Artículos etiquetados como ‘aerodinámica’

Flow viz, o esas manchas verdes

Jueves, abril 22nd, 2010

Cuando McLaren entrenaba durante la pretemporada en Montmeló, enseguida llamaron la atención los sistemas de medición de flujos de aire que colocaron en el alerón trasero y una especie de pintura verde que ensuciaba partes de la carrocería. Fue cuando supimos que McLaren había creado el ya famoso F-Duct. ¿Pero qué es esa “pintura” verde?

Flow viz en el McLaren

El flow viz no es nada nuevo y se usa desde hace años. Cuando no existían los túneles de viento, los diseñadores más perspicaces solicitaban que no se limpiara el coche después de una carrera con lluvia, para analizar los flujos de aire que recorrían la carrocería observando cómo se había ensuciado el monoplaza. El flow viz sirve para eso.

Es un polvo fluorescente en suspensión en un aceite ligero (generalmente parafina) que se aplica con pistola sobre las partes de la carrocería que se desean investigar. Cuando el coche rueda por el circuito, el líquido es extendido por el flujo de aire en la misma dirección, lo que permite estudiar el comportamiento del aire sobre la superficie (sólo la superficie, ésa es su limitación) sin errores que podrían existir en un túnel de viento mal calibrado. 

Flow viz

Fotos: google

El alerón de la polémica

Domingo, marzo 7th, 2010

Los rivales de McLaren están “mosca” por las innovaciones técnicas que ha mostrado el McLaren MP4-25 en su alerón trasero en los tests de Barcelona. Pero, ¿qué es lo que hace este nuevo alerón?

El alerón trasero de un F1 produce alrededor de una tercera parte del apoyo aerodinámico total de un F1 y permite altas velocidades de paso por curva rápida, aunque en las rectas es un “lastre” que frena al monoplaza por la resistencia aerodinámica que ofrece. Lo ideal sería que el alerón hiciera su trabajo en curvas y en frenadas pero que no existiera en las rectas, algo que podrían lograr si fueran legales los alerones traseros móviles.

Que un alerón trasero sea fijo obliga a los equipos a buscar un compromiso dependiendo del circuito en el que se está compitiendo para  configurarlo de tal forma que ofrezca una buena relación entre agarre en curva y resistencia aerodinámica en las rectas para buscar ser lo más rápido posible a lo largo de toda una vuelta. ¿O eso era hasta ahora?

McLaren parece haber logrado el alerón ideal. Ofrece apoyo aerodinámico en las curvas pero no crea apoyo ni resistencia aerodinámica en las rectas, pero ¿cómo es posible?

Como podeis ver en este gráfico, cuando aumenta la velocidad del aire que pasa por debajo de un ala, el flujo de aire tiene tendencia a separarse del alerón, reduciendo su eficiencia. Si aumenta más aún la velocidad, ese flujo de aire se “rompe” del todo, entrando el alerón “en pérdida” y reduciéndose drásticamente el apoyo y la resistencia aerodinámica que crea.

Para evitar este problema, los F1 montan un flap por detrás del ala principal que permite un flujo de aire limpio para que el alerón trabaje normalmente.

La idea de McLaren ha sido la de intentar conseguir que el alerón trabaje normalmente en curva y frenada pero que entre “en pérdida” en las rectas, lo que le permite aumentar la velocidad del coche en unos 10 km/h. Para conseguirlo, el MP4-25 canaliza un flujo de aire por el interior de la aleta de tiburón que sopla por una ranura que hay en el flap del alerón trasero y que consigue que a alta velocidad éste entre “en pérdida”. Lo que parece tremendamente complicado es ajustar ese soplo para conseguir que entre en pérdida únicamente en las rectas, lo que explicaría porqué McLaren colocó varios sensores en su coche en los tests para estudiar los flujos de aire.

Más intrigante aún es un rumor que ha corrido por el paddock. Se dice que el aire que es canalizado por la aleta de tiburón hacia el alerón trasero es alimentado por la entrada de aire que “casualmente” presentaba el McLaren delante de la cabeza del piloto cuando estrenaron el nuevo paquete aerodinámico en Barcelona. Pero lo intrigante no es eso, sino que el piloto podría en las rectas manipular con la rodilla izquierda el conducto por el que circula ese aire, para conseguir que el alerón entre “en pérdida” y lograr ese extra de velocidad. Después, al llegar a la curva y comenzar a frenar, el piloto movería otra vez el pie para recuperar el downforce necesario para las curvas.

