A pesar de sus similitudes y persecución incesante a tiempos de vuelta más rápidos, la diferencia entre los sistemas de frenado en ambas series es bastante grande. En la Fórmula 1, hay una gran desaceleración intensa donde los valores a menudo superan los 5G (en Monza se llega a 6.7 G), pero en las 24 Horas de Le Mans, la fuerza de frenado no supera los 3.5 G.
La razón de esta amplia brecha es la diferencia en masa de los dos prototipos. Un monoplaza de Fórmula 1 tiene un peso mínimo de 733 kg, incluido el conductor, mientras que una carrera de automóviles LMP1 en Le Mans pesa al menos 875 kg más 3 kg para equipo de cámara o un paquete de energía de repuesto. Por supuesto, los vehículos LMP1 no híbridos pueden pesar hasta 45 kg menos, lo que significa que el peso total se reduce a 833 kg.
La principal diferencia se debe, por supuesto, a las diferentes duraciones de las carreras, con un máximo de 120 minutos en F1 a 24 horas en Le Mans. Esto hace que el único factor común que comparten estos coches es que sus discos están hechos de carbono. Lo que es diferente, y por mucho, son las propiedades del disco, como se describe a continuación:
Propiedad
Fórmula 1
24 horas de Le Mans
Espesor del disco
Hasta 32 mm
30-32 mm
Diámetro del disco delantero
278 mm
hasta 380 mm
Diámetro del disco trasero
260 - 272 mm
hasta 355 mm
Cantidad de orificios de ventilación
Más de 1400
Entre 36 y 430
Rango de uso
662-1832 ° F
662-1472 ° F
Use por evento
menos de 1 mm
3-4 mm por disco y 8-10 mm por pad
La diferencia en el diámetro del disco está relacionada con el tamaño de las llantas utilizadas en las respectivas carreras de campeonato. Actualmente en la Fórmula 1, se permiten llantas de 13 ". En las 24 Horas de Le Mans los autos están equipados con llantas de 18".
Dos extremos en la ventilación
En la Fórmula 1, la ventilación es crucial para evitar que el sistema se sobrecaliente. Dependiendo de la temperatura del aire prevista durante el Grand Prix y la estrategia de carrera específica, cada conductor elige entre tres diferentes soluciones de disco Brembo: alrededor de 900, 1,200 o 1,400 agujeros.
Los equipos confían en esquemas de enfriamiento personalizados, un elemento esencial para mejorar la disipación de calor. La temperatura de los discos de F1 puede subir hasta 1.832 ° F durante la carrera. La ventilación de los autos LMP1 no es tan intensa en las 24 Horas de Le Mans porque los equipos realmente tienen el problema opuesto: en lugar de enfriar los sistemas, tienen que evitar que la temperatura baje demasiado, especialmente durante la noche o durante las fases de neutralización .
Eso explica por qué estos autos usan la misma cantidad de orificios de ventilación que los autos de Fórmula 1 usaron hace años. En Le Mans, es importante evitar que los discos de carbono caigan por debajo de 662 ° F, lo que causaría que el material de fricción se esmalte, lo que reduciría la eficacia de frenado y provocaría un desgaste prematuro del disco.
Para evitar que esto suceda, se ofrecen materiales de fricción para discos y almohadillas con una conductividad térmica más eficiente.
Diferentes desgaste, controles integrados
Al igual que en la Fórmula 1, los autos LMP1 que compiten en las 24 Horas de Le Mans usan pastillas de freno de carbono Brembo. Naturalmente, las almohadillas que usan son más gruesas para garantizar que permanezcan totalmente operativas durante las 24 horas completas.
Solo tenga en cuenta que el desgaste del disco y la almohadilla durante una carrera de Fórmula 1 es inferior a un milímetro, mientras que los prototipos que compiten en Le Mans consumen de 3 a 4 mm por disco y de 8 a 10 mm por pad.
Para monitorear el consumo, los monoplazas de Fórmula 1 están equipados con sensores que transmiten continuamente la temperatura de los discos y pinzas a los ingenieros en las fosas. En algunos casos, los sensores también monitorean el estado de los pistones para que puedan calcular el desgaste de discos y almohadillas.
