Slik fungerer aerodynamikk på lager

  • Phillip Hopkins
  • 0
  • 3151
  • 0
Bil som testes i vindtunnel for aerodynamisk ytelse. Andy Sacks / Stone / -Getty Images

-Dagens bilpark er en enorm forbedring i forhold til dekorative halefinner og boxy strukturer fra før. De moderne, krumme designene minimerer kraften som luften skaper mot bilens bevegelse, og resultatet er en slankere, raskere bil. Fordi hastighet åpenbart er hovedfaktoren i NASCAR-løp, er aerodynamikk et avgjørende element i lagerbildesign.

Aerodynamikk er studiet av hvordan luft beveger seg - spesielt hvordan den samspiller med faste, bevegelige gjenstander. Akkurat som en hurtigbåt etterlater den skarpe linjen i en kjølvann som henger bak den på vannet, skaper en bil en aerodynamisk påvirkning når den skiver gjennom luften.

Automotive designers og NASCAR team er avhengige av aerodynamiske prinsipper for å skape forbedringer i kraft og håndtering av kjøretøyer med høye hastigheter. Personbiler har blitt mer formlige med årene da produsenter oppdaget hvordan effektivisering kan øke drivstoffeffektiviteten, slik at en bil kan reise med samme hastighet ved å bruke mindre hestekrefter. Disse designene reduserer luftmotstanden eller aerodynamisk dra.

-I autosportens verden er det kanskje viktigere å øke den nedadgående kraften luften utøver på bilens hjul. Dette downforce er nøkkelen til å opprettholde trekkraft gjennom de trange og konstante svingene i et kortbaneløp.

Oppdagelsen av de mystiske styrkene til nedstyrke de siste tiårene, sendte bilracingverdenen til en vanvidd av vindtunneltesting og subtil justering av karosserier. Det har endret kulturen og praksisen med billøp på måter noen fans synes er irriterende. NASCAR har måttet trå til og regulere de aerodynamiske egenskapene til hvert kjøretøy i konkurranse for å holde like vilkår.

-Selv tilfeldige fans blir stadig utsatt for terminologien til bilens aerodynamikk. Denne artikkelen vil avmystifisere NASCAR-lingo, og begynner med fenomenet aero push.

innhold
  1. Aksjebil Aero Push
  2. Aksjebilstyrke
  3. Lager bilheis
  4. Aksjekjøring

En fartsfylt bil stikker gjennom lufta når den ferdes. Luft swooshes over toppen av bilen og avbøyes av spoileren festet til bakdekket. Hvis en annen bil går rett bak, nese til hale, kommer den kontinuerlig inn i luftrommet påvirket av bilen foran.

-Det bakre kjøretøyet, hvis det lukkes med en viss nærhet, kan dra nytte av blybilens aerodynamiske kraft. Luften oppfører seg som om de to bilene er en. Den fordrevne luften bak blybilen skaper et delvis vakuum som suger den etterfølgende bilen foran med økt hastighet, eller med samme hastighet med redusert motorinnsats og lavere drivstofforbruk. Dette kalles utkast. Begge bilene kan reise raskere enn begge bilene kan gå av seg selv [kilde: Turner].

Utkast kan være en veldig kraftig racingteknikk, men det har et alvorlig ansvar. Den bakre bilen lider av redusert kraft på framdekkene, noe som resulterer i tap av stabilitet og håndtering som kommer ut av svingene. Dette er aero push, også kalt en "tett" tilstand, som krever at den etterfølgende sjåføren skal lette gasspedalen for å gjenvinne trekkraft [kilde: ESPN].

Aero press tvinger driverne til å foreta nøye beregninger. På den ene siden kan mange sjåfører forbli konkurransedyktige i et nært løp ved å sparke på blykjøretøyet, dra nytte av den økte kraften og reduserte belastningen på motoren. Effektene er spesielt gunstige på straks. På hjørnene kommer imidlertid farene inn i redusert manøvrerbarhet og større sannsynlighet for å miste kontrollen.