Si esto fuera cierto, cualquier acción del piloto que alterara la aerodinámica del coche entraría dentro de un vacío legal que podría originar protestas en Bahrein. Las ideas de los ingenieros siguen poniendo en aprietos a los que crean las normas…

Foto 1: Grandprix/Foto 2: F1technical/ Fuente, dibujos y foto entrada de aire: scarbsf1/ Foto sensor alrón trasero: GPUpdate

Dinámica Computacional de Fluidos (DCF)

Sábado, enero 16th, 2010

Recientemente hemos oído hablar bastante sobre la Dinámica Computacional de Fluidos (DCF), sobretodo porque el nuevo equipo de F1 Virgin Racing ha declarado que está diseñando su monoplaza sin utilizar un túnel de viento, empleando únicamente la DCF. Pero ¿qué es la DCF?

La DCF es una herramienta informática que se emplea desde hace unos 15 años en F1, pero que ha mejorado enormemente por el vertiginoso desarrollo de los ordenadores. Un super-ordenador actual, permite realizar un trabajo 100 veces más rápido que hace diez años.

El punto de partida para utilizarlo es básicamente un dibujo CAD que muestra cómo es el coche con todo lujo de detalles. Dos personas tardan unas tres semanas en hacer el dibujo, tan minucioso que pueden quitar una rueda y ver los conductos de refrigeración de los frenos.  A partir de ahí se trata de simular el rendimiento aerodinámico del F1 para ver virtualmente como afecta cada pieza al flujo de aire.

Las formas del dibujo en CAD se dividen en millones de “celditas” triangulares y el DCF hace sus cálculos y ofrece información sobre presión, velocidad, temperatura y turbulencia del aire para cada una de esas celdas. La información sobre las temperaturas es vital para “ver” lo que sucede en la parte trasera del coche y ver cómo fluyen los gases del escape, si pasan por el alerón trasero, si podrían quemar alguna pieza… Para ello, el DCF tiene que hacer miles de millones de cálculos increíblemente complejos, y por eso es necesario un super-ordenador de unos 12 millones de euros (como el que tiene David Martín en su casa para gestionar FormulaF1). Así, pueden diseñar, por ejemplo, un alerón nuevo virtual, meterlo al ordenador y dejarlo toda la noche encendido para que a la mañana siguiente tengan todas las respuestas, haciendo unos cálculos que un ordenador normal tardaría unos cuatro meses en hacer. Este tipo de ordenadores son los que se emplean para calcular qué tiempo va a hacer, aunque estos son aún más potentes.

Y ¿qué diferencia hay entre utilizar un túnel de viento o usar la DCF? ¿Se puede diseñar un F1 sólo con la DCF? El túnel es mejor para algunas cosas y la DCF para otras, es decir, lo ideal es usar ambas, que es lo que hacen la inmensa mayoría de los equipos. La DCF ofrece una idea visual mucho mejor de cómo trabaja cada pieza y con un nivel de detalle mayor, pero necesita millones de cálculos y toda una noche para dar el resultado. El túnel de viento ofrece esa información en minutos. Por otro lado, rediseñar una pieza en DCF lleva un par de horas, mientras que fabricarla para el túnel lleva días.

Será interesante ver cómo rinde el coche “virtual” de Virgin Racing, pues el potencial de esta herramienta es muy grande, y ahorrarán un dineral al no utilizar un túnel de viento y no tener que fabricar piezas prototipo para el túnel que acaban en la basura.

Fuente: F1Racing/ Fotos: Daylife

¿Para qué sirven los tests en recta?

Lunes, enero 11th, 2010

Con el actual recorte de gastos y limitación de tests, el reglamento del 2010 permite a los equipos realizar 6 días de tests en línea recta, aunque los directores de los equipos han acordado reducirlos a cuatro (con permiso especial para que el nuevo equipo americano USF1 pueda realizar las seis jornadas). Pero… ¿para qué sirve un test en una línea recta?