El monitoreo de estos elementos permite la resolución proactiva de problemas en diferentes condiciones de uso y la comunicación con el conductor en tiempo real sobre la modificación del equilibrio de los frenos y la recuperación de energía del frenado del monoplaza.
Además de los sensores, los discos Brembo en los prototipos de Le Mans tienen ranuras con un rango de profundidades que hacen que sea fácil verificar rápidamente el estado de los discos cuando el auto está en boxes para reabastecer combustible o cambiar el controlador. Cuando una de estas ranuras ya no es visible, significa que el disco se ha consumido más que la profundidad de la ranura cuando es nuevo.
Obviamente, cuando desaparece la última ranura, el disco debe reemplazarse porque el nivel de rendimiento se ha reducido.
Rendimiento de frenado comparado
Puede parecer imposible comparar el rendimiento de frenado de estos dos tipos de autos ya que no compiten en la misma pista.
Para evitar este problema, se hizo una comparación entre el frenado más duro realizado en las dos competiciones, calculando la desaceleración promedio de cada una en relación con el tiempo de frenado y la distancia. En general, los autos de Fórmula 1 y LMP1 son muy diferentes y su comportamiento durante el frenado no puede ni debe atribuirse únicamente a los frenos.
Los autos de carreras tienen diferentes distribuciones de peso y cargas aerodinámicas, pero aún más importante es que sus neumáticos difieren en tamaño y compuesto, lo que juega un papel importante en el rendimiento de frenado. Aunque no es perfecto, esta comparación aún proporciona resultados interesantes.
En Chicane 1 en Le Mans (giro 5 en la pista), los LMP1 llegan a 208 mph y frenan durante 3,21 segundos durante los cuales viajan 195 m. Los autos entran a la esquina a 68 mph gracias a que el conductor aplica una carga de 220 lb en el pedal del freno. La desaceleración durante el frenado alcanza un máximo de 3.5 G.
En comparación, los autos de F1 que entran en Parabolica en Monza (el último giro en la pista del GP de Italia) frenan de 314 km / h a 204 km / h en tan solo 1,22 segundos, en un tramo de vía que solo mide 72 m. Se requiere que los conductores apliquen una notable cantidad de fuerza: 6,7 G en desaceleración y una carga de poco más de 200 kg en el pedal del freno.
Eso significa que un auto de Fórmula 1 puede caer a más de 88 km / h [314-204 km / h) /1.22] en un segundo, mientras que los autos de gama alta LMP1 solo pueden reducir sus velocidades en 69 km / h [ (334-110 km / h) /3.21] por segundo.
Los números de rendimiento de frenado en F1 también se confirman cuando se buscan pistas de alta carga aerodinámica como Singapur y Mónaco. En la curva 1 del circuito de Marina Bay Street en Singapur, los monoplazas de Fórmula 1 frenan durante 1,98 segundos para pasar de los 294 km / h a los 135 km / h: eso significa que en un segundo caen más de 80 km / h. Y en la primera curva después del túnel (Turno 10) en el GP de Mónaco, los monoplazas pasan de los 286 km / h a los 93 km / h en 2.03 segundos: en esencia, en un segundo desaceleran 95 km / h.
La diferencia puede parecer mínima, pero dijo de otra manera que es realmente impresionante: en 72 m de frenada, los monoplazas de Fórmula 1 bajan más de 105 km / h, mientras que en la misma cantidad de espacio los prototipos LMP1 disminuyen sus velocidades alrededor de 69 km / h.
En resumen, los autos de Fórmula Uno muestran un rendimiento de frenado superior a los autos LMP1, gracias a una cantidad variable de factores. Pero, una vez más, todos acabarían con los frenos desgastados después de solo 1/8 de la distancia del desafío de 24 horas que es Le Mans.
Evolución de las pruebas aerodinámicas en F1 - Mediciones
Vyssion & jjn9128 en Este artículo sigue a la Parte 1 - Windtunnels , centrándose en el diseño y la operación del túnel de viento.
Instrumentación y medidas
Contrario a la creencia popular, los aerodinamicos pasan muy poco tiempo moviendo varillas de humo en el túnel de viento. Al igual que los autos de tamaño completo, representan, los modelos de túneles de viento requieren y contienen una variedad de sensores e instrumentación, aunque con el único propósito de medir datos aerodinámicos.