Aero push har blitt nesten det dominerende trekk ved NASCAR-løp. Fansen har klaget på at racing har mistet noe av appellen, da ryttere forblir i faste posisjoner for lange strekninger om gangen. Drivere utfordrer hverandre mindre, og sykler i tett en-fil i stedet for side ved side. På den positive siden kan et større antall kjøretøy holde seg i nærheten av lederen av pakken.

Aero push - og all racing aerodynamikk, for den saks skyld - handler om nedstyrken.

Luft på lufta

I ESPNs NASCAR-dekning viser en spesialeffekt-gimmick kalt Draft Track seerne hvordan aero push fungerer i sanntid, og representerer luftstrømmer via animerte grønne puffer på skjermen [kilde: Hiestand].

downforce er en nedadgående kraft produsert av lufttrykk, som skaper et sterkere trykk mellom dekket og veiens overflate. Prinsippet som er involvert er det samme som det som gir løft til fly, men omvendt.

Aerodynamisk kraft er resultatet av trykkforskjeller på sidene av det bevegelige objektet. De vanligste metodene for å øke nedstyrken til et kjøretøy innebærer å redusere lufttrykket under kjøretøyet.

For det meste vil enhver økning i nedstyrke også medføre en tilhørende økning i aerodynamisk dra. For fartsdemonen betyr mer drag lavere hastigheter på straks, men mer nedstyrke betyr bedre håndtering på svinger siden dekkene griper sporet sikrere.

-Bilingeniører og pit-mannskaper streber etter å holde de to styrkene i balanse. På et spor som Daytona, med sine lange straks og bankede, skarpe hjørner, har designene en tendens til å holde draget til et minimum. For kortbanesport blir strategien snudd - fordi sjåføren bruker mer av løpet på forhandlingskurver, vil en vektlegging av nedstyrke føre til større totalhastighet samt økt sikkerhet [kilde: Tierney].

Å oppnå mer nedtving ved å manipulere racerkjøringsorganer er en besettende oppgave i aksjebilvirksomheten. Det beste stedet å starte er kanskje nesen på kjøretøyet. Et ordentlig vinklet nesestykke, plassert lavt til bakken, leder mesteparten av luften oppover over toppen av bilen. Målet er å skape et lavtrykksområde, eller delvis vakuum, under nesen [kilde: Circle 304].

Hjulbrønnene er et annet område å forme. En flared hjulbrønnåpning, foran dekket, vil tvinge rusende luft bort fra sidene og bunnen av bilen, og ytterligere redusere lufttrykket [kilde: Boone, "Race Car Aerodynamics"].

For all den teknologiske dyktigheten som brukes til å bygge opp styrken bak forhjulene til aksjebilen, er det viktig å vurdere balanse. Baksiden av bilen må ha sin del av nedstyrken for å kunne håndtere ordentlig.

-Å studere tvangsmakt betyr å ta hensyn til dets motstandskraft, løft.

Sideskjørt Sidebar

Sideskjørt -- lange horisontale brikker som løper lavt langs siden av et kjøretøy - ble utviklet i bilkjøring som en måte å redusere lufttrykket under og få nedstyrke. Men denne ytre egenskapen kan bli slått av kjøretøyet, noe som resulterer i et plutselig tap av nedstyrke og stor sannsynlighet for en ulykke [Kilde: Cislunar Aerospace]. Mange racingmyndigheter har forbudt sideskjørt, men de er fortsatt en prangende egenskap ved visse personbiler [Kilde: BMW].

-Vingene til en fugl eller et fly er de mest åpenbare produsentene av løfte. Men løft betyr ikke nødvendigvis en kraft oppover som motvirker tyngdekraften. Faktisk er downforce en form for løft - negativ løft.

