fundamentais
O mesmo princípio que permite que um avião se levante do solo criando sustentação a partir de suas asas é usado ao contrário para aplicar a força que pressiona o carro de corrida contra a superfície da pista. Esse efeito é conhecido como "aderência aerodinâmica" e se distingue da "aderência mecânica", que é função da massa, pneus e suspensão do carro. A criação de downforce por dispositivos passivos pode ser alcançada apenas ao custo de um maior arrasto aerodinâmico (ou atrito ), e a configuração ideal é quase sempre um compromisso entre os dois. A configuração aerodinâmica de um carro pode variar consideravelmente entre as pistas de corrida, dependendo do comprimento das retas e dos tipos de curvas. Por ser uma função do fluxo de ar acima e abaixo do carro, a força descendente aumenta com o quadrado da velocidade do carro e requer uma certa velocidade mínima para produzir um efeito significativo. Alguns carros têm uma aerodinâmica bastante instável, de modo que uma pequena mudança no ângulo de ataque ou na altura do veículo pode causar grandes mudanças na força descendente. Nos piores casos, isso pode fazer com que o carro sofra levantamento, não downforce; por exemplo, ao passar por cima de uma lombada em uma pista ou deslizar sobre uma crista: isso poderia ter algumas consequências desastrosas, como o Mercedes-Benz CLR de Mark Webber e Peter Dumbreck nas 24 Horas de Le Mans de 1999 , que capotou espetacularmente depois de seguir de perto um carro concorrente ao longo de uma lombada.
Dois componentes principais de um carro de corrida podem ser usados para criar downforce quando o carro está viajando em velocidade de corrida:
- a forma do corpo, e
- o uso de aerofólios .
A maioria das fórmulas de corrida proíbe dispositivos aerodinâmicos que podem ser ajustados durante uma corrida, exceto durante os pit stops .
A força descendente exercida por uma asa é geralmente expressa como uma função de seu coeficiente de sustentação :
Onde:
- D é downforce (unidade SI: newtons )
- W é envergadura (unidade SI: metros)
- H é a corda da asa (unidade SI: metros) se F é a base da área da asa, ou a espessura da asa se usa base da área frontal
- F é o coeficiente de sustentação
- ρ é a densidade do ar (unidade SI: kg / m 3 )
- v é a velocidade (unidade SI: m / s)
Em certas faixas de condições operacionais e quando a asa não está estolada, o coeficiente de sustentação tem um valor constante: a força descendente é então proporcional ao quadrado da velocidade no ar.
Na aerodinâmica, é comum usar a área projetada da vista de cima da asa como superfície de referência para definir o coeficiente de sustentação.
Corpo
A forma arredondada e cônica da parte superior do carro foi projetada para cortar o ar e minimizar a resistência do vento. Peças detalhadas da carroceria no topo do carro podem ser adicionadas para permitir que um fluxo suave de ar alcance os elementos que criam força descendente (ou seja, asas ou spoilers e túneis sob a carroceria).
A forma geral de um bonde lembra uma asa de avião. Quase todos os carros de rua têm elevação aerodinâmica como resultado dessa forma. Existem muitas técnicas usadas para contrabalançar um bonde. Olhando para o perfil da maioria dos carros de rua, o pára-choque dianteiro tem a menor distância ao solo, seguido pela seção entre os pneus dianteiro e traseiro, e ainda seguido por um pára-choque traseiro geralmente com a maior distância. Usando este método, o ar que flui sob o pára-choque dianteiro será restrito a uma área de seção transversal inferior e, assim, atingirá uma pressão mais baixa. A força descendente adicional vem da inclinação (ou ângulo) da carroceria do veículo, que direciona o ar da parte inferior para cima e cria uma força para baixo, e aumenta a pressão na parte superior do carro porque a direção do fluxo de ar se aproxima da perpendicular à superfície. O volume não afeta a pressão do ar porque não é um volume fechado, apesar do equívoco comum. Os carros de corrida exemplificam esse efeito adicionando um difusor traseiro para acelerar o ar sob o carro na frente do difusor e aumentar a pressão do ar atrás dele para diminuir a esteira do carro. Outros componentes aerodinâmicos que podem ser encontrados na parte inferior para melhorar a downforce e / ou reduzir o arrasto, incluem divisores e geradores de vórtice.
Alguns carros, como o DeltaWing , não têm asas e geram toda a sua força descendente por meio de seu corpo.
Aerofólios
A magnitude da força descendente criada pelas asas ou spoilers de um carro depende principalmente de três coisas:
- A forma, incluindo área de superfície, proporção e seção transversal do dispositivo,
- A orientação do dispositivo (ou ângulo de ataque ), e
- A velocidade do veículo.
