AERODINÁMICA EN LOS COCHES DE CARRERAS

¿Qué tan fuerte puede ser el aire?

Las fuerzas dinámicas son un factor de suma importancia, tan importantes que influyen en la velocidad de los autos de F1, puedes pensar que no ya que ni siquiera parece tener peso (aunque sí lo tiene). De hecho, puedes sentir cuánto impacto aerodinámico hay al ir a cierta velocidad en un vehículo un claro ejemplo es cuando metes la mano fuera de la ventana del automóvil en movimiento. Si el automóvil tiene la velocidad suficiente, puede que le resulte bastante difícil mantener la mano apuntando hacia adelante.

Uno de los ejemplos prácticos sobre cuán importantes puede ser las fuerzas aerodinámicas en el entorno de los deportes de motor, puede observarse comparando la sección transversal de los triángulos de suspensión de los autos de carrera con ruedas abiertas en los años 70 y en la actualidad. Los autos recientes tienen bandoleras aerodinámicas en forma de perfil aerodinámico, mientras que los autos en los años 70 tienen una sección transversal circular aproximada. Puede ser difícil de creer, pero ambas formas tienen la misma resistencia.

El arrastre es el resultado de fuerzas aerodinámicas que actúan en el eje longitudinal del automóvil, oponiéndose a su movimiento. Este es un elemento crucial del estudio aerodinámico, y es una preocupación primordial en el diseño aerodinámico de los autos de carretera. Debe ser superado por la fuerza de tracción generada por el motor.

La elevación reduce las fuerzas verticales del automóvil, y su reducción es una de las principales preocupaciones en el estudio aerodinámico de los autos de carrera debido a la velocidad a la que circulan en las pistas perfectamente diseñadas para mostrar un gran espectáculo. Lo opuesto a la elevación es la fuerza aerodinámica, que es la resultante de las fuerzas aerodinámicas que empujan el automóvil contra el suelo.

Side Force esta fuerza es generada por los vientos laterales que actúan sobre el vehículo. Es importante para los estudios de estabilidad en los vehículos de carretera, pero como los componentes del viento lateral son relativamente pequeños en los vehículos de carreras, su importancia se reduce en el entorno de los deportes de motor.
Los autos de carrera en general tienen una forma peculiar que los distingue de cualquier auto de carretera en el planeta. Esta forma puede ser diferente en cada una de la amplia gama de categorías de deportes de motor en todo el mundo, pero algunos aspectos siguen presentes, independientemente de la categoría. ¿Te has preguntado alguna vez por qué?

Si miras hacia atrás, al comienzo de las carreras de carretera y comparas los autos de carrera de la época con los representantes de cada década a partir de entonces, verás una gama de diferentes formas y partes, pero un solo aspecto será común a todos. De ellos: las formas se refieren a la aerodinámica.

¿Qué es la aerodinámica?

En el mundo automotriz, la aerodinámica es un estudio de las fuerzas y los momentos creados por la interacción del aire con un cuerpo sólido, como un perfil aerodinámico.

La mayoría de los esfuerzos iniciales para entender la aerodinámica se dirigieron al desarrollo de un vuelo más pesado que el aire, que es el tipo de vuelo que no utiliza los efectos de flotabilidad para generar fuerzas de sustentación. Desde entonces, el uso del análisis matemático, las pruebas de túnel de viento y la simulación computacional han evolucionado de una manera sorprendente, lo que ha ayudado a que la aerodinámica se vuelva crucial en muchos otros campos.

¿Por qué son los equipos de carrera que se preocupan por Downforce?

La generación de downforce se ha convertido en uno de los principales factores que definen el rendimiento (junto con el desarrollo de neumáticos) en los últimos 40 años aproximadamente.
En pocas palabras, cuanto más altas sean las cargas verticales de un neumático, mayor será la fuerza lateral que puede generar. Uno puede pensar que el rendimiento de un neumático puede mejorarse aumentando el peso del automóvil, ya que aumentaría la carga vertical en el neumático, pero esto no es cierto.

Cuanto mayor sea el peso de un automóvil, mayor será la transferencia de peso y, por lo tanto, la fuerza lateral producida sería menor. Además, un automóvil más pesado requeriría mayores fuerzas laterales para soportar la misma aceleración lateral y, por lo tanto, se pierde el beneficio de mayores cargas verticales en los neumáticos. Además, un automóvil más pesado tendría menos aceleración lineal, y el efecto general sería la reducción del tiempo de vuelta.

La razón por la que los equipos de carreras están favoreciendo la generación de carga aerodinámica en lugar de la reducción de la resistencia, es que, aunque se reduce la velocidad en línea recta, las velocidades en las curvas aumentan tanto, que se reduce el tiempo de vuelta general.

Por supuesto, lo anterior es cierto dependiendo del lugar de la carrera visitado en el fin de semana de carreras en particular, pero funciona para la mayor parte de los circuitos. Las excepciones notables son los circuitos donde las rectas o esquinas con un radio de giro grande corresponden a una parte mucho más grande del circuito, como Monza, Spa-Francorchamps y pistas de Montreal. Esto crea la necesidad de variaciones de la configuración aerodinámica de un automóvil a lo largo de la temporada.

