Jak funguje aerodynamika vozového parku

-Dnešní flotila automobilů je obrovským vylepšením oproti ozdobným ocasům a boxy. Moderní, zakřivené konstrukce minimalizují sílu, kterou vzduch vytváří proti pohybu automobilu, a výsledkem je elegantní a rychlejší automobil. Protože rychlost je samozřejmě hlavním faktorem v závodech NASCAR, je aerodynamika rozhodujícím prvkem při konstrukci vozového parku.

Aerodynamika je studie o tom, jak se vzduch pohybuje - zejména o tom, jak interaguje s pevnými, pohybujícími se objekty. Stejně jako motorový člun opouští ostrou linii brázdy, která se za ním vznáší na vodě, vytváří automobil aerodynamický dopad, když se krájí vzduchem.

Automobiloví konstruktéři a týmy NASCAR spoléhají na aerodynamické principy a vytvářejí vylepšení výkonu a ovládání vozidel při vysokých rychlostech. Osobní automobily se v průběhu let stávaly více tvarově, protože výrobci objevili, jak zjednodušení může zvýšit palivovou účinnost, což umožňuje vozu cestovat stejnou rychlostí s použitím menšího výkonu. Tyto konstrukce snižují odpor vzduchu nebo aerodynamický odpor.

-Ve světě automobilových závodů může být důležitější zvýšit sílu, kterou vzduch vyvíjí na kola automobilu. Tento přítlak je klíčem k udržení trakce v těsných a konstantních zatáčkách krátkodráhového závodu.

Objev záhadných sil přítlaku v posledních desetiletích poslal svět automobilových závodů do šílenství zkoušek aerodynamického tunelu a jemného vyladění karoserií vozidel. To změnilo kulturu a praxi automobilových závodů tak, jak někteří fanoušci shledávají rozzlobený. NASCAR musel vstoupit a pečlivě regulovat aerodynamické vlastnosti každého vozidla v soutěži, aby si udržel rovné podmínky.

-Dokonce i příležitostní fanoušci jsou neustále vystaveni terminologii automobilové aerodynamiky. Tento článek bude demystifikovat NASCAR lingo, počínaje fenoménem aero push.

1. Skladové auto Aero Push
2. Stock Car Downforce
3. Výtah vozového parku
4. Přetažení vozového parku

Vzduch, který jede při překročení rychlosti, propíchne vzduch. Vzduch proudí přes horní část vozu a je vychýlen spojlerem připojeným k zadní palubě. Pokud další auto stopuje hned za nosem, od špičky k ocasu, nepřetržitě vstupuje do vzdušného prostoru ovlivněného vozem vpředu.

-Vlečné vozidlo, pokud je v určité blízkosti, může využít aerodynamickou sílu hlavního vozidla. Vzduch se chová, jako by obě auta byla jedna. Vytlačený vzduch za olověným vozidlem vytváří částečné vakuum, které nasává tažné vozidlo dopředu při zvýšené rychlosti nebo při stejné rychlosti se sníženou námahou motoru a nižší spotřebou paliva. Tomu se říká vypracování. Obě auta mohou cestovat rychleji, než kterékoli auto může jet samo [zdroj: Turner].

Kreslení může být velmi výkonná závodní technika, ale má vážnou odpovědnost. Vlečné vozidlo trpí snížením přítlaku na předních pneumatikách, což má za následek ztrátu stability a ovladatelnosti v důsledku zatáčky. Tohle je aero push, také volal “těsný” stav, vyžadovat koncové řidiče, aby uvolnil akcelerátor znovu získat trakci [zdroj: ESPN].

Aero nutí řidiče k pečlivým výpočtům. Na jedné straně mnoho řidičů může zůstat konkurenceschopných v blízkém závodě tím, že vezou na hlavní vozidlo, přičemž využijí zvýšenou sílu a sníženou zátěž motoru. Účinky jsou obzvláště prospěšné na hned. V rozích však nebezpečí přicházejí do hry se sníženou manévrovatelností a větší pravděpodobností ztráty kontroly.

