Переднее антикрыло

[Александр Кречетов]

Переднее антикрыло автомобиля класса "формула-1" образца 2011 года

Материал, представленный ниже, позволит лучше представить технический регламент «Формулы-1» и подходы к конструированию передних антикрыльев. Вполне возможно, что я могу в чем-то ошибаться. С интересом рассмотрю замечания по материалу.

Рис. 1

Данная модель антикрыла, изображенная на рисунке 1, отличается от используемых командами Ф-1 своей относительной простотой. Это вызвано двумя причинами: антикрыло создавалось с нуля, поэтому было затруднительно представить пропорции с таким расчетом, чтобы все элементы удовлетворяли техническому регламенту «Формулы-1». Вторая причина – наглядность. Построить антикрыло с большей аэродинамической загрузкой теперь будет проще, но так как у меня нет данных по используемым профилям плоскостей, не думаю, что это целесообразно. Компьютер, на котором производились текущие расчеты, устарел, вычисления занимают часы, а на домашнем, более мощном, я пока не стремлюсь установить нужное программное обеспечение. Разница в полученных результатах в зависимости от выбранной точности и соответственно скорости обработки значительна. Вполне возможно, что расчеты сильно пострадали из-за этой проблемы. Кроме того, в этих продувках не учитываются существенные факторы: вращение колес; движение антикрыла относительно дорожного полотна со своей шероховатостью; изгиб антикрыла; вибрации. По причине того, что добиться достоверных данных в области колес не удастся, колеса изображены условно без дисков, также не моделировалась подвеска, воздухозаборники тормозов и т. п.

Габаритные размеры

Размеры элементов, составляющих переднее антикрыло образца 2011 года, определяются из статей 3.7 и 3.11 технического регламента «Формулы-1». Как можно убедиться ниже, рамки довольно жесткие, однако они оставляют простор для творчества. Видно, что в концепции антикрыла, заложенного в регламенте, не используются все возможности по увеличению прижимной силы, имеющиеся в данной области автомобиля. В этом проявляется стремление ФИА к уменьшению влияния аэродинамики на поведение автомобиля на трассе, уменьшению скоростей в поворотах.

Рис. 2


Рис. 3


Чертеж 17а

Ниже приводятся пункты правил с пояснениями. В скобках отмечены цвета, которые соответствуют областям из пунктов регламента на рисунках 2 и 3 с учетом накладываемых пунктом 3.11.1 ограничений, показанных на чертеже 17а, взятого из приложения к регламенту. Для наглядности оставлен минимум размеров, которые дают представление о расположении областей.

3.7.1 (светло-серая область)
Все элементы, расположенные впереди вертикальной плоскости, находящейся на расстоянии 330 мм позади оси передних колес, и расположенные более чем в 250 мм и менее чем в 1000 мм от продольной плоскости автомобиля, ограничены горизонтальными плоскостями на расстоянии 75 мм и 275 мм над базовой плоскостью автомобиля.

3.7.2 (зеленая область)
Любое горизонтальное сечение, лежащее впереди вертикальной плоскости, находящейся на расстоянии 450 мм спереди от оси передних колес, расположенное менее чем в 250 мм от продольной плоскости автомобиля и ограниченное горизонтальными плоскостями на расстоянии 125 мм и 200 мм над базовой плоскостью, может содержать только две симметричные области с общей максимальной площадью 5000 кв. мм. Толщина каждой области не должна превышать 25 мм, измерения проводятся в плоскости, перпендикулярной продольной плоскости автомобиля.

Сечение, расположенное на расстоянии 125 мм от базовой плоскости вертикально проецируется на профиль из пункта 3.7.3, образуя тем самым тела. Радиусы сопряжений этих тел с профилем из пункта 3.7.3 не могут превышать 10 мм.

В пункте 3.7.2 идет речь о пилонах антикрыла. Для модели максимальная плоскость в указанной зоне составляет 4784 кв. мм.

