Pedeorelha | Hoe Stock Car Aerodynamics werkt

Vova Krasen
0
1833
68

Auto wordt in een windtunnel getest op aerodynamische prestaties. Andy Sacks / Stone / -Getty Images

-Het huidige wagenpark is een enorme verbetering ten opzichte van de sierstaartvinnen en boxy-structuren van weleer. De moderne, gewelfde ontwerpen minimaliseren de kracht die lucht veroorzaakt tegen de beweging van de auto, en het resultaat is een slankere, snellere auto. Omdat snelheid natuurlijk de belangrijkste factor is in NASCAR-races, is aerodynamica een cruciaal element in het ontwerp van stockauto's.

Aerodynamica is de studie van hoe lucht beweegt - vooral hoe het in wisselwerking staat met vaste, bewegende objecten. Net zoals een speedboot de scherpe lijn van een kielzog achter zich laat op het water, creëert een auto een aerodynamische impact terwijl hij door de lucht snijdt.

Auto-ontwerpers en NASCAR-teams vertrouwen op aerodynamische principes om verbeteringen te creëren in het vermogen en de bediening van voertuigen bij hoge snelheden. Personenauto's zijn in de loop der jaren mooier geworden toen fabrikanten ontdekten hoe stroomlijning de brandstofefficiëntie kan verhogen, waardoor een auto met dezelfde snelheid kan rijden met minder pk's. Deze ontwerpen verminderen de luchtweerstand of aerodynamische weerstand.

-In de autosportwereld is het misschien belangrijker om de neerwaartse kracht die de lucht op de wielen van de auto uitoefent, te vergroten. Dit downforce is de sleutel tot het behouden van grip tijdens de krappe en constante bochten van een shorttrackrace.

De ontdekking van de mysterieuze krachten van downforce in de afgelopen decennia bracht de autosportwereld in een razernij van windtunneltesten en subtiele aanpassingen aan de carrosserieën van stockauto's. Het heeft de cultuur en praktijk van autoracen veranderd op manieren die sommige fans irritant vinden. NASCAR heeft moeten ingrijpen en de aerodynamische kenmerken van elk voertuig in de competitie zorgvuldig moeten reguleren om een gelijk speelveld te behouden.

-Zelfs toevallige fans worden voortdurend blootgesteld aan de terminologie van auto-aerodynamica. Dit artikel zal het NASCAR-jargon ontraadselen, te beginnen met het fenomeen aero push.

Inhoud

Stock Car Aero Push
Stock Car Downforce
Stock autolift
Stock Car Drag

Een snel rijdende stockwagen doorboort de lucht tijdens het rijden. Lucht zweeft over de bovenkant van de auto en wordt afgebogen door de spoiler die aan het achterdek is bevestigd. Als een andere auto er direct achteraan loopt, van neus tot staart, komt hij continu het luchtruim binnen dat wordt beïnvloed door de voorligger.

-Het achterlopende voertuig kan, als het op een bepaalde afstand laadt, profiteren van de aerodynamische kracht van de voorste auto. De lucht gedraagt zich alsof de twee auto's één zijn. De verplaatste lucht achter de voorste auto creëert een onderdruk die de voorliggende auto met hogere snelheid of met dezelfde snelheid met verminderde motorinspanning en lager brandstofverbruik aanzuigt. Dit heet het opstellen van. Beide auto's kunnen sneller rijden dan beide auto's zelfstandig kunnen rijden [bron: Turner].

Opstellen kan een zeer krachtige racetechniek zijn, maar het heeft een ernstig risico. De achteroplopende auto ondervindt een vermindering van de neerwaartse druk op de voorbanden, wat resulteert in verlies van stabiliteit en wegligging bij het uitkomen van bochten. Dit is aero push, ook wel een "strakke" toestand genoemd, waarbij de achteroplopende bestuurder het gaspedaal moet loslaten om weer grip te krijgen [bron: ESPN].

Aero push dwingt bestuurders om zorgvuldige berekeningen te maken. Aan de ene kant kunnen veel coureurs competitief blijven in een close race door meeliften op het hoofdvoertuig, gebruikmakend van de toegenomen kracht en verminderde motorbelasting. De effecten zijn vooral direct gunstig. In de bochten spelen de gevaren echter een rol bij verminderde manoeuvreerbaarheid en grotere kans op controleverlies.

Aero-push is bijna het dominante kenmerk van NASCAR-races geworden. Fans hebben geklaagd dat racen een deel van zijn aantrekkingskracht heeft verloren, omdat rijders lange afstanden achter elkaar in vaste posities blijven. Chauffeurs dagen elkaar minder uit, rijden in strakke enkele rij in plaats van zij aan zij. Aan de positieve kant kan een groter aantal voertuigen in de buurt van de leider van het peloton blijven.

