Эффект земли (автомобили) - Ground effect (cars)

В автомобильном дизайне эффект земли представляет собой серию эффектов, которые использовались в автомобильная аэродинамика создавать прижимная сила, особенно в гоночных автомобилях. Это было преемником ранее доминирующего аэродинамического акцента на рационализация. Американские гонки IndyCars используют эффекты земли в своих конструкциях и проектах. Точно так же они в некоторой степени используются и в других гоночных сериях; тем не мение Формула один и во многих других гоночных сериях, в основном в Европе, применяются правила (или полные запреты), чтобы ограничить их эффективность по соображениям безопасности.

Теория

В гоночных автомобилях цель разработчиков - увеличить прижимную силу и сцепление с дорогой для достижения более высоких скоростей прохождения поворотов. Значительное количество прижимной силы доступно, если понимать, что земля является частью рассматриваемой аэродинамической системы, отсюда и название «эффект земли». Начиная с середины 1960-х гг., 'крылья' обычно использовались в конструкции гоночных автомобилей для увеличения прижимной силы (это нет тип эффекта земли). Дизайнеры сосредоточили свои усилия на понимании воздушного потока по периметру, юбкам кузова и нижней части автомобиля, чтобы увеличить прижимную силу с меньшим сопротивлением, чем при использовании крыла.

Этот вид эффекта земли легко проиллюстрировать, взяв брезент в ветреный день и держите его близко к земле: можно заметить, что, когда он находится достаточно близко к земле, брезент будет тянуться к земле. Это связано с Принцип Бернулли; по мере приближения брезента к земле площадь поперечного сечения, доступная для воздуха, проходящего между ним и землей, сужается. Это заставляет воздух ускоряться, и в результате давление под брезентом падает, а давление сверху остается неизменным, и вместе это приводит к чистой направленной вниз силе. Те же принципы применимы и к автомобилям.

Принцип Бернулли - не единственный механизм создания прижимной силы, создаваемой эффектом земли. Большая часть характеристик эффекта земли происходит от использования преимущества вязкость. В приведенном выше примере с брезентом ни брезент, ни земля не двигаются. В пограничный слой между двумя поверхностями работает, чтобы замедлить движение воздуха между ними, что уменьшает эффект Бернулли. Когда автомобиль движется по земле, пограничный слой на земле становится полезным. В системе отсчета автомобиля земля движется назад с некоторой скоростью. Когда земля движется, она притягивает воздух над собой и заставляет его двигаться быстрее. Это усиливает эффект Бернулли и увеличивает прижимную силу. Это пример Поток Куэтта.

Хотя такие аэродинамические методы, создающие прижимную силу, часто называют универсальным термином «эффект земли», они, строго говоря, не являются результатом того же аэродинамического явления, что и эффект земли что проявляется в самолетах при очень низких высоты.

История

Американец Джим Холл построил свой развитый Чапараль автомобили соответствуют обоим этим принципам, первооткрывав их. В его машине 1961 года была предпринята попытка использовать метод формовки днища, но у машины было слишком много других аэродинамических проблем, чтобы она работала должным образом. В его автомобилях 1966 года в качестве прижимной силы использовалось очень высокое крыло. Его Чапараль 2J «Автомобиль-лох» 1970 года был революционным. В задней части автомобиля было два вентилятора, которыми управлял специальный двухтактный двигатель; у него также были «юбки», которые оставляли лишь минимальный зазор между автомобилем и землей, чтобы изолировать полость от атмосферы. Хотя он не выигрывал гонку, некоторые соревнования лоббировали его запрет, который вступил в силу в конце того же года. Подвижные аэродинамические устройства были запрещены в большинстве видов спорта.[1]