Aero push se stalo téměř dominantním rysem závodů NASCAR. Fanoušci si stěžovali, že závodění ztratilo část svého odvolání, protože jezdci zůstávají ve stálých pozicích po dlouhou dobu. Řidiči se navzájem vyzývají méně, jezdí spíše v těsném jednom souboru než vedle sebe. Pozitivní je, že větší počet vozidel může zůstat poblíž vůdce smečky.

Aero push - a v tomto ohledu veškerá závodní aerodynamika - je o přítlaku.

V ESPN pokrytí NASCAR, trik se speciálními efekty zvaný Draft Track ukazuje divákům, jak funguje aero push v reálném čase, což představuje vzdušné proudy prostřednictvím animovaných zelených listů na obrazovce [zdroj: Hiestand].

Přítlak je síla směrem dolů vytvářená tlakem vzduchu, který vytváří silnější tlak mezi pneumatikou a povrchem vozovky. Použitý princip je stejný jako ten, který dává výtah letadlům, ale naopak.

Aerodynamická síla vyplývá z rozdílů tlaku na stranách pohybujícího se objektu. Nejběžnější metody pro zvýšení přítlaku vozidla zahrnují snížení tlaku vzduchu pod vozidlem.

Z větší části přinese každé zvýšení přítlaku také doprovodné zvýšení aerodynamického odporu. Pro démona rychlosti znamená větší tažení nižší rychlosti na rovině, ale větší přítlak znamená lepší ovladatelnost na zatáčkách, protože pneumatiky bezpečněji uchopí dráhu.

-Automobiloví inženýři a posádky se snaží udržet obě síly v rovnováze. Na trati jako Daytona, s dlouhými rovnými a nakloněnými ostrými rohy, mají návrhy tendenci udržovat tažení na minimu. U závodů na krátkých tratích je strategie obrácena - protože řidič tráví více z křivek vyjednávání závodu, důraz na přítlak povede k vyšší celkové rychlosti a zvýšení bezpečnosti [zdroj: Tierney].

Dosažení většího přítlaku manipulací s těly závodních aut je v obchodu s vozidly posedlý úkol. Možná nejlepší místo pro start je u nosu vozidla. Správně nakloněný nosní díl, umístěný nízko k zemi, nasměruje většinu vzduchu nahoru nad horní část vozu. Cílem je vytvořit pod nosem nízkotlakou oblast nebo částečné vakuum [zdroj: Circle 304].

Dalším tvarem jsou jamky kol. Otevření studny s otevřeným kolem před pneumatikou přinutí náběh vzduchu pryč od boků a spodku automobilu a dále sníží tlak vzduchu [zdroj: Boone, „Aerodynamika závodních aut“].

Pro veškerou technologickou zdatnost věnovanou budování přítlačné síly za předními koly vozu je důležité zvážit rovnováhu. Zadní část vozu musí mít svůj podíl přítlaku, aby se s ním správně zacházelo.

-Studium přítlaku znamená věnovat pozornost jeho protilehlé síle, zvednout.

Boční sukně -- dlouhé vodorovné kusy nízké po boku vozidla - byly vyvinuty v automobilových závodech jako způsob, jak snížit tlak vzduchu pod a získat přítlak. Ale tento vnější prvek mohl být srazen z vozidla, což mělo za následek náhlou ztrátu přítlaku a vysokou pravděpodobnost nehody [Zdroj: Cislunar Aerospace]. Mnoho závodních úřadů zakázalo boční sukně, ale zůstávají honosným rysem některých osobních automobilů [Zdroj: BMW].

-Křídla ptáka nebo letadla jsou nejviditelnějšími výrobci výtah. Ale zdvih nutně neznamená vzestupnou sílu působící proti gravitaci. Ve skutečnosti je přítlačná síla formou zdvihu - záporného zdvihu.