3.7.3
Впереди вертикальной плоскости, находящейся на расстоянии 450 мм спереди от оси передних колес, в области, расположенной менее чем в 250 мм от продольной плоскости автомобиля и ниже, чем в 125 мм от базовой плоскости, может находиться только одна секция, одинаковая для всех продольных сечений. Кроме мест сопряжения с элементами из пункта 3.7.3 размеры профиля секции и его положение определено чертежом 7.

В пункте 3.7.3 говорится о ставшей с 2009 года стандартной для всех автомобилей «Формулы-1» центральной секции плоскости антикрыла. Она представляет собой аэродинамически нейтральный профиль, положительный угол атаки которого составляет около 4 градусов.

3.7.4 (желтая область)
В области, ограниченной вертикальными плоскостями, находящимися на расстоянии 450 мм и 100 мм спереди от оси передних колес, расположенной между вертикальными плоскостями, находящимися на расстоянии 250 мм и 400 мм от продольной плоскости автомобиля и между горизонтальными плоскостями, находящимися на расстоянии 75 мм и 275 мм над базовой плоскостью, площадь всех элементов спроецированных на продольную плоскость автомобиля не должна превышать 20000 кв. мм.

В пункте 3.7.4. говорится о переходной части антикрыла: от стандартной центральной части к крайней плоскости антикрыла. Для модели указанная площадь составляет 9910 кв. мм.

3.7.5 (синяя область)
Спереди от оси передних колес и между плоскостями, расположенными на расстоянии 750 мм и 840 мм от продольной плоскости автомобиля, площадь всех элементов должна составлять не менее 95000 кв. мм при проекции на вид сбоку.

В пункте 3.7.5 оговаривается площадь элементов, образующих торцевые пластины антикрыла, так называемые «шайбы».

3.7.6 (бирюзовая область, которая может показаться серой; светло-зеленая область заключенная в бирюзовой)
Спереди от оси передних колес и между плоскостями, расположенными на расстоянии 840 мм и 900 мм от продольной плоскости автомобиля, площадь всех элементов должна составлять не менее 28000 кв. мм при проекции на вид сверху. Кроме того, на виде снизу все элементы в этой области должны составлять сплошную поверхность, которая не может находиться выше базовой плоскости более чем на 100 мм.

Пункт 3.7.6 определяет площадь и расположение горизонтальных элементов торцевых пластин антикрыла. Для модели указанная площадь составляет 31865 кв. мм. Светло-зеленым отмечена область, регламентирующую высоту нижней поверхности горизонтальной секции «шайбы».

3.7.7 (бирюзовая область)
Любое продольное вертикальное сечение элементов в области, расположенной на расстоянии 840 мм и 900 мм от продольной плоскости автомобиля, должно иметь площадь не более чем 15000 кв. мм.

В пункте 3.7.7 определяются площади вертикальных сечений внешних со стороны «шайб» элементов. Для модели максимальное значение данной площади составляет 14496 кв. мм.

3.7.8 (розово-оранжевая область)
Только одно сечение, которое должно быть полым, может находиться в любой вертикальной плоскости, находящейся на расстоянии 150 мм спереди от оси передних колес, в области, находящейся не более чем в 250 мм от продольной плоскости автомобиля и лежащей выше отметки 125 мм над базовой плоскостью.

Любые камеры или макеты камер, разрешенные ФИА вдобавок к одному отверстию, предназначенному для охлаждения гонщика (такое отверстие может иметь площадь при проекции на вид спереди не более 1500 кв. мм и должно находиться спереди секции, описанной в пункте 15.4.3) являются исключением из вышеописанного пункта.

В пункте 3.7.8 описываются параметры обтекателя автомобиля. Не указана его максимальная высота, но любой элемент не может находиться выше отметки 950 мм над базовой плоскостью. Кроме того, по соображениям безопасности при ухудшении обзора у гонщика из-за носового обтекателя ФИА может запретить такую конструкцию. Для модели не соблюдалось условие полости по той причине, что для продувки было решено не делать отверстие для охлаждения гонщика, так как размеры модели ограничены вертикальной плоскостью передних колес. На продувку отсутствие полости это не повлияло. Розово-оранжевая зона показана начинающейся от отметки 200 мм от базовой плоскости.