Medición de fuerzas
Las fuerzas y momentos aerodinámicos se miden usando balances de fuerza, que se construyen a partir de una disposición de flexiones diseñadas para el cumplimiento en las direcciones x, y y z. La compresión y extensión de estas flexiones se mide mediante medidores de tensión que miden el cambio en la resistencia eléctrica sobre un pedazo largo de cable delgado. Los balances de fuerza pueden situarse en el interior (aproximadamente el tamaño de una caja de pañuelos) o externos (aproximadamente uno o dos metros cúbicos) para el modelo, y cada equipo / instalación tiene un método preferido como se indicó anteriormente.
Además de medir las fuerzas aerodinámicas totales generadas por el automóvil, también se miden las cargas producidas por algunos componentes individuales del automóvil. Las aletas delantera y trasera están equipadas con células de carga (balances de eje único) para la medición de la carga aerodinámica, mientras que la elevación producida por las ruedas se mide utilizando células de carga de parches de contacto, similares a una balanza de cocina electrónica, montadas debajo de cada neumático debajo del rodamiento la carretera. Una ventaja de montar las ruedas fuera del cuerpo con barras horizontales como se muestra arriba en el túnel de viento de los 90, como fue el caso hasta mediados de la década de 2000, es la capacidad de medir la fuerza de arrastre producida por las ruedas expuestas; Sin embargo, montar las ruedas en el cuerpo hace que la rueda de medición sea más difícil.
Medición de presiones superficiales
Las presiones superficiales se miden usando pequeños orificios, de aproximadamente 0.5 mm de diámetro, en la superficie del automóvil llamados grifos de presión. Además de ser utilizado para detectar fenómenos aerodinámicos, como la separación de flujo, la medición de presiones permite determinar la fuerza sobre una superficie particular al integrar las presiones acumuladas en el área en cuestión,
,
más grifos de presión superficial darán una imagen más precisa de la fuerza en una superficie. Esta es la misma forma en que los equipos pueden ver cuándo se pierde el rendimiento del difusor en el automóvil de tamaño completo; por ejemplo, en el automóvil de Stoffel Vandoorne en Abu Dhabi 2017 donde el equipo podía ver que un lado del difusor estaba atascado, lo que más tarde se descubrió que era causado por un trozo de cinta enrollado alrededor de uno de los difusores.
Marussia - Difusor trasero con túnel de viento a escala del 50%, ubicaciones del grifo de presión superficial (41 en total) marcadas con un círculo, desde @andylaurence.
Cada toma de presión de superficie está conectada por un tubo de plástico largo a un transductor de presión, que se muestra a continuación, que utiliza medidores de tensión para medir las deflexiones en diafragmas minúsculos causados por la presión en el grifo de la superficie. Esta es otra diferencia entre las pruebas de túnel de viento en los años 90 en comparación con ahora; en el pasado, la tubería de presión debía pasar fuera del túnel a un manómetro (típicamente un tubo de vidrio con forma de U lleno de un líquido relativamente denso que cambia la altura en el tubo cuando cambia la presión en el grifo, el cambio en la altura del fluido para ser marcado y medido con precisión con una regla después de que concluyan las pruebas). Cada toma requería su propio manómetro, por lo que solo se podían medir algunas presiones de superficie a la vez. Dependiendo de la cantidad de manómetros disponibles y de que registrar más de unas pocas presiones en la superficie requeriría detener el túnel, cambiar el tubo del manómetro de un golpe de presión a otro y luego repetir el experimento. Los transductores de presión modernos pueden registrar cientos de tomas de presión simultáneamente, y son lo suficientemente pequeños para adaptarse a múltiples transductores dentro del modelo, cada uno de los cuales está controlado electrónicamente. Las mediciones pueden luego salir y superponerse automáticamente en el CAD para comparar CFD y los datos de seguimiento.
También se tomará una medida de presión dentro del enfriamiento lateral y otros intercambiadores de calor surtidos.
Ejemplo de un transductor de presión electrónico de 64 canales (longitud ~ 115 mm), de scanivalve.com.