Zvedání je aerodynamická síla kolmá ke směru těla v pohybu. Naopak, táhnout je odporující síla rovnoběžná s pohybujícím se objektem, avšak opačná. Výtah - hovorově nazývaný a síla oblohy -- je obvykle přítomen v jednom stupni v pohyblivém objektu. Protože zdvih a přítlak jsou protichůdnými silami, je součástí snahy o stavbu vozového parku se silným přítlakem překonání zdvihu.

-Cílem konstrukce je omezit množství vzduchu proudícího pod podvozkem, aby byla zajištěna těsnější přitažlivost mezi pneumatikami a zemí a aby byl zajištěn snadný únik vzduchu, který se dostane pod.

Akční vozidla jsou charakteristicky navržena s hrábě -- což znamená, že zadní část vozu je vyšší než zem, než přední konec podvozku. Udržuje tlak pod vozidlem dolů a brání zvedání.

Spoilery, přední vzduchové přehrady a křídla vytvářejí tento účinek. An vzduchová přehrada je namontován pod přední nárazník, který blokuje proudění vzduchu pod tělem. Doplňky křídel používané u vozů Formule 1 a Indy jsou otočeny vzhůru nohama, aby místo zdvihu poskytovaly přítlak.

Závodní auta se občas stanou vzdušnými i přes tato zařízení. Nebezpečí je zvláště přítomné, když se točí auto, které radikálně mění aerodynamické síly ve hře. Během vysokorychlostní rotace se vzduch může pohybovat dostatečně rychle přes střechu a kapotu, aby se vytvořila silná zvedací síla.

Pro takové mimořádné situace, jako je zapuštěné pravé boční okno, je na vozidlech NASCAR nainstalováno několik bezpečnostních inovací. Akční vozy obíhající oválnými stopami doleva pravděpodobněji ukazují svou pravou tvář v rotaci. Ostrý okraj k pravému oknu odvádí vzduch místo toho, aby jej volně protékal přes střechu. Klapky zapuštěné do střechy automobilu, další bezpečnostní prvek, se začínají zvyšovat, pokud tlak vzduchu náhle klesne nad auto a blokuje tok vzduchu [Zdroj: Leslie-Pelecky].

-

Pokud vás zajímá aerodynamika, proveďte další průzkum na internetu nebo v místní knihovně. Kniha z roku 2008 s názvem „Fyzika NASCAR: Jak vyrobit ocel + plyn + gumu = rychlost“, autorka: Diandra Leslie-Pelecky, vysvětluje aerodynamiku a další vědecké principy v automobilových závodech.

Aerodynamický odpor je síla vzduchu po délce jedoucího automobilu, která je proti síle automobilu. Když auto prořízne cestu vzduchem, některé molekuly vzduchu se srazí s předním nárazníkem a vytvoří odpor.

-Ostatní molekuly tečou podél kapoty, jen aby se postavily proti čelnímu sklu - další zdroj tažení. Vzduch, který hladce klouže po střeše, roste turbulentně nad zadním oknem a za vozidlem a vyvíjí zpětnou sílu na vozidlo.

Rychlost, hustota vzduchu a velikost, tvar a design vozu určují velikost tažné síly automobilu.

„Rychlejší auto zažívá větší odpor, protože musí vytlačit molekuly vzduchu z cesty rychleji,“ vysvětluje Diandra Leslie-Pelecky ve své knize „Fyzika NASCAR.“ “Hustý vzduch zvyšuje odpor, protože tam je více molekul vzduchu zasáhnout každou oblast na autě. Větší průřezová oblast zvětší odpor, protože více molekul vzduchu musí být přemístěno z cesty” [zdroj: Leslie-Pelecky].

Drag je hlavní překážkou zrychlení a závodní rychlosti. Osobní automobil, který jede po dálnici, utratí odhadem 60 procent své energie překonávající aerodynamický odpor, mnohem větší procento než tření pneumatik a energetické potřeby samotné hnací soustavy [zdroj: Beauchamp].