Aero-push - en trouwens alle race-aerodynamica - heeft alles te maken met de downforce.

Air on the Air

In de NASCAR-dekking van ESPN laat een special effects-gimmick genaamd Draft Track kijkers zien hoe aero-push in realtime werkt, waarbij luchtstromen worden weergegeven via geanimeerde groene trekjes op het scherm [bron: Hiestand].

Downforce is een neerwaartse kracht die wordt geproduceerd door luchtdruk, waardoor een sterkere druk ontstaat tussen de band en het wegdek. Het betrokken principe is hetzelfde als dat waarmee vliegtuigen lift krijgen, maar dan omgekeerd.

Aërodynamische kracht ontstaat door verschillen in druk op de zijkanten van het bewegende object. De meest gebruikelijke methoden om de neerwaartse kracht van een voertuig te vergroten, zijn het verlagen van de luchtdruk onder het voertuig.

Voor het grootste deel zal elke toename van de neerwaartse kracht ook een bijbehorende toename van de aerodynamische weerstand met zich meebrengen. Voor de snelheidsduivel betekent meer weerstand lagere snelheden op het rechte stuk Maar meer neerwaartse kracht betekent een betere wegligging in bochten omdat de banden de baan beter vastgrijpen.

-Auto-ingenieurs en pitcrews streven ernaar om de twee krachten in evenwicht te houden. Op een circuit als Daytona, met zijn lange rechte stukken en hellende, scherpe hoeken, hebben de ontwerpen de neiging om de weerstand tot een minimum te beperken. Voor shorttrackracen wordt de strategie omgekeerd - omdat de coureur meer van de race in bochten doorbrengt, zal de nadruk op downforce leiden tot een hogere algehele snelheid en meer veiligheid [bron: Tierney].

Het verkrijgen van meer downforce door het manipuleren van de carrosserieën van raceauto's is een obsessieve taak in de autobranche. Misschien is de beste plaats om te beginnen bij de neus van het voertuig. Een goed gebogen neusstuk, laag bij de grond geplaatst, leidt het grootste deel van de lucht naar boven over de bovenkant van de auto. Het doel is om een lagedrukgebied, of gedeeltelijk vacuüm, onder de neus te creëren [bron: Circle 304].

De wielkasten zijn een ander gebied om vorm te geven. Een uitlopende wielkuipopening, voor de band, zal aanstormende lucht van de zijkanten en onderkant van de auto wegstuwen, waardoor de luchtdruk verder afneemt [bron: Boone, "Race Car Aerodynamics"].

Voor alle technologische bekwaamheid die is besteed aan het opbouwen van downforce achter de voorwielen van de stockwagen, is het van cruciaal belang om evenwicht te overwegen. De achterkant van de auto moet voldoende downforce hebben om goed te kunnen rijden.

-Downforce bestuderen betekent aandacht schenken aan de tegenkracht, lift.

Side Skirts Sidebar

Zijskirts -- lange horizontale stukken die laag langs de zijkant van een voertuig lopen - werden in de autosport ontwikkeld als een manier om de luchtdruk eronder te verminderen en neerwaartse kracht te vergroten. Maar dit externe kenmerk kan van het voertuig worden geslagen, wat resulteert in een plotseling verlies van neerwaartse kracht en een grote kans op een ongeval [Bron: Cislunar Aerospace]. Veel race-autoriteiten hebben side skirts verboden, maar ze blijven een opvallend kenmerk van bepaalde personenauto's [Bron: BMW].

-De vleugels van een vogel of een vliegtuig zijn de meest voor de hand liggende producenten van optillen. Maar heffen betekent niet noodzakelijk een opwaartse kracht die de zwaartekracht tegengaat. In feite is downforce een vorm van lift-negatieve lift.

Lift is de aërodynamische kracht loodrecht op de richting van het lichaam in beweging. Omgekeerd, slepen is een weerstandskracht parallel aan, maar tegengesteld aan het bewegende object. Lift - in de volksmond een hemelwaartse kracht -- is meestal tot op zekere hoogte aanwezig in een bewegend object. Omdat lift en downforce tegengestelde krachten zijn, omvat een deel van de inspanning om een stockwagen met een sterke downforce te bouwen het overwinnen van lift.

-De technische doelstellingen zijn om de hoeveelheid lucht die onder het chassis stroomt te beperken om een nauwere aantrekkingskracht tussen de banden en de grond te verzekeren en om gemakkelijke ontsnapping mogelijk te maken voor lucht die eronder komt..

Stockwagens zijn kenmerkend ontworpen met hark -- wat betekent dat de achterkant van de auto hoger van de grond is dan de voorkant van het chassis. Het houdt de druk onder de auto laag en voorkomt lift.