Uma área de superfície maior cria maior downforce e maior arrasto . A proporção da imagem é a largura do aerofólio dividida por sua corda. Se a asa não for retangular, a relação de aspecto é escrita AR = b 2 / s, onde AR = relação de aspecto, b = vão e s = área da asa. Além disso, um maior ângulo de ataque (ou inclinação) da asa ou spoiler cria mais downforce, o que coloca mais pressão nas rodas traseiras e cria mais arrasto.
Frente
A função dos aerofólios na frente do carro é dupla. Eles criam força descendente que aumenta a aderência dos pneus dianteiros, ao mesmo tempo em que otimizam (ou minimizam a perturbação) o fluxo de ar para o resto do carro. As asas dianteiras de um carro de rodas abertas passam por constantes modificações à medida que os dados são coletados de corrida para corrida e são personalizadas para cada característica de um circuito específico (veja as fotos no topo). Na maioria das séries, as asas são projetadas para serem ajustadas durante a própria corrida, quando o carro passa por manutenção.
Traseira
O fluxo de ar na parte traseira do carro é afetado pelas asas dianteiras, rodas dianteiras, espelhos, capacete do motorista, cápsulas laterais e escapamento. Isso faz com que a asa traseira seja menos aerodinamicamente eficiente do que a asa dianteira. No entanto, como deve gerar mais do que o dobro da força descendente das asas dianteiras para manter o manuseio para equilibrar o carro, a asa traseira normalmente tem uma força muito maior proporção da imagem e geralmente usa dois ou mais elementos para compor a quantidade de força descendente criada (veja a foto à esquerda). Como as asas dianteiras, cada um desses elementos muitas vezes pode ser ajustado quando o carro é reparado, antes ou mesmo durante uma corrida, e são objeto de constante atenção e modificação.
Asas em lugares incomuns
Em parte como consequência das regras que visam reduzir a força descendente das asas dianteiras e traseiras dos carros de F1, várias equipes têm procurado encontrar outros locais para posicionar as asas. Pequenas asas montadas na parte traseira dos sidepods dos carros começaram a aparecer em meados de 1994 e eram virtualmente padrão em todos os carros de F1 de uma forma ou de outra, até que todos esses dispositivos foram proibidos em 2009. Outras asas surgiram em vários outros lugares sobre o carro, mas essas modificações são normalmente usadas apenas em circuitos onde o downforce é mais procurado, particularmente as pistas sinuosas da Hungria e Mônaco.
O McLaren Mercedes MP4 / 10 de 1995 foi um dos primeiros carros a apresentar uma "asa intermediária", usando uma lacuna nos regulamentos para montar uma asa no topo da tampa do motor. Desde então, esse arranjo tem sido usado por todas as equipes do grid em um momento ou outro, e no Grande Prêmio de Mônaco de 2007 todas as equipes, exceto duas, o usaram. Essas midwings não devem ser confundidas com as câmeras montadas em roll-hoop que cada carro carrega como padrão em todas as corridas, ou com os controladores de fluxo em forma de chifre de touro usados pela primeira vez pela McLaren e, desde então, pela BMW Sauber, cuja função principal é suavizar e redirecionar o fluxo de ar para tornar a asa traseira mais eficaz, em vez de gerar a própria força descendente.
Uma variação desse tema era "asas em X", asas altas montadas na frente dos sidepods que usavam uma brecha semelhante às parteiras. Estes foram usados pela primeira vez pela Tyrrell em 1997, e foram usados pela última vez no Grande Prêmio de San Marino de 1998, quando Ferrari, Sauber, Jordan e outros usaram tal arranjo. No entanto, foi decidido que teriam de ser proibidos devido aos obstáculos que causaram durante o reabastecimento e ao risco que representavam para o condutor em caso de capotamento. (Há rumores de que Bernie Ecclestone os via como sendo muito feios na televisão e, portanto, os proibiu).
Várias outras asas extras foram tentadas de vez em quando, mas hoje em dia é mais comum as equipes buscarem melhorar o desempenho das asas dianteiras e traseiras com o uso de vários controladores de fluxo, como os já mencionados "chifres de touro" usado pela McLaren.
Veja também
- Princípio de Bernoulli
- Kit de corpo
- Carro de Fórmula Um
- Grip (corrida automobilística)
- Efeito de solo em carros
- Levante (força)
- Túnel de vento
Leitura adicional
- Simon McBeath, Competition Car Downforce: A Practical Handbook , SAE International, 2000, ISBN 1-85960-662-8
- Simon McBeath, Aerodinâmica de carros de competição , Sparkford, Haynes, 2006
- Enrico Benzing , Ali / Wings. Desenvolva e aplique no carro da corsa. Seu design e aplicação para carros de corrida , Milano, Nada, 2012. Bilingue (italiano-inglês)