Аэродинамика

Продувка осуществлялась при следующих параметрах:
Среда: воздух
Давление: 101325 Па (760 мм рт. ст.)
Температура: 20 ºС
Скорость воздушного потока: 75 м/с (270 км/ч)

Рис. 4


Рис. 5

Зеленые области соответствуют давлению среды, красные – областям с повышенным давлением, синие – областям с пониженным. Особенности программы таковы, что данные определяются трехмерной сеткой, в центре куба ячейки определяются параметры, а затем данные могут интерполироваться, создавая плавные переходы, создавая плоскости, повторяющие геометрию модели. С этим связаны погрешности измерения и отображения, так крыло на последующих рисунках может казаться несимметричным.

На рисунке 6 представлено распределение давления на поверхность антикрыла без повторения геометрии модели, с чем связано появление зазубрин, разрывов поверхности (полой) в районе обтекателя. Если включить режим повторение геометрии модели, то рисунок станет более аккуратным, но появится некорректное отображение повышенного давления на нижней поверхности средней плоскости.

Рис. 6

По причине принятой точности вычислений струйки на рисунках 7-10 местами могут образовывать некорректное пересечение с элементами антикрыла, в то время как они не должны пересекать какие-либо элементы.

Рис. 7


Рис. 8


Рис. 9


Рис. 10

Из-за упрощений отображение поведение потока показывается условно, но оно может дать представление о том, какую роль играют отдельные элементы переднего антикрыла. Эти элементы помимо создания прижимной силы определяют направление потока и степень его турбулентности. Так, например, можно направить больше воздуха на определенную область шины для ее охлаждения. Комплекс элементов аэродинамики всего автомобиля – сложная структура, в которую можно заложить различные характеристики, подходящих для различных трасс, погодных условий, стилей вождения.

Рис. 11

На рисунках 12-18 показаны сечения среды с параметром давление и разрезы модели, в скобках указано расстояние от продольной плоскости автомобиля в миллиметрах.

Рис. 12


Рис. 13


Рис. 14


Рис. 15


Рис. 16


Рис. 17


Рис. 18

Из рисунков 12, 13 видно, что, несмотря на положительный угол атаки профиля, центральная секция, близко расположенная к асфальту создает небольшую прижимную силу, равную примерно 37 Н.

На рисунках 15, 16, 17 видны погрешности измерений: среда не касается верхних поверхностей плоскостей элементов. Тем не менее, полученные данные таковы:
- нижняя плоскость, за исключением центральной и переходной секции антикрыла создают прижимную силу в 495 Н;
- обе средние плоскости создают прижимную силу в 118 Н;
- обе верхние плоскости создают прижимную силу в 12 Н.

Общая прижимная сила, создаваемая антикрылом, составляет 794 Н. Сила сопротивления потоку равна 173 Н
Прижимная сила, создаваемая антикрылом в сборе с обтекателем составляет 779 Н. Сила сопротивления потоку равна 228 Н.

На взгляд вырабатываемая прижимная сила небольшая для такой скорости потока, вероятно, сказывается относительно небольшие габариты плоскостей антикрыла, их расположение, неправильно подобранные профили и погрешности в измерениях.

[Esminetz]

Вот здесь лежат сборники технических новинок за последнее время, а внизу страницы есть несколько аэродинамических исследований, в том числе и о переднем крыле; правда, оно 2003 года.

[turannicus]

Добрый день.
Можно узнать название софта, в котором осуществлялось моделирование?

[Александр Кречетов]

Модель построена в SolidWorks 2008.
Рендеринг (там, где фотореалистичное изображение) проведен в приложении к этой программе PhotoWorks.
Продута в еще одном приложении - COSMOSFloWorks 2008.

[Siberian]

[Siberian]

тот самый нос катерхема

[Siberian]

Вот такие они прочные
https://m.facebook.com/story.php?sto...71398419619795

[Siberian]

https://www.facebook.com/10302629975...8969479161326/

слипстрим