Формула один был следующим сеттингом для эффекта земли в гоночных автомобилях. Несколько проектов Формулы-1 приблизились к решению на основе эффекта земли, которое в конечном итоге будет реализовано Lotus. В 1968 и 1969 гг. Тони Радд и Питер Райт в Британские гоночные моторы (BRM) экспериментировали на треке и в аэродинамической трубе с длинными боковыми панелями аэродинамического профиля, чтобы очистить турбулентный поток воздуха между передними и задними колесами. Оба покинули команду вскоре после этого, и идея не получила дальнейшего развития. Робин Херд в Марш Инжиниринг по предложению Райта использовал аналогичную концепцию на мартовском автомобиле Формулы-1 1970 года. В обеих машинах боковые подножки находились слишком далеко от земли, чтобы мог возникнуть значительный эффект земли, а идея герметизации пространства под крылом до земли еще не была разработана.[1]

Примерно в то же время Шон Бакли начал свою работу в 1969 году в Univ. Калифорнии - Беркли по аэродинамике ходовой части при поддержке Колин Чепмен, основатель Формулы-1 Лотос. Бакли ранее разработал первое высокое крыло, используемое в IndyCar, "Машина летучей мыши" Джерри Эйсерта 1966 Индианаполис 500. Правильно придав форму днища автомобиля, можно было увеличить скорость воздушного потока, снизив давление и вытащив автомобиль на трассу. Его тестовые машины имели Вентури -подобный канал под автомобилями, закрытый гибкими боковыми юбками, которые отделяли канал от аэродинамики над автомобилем. Он исследовал, как на отрыв потока в подповерхностном канале могут влиять параметры всасывания пограничного слоя и расходимости нижней поверхности.[2][3][4] Позже, будучи профессором машиностроения в Массачусетском технологическом институте, Бакли работал с Lotus, разрабатывая Лотос 78.

С другой стороны, дизайнер Brabham Гордон Мюррей использовал воздушные заслонки в передней части своего Brabham BT44s в 1974 году, чтобы исключить попадание воздуха под автомобиль. Обнаружив, что они имеют тенденцию изнашиваться при движении автомобиля по тангажу, он поместил их еще дальше и обнаружил, что под автомобилем образовалась небольшая область отрицательного давления, создавая полезную прижимную силу - около 70 кг (150 фунтов). . McLaren произвела аналогичные детали днища для своего дизайна McLaren M23.[1]

Brabham-Alfa's BT46B использовал большой вентилятор, чтобы уменьшить давление воздуха под днищем.

В 1977 году Радд и Райт, которые сейчас работают в Lotus, разработали Лотос 78 «крылатая машина», основанная на концепции Лотос владелец и дизайнер Колин Чепмен. Его боковые подножки, громоздкие конструкции между передними и задними колесами, имели форму перевернутых крыльев и были прикреплены гибкими «юбками» к земле. Конструкция радиаторов, встроенных в боковые панели, частично была основана на конструкции de Havilland Mosquito самолет.[5] Команда выиграла пять гонок в том году и две в 1978 году, когда они разработали значительно улучшенный Лотос 79. Самым заметным соперником 1978 года был Brabham -Альфа-Ромео BT46B Fancar, дизайн Гордон Мюррей. Его вентилятор, вращающийся на горизонтальной продольной оси в задней части автомобиля, питался от главного редуктора. Автомобиль избежал спортивного запрета, заявив, что основная цель вентилятора заключалась в охлаждении двигателя, поскольку менее 50% воздушного потока использовалось для создания углубления под автомобилем. Он участвовал всего один раз, с Ники Лауда победа на Гран-при Швеции. Преимущество машины было доказано после того, как трасса стала маслянистой. В то время как другим автомобилям приходилось замедляться, Лауда мог ускоряться по маслу из-за огромной прижимной силы, которая возрастала с увеличением оборотов двигателя.[6] Также было замечено, что автомобиль садится на корточки при остановке двигателя.[7] Владелец Брэбэма, Берни Экклстоун, недавно ставший президентом Ассоциация конструкторов Формулы-1, договорились с другими командами отозвать машину после трех гонок. Тем не менее Fédération Internationale de l'Automobile (FIA), руководящий орган Формулы-1 и многих других автоспортов, почти сразу же решила запретить «болельщики».[8] Lotus 79, с другой стороны, выиграл шесть гонок и чемпионат мира по Марио Андретти и дал товарищу по команде Ронни Петерсон посмертное второе место, демонстрирующее, какое преимущество имели автомобили. В последующие годы другие команды копировали и улучшали Lotus до тех пор, пока скорость на поворотах не стала опасно высокой, что привело к нескольким серьезным авариям в 1982 году; плоские нижние стороны стали обязательными с 1983 года.[9] Часть опасности полагаться на влияние земли при повороте на высоких скоростях заключается в возможности внезапного устранения этой силы; если днище автомобиля соприкасается с землей, поток слишком сильно сужается, что приводит к почти полной потере влияния на землю. Если это происходит в повороте, где водитель полагается на эту силу, чтобы оставаться на трассе, ее внезапное удаление может привести к тому, что автомобиль резко потеряет большую часть сцепления и вылетит с трассы. Однако граунд-эффект должен вернуться в Формулу 1 в 2022 году в соответствии с последними изменениями в правилах.

