Aerodinamica per auto da corsa – Short Track Aero Drag

Imparare la resistenza aerodinamica e come ridurne gli effetti

Vedi tutte le 8 fotoVahok HillwriterSep 13, 2006

Sono sicuro che tutti, prima o poi, sono stati sorpresi a fare questo. È anche possibile che i tuoi genitori ti abbiano detto di smettere di farlo o che siano accadute cose brutte. Chiaramente, sto parlando di mettere la mano fuori dal finestrino di un’auto in movimento. I genitori possono essere dei guastafeste! Finché non ti è stato detto di smettere, potevi sentire la forza dell’aria contro la tua mano. Era qualcosa di invisibile, ma sapevi che c’era una forza. Se si metteva il palmo della mano ad angolo retto rispetto al suolo, si sentiva la forza contro la mano e il braccio.

Al contrario, mettendo la mano parallela al suolo con il pollice o il mignolo che tagliano al vento, si sentirebbe una riduzione istantanea della forza contro il braccio e la mano. Si potrebbe cambiare l’angolo della mano e guidare il braccio verso l’alto o verso il basso, a seconda della posizione della mano. Sapevi anche che più velocemente tuo padre o tua madre avrebbero guidato, maggiore sarebbe stata la forza sul tuo braccio. Questa semplice sperimentazione è stata la tua prima incursione nell’aerodinamica. Stavi sperimentando la forza dell’aria, anche se all’epoca non lo sapevi. Dal punto di vista ingegneristico, sentivi la forza di un fluido che agisce su un oggetto solido che si muove attraverso di esso.

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C’è molta energia nell’aria in movimento. Basta guardare i danni che possono essere causati da una tempesta o le spiacevoli conseguenze degli uragani che hanno recentemente afflitto la parte sud-orientale degli Stati Uniti. Proprio come ci sono grandi quantità di energia nell’aria in movimento, una grande quantità di energia viene consumata quando si sposta l’auto da corsa attraverso l’aria per il semplice atto di accelerare l’auto in pista. Se si riesce a ridurre la quantità di trascinamento parassitario che prosciuga il proprio banco di energia, si potrebbe usare quell’energia in eccesso (cavalli) per accelerare l’auto.

Tutti noi abbiamo ascoltato gli annunci di gara parlare di aero-push, slipstreaming o drafting, e ottenere la macchina in aria sporca o pulita. E’ chiaro che sui circuiti più grandi c’è un effetto molto forte sull’auto mentre si muove nell’aria. Se aggiungiamo altre auto al quadro, la situazione diventa più complessa ed emozionante. Quello che molti piloti non si rendono conto è che gli effetti dell’aerodinamica iniziano ad agire sull’auto a velocità fino a 45 mph. Molti corridori su percorsi brevi non pensano nemmeno alle forze che l’aria genera a favore e contro le loro auto. Sembrano concentrarsi sugli aspetti più viscerali delle corse su pista corta. Sappiamo tutti che le auto possono raggiungere velocità da 90 a 100 miglia all’ora su un circuito di un quarto di miglio, e le velocità sono ancora più elevate sui circuiti di mezzo miglio. Le auto andranno ancora più veloci, con l’aggiunta di un’ulteriore bancata.

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Passiamo un po’ di tempo a parlare dell’aria e della velocità che si può guadagnare imparando a lavorare con il flusso invece di andare contro di esso. Prima di tutto, come in ogni discussione, dobbiamo avere un linguaggio comune. Ricordate che l’aria agisce come un fluido, ma è comprimibile e la sua densità varia al variare del tempo.

Aerodinamica: Lo studio del moto dei fluidi (in questo caso l’aria) su uno o più oggetti e le forze create dal moto del fluido o dal moto delle strutture all’interno del fluido. Questa è una definizione di altissimo livello. Ai fini di questo discorso, ci occupiamo delle forze generate su un’auto da corsa al passaggio nell’aria.

Flusso d’aria/flusso d’aria: Il flusso d’aria intorno al fronte dell’auto da corsa, ai lati, in alto e in basso.

Cd: Il coefficiente di trascinamento o coefficiente di trascinamento. È espresso come un numero che rappresenta la quantità di trascinamento che un corpo crea al passaggio nell’aria. Più basso è il Cd, meglio è. Viene comunemente espresso in numeri inferiori a 1.