Visualización de flujo de superficie
Visualizar el flujo superficial es una técnica importante para determinar la dirección del flujo, así como el estado de flujo (es decir, laminar o turbulento) y las regiones de alta vorticidad. Un método común de visualización de flujo serían mechones de lana (o cualquier cuerda ligera, delgada) de unos 15-20 mm de largo que se adhieren a la superficie. Los mechones de lana se sientan planos a la superficie en regiones de flujo laminar, con sus colas que indican la dirección local de flujo. Después de que la capa límite transiciones a una turbulenta, los mechones se aletean un poco, pero todavía indicará la dirección de flujo promedio. En flujo separado, los mechones pueden caer por su propio peso o incluso revertir, mientras que en las regiones de vorticidad los mechones se moverán en espiral. La ubicación de los penachos es importante para capturar todas estas condiciones de flujo ya que las características de flujo se perderán cuando no haya mechones.
La pintura Flow-viz es un método familiar para todos los fanáticos de F1. Está hecho de una mezcla de un tinte en polvo (a menudo resistente a los rayos UV) y aceite de parafina, para crear un líquido de baja viscosidad que fluye fácilmente sobre las superficies. Los equipos tendrán sus propias recetas y colores preferidos, Marussia / Manor favoreciendo el rosa (arriba), a veces utilizando varios colores para mostrar cómo se mezcla el flujo de aire a lo largo del automóvil. A diferencia de los mechones de lana, el flujo fluirá alrededor de todas las superficies (asumiendo una aplicación suficiente) y los aerodinamistas aprenderán a leer los distintos patrones creados y cómo indican las diversas características de flujo mencionadas anteriormente.
Midiendo el campo de flujo
La Velocimetría de Imágenes de Partículas (PIV) fue una técnica que se volvió más fácilmente disponible para los equipos en la década de 2000; antes de esa medición del campo de flujo era posible usar una sonda de presión en un sistema transversal, similar a las sondas en los aero-rastrillos para la prueba de seguimiento. Donde estas sondas de presión se inmiscuyan en el flujo de aire y por lo tanto alteren levemente el flujo alrededor del automóvil, el PIV es discreto y utiliza láseres estroboscópicos y cámaras sincronizadas para rastrear el progreso de una partícula inyectada en el flujo de aire. Las cámaras toman cientos de fotografías y software especializado y luego determina los valores numéricos para la dirección y la velocidad del flujo de aire (vectores). El uso de PIV también es más rápido cuando se recopilan grandes conjuntos de datos en todo el automóvil, que luego se pueden comparar con los datos de CFD y aerotaxis recogidos de la pista.
Esquema de PIV instalado en el túnel de viento de la F1, a la izquierda de Nakagawa et al (2016), desde Ogawa et al (2009).
Otros instrumentos a bordo
Sensores de distancia láser delantero y trasero para una medición precisa de la altura de manejo.
Sistemas neumáticos para recrear los flujos de escape.
Sistemas de circuito cerrado para monitorear las condiciones del automóvil.
Nakagawa M, Kallweit S, Michaux F, Hojo T. Campos de velocidad típicos y estructuras vorticales alrededor de un coche de fórmula uno, basados en investigaciones experimentales que utilizan velocimetría de imágenes de partículas. SAE Revista Internacional de Automóviles de Pasajeros-Sistemas Mecánicos. 2016 5 de abril; 9 (2016-01-1611): 754-71.
Ogawa A, Yano S, Mashio S, Takiguchi t, Nakamura S, Shingai M. Metodologías de desarrollo para la aerodinámica de la fórmula uno. Metodologías de desarrollo para Aerodinámica de Fórmula Uno. Revisión técnica de Honda R & D 2009, F1 Special (The Third Era Activities), páginas 142 {151, 2009.
Evolución de las pruebas aerodinámicas en F1 - Windtunnels
Vyssion & jjn9128 en
Como primera parte de la serie de artículos sobre la evolución de las pruebas aerodinámicas, echamos un vistazo más de cerca a los windtunnels.
El principio por el que funcionan los túneles de viento fue descrito por primera vez por Leonardo Da Vinci, según el cual un cuerpo que se mueve a través de un fluido estático produce las mismas fuerzas que un cuerpo estático en un fluido que fluye. Los túneles de viento han estado en uso en la Fórmula 1 desde la década de 1970, cuando la importancia de la aerodinámica se hizo evidente para los equipos. Durante los años 70 y 80, a principios de los 90, la mayoría del desarrollo aerodinámico en la Fórmula 1 se realizó en dos instituciones académicas en el Reino Unido, el Imperial College de Londres y la Universidad de Southampton; Peter Wright diseñó el efecto suelo Lotus 79 en Imperial, mientras que Adrian Newey, entre otros, favoreció a Southampton (Pininfarina y Fondmetal en Italia también consiguieron muchos negocios).