Cómo la aerodinámica afecta la forma del vehículo

A principios del siglo XIX, los autos de carreras solían tener una forma aerodinámica parecida a un cigarro, principalmente para reducir la resistencia. El comienzo del automovilismo vio grandes desarrollos en otras áreas, como la tecnología de los neumáticos y los motores, por lo que es difícil cuantificar cuánto beneficio del desempeño de los autos provino de la reducción de la resistencia en los autos de carreras de circuito. Sin embargo, se sabe que la reducción de la resistencia al avance fue el factor más importante para el rendimiento de los autos que batieron el récord de velocidad en tierra.

Con la creciente preocupación por reducir la resistencia aerodinámica, comenzaron a surgir formas cada vez más aerodinámicas. Todo el automóvil fue diseñado para proporcionar un flujo de aire suave y sin problemas alrededor del automóvil. Los conductores pudieron percibir eso en ese momento como una pérdida de velocidad en las curvas y una ligera sensación en el volante, pero los aerodinámicos dirían que solo el arrastre era un parámetro importante.

Los primeros esfuerzos de introducción de generación de fuerza aerodinámica (o al menos reducción de sustentación) en las carreras de autos se acreditan al ingeniero suizo Michael May, en 1956. Se dio cuenta de que los aviones se mantendrían en el aire mediante la generación de toneladas de sustentación a través de sus alas, y que el principio podría aplicarse para generar fuerza aerodinámica instalando un ala al revés.

May luego instaló un ala invertida que actúa a través del CG de su Porsche Spyder. El ala podría inclinarse desde un ángulo de actitud de -3 ° (nariz arriba) a + 17 ° (nariz abajo), pero los escrutadores consideraron que el concepto era ilegal, y el primer coche con alas para proporcionar fuerza aerodinámica nunca corrió.

Mientras tanto, los prototipos de autos deportivos se beneficiarían de sus grandes áreas planas y velocidades máximas (como verá en un post posterior, estos son factores importantes que contribuyen al aumento de las fuerzas aerodinámicas) para generar fuerza aerodinámica a través de la instalación de spoilers para interrumpir el levantamiento suave -Generación del flujo de aire. Esta fue la primera vez que el mundo de las carreras vio una reducción de los tiempos de las vueltas a través de la aerodinámica que reduce / reduce la fuerza aerodinámica.

Fue entonces, cuando el ingeniero estadounidense Jim Hall recordó una vez más (la mayor parte del mundo había olvidado o nunca había oído hablar de los intentos anteriores de Michael May) que las alas pueden mantener aviones pesados en el aire, y el concepto podría adaptarse para generar fuerza aerodinámica. Luego, Hall creó el auto de carrera Chaparral 2E CanAm, acreditado como el primer auto en competir con alas para generar fuerza aerodinámica en 1966. Se dice que el Chaparral 2E estableció el paradigma para prácticamente todos los demás autos de carrera construidos desde entonces

Fue el comienzo de una revolución. La Fórmula Uno vio rápidamente los beneficios de instalar alas invertidas en los autos de carreras, y aparecieron fabricaciones simples de aluminio montadas en puntales delgados. Las primeras alas de la Fórmula Uno fueron realmente mal diseñados estructuralmente, y que causaron muchos accidentes debido a fallas estructurales en las alas o en los soportes de las alas, lo que llevó a CSI, el organismo regulador de Fórmula Uno en ese momento, a prohibir las alas por completo.

Después de un replanteamiento por parte de los constructores de CSI y F1, las alas regresaron, pero esta vez, con regulaciones más estrictas relacionadas con las alas y los soportes de las alas, la construcción estructural, imponiendo formas más seguras.

Fue cuando Jim Hall. Se dio cuenta de que las grandes áreas del plan de los prototipos de autos le permitirían generar una gran cantidad de carga aerodinámica, si pudiera crear una zona de baja presión debajo del auto. Este fue el comienzo de la aerodinámica de efecto suelo en los coches de carreras, ya que Hall creó Chaparral 2J, también conocido como el “coche de bombeo”.

El concepto era simple: Hall usaba dos ventiladores grandes accionados por motores auxiliares para eliminar el aire de la parte inferior de la carrocería, mientras que las “faldas laterales” (como se sabían) sellarían el lateral del automóvil, evitando la circulación del flujo de aire debajo del automóvil y creando una zona de baja presión por debajo de ella. Esta baja presión combinada con la gran área del plan del automóvil creó enormes cantidades de carga aerodinámica, hasta ahora desconocidas.

El concepto se copió una vez más a la Fórmula Uno, ya que Peter Wright y Colin Chapman crearon el Lotus 78. El automóvil no usaba ventiladores, sino que la parte inferior de la carrocería de materiales como acero, bronce, aluminio, hierro, cobre del vehículo tenía la forma de un ala. El principio clave aquí es que un ala cercana al suelo generará una mayor elevación, pero el concepto también se aplica a un ala invertida que genera fuerza aerodinámica.

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