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Trascinamento: Una forza che agisce contro un corpo che si muove attraverso un fluido. Nel nostro caso, il fluido è l’aria. Il trascinamento è l’attrito o la resistenza che l’aria genera mentre il corpo si muove attraverso di essa. Il trascinamento agisce in direzione opposta al flusso d’aria. Nella nostra applicazione, è opposto alla direzione in cui si dirige l’auto. Più basso è il Cd, più bassa è la resistenza che si genera mentre l’auto si muove attraverso l’aria. La resistenza aerodinamica ha due componenti: la resistenza parassita e quella indotta. Questi componenti della resistenza aerodinamica contribuiscono tutti alla resistenza totale. Questa è una cosa negativa. Vogliamo cercare di ridurre la resistenza aerodinamica, se possibile.

Downforce: Una forza verso il basso generata quando un corpo si muove attraverso un fluido. Come corridori, dobbiamo bilanciare la quantità di trascinamento rispetto alla quantità di deportanza. Le due cose sono molto diverse, e i risultati di ciascuna di esse sono molto diversi per quanto riguarda il miglioramento delle prestazioni del veicolo. In un mondo ideale, cercheremmo di aumentare la deportanza e ridurre la resistenza aerodinamica. Un aumento della deportanza non indica necessariamente che saremo in grado di ridurre la resistenza aerodinamica. Al contrario, un aumento della resistenza aerodinamica non significa una diminuzione della deportanza. Le due cose sono collegate ma non si escludono a vicenda.

Abbiamo visto tutti le enormi ali sulla parte superiore delle Sprint Cars e le grandi tavole laterali che i corridori del Late Model utilizzano. Questi dispositivi aerodinamici sono utilizzati per aiutare a mantenere le auto attaccate alla pista mentre ruotano nelle curve. La Sprint Car ha un’ala che ha la stessa forma generale usata su un aereo, tranne che è montata a testa in giù. Quindi, invece di creare portanza, crea deportanza. In realtà, sta ancora creando portanza, ma la forza è nella direzione opposta. Il principio è lo stesso, ma paghiamo un prezzo per generare quella deportanza, otteniamo una grande resistenza. Di conseguenza, ci vogliono dei motori molto costosi per spingere le auto lungo la pista. Mio padre mi diceva sempre che non esiste un pranzo gratis.

Ricordate, nella progettazione e nell’applicazione delle auto da corsa, non stiamo cercando di creare un ascensore. Stiamo creando deportanza con pochissima resistenza. Questa è la chiave: bassa resistenza aerodinamica e alta deportanza. Questo dovrebbe essere il vostro nuovo mantra.

Flusso laminare: L’aria si muove a strati lisci intorno alla nostra auto. In questo caso, l’aria può essere paragonata a una strada di campagna leggermente curva. Le curve sono lisce e delicate, quindi non è necessario rallentare mentre si procede. Questo è molto simile al flusso laminare. L’illustrazione è un po’ semplicistica, ma l’idea generale è chiara. L’aria richiede meno energia per muoversi su superfici lisce. Ecco perché le carrozzerie delle auto da corsa che corrono ad alta velocità sono così sensibili ai piccoli cambiamenti di forma, come i cambiamenti causati dal contatto (ad esempio, lo sfregamento e gli urti).

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Flusso turbolento: Il flusso è casuale nella sua forma. L’aria forma correnti e modelli di flusso irregolari che sono contrari alla maggior parte del flusso. Il flusso è disordinato. Molte volte, questo è il tipo di flusso che i nostri fratelli portatori di testa stanno cercando di raggiungere. In realtà, stanno cercando di raggiungere un equilibrio tra flusso laminare e flusso turbolento attraverso i porti.