Porážkový odpor byl prvním hlavním zaměřením automobilové aerodynamiky, počínaje šedesátými léty. Je to stále nejdůležitější proměnná v závodních podmínkách, která klade nižší přítlak na nižší přítlak, jako jsou delší tratě s větším odstupem.

Úhledné linie, nakloněné čelní sklo a zaoblené rohy moderních závodních automobilů - a osobních automobilů - jsou navrženy tak, aby minimalizovaly odpor. Ale hledání motoristických závodních aut s vysokým přítlačným tlakem někdy vede k dalšímu tažení. Zadní spoiler nalezený na vozidlech NASCAR je příkladem: Zvyšuje odpor tím, že rozděluje hmotnost zepředu na zadní část vozu [zdroj: Circle Track]. Aerodynamika zůstává zářným a mladým oborem inženýrství a mnoho inovací ještě zbývá.

Chcete-li držet krok s nejnovějšími inovacemi v aerodynamice, navštivte odkazy na následující stránce.

Obyčejní řidiči si nemusí dělat starosti s přítlakem svých vozidel, ale osobní automobily mohou snížit tažení snížením podvozku, přidáním vzduchové přehrady, kola a kapotáže kapotáže [zdroj: Beauchamp].

Související články

• Jaká je historie závodních vozů?
• Jak fungují snímače vozidel do auta
• Jak fungují techniky závodních vozů
• Jak funguje autem telemetrie
• Jak pozastavení zásob vozidel funguje

Prameny

• Associated Press. "Jde s proudem." (Přístup k 12/15/08) http://hosted.ap.org/specials/interactives/nascar2005/aerodynamics/aerodynamics.swf
• Beauchamp, Warrene. "Aerodynamika osobních automobilů." (Přístup k 12/15/08) http://www.recumbents.com/car_aerodynamics/
• BMW. "Boční sukně BMW." (Přístup k 12/17/08) http://www.bmwsideskirts.com/history.php
• Boone, Jerry F. "Bad Air? Fyzika za automatickým závoděním." Stock Car Racing. (Přístup k 12/14/08) http://www.stockcarracing.com/techarticles/scrp_0301_the_physics_behind_auto_racing/index.html
• Boone, Jerry F. "Aerodynamika závodních automobilů - Krátkodobé auto." Stock Car Racing. (Přístup k 12/14/08) http://www.stockcarracing.com/techarticles/scrp_0702_race_car_aerodynamics/index.html
• Kruhová dráha. "Aerodynamika - definované auto Aero." (Přístup k 12/14/08) http://www.circletrack.com/techarticles/0304_aerodynamics_tech_definitions/index.html
• Cislunar Aerospace. "Aerodynamika a závodní auta." Internetová učebnice letectví K-8. (Přístup k 12/15/08) http://wings.avkids.com/Book/Sports/advanced/racecar-01.html
• ESPN. "Aero Push." (Přístup k 12/14/08) http://sports.espn.go.com/rpm/nascar/icons/news/story?id=3426389
• Hiestand, Michaele. "ESPN ukáže neviditelné NASCAR." USA Dnes, 24. července 2007. (Přístup k 12. 12. 2008) http://www.usatoday.com/sports/columnist/hiestand-tv/2007-07-24-ESPN-NASCAR_N.htm
• Leslie-Pelecky, Diandra. Fyzika NASCAR: Jak vyrobit ocel + plyn + gumu = rychlost. Dutton: 2008. (Přístup k 17. 12. 2008 prostřednictvím služby Knihy Google) http://books.google.com/books?id=OAK3yFlHoTAC
• Tierney, Johne. "NASCAR je Screech and Slam? Je to všechno Aerodynamics." New York Times, 12. února 2008 (přístup k 15. 12. 2008) http://www.nytimes.com/2008/02/12/science/12tier.html?pagewanted=all
• Turner, Charlie. "Návrh a Aero." Bench Racing se Steve a Charlie. (Přístup k 12/16/08) http://benchracing.typepad.com/bench_racing_with_steve_a/drafting_and_aero.html

-