Cansado de compartir instalaciones y buscar una ventaja competitiva, durante la década de los 90 hubo una carrera armamentista con equipos que construyeron túneles de viento privados más grandes y especializados. Esto permitió a los equipos programar pruebas cualquier día del año con pruebas a mayor escala que produzcan resultados más precisos. Además de esto, el Imperial College y la Universidad de Southampton solo podían aceptar modelos de hasta el 40% de la escala; como veremos más adelante en este artículo, el tamaño del modelo en relación con el automóvil real es algo que debe tenerse cuidadosamente en cuenta, por lo que la construcción de túneles capaces de aceptar vehículos de tamaño completo (como lo hicieron Sauber y Honda ) ofrece beneficios adicionales para probar partes aerodinámicas (aunque los equipos ahora están restringidos por regulaciones a modelos a escala del 60%).
Fundamentos del túnel de viento
Todos los túneles de viento en la Fórmula 1 son de un tipo llamado "retorno cerrado", lo que significa que el aire gira alrededor de un circuito rectangular en un sistema cerrado. Hay varios acondicionadores de flujo alrededor del túnel de viento diseñados para ayudar al paso de aire alrededor de las esquinas del circuito, así como para enderezar el flujo y descomponer la turbulencia generada por los ventiladores. A medida que el aire se recircula alrededor del túnel de viento, es calentado por los motores de los ventiladores, por lo que grandes intercambiadores de calor (similares a los radiadores de un automóvil) se utilizan para enfriar el aire y mantener una temperatura constante, importante para la seguridad de la medición.
La parte más interesante de un túnel de viento es su sección de trabajo (o prueba). Esta es la parte del túnel donde se encuentra el modelo y se realizan mediciones. La sección transversal del túnel de viento se contrae conduciendo a la sección de trabajo para acelerar el aire y crear un flujo de aire más uniforme. El suelo del túnel de viento tiene una carretera rodante similar a una cinta rodante que coincide con la velocidad del aire y hace girar los neumáticos. También hay un fenómeno de flujo de aire llamado "capa límite" (o gradiente de velocidad del 99%) que se desarrolla en cualquier superficie a medida que el aire se mueve sobre ella. Es la región del aire cerca de la superficie la que está influenciada por la viscosidad. El aire casi se 'pega' a la superficie y se ralentiza por la fricción. La capa límite crece a medida que viaja a lo largo de la superficie y puede volverse relativamente gruesa, especialmente en regiones donde la presión superficial está aumentando rápidamente (gradiente de presión adversa). Si el plano de tierra estuviera estacionario, entonces las capas límite del suelo y de la carrocería del automóvil se fusionarían de una manera que no es representativa del automóvil de tamaño completo. Mover la tierra significa que no se forma la capa límite terrestre, lo que da como resultado una simulación más realista del flujo de la parte inferior de la carrocería. Tal es la magnitud de la baja presión generada por los underbodies de Fórmula 1 que el cinturón de carretera debe ser aspirado al suelo para evitar que se levante y bloquee la parte inferior del vehículo. En algunos túneles de viento, como lo que resulta en una simulación más realista del flujo de la parte inferior de la carrocería. Tal es la magnitud de la baja presión generada por los underbodies de Fórmula 1 que el cinturón de carretera debe ser aspirado al suelo para evitar que se levante y bloquee la parte inferior del vehículo. En algunos túneles de viento, como lo que resulta en una simulación más realista del flujo de la parte inferior de la carrocería. Tal es la magnitud de la baja presión generada por los underbodies de Fórmula 1 que el cinturón de carretera debe ser aspirado al suelo para evitar que se levante y bloquee la parte inferior del vehículo. En algunos túneles de viento, comoSauber , la carretera rodante se sienta en una plataforma giratoria que puede guiar la carretera para tomar curvas en las simulaciones.
Esquema de la sección de trabajo del túnel de viento Toyota Motorsport GmbH (TMG), de Nakagawa et al (2016).