Løft er den aerodynamiske kraften vinkelrett på retningen på kroppen i bevegelse. Motsatt, dra er en motstandskraft parallelt med, men kommer motsatt fra, den bevegelige gjenstanden. Løft - kalles i alminnelighet a skyward force -- er vanligvis til stede i en eller annen grad i et bevegelig objekt. Fordi heis og nedstyrke er motsatte krefter, innebærer en del av innsatsen for å bygge en aksjebil med en sterk nedstyrke å overvinne løft.

-De tekniske målene er å begrense mengden luft som strømmer inn under chassiset for å sikre en tettere tiltrekning mellom dekkene og bakken og for å sørge for lett flyktning for luft som kommer under.

Aksjebiler er karakteristisk designet med rake -- noe som betyr at baksiden av bilen er høyere enn bakken på chassiset. Det holder trykket under bilen nede, og forhindrer løft.

Spoilere, fremre luftdammer og vinger gir denne effekten. en luftdam er montert under den fremre støtfangeren for å blokkere luftstrømmen under karosseriet. Vingeappendager, brukt på Formel 1- og Indy-biler, blir snudd på hodet for å gi nedstyrke i stedet for heis.

Racerbiler blir tidvis luftbårne til tross for disse enhetene. Faren er spesielt til stede når en bil snurrer, noe som radikalt endrer de aerodynamiske kreftene i spill. Under et hurtighastighetsspinn kan luft bevege seg raskt nok over tak og hette til å produsere en kraftig løftekraft.

Flere sikkerhetsinnovasjoner er installert på NASCAR-biler for slike nødsituasjoner, for eksempel et innfelt høyresidevindu. Aksjebiler som sirkler ovale spor til venstre, er mer sannsynlig å vise sitt høyre ansikt i et snurr. Den skarpe kanten til høyre vindu avleder luft i stedet for å la den flyte fritt over taket. Klaffer innfelt i bilens tak, en annen sikkerhetsfunksjon, begynner å stige hvis lufttrykket plutselig synker over bilen, og blokkerer luftstrømmen [Kilde: Leslie-Pelecky].

-

Speedy Science

Hvis du er nysgjerrig på aerodynamikk, kan du gjøre mer research på Internett eller på ditt lokale bibliotek. En bok fra 2008 kalt "The Physics of NASCAR: How to Make Steel + Gas + Rubber = Speed," av Diandra Leslie-Pelecky, forklarer aerodynamikk og andre vitenskapelige prinsipper i bilracing.

Aerodynamisk drag er luftens kraft langs den kjørende bilens lengde, i motsetning til bilens styrke. Når bilen skjærer en sti gjennom lufta, kolliderer noen luftmolekyler med den fremre støtfangeren og produserer motstand.

-Andre molekyler strømmer langs panseret, bare for å komme opp mot frontruten - en annen kilde til dra. Luften som glir jevnt over taket vokser turbulent over bakruten og bak bilen, og utøver en bakoverkraft på kjøretøyet.

Hastighet, lufttetthet og bilstørrelse, form og design avgjør alle størrelsen på bilens dragkraft.

"En raskere bil opplever mer drag fordi den må skyve luftmolekyler raskere ut av veien," forklarer Diandra Leslie-Pelecky i sin bok, "The Physics of NASCAR." "Tett luft øker dra fordi det er flere luftmolekyler som treffer hvert område på bilen. Et større tverrsnitt øker dra fordi flere luftmolekyler må flyttes ut av veien" [kilde: Leslie-Pelecky].

Drag er det største hinderet for akselerasjon og racinghastighet. En personbil som kjører på motorveien bruker anslagsvis 60 prosent av sin energi på å overvinne luftdrag, en langt større prosentandel enn dekkfriksjon og energibehovet i selve drivtoget [kilde: Beauchamp].

Beseirende drag var det første hovedfokuset i bilens aerodynamikk, begynnelsen på 1960-tallet. Det er fremdeles den viktigste variabelen i racerforhold som gir en mindre premie på nedstyrken, for eksempel lengre baner med flere straks.