Эффект был использован в наиболее эффективной форме в IndyCar конструкции.[нужна цитата ]

Морская свинья

«Морская свинья» - это термин, который обычно использовался для описания конкретной неисправности гоночных автомобилей с эффектом приземления.

Гоночные автомобили использовали свои кузова для создания прижимной силы чуть более десяти лет, когда Колин Чепмен с Лотос 78 и 79 автомобили продемонстрировали, что за эффектом земли будущее в Формуле-1, поэтому на тот момент аэродинамика под автомобилем была еще очень плохо изучена. Чтобы усугубить эту проблему, команды, которые больше всего интересовались наземными эффектами, как правило, были менее финансируемыми британскими командами "гаражистов", у которых было мало денег, чтобы сэкономить на испытаниях в аэродинамической трубе, и они были склонны просто имитировать идущие впереди Лотосы (включая Каусен и Мерцарио команды).[нужна цитата ]

Это привело к поколению автомобилей, которые были разработаны как интуитивно, так и благодаря знанию мельчайших деталей, что сделало их чрезвычайно чувствительными к тангажу. Поскольку центр давления на крыльях боковых опор перемещался в зависимости от скорости, положения и клиренса автомобиля, эти силы взаимодействовали с системами подвески автомобиля, и автомобили начинали резонировать, особенно на малых скоростях, раскачиваясь вперед и назад - иногда довольно бурно. Известно, что некоторые водители жаловались на морскую болезнь.[нужна цитата ] Это качательное движение, как морская свинья ныряние в море и выход из него во время скоростного плавания дало этому явлению название. Эти характеристики в сочетании с жесткой подвеской привели к тому, что езда на автомобиле была крайне неприятной. В начале 80-х годов прошлого века в Формуле-1 воздействие на землю было в значительной степени запрещено, но спортивные автомобили Группы C и другие гоночные автомобили продолжали страдать от морских свиней, пока более глубокие знания о влиянии грунта не позволили дизайнерам минимизировать проблему.[10]

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ а б c Най 1985, п. 94
  2. ^ С. Бакли, "Взаимодействие автомобиля с поверхностью", доктор философии. Диссертация, Калифорнийский университет в Беркли, сентябрь 1972 г.
  3. ^ Б. Шон Бакли, «Аэродинамическое оборудование для дорожных испытаний», документ SAE 741030, 1974-02-01.
  4. ^ Б. Шон Бакли, Эдмунд В. Лайтон, «Воздушный поток под автомобилем», документ SAE 741028, 1974-02-01
  5. ^ Най 1985, п. 96
  6. ^ Най 1985, п. 130
  7. ^ 8W - Почему? - Brabham BT46B
  8. ^ Генри 1985, стр. 186–187
  9. ^ Най 1985, п. 33
  10. ^ Эллерэ, Питер. "Уголок Mulsanne: Питер Эллерей на Bentley LMGTP". Уголок Mulsanne. Получено 2017-10-21.
  • Генри, Алан (1985), Brabham, автомобили Гран-при, Скопа, ISBN  0-905138-36-8
  • Най, Дуг (1985), Автокурс История автомобилей Гран-при 1966–1985 гг., Издательство Hazleton, ISBN  0-905138-37-6

внешняя ссылка