Hay un fantástico video disponible en YouTube de Willem Toet explicando el túnel de viento Sauber F1, que recomendamos encarecidamente ver. A continuación encontrará el primer video de la serie:
El siguiente artículo espera dar un resumen un poco más generalizado de las metodologías del túnel de viento, así como una descripción general de cómo se han desarrollado las pruebas a lo largo del tiempo.
Uso del túnel de viento
Donde los equipos solían operar sus túneles de viento durante tres turnos todos los días del año, las pruebas aerodinámicas en la Fórmula 1 están actualmente restringidas por las Restricciones de Pruebas Aerodinámicas (ATR) de la FIA, que se describen en el Apéndice 8 de las regulaciones deportivas Fórmula 1 de la FIA. Los ATR tienen 7 páginas, por lo que lo siguiente es solo un resumen:
1. Ensayo de túnel de viento restringido (RWTT) 1.1 En el contexto de este apéndice, las palabras carrocería, suspensión de aire y conductos de aire del sistema de frenos tendrán la misma definición que las provistas por ... el Reglamento Técnico de F1 respectivamente. 1.3 No se puede llevar a cabo RWTT usando un modelo a escala que sea mayor al 60% del tamaño completo. 1.4 No se puede llevar a cabo RWTT a una velocidad del aire del túnel de viento superior a 50 m / s medida en relación con el modelo de escala mencionado en el Párrafo 1.3 ... 1.5 RWTT solo puede llevarse a cabo en túneles de viento nominados por el competidor al FIA. Cada competidor puede nominar solo un túnel de viento para su uso en cualquier período de doce meses y declararlo a la FIA por escrito ... 1.6 El fluido RWTT debe ser de aire a presión atmosférica. 1.7 Durante RWTT, se considera que una única carrera comienza cada vez que la velocidad del aire del túnel de viento sube por encima de 5 m / s y terminará la primera vez cuando la velocidad del túnel del viento caiga por debajo de 5 m / s. 1.8 Durante RWTT solo se puede usar un modelo por carrera y solo se permite un cambio de modelo por competidor por período de 24 horas ...
Las reglas también limitan el número de horas a la semana en que se puede ejecutar el túnel de viento, los equipos solo pueden ocupar el túnel de viento durante hasta 60 horas, durante ese tiempo solo pueden realizar hasta 68 pruebas individuales o un máximo de 25 horas de tiempo de "viento encendido" (el tiempo de viento se define como el tiempo en que la velocidad del viento excede los 15 m / s), el límite que se alcance primero. El tiempo pasado en el túnel de viento se resta del máximo CFD permitido (usando la fórmula siguiente), por lo que los equipos deben planificar y equilibrar sus programas de pruebas aerodinámicas de manera eficiente. La ocupación del túnel de viento es filmada por cámaras de la FIA por lo que hay poco que ganar tratando de hacer trampa!
Donde: Y para RCFD (CFD restringido) Simulaciones Opción A: Y para RCFD Simulations Option B:
A continuación, se incluye parte de un registro de actividades del túnel de viento del equipo Caterham F1. Fue uno de los tres equipos de Fórmula 1 que utilizaron el túnel de viento en TMG en 2014, junto con McLaren y Force India ( Williams y Ferrari también utilizaron las instalaciones de TMG en el pasado). En ese momento las reglas del túnel de viento eran un poco más laxas que hoy; y durante un período de 3 días (del 16 al 18 de septiembre de 2014) los aerodinamistas de Caterham ocuparon el túnel de viento durante un total de 62 horas, con 83 carreras individuales completadas durante 12.5 horas de viento a tiempo. Es posible que esto represente el total del tiempo de prueba asignado para esa semana con McLaren , Force India, o incluso el programa LMP1 de Toyota asumiendo el túnel de viento el viernes 19.
Registro de ocupación del túnel de viento Caterham desde 2014, desde @ KevTs / CaterhamF1.co.uk.