Strato limite: Le molecole d’aria non si muovono in questo strato, che di solito è adiacente alla superficie del corpo che si muove attraverso l’aria. La profondità dello strato limite dipende da diversi fattori: la densità o la viscosità del gas, la finitura della superficie che si muove attraverso il fluido, e la compressibilità del fluido (che nel nostro caso è l’aria). Per i nostri usi, più sottile è lo strato limite, meglio è. Uno strato limite più grande ostacola il progresso dell’aria più di uno strato limite più sottile. Questo è il motivo per cui è così importante mantenere la superficie dell’auto il più liscia possibile. Sulla sporcizia, questo è un ottimo motivo per mantenere l’auto il più pulito possibile tra un riscaldamento e l’altro. Un’auto pulita non solo rende il logo del vostro sponsor più visibile ai fan, ma fa anche la differenza in termini di prestazioni.

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Scendere

Area frontale: Questa è la prima parte dell’auto i contatti aerei. E’ una sezione trasversale della parte frontale dell’auto. Visualizzate la vostra auto da corsa appoggiata alla porta di un garage. Ci sono dei fari che brillano sulla parte anteriore, e l’ombra che l’auto proietta contro la porta del garage è l’area frontale.

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Qualsiasi cosa all’interno della struttura e dei limiti delle regole che si può fare per ridurre l’area frontale migliorerà le prestazioni del veicolo. Se è possibile massaggiare la linea del tetto sul vostro Modified o Stocker nell’ambito delle regole, è positivo. Se la vostra divisione corse utilizza modelli, assicuratevi che la vostra auto si adatti ai modelli, ma che sia il più possibile aderente.

I corridori tendono ad essere molto vocali quando gli fa comodo. Ci sono molte lamentele sul costo delle corse, e c’è sempre qualcuno o qualcosa da incolpare per il costo della velocità. Sembrerebbe che se potessero comprare qualche decimo per pochi o nessun soldo, questo genererebbe un certo ronzio. Se si arriva in anticipo a qualsiasi pista corta attraverso il paese e si cammina attraverso i box, si possono vedere molti corridori che danno via la velocità senza nemmeno saperlo.

Pannelli della carrozzeria non aderenti, grandi teste di bulloni nel flusso d’aria, tubi esposti, spoiler troppo grandi o che non hanno nulla a che fare con la velocità dell’auto, parti delle sospensioni appena appese nel flusso d’aria e pneumatici che sporgono oltre i bordi dei parafanghi aspettano solo di privarvi della velocità che lavorate per ore e ore per raggiungere. Certo, molte di queste appendici sono una parte obbligatoria dell’auto e servono a uno scopo, ma qualche ulteriore riflessione potrebbe riguardare il modo in cui queste parti sono integrate. Sarebbe bello se, oltre a svolgere una funzione valida, non aggiungessero al coefficiente di resistenza aerodinamica complessivo dell’auto.

Nel primo esempio della nostra mano nel vento, siamo stati in grado di regolare la quantità di forza che potevamo sentire cambiando la posizione della nostra mano nel flusso d’aria. Abbiamo regolato la resistenza e il sollevamento con un semplice movimento. Possiamo anche influenzare la capacità della nostra auto da corsa di muoversi nell’aria e ridurre la quantità di potenza necessaria per spostare l’auto lungo la pista regolando il modo in cui l’aria interagisce con l’auto. Se riduciamo la resistenza aerodinamica, la potenza che è stata usata in precedenza per superare la resistenza aerodinamica può essere usata per accelerare l’auto.

Uno dei modi più semplici per ridurre gli effetti di rapina di potenza che l’aria ha sui nostri veicoli da corsa è quello di ridurre l’area frontale. Questo può essere realizzato in diversi modi. Il modo più semplice sarebbe quello di rendere l’auto più piccola. Questo non è sempre possibile a causa delle regole e dell’uso di modelli da parte della comunità tecnica per garantire che le auto siano tutte uguali. Se è possibile, rendere l’auto più bassa pur rispettando la lettera delle regole – è necessario farlo! Abbassare il tetto, e abbassare l’auto in pista nel rispetto delle regole e dei limiti necessari per evitare che l’auto colpisca la pista.

Se le regole dicono che l’auto deve essere a 4 pollici da terra, che è dove si mette – non 5 o 4 1/2, ma 4. Anche se questa può sembrare una soluzione semplicistica, questa attività può ridurre significativamente l’area frontale della vostra auto. Ridurrà le dimensioni del foro nell’aria che l’auto dovrà penetrare mentre si muove lungo la pista. Più grande è il foro, maggiore è la potenza necessaria per muovere l’auto. Come risultato diretto, avrete meno cavalli in eccesso per accelerare l’auto.