De slanke linjene, vinkede frontruter og avrundede hjørner av moderne racerbiler - og personbiler for den saks skyld - er designet for å minimere dra. Men søken etter å konstruere racers med høy netto nedstyrke fører noen ganger til ekstra drag. Den bakre spoileren som finnes på NASCAR-biler er et eksempel: Det øker dra ved å fordele vekten fra fronten til baksiden av bilen [kilde: Circle Track]. Aerodynamikk er fortsatt et levende og ungt felt innen ingeniørfag, med mange nyvinninger som fremdeles kommer nedover veien.

For å følge med på de siste innovasjonene innen aerodynamikk, besøk koblingene på neste side.

Aerodynamikk og drivstoffeffektivitet

Vanlige sjåfører trenger ikke å bekymre seg for nedstyrken til kjøretøyene, men personbiler kan redusere draget ved å senke chassiset, legge til en luftdemning, hjulbrønn og hetteutstyr..

Relaterte artikler

  • Hva er historien til racerbil?
  • Slik fungerer bilskannere
  • Hvordan lagerbilsportteknikker fungerer
  • Hvordan lagerbiltelemetri fungerer
  • Slik fungerer biloppheng

kilder

  • Associated Press. "Å gå med strømmen." (Fått tilgang 12/15/08) http://hosted.ap.org/specials/interactives/nascar2005/aerodynamics/aerodynamics.swf
  • Beauchamp, Warren. "Personbil aerodynamikk." (Tilgang 12/15/08) http://www.recumbents.com/car_aerodynamics/
  • BMW. "BMW sideskjørt." (Tilgang 12/17/08) http://www.bmwsideskirts.com/history.php
  • Boone, Jerry F. "Dårlig luft? Fysikken bak bilracing." Aksje bil racing. (Tilgang 12/14/08) http://www.stockcarracing.com/techarticles/scrp_0301_the_physics_behind_auto_racing/index.html
  • Boone, Jerry F. "Race Car Aerodynamics - Short Track Auto." Aksje bil racing. (Tilgang 12/14/08) http://www.stockcarracing.com/techarticles/scrp_0702_race_car_aerodynamics/index.html
  • Sirkelbane. "Aerodynamikk - definert lagerbil." (Tilgang 12/14/08) http://www.circletrack.com/techarticles/0304_aerodynamics_tech_definitions/index.html
  • Cislunar Aerospace. "Aerodynamikk og racerbiler." K-8 Aeronautics Internet Textbook. (Tilgang 12/15/08) http://wings.avkids.com/Book/Sports/advanced/racecar-01.html
  • ESPN. "Aero Push." (Tilgang 12/14/08) http://sports.espn.go.com/rpm/nascar/icons/news/story?id=3426389
  • Hiestand, Michael. "ESPN vil vise usett av NASCAR." USA I dag, 24. juli 2007. (Tilgang 12/15/08) http://www.usatoday.com/sports/columnist/hiestand-tv/2007-07-24-ESPN-NASCAR_N.htm
  • Leslie-Pelecky, Diandra. Fysikken til NASCAR: Hvordan lage stål + gass + gummi = hastighet. Dutton: 2008. (Tilgang 12/17/08 via Google Books) http://books.google.com/books?id=OAK3yFlHoTAC
  • Tierney, John. "NASCARs skrei og slam? Det hele er aerodynamikk." New York Times, 12. februar 2008. (Tilgjengelig 15/15/08) http://www.nytimes.com/2008/02/12/science/12tier.html?pagewanted=all
  • Turner, Charlie. "Utkast og Aero." Bench Racing med Steve og Charlie. (Åpnet 12/16/08) http://benchracing.typepad.com/bench_racing_with_steve_a/drafting_and_aero.html

-




Ingen har kommentert denne artikkelen ennå.

De mest interessante artiklene om hemmeligheter og oppdagelser. Mye nyttig informasjon om alt
Artikler om vitenskap, rom, teknologi, helse, miljø, kultur og historie. Forklare tusenvis av emner slik at du vet hvordan alt fungerer