Modelos de túnel de viento
Una gran parte de la diferencia en las pruebas de túnel de viento en los últimos 20-30 años son los métodos de fabricación utilizados para crear los modelos de túnel de viento. En la década de los 90, los autos fueron hechos a mano, predominantemente utilizando madera con algunos componentes de metal (aluminio). Durante la década de 2000, se utilizó una gran cantidad de fibra de carbono que requirió tiempos de entrega similares para el automóvil de tamaño completo (es decir, fabricación de moldes, tiempo de revelado y curado). Los modelos modernos de túnel de viento se imprimen principalmente en 3D directamente desde el modelo CAD utilizado para fabricar el automóvil de tamaño completo, aunque todavía con algunos componentes estructurales de aluminio, a saber, el ala posterior, el plano principal del ala delantera y los miembros de la suspensión.
Willem Toet con el modelo Benetton B193 en el túnel de viento de la Universidad de Southampton alrededor de 1993, de Toet "¿Qué hice en la Fórmula 1?", En comparación con el Caterham CT07 no mejorado en el túnel de viento TMG en 2014, de @ KevTs / CaterhamF1.co. Reino Unido.
Como se mencionó anteriormente, las escalas de modelos más grandes son deseables para una mayor precisión, esto se debe a algo llamado similitud dinámica, que se logra cuando las características de flujo de superficie de las pruebas de escala coinciden con el coche de tamaño completo. La similitud dinámica está relacionada con el número de Reynolds (Re), la relación de velocidad ( ) y longitud ( ) con la viscosidad ( ),
,
simplemente, si la escala del modelo es 50%, entonces la velocidad del aire debe ser 2 veces mayor (suponiendo las mismas condiciones atmosféricas) para coincidir con el número de Reynolds y producir el mismo perfil aerodinámico. Con un 40% de modelos, como era el límite en los túneles de viento de Southampton e Imperial, la velocidad del viento tendría que ser 2,5 veces más rápida para la similitud dinámica. El problema es que la velocidad del viento más rápida requiere una mayor potencia para mover la masa de aire alrededor del circuito del túnel de viento, la potencia del ventilador ya es ~ 3MW, y para lograr una similitud dinámica con velocidades más altas la velocidad del viento comienza el aire se comporta de manera diferente al pasar a velocidades supersónicas). Como el RWTT limita a los equipos a modelos a escala del 60% a 50 m / s, los equipos solo pueden lograr una similitud dinámica con el automóvil de tamaño completo que viaja a 108 km / h (67,5mi / h).
There are disadvantages to larger scale testing in F1, mainly material cost. The RWTT scale limit of 60% was imposed to try and maintain a level playing field between the richest and poorest teams.
A pesar de las diferencias visuales obvias, hay similitudes, principalmente la columna vertebral de aluminio subyacente en la que se unen la carrocería y la instrumentación. La columna vertebral también se utiliza para conectar el modelo al techo del túnel de viento a través del puntal superior que, además de soportar el modelo, también cubre el cordón umbilical de los cables electrónicos y neumáticos entre los instrumentos de a bordo y la sala de control. El puntal tiene forma de perfil aerodinámico para reducir su impacto aerodinámico en la parte trasera del automóvil, pero crea una estela que afecta las superficies aguas abajo y es una de las principales desventajas de las pruebas de túnel de viento en comparación con el CFD. Otras similitudes y diferencias clave entre las eras se discuten a continuación:
Sistemas de movimiento modelo
El puntal de soporte elevado también se utiliza para establecer la altura de desplazamiento y el paso (inclinación) del automóvil. En los años 90, estos fueron los únicos grados de libertad disponibles para los aerodinámicos, mientras que ahora los autos tienen múltiples grados de libertad. Los modelos pueden inclinarse (altura de marcha adelante y atrás), rodar (altura de manejo izquierda y derecha) y guiñar para crear mapas aerodinámicos que incluyen los efectos de aceleración, frenado y viraje, además de determinar la carga aerodinámica de referencia, arrastre, y aero-balance. Los aerodinamistas también pueden dirigir las ruedas delanteras para una representación más precisa de la aerodinámica de las curvas. Los mapas aerodinámicos se introducen en simulaciones de conductor en bucle, en lugar de simulaciones de tiempo de vuelta iterativas de estado estacionario, para ayudar a guiar las elecciones de preparación antes de un fin de semana de carrera.