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Si vuole anche mantenere l’aria da sotto la macchina. Per la maggior parte, non troverete le auto con effetti a terra sulla pista corta locale. Il punto è mantenere l’aria all’esterno dell’auto. Questo include l’aria che passerà attraverso il radiatore. Fatela entrare e poi tiratela fuori. Se le vostre regole lo permettono, dovreste cercare di convogliare l’aria all’esterno dell’auto, non sotto di essa. Mi rendo conto che questo è difficile da realizzare, ma c’è un vantaggio che si ottiene facendo questo. Non molto tempo fa, ho visto alcune Sprint Cars che avevano dei radiatori speciali da un lato. Il condotto lontano dai radiatori scaricava l’aria lungo il lato del cofano, e la presa d’aria era sul lato opposto dell’auto. L’aria in entrata, l’aria in uscita: un’ingegnosa opera di ingegneria!

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Ogni superficie che interagisce con l’aria deve essere il più liscia possibile. Tutte le giunture del corpo devono essere lisce, senza spigoli o cuciture sovrapposte rivolte verso il flusso d’aria. Guardate la vostra auto e vedete quali aree potreste migliorare da un punto di vista aerodinamico. Mentre molti vorrebbero pensare a questo come a una scienza missilistica, a queste velocità più basse è più buon senso che scienza. Con l’aumentare delle velocità, è necessario un livello di scienza più elevato.

A velocità ridotta (sotto i 100 mph), è più imperativo assicurarsi di non dare nulla in cambio a causa di un’area trascurata o di una scarsa preparazione. È necessario considerare i grandi spoiler, le dighe d’aria e le recinzioni dell’aria come dispositivi che potrebbero non essere necessari a basse velocità. Gli spoiler posteriori privano enormemente di potenza una macchina da corsa. Se non ne avete bisogno, potete considerare la possibilità di rimuovere lo spoiler da 4 o 5 pollici. Come minimo, fate dei test in pista per determinare se lo spoiler fa la differenza. La quantità di deportanza di uno spoiler può essere insignificante se bilanciata con la potenziale resistenza aerodinamica.

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Dal vostro punto di vista, dobbiamo assicurarci di sfruttare le regole a nostro vantaggio. Non sto suggerendo di barare. Dobbiamo rivedere le regole e assicurarci di fare tutto il possibile per rendere l’aria che ci circonda un alleato. Se avete dei tubi esposti, mettete un po’ di schiuma sagomata sul lato a valle per far fluire l’aria intorno al tubo in modo meno turbolento.

I pannelli della carrozzeria sono montati con bulloni a testa esagonale esposti al flusso d’aria? Perché non utilizzare una vite a testa svasata o un fissaggio a filo da 1/4 di giro per fissare un pannello della carrozzeria? La pulizia della superficie della carrozzeria può e farà una grande differenza, per non parlare del fatto che sembra più professionale per gli altri uccelli della ferrovia nei box.

Guardate i ritagli di ruota. Sono troppo grandi? I ritagli troppo grandi sono solo grandi palette che aspirano aria. Assicuratevi che i passaruota non siano più grandi del necessario per essere conformi alle regole, e poi assicuratevi che non siano così piccoli da interferire con il pneumatico attraverso la corsa delle sospensioni e la funzione di sterzo. Questa è solo una buona preparazione dell’auto.

È più facile rendere più grandi le aperture delle ruote. Se avete fatto l’apertura parafango troppo grande, può essere il momento di sostituire il parafango e ricominciare da capo o sostituire il metallo che avete tagliato. Se i vostri pneumatici sono sporgenti oltre il bordo del parafango, si vuole fare tutto il possibile per coprire quel pneumatico. Ricordate quell’area frontale che ci preoccupa tanto? Avete i parafanghi, quindi usateli a vostro vantaggio.

Come detto, alle velocità più basse viste a livello di piste brevi, questo è più buon senso che non la scienza missilistica. La preparazione seguita dall’esecuzione vi aiuterà ad essere il ragazzo che sorride dopo la gara con il controllo gigante.

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