Обдувной диффузор

[helgi]

Ссылка

Почему «Бычки» клюют носом

Куда дует выхлоп на машинах Ньюи?

Как уже приметили многие обозреватели, конструктор Эдриан Ньюи воплотил в жизнь еще одну идею, которая отчасти связана с историей о гибких крыльях (точнее, о приседающих носах) и обдувных (а не «выдувных», привет, переводчики) диффузорах.

Казалось бы, что может быть проще – заставить кузов «присесть» на передние колеса. Этим у нас в каждом гараже занимаются. Однако в случае с гоночной машиной, конструкция которой зажата в тесные рамки строго регламента, все очень запутанно.

Какие преимущества дает продольный уклон? Во-первых, переднее антикрыло будет располагаться ближе к земле, что усилит эффект трубки Вентури и повысит прижимную силу. Во-вторых, что самое главное, теоретически, приподнятая корма позволит добиться большей производительности диффузора.
Однако здесь теория наталкивается на все трудности, которыми так богата жизнь. Эффективность диффузора (здесь и далее речь идет об узле гоночного автомобиля) зависит от двух основных переменных: угла его раскрытия и высоты нижнего края шторок до трассы. Причем, зависимости эти весьма сложные.

Чем сильнее раскрывается диффузор, тем больший (до определенного момента) от него будет эффект. Но нельзя забывать о том, что с воздухом нужно обращаться деликатно – поток попросту не захочет идти туда, где не созданы подходящие условия. Отдавший свою кинетическую энергию поток при экстремальных углах быстро «разрядится» и не будет держаться за стенки узла.

Именно из-за этого и является такой важной вторая переменная. Воздух нужно постоянно заряжать. И здесь уместно вспомнить об антикрыльях, состоящих из нескольких элементов. Подпитка потока не позволяет ему «отклеиться» от нижней плоскости, что предотвращает сваливание.
Как показали натурные эксперименты и последовавшие за ними вычислительные опыты, нечто подобное происходит и в диффузоре.

Милликенсы в своем труде о динамике движения пишут: «Самой существенной особенностью потока при наличии просвета между диффузором и поверхностью является образование вихрей на внутренней кромке шторок с центральной осью вдоль узла. Сила вихря зависит от величины просвета. Эти вихри «управляют» воздухом внутри диффузора, предотвращая эффект отделения потока от стенок, что помогает увеличить угол раскрытия».

Механизм образования вихрей был рассмотрен доктором Ксин Жангом сравнительно недавно, при помощи ЭВМ.

При разгоне воздуха и небольшом увеличении просвета между дорогой и краем диффузора на концах внутренних кромок образуется пара вихрей. На левой стороне он будет закручиваться против часовой стрелки, а на правой – по часовой. При малом просвете вихри обладают большой энергией и скоростью вращения, отличаются стабильностью. То есть, получается своеобразный запор для воздуха, текущего по стенкам, который еще и дополнительно подпитывается.

Дальнейшее увеличение просвета ведет к росту диаметра вихрей, замедлению скорости вращения. Когда дело доходит до исчезновения вихря, происходит отделение потока от поверхности диффузора, и из-за разницы давлений воздух даже может пойти обратно, к началу узла, под днище машины. Происходит резкая потеря эффективности.

Именно с такой неприятностью и должен был столкнуться Ньюи. Однако искушение получить прибавку к прижимной силе было слишком высоко. Висит груша – и инженер ее скушал.
Сейчас, когда разрешенная длинна диффузора крайне мала, конструкторам приходится задавать слишком большие углы раскрытия, но и этого часто не хватает. Здесь должен пригодиться вариант с продольным углом наклона всего кузова – увеличивать не угол части конструкции, а повернуть весь элемент.

Осталось лишь решить проблему слишком большого зазора между нижним краем диффузора и трассой. Самые догадливые читатели уже без подсказок сообразили, для чего Ньюи понадобилось обдувать диффузор.

Раскаленные выхлопные газы помогают убить сразу двух зайцев турбулентности. Во-первых, даже при сравнительно большом зазоре поддерживается высокая плотность вихреобразования на нижних концах узла. Во-вторых, высокоскоростной выхлоп создает идеальную завесу от вращающихся колес – главного источника возмущения потока.

Вот и все. И не нужно никуда ничего «выдувать».