La naturaleza del ATR significa que los equipos también tienen que ser más listos para maximizar los datos recopilados de cada ejecución clasificada de la FIA. Con este fin, los equipos pasaron de las pruebas de condición fija, donde el modelo se movió a una actitud particular y los datos se registraron durante ~ 20 segundos antes de pasar a la siguiente actitud, a simulaciones de movimiento continuo en las que los datos se registran mientras el modelo -juego programado de actitudes y ángulos de dirección. Este movimiento del modelo se puede lograr moviendo físicamente el puntal de soporte del modelo usando un sistema hexapod superior o mediante un sistema de movimiento de modelo interno de 3 ejes, similar a las unidades comerciales que se muestran a continuación, con la altura del vehículo manejada por el puntal. Ambos sistemas tienen aspectos positivos y negativos y el uso de cada uno puede depender de la ubicación del transductor de fuerza / momento principal (balance) ya sea por encima, como en el esquema del túnel de viento TMG arriba, o dentro del automóvil en la base del puntal de soporte. Se prefiere que la guiñada modelo se consiga desde el interior del modelo para mantener el puntal de soporte alineado al túnel, minimizando la perturbación.
Ejemplo de un sistema comercial de movimiento de modelos de 3 ejes, de ATE-aerotech.co.uk.
Llantas
Una diferencia obvia en las imágenes anteriores de las pruebas de túnel de viento en el pasado en comparación con ahora es el uso de neumáticos en lugar de ruedas de metal sólido con forma cónica (para camber). Una estipulación en el contrato para el proveedor oficial de neumáticos de la Fórmula 1 es que deben suministrar a los equipos neumáticos especiales para las pruebas de túnel de viento. Los neumáticos tienen una dimensión reducida para adaptarse a la escala del modelo, pero también están diseñados para deformarse de la misma manera que los neumáticos de tamaño completo.
Otra diferencia obvia es la forma en que las llantas y las ruedas están montadas en el túnel de viento, hoy están unidas al automóvil a través de brazos de suspensión completamente articulados en lugar de estar montados fuera del cuerpo usando barras horizontales. Los miembros de la suspensión deben moverse libremente para evitar que las fuerzas reactivas de las mediciones de la fuerza de corrimiento del neumático. De nuevo, cada método tiene ventajas y desventajas, pero se prefiere el enfoque en el cuerpo para mejorar la precisión aerodinámica, a expensas de la repetibilidad experimental absoluta.
Una cosa que no permite las ruedas sobre el cuerpo es la capacidad de cargar verticalmente el neumático para deformar con precisión el parche de contacto y el perfil de la pared lateral. La representación geométrica correcta de los neumáticos bajo carga y rotación es crítica para simular con precisión el chorro de parche de contacto del neumático (el chorro de aire expulsado a alta velocidad desde donde la banda de rodadura rotativa se encuentra con la carretera) y la forma general de la estela turbulenta del neumático , por lo que los equipos usan un empujador (debajo) ubicado dentro de la rueda para alterar la forma de la pared lateral, dependiendo de la carga vertical simulada.
Empujador de parche de contacto del neumático del túnel de viento, de Ogawa et al (2009).
Nakagawa M, Kallweit S, Michaux F, Hojo T. Campos de velocidad típicos y estructuras vorticales alrededor de un coche de fórmula uno, basados en investigaciones experimentales que utilizan velocimetría de imágenes de partículas. SAE Revista Internacional de Automóviles de Pasajeros-Sistemas Mecánicos. 2016 5 de abril; 9 (2016-01-1611): 754-71.
Ogawa A, Yano S, Mashio S, Takiguchi t, Nakamura S, Shingai M. Metodologías de desarrollo para la aerodinámica de la fórmula uno. Metodologías de desarrollo para Aerodinámica de Fórmula Uno. Revisión técnica de Honda R & D 2009, F1 Special (The Third Era Activities), páginas 142 {151, 2009.
Al igual que en la Fórmula 1, los autos LMP1 que compiten en las 24 Horas de Le Mans usan pastillas de freno de carbono Brembo. Naturalmente, las almohadillas que usan son más gruesas para garantizar que permanezcan totalmente operativas durante las 24 horas completas.
En Chicane 1 en Le Mans (giro 5 en la pista), los LMP1 llegan a 208 mph y frenan durante 3,21 segundos durante los cuales viajan 195 m. Los autos entran a la esquina a 68 mph gracias a que el conductor aplica una carga de 220 lb en el pedal del freno. La desaceleración durante el frenado alcanza un máximo de 3.5 G.
