ایرودینامیک؛ بارج بورد، اثر زمین، زاویه ریک و دلیل استفاده از صفحه انتهایی بال

در سومین و آخرین قسمت توضیحات ایرودینامیک، به سراغ توضیح اجزای مختلف ایرودینامیک خودروی فرمول یک خواهیم رفت. توصیه می‌کنیم برای درک بهتر حتما دو پست قبلی را مطالعه کنید تا دلایل توضیح داده شده برای شما گنگ نباشد.

در قدم اول به سراغ بال عقب می‌رویم. دو المانی که همه بال‌های عقب دارند یکی صفحه انتهایی بال (اندپلیت) است و دیگری شیارهایی که روی اندپلیت مشاهده می‌کنید.

اما دلیل وجود آن‌ها چیست؟ اگر بال را بدون داشتن اندپلیت فرض کنید، در می‌یابید که ورتکس‌های قدرتمندی ناشی از درآمیختن هوای بالا و زیر بال ایجاد می‌شود. مشکلی که ایجاد این ورتکس‌ها ایجاد می‌کند، بیشتر کردن نیروی درگ است.

اگر در بال عقب ورتکس نداشته باشیم هوا با سرعت مناسب به حرکت خود ادامه می‌دهد. اما وقتی ورتکس ایجاد می‌شود مقداری از سرعت حرکت مستقیم هوا را به سرعت حرکت جانبی تبدیل می‌کنید. هوا کند می‌شود و در نتیجه هوا خودرو را کند می‌کند، یعنی همان درگ. پس برای کم کردن میزان تولید ورتکس صفحه‌هایی در دو طرف بال می‌چسبانند. اما هوایی که در فضای داخلی بال وجود دارد بسیار پر فشارتر از هوای خارج بال است. در نتیجه در لبه بال باز هم ورتکس ایجاد می‌شود. این ورتکس‌ها به ورتکس‌های لبه بال (Wingtip vortices) معروفند.

پس همچنان مشکل درگ داریم. برای رفع این مشکل شیارهایی در اندپلیت ایجاد می‌کنند تا به تدریج هوای داخل بال را با هوای خارج آن ترکیب کنند و اختلاف فشار را پایین بیاورند. حال بیایید هوای زیر بال را در نظر بگیریم. هوای کنار بال پر فشارتر از هوای زیر بال است پس باعث ایجاد ورتکس‌ می‌کند. اما این ورتکس در خلاف جهت ورتکس‌های لبه بال ایجاد شده و به همین دلیل اثر یکدیگر را تا حد زیادی خنثی می‌کنند. به این خاطر در انتهای اندپلیت بریدگی مشاهده می‌کنید. این بریدگی به تولید ورتکس بین هوای بیرون و زیر بال کمک می‌کند.

مبحث مهم بعدی در قسمت‌های ایرودینامیکی خودرو دیفیوزر است. دیفیوزر در عقب خودرو و زیر آن قرار دارد.

برای درک عملکرد دیفیوزر بیایید خودرو را از بغل و بدون در نظر گرفتن بقیه قسمت‌ها نگاه کنیم. می‌توانید به وضوح ببینید که دیفیوزر شکل کل خودرو را تبدیل به یک بال می‌کند.

هوا به زیر خودرو کشیده شده و در این قسمت باریک به دلیل اثر ونچوری (به پست ایرودینامیک اول مراجعه کنید)، سرعت آن بیشتر و بیشتر می‌شود. به علاوه در عقب خودرو هوای کم فشار وجود دارد و این دلیل هم به افزایش سرعت هوا کمک می‌کند. در نتیجه این هوا بسیار کم فشار شده و تولید داونفورس زیادی می‌کند. به این فرایند اثر زمین (The Ground Effect) گفته می‌شود.

مهندسان برای بیشتر کردن این اثر از المانی به نام زاویه ریک استفاده می‌کنند. این زاویه به میزان افزایش ارتفاع عقب خودرو گفته می‌شود. هرچه این زاویه بیشتر شود، جلوی کفی خودرو به سطح زمین نزدیک‌تر شده و باعث تنگ‌تر شدن فضای عبوری هوای زیر خودرو می‌شود. در نتیجه سرعت هوا بیشتر، و فشار آن کمتر شده پس داونفورس بیشتری تولید خواهد شد. المان‌های عمودی دیفیوزر هم به هدایت بهتر هوای زیر خودرو به بهتر شدن اثر دیفیوزر و کاهش هوای کثیف کمک می‌کنند.

حال به سراغ اثر بارج بورد در این پازل ایرودینامیکی می‌رویم. شکل ظاهری بارج بورد در خودروهای مختلف به دلیل داشتن فلسفه‌های ایرودینامیکی مختلف، متفاوت است. پس آنچنان بصورت ریز آن‌ها را بررسی نمی‌کنیم. اولین وظیفه مهم بارج بورد، هدایت کردن ورتکس‌ها به محدوده بیرونی خودرو برای دور نگه داشتن هوای کثیف، و هدایت کردن هوای تمیز به داخل سایدپاد است.

دومین وظیفه مهم آن ایجاد کردن ورتکس‌هایی برای جلوگیری از نفوذ هوای پر‌ فشار به زیر خودروست تا عملکرد دیفیوزر مختل نشود.

المان بعدی که شاید خیلی اسم آن‌ را شنیده باشید داکت اس (S-duct) است. دلیل این نام گذاری به وضوح در شکل مشخص است. ورودی این داکت در بعضی خودرو‌ها مشخص است و در بعضی دیگر در زیر دماغه خودرو نهفته می‌باشد. قسمت خروجی این داکت نیز در بالای دماغه و در نزدیکی سیستم‌ فنربندی است. اما چرا از این داکت استفاده می‌شود؟ این داکت دو مشکلی بزرگ را حل می‌کند. اولین مشکل لایه مرزی است که در مجاورت بدنه خودرو سرعت هوای در جریان را کاهش می‌دهد و باعث ایجاد درگ می‌شود. با اجازه دادن به حرکت این هوا درون این داکت و خروج آن از قسمت بالای شاسی باعث می‌شود لایه مرزی به حرکت در بیاید و تا حد زیادی این مشکل را حل کند. مشکل دوم ایجاد شدن جدایی هوا بر اثر شکل دماغه خودروست. با انتقال مقداری هوا از زیر خودرو به روی سطح شاسی، هوای جدا شده به سمت بدنه خودرو کشیده می‌شود.

در خودروی فرمول یک تعداد زیادی المان ایرودینامیکی دیده می‌شود که هر کدام از آن‌ها برای رفع قسمتی یا کل یک مشکل به کار می‌رود. تمام آن‌ها بصورت دقیق و مهندسی طراحی شده و تا حد میلیمتر و شاید دقیق‌تر در بدنه متصل می‌شوند تا عملکرد دلخواه و مطابق با شبیه‌سازی‌ها را داشته باشند. امیدواریم با این سری پست‌های ایرودینامیک توانسته باشیم دانش شما را در این مورد افزایش بدهیم تا عملکرد خودروی فرمول یک را بهتر درک کنید.

سوالات و نظرات خود را در بخش کامنت با ما به اشتراک بگذارید.