Spoilers, luchtdammen aan de voorkant en vleugels zorgen voor dit effect. Een lucht dam is gemonteerd onder de voorbumper om de luchtstroom onder de carrosserie te blokkeren. Vleugelaanhangsels, die worden gebruikt op Formule 1- en Indy-auto's, worden ondersteboven gekeerd om neerwaartse kracht te bieden in plaats van lift.

Ondanks deze apparaten komen raceauto's af en toe in de lucht. Het gevaar is vooral aanwezig wanneer een auto draait, waardoor de aërodynamische krachten in het spel radicaal veranderen. Tijdens een snelle spin kan de lucht snel genoeg over het dak en de motorkap bewegen om een krachtige liftkracht te produceren.

Voor dergelijke noodsituaties zijn verschillende veiligheidsinnovaties op NASCAR-voertuigen geïnstalleerd, zoals een verzonken rechterzijvenster. Stockwagens die ovale banen naar links cirkelen, laten eerder hun rechtergezicht zien tijdens een draai. De scherpe rand aan de rechterzijruit leidt lucht af in plaats van deze vrij over het dak te laten stromen. Flappen die in het dak van de auto zijn verzonken, een ander veiligheidskenmerk, beginnen te stijgen als de luchtdruk plotseling boven de auto zakt en de luchtstroom blokkeert [Bron: Leslie-Pelecky].

Snelle wetenschap

Als je nieuwsgierig bent naar aerodynamica, doe dan verder onderzoek op internet of bij je plaatselijke bibliotheek. Een boek uit 2008 genaamd "The Physics of NASCAR: How to Make Steel + Gas + Rubber = Speed", door Diandra Leslie-Pelecky, legt aerodynamica en andere wetenschappelijke principes in autoraces uit.

Aerodynamische weerstand is de kracht van lucht over de lengte van de rijdende auto, die de kracht van de auto tegenwerkt. Terwijl de auto een pad door de lucht snijdt, botsen sommige luchtmoleculen tegen de voorbumper, wat weerstand oplevert.

-Andere moleculen stromen langs de motorkap, maar komen tegen de voorruit aan - een andere bron van weerstand. De lucht die soepel over het dak glijdt, wordt turbulent boven de achterruit en achter de auto en oefent een achterwaartse kracht uit op het voertuig.

Snelheid, luchtdichtheid en grootte, vorm en ontwerp van een auto bepalen allemaal de grootte van de luchtweerstand van een auto.

"Een snellere auto ervaart meer weerstand omdat hij luchtmoleculen sneller uit de weg moet duwen", legt Diandra Leslie-Pelecky uit in haar boek "The Physics of NASCAR." "Dichte lucht verhoogt de luchtweerstand omdat er meer luchtmoleculen op elk gebied van de auto terechtkomen. Een groter dwarsdoorsnedegebied verhoogt de luchtweerstand omdat er meer luchtmoleculen uit de weg moeten worden bewogen" [bron: Leslie-Pelecky].

Drag is het grootste obstakel voor acceleratie en racesnelheid. Een personenauto die op de snelweg rijdt, besteedt naar schatting 60 procent van zijn energie aan het overwinnen van luchtweerstand, een veel groter percentage dan de wrijving van banden en de energiebehoefte van de aandrijflijn zelf [bron: Beauchamp].

Het verslaan van luchtweerstand was de eerste grote focus van de auto-aerodynamica, te beginnen in de jaren zestig. Het is nog steeds de belangrijkste variabele in raceomstandigheden die een kleinere premie op downforce plaatsen, zoals langere tracks met meer rechte stukken.

De strakke lijnen, gekantelde voorruiten en afgeronde hoeken van moderne raceauto's - en wat dat betreft - zijn ontworpen om luchtweerstand te minimaliseren. Maar de zoektocht naar raceauto's met een hoge netto neerwaartse kracht leidt soms tot extra weerstand. De achterspoiler die op NASCAR-voertuigen wordt aangetroffen, is een voorbeeld: het verhoogt de luchtweerstand door het gewicht van de voorkant naar de achterkant van de auto te verdelen [bron: Circle Track]. Aerodynamica blijft een levendig en jong vakgebied van techniek, met nog veel innovaties op de weg.

Bezoek de links op de volgende pagina om op de hoogte te blijven van de laatste innovaties op het gebied van aerodynamica.

Aerodynamica en brandstofefficiëntie

Gewone bestuurders hoeven zich geen zorgen te maken over de neerwaartse kracht van hun voertuigen, maar personenauto's kunnen de luchtweerstand verminderen door het chassis te verlagen, een luchtdam, wielkuip en motorkapkappen toe te voegen [bron: Beauchamp].

Hoe Stock Car Aerodynamics werkt

Gerelateerde artikelen