Una pasada a la recta, los mecánicos dan la vuelta al coche, y disparado otra vez en sentido contrario. Así una y otra vez…

Uno de los principales objetivos de estos tests es comprobar que los datos proporcionados por el túnel de viento o la dinámica computacional de fluídos (sobre la cual escribiremos un artículo en breve) son correctos, para validar las lecturas. El coche cuenta con alrededor de 200 sensores que miden cómo fluye el aire por el monoplaza, el nivel de apoyo aerodinámico o downforce, la distancia respecto al suelo, las deformaciones de los neumáticos a alta velocidad… mientras el F1 rueda a velocidad constante (normalmente entre 200 y 240km/h). Las pasadas se realizan en las dos direcciones, para hacer una media y evitar errores por el viento que pudiera soplar.

Así, además de probar diferentes componentes, como nuevos alerones, difusores, conductos de ventilación…los equipos se aseguran de que las lecturas del túnel de viento están en correlación con los datos que el coche produce en pista, para trabajar en la dirección correcta.

Foto: Grandprix

Aerodinámica básica aplicada a la F1

Viernes, enero 8th, 2010

La aerodinámica se ha convertido en la clave para el éxito en la Fórmula 1 y es por eso que los equipos invierten tantos millones en investigación y desarrollo de esta área cada año. Los diseñadores tienen principalmente dos objetivos a la hora de crear o desarrollar un monoplaza: Conseguir el mayor downforce o carga aerodinámica que “empuje” al coche contra el suelo para aumentar el agarre a alta velocidad, y minimizar el drag o la resistencia al avance causada por las turbulencias que frenan el coche.

DOWNFORCE o carga aerodinámica:

Los alerones de un F1 operan igual que las alas de un avión pero al revés. El aire fluye a diferentes velocidades por los dos lados del ala por tener que recorrer distancias diferentes y esto crea una diferencia de presión según el principio de Bernoulli. En los aviones esa diferencia de presiones produce sustentación para mantenerlo en el aire, y en un F1 produce lo contrario a la sustentación, es decir, carga aerodinámica empujándolo hacia abajo.

La carga aerodinámica es mayor cuanto mayor sea la velocidad del monoplaza y a 130 km/h la carga aerodinámica de un F1 ya es similar al propio peso del monoplaza. Este dato significa que un F1 podría rodar por un techo a velocidades superiores a los 130 km/h, adaptando lógicamente los sistemas de alimentación de combustible y aceite. A alta velocidad, el downforce llega a triplicar el peso del coche.

Así, el downforce permite a un F1 tener velocidades de paso por curva rápida de escándalo, y pasar por curvas como Eau Rouge a más de 300 km/h cuando los mejores turismos de carreras no pueden superarla a más de 150-160 km/h.

DRAG o resistencia al avance:

El precio que hay que pagar por producir downforce es el drag o resistencia al avance. Las turbulencias generadas por los alerones y las ruedas al descubierto, así como el flujo de aire necesario para refrigerar el motor y los frenos “frenan” a los F1, mucho más que a un coche de calle. A pesar de que un F1 pasa de 0 a 300 km/h en poco más de ocho segundos, su aerodinámica dificulta enormemente que los F1 puedan superar 350 km/h, al sacrificar la velocidad punta por una mayor velocidad de paso por curva rápida.

Esta alta resistencia al avance hace que cuando un F1 llega a 300km/h a una curva, sólo con levantar el pie del acelerador la deceleración sea de 1g, similar a la deceleración de un deportivo utilizando al máximo sus frenos. Cuando el F1 aplica sus frenos de carbono, la deceleración puede llegar a 5g, parando un monoplaza que rueda a 300km/h en menos de 4 segundos.

Esta temporada, la reducción del drag cobra más importancia que hasta ahora por la prohibición de repostar combustible en carrera. Al reducir la resistencia al avance el consumo de gasolina disminuye, por lo que los equipos trabajan en ello para poder comenzar las carreras con menos kilos en sus depósitos.

Una vez diseñado un F1, se varía el número de alas montadas en el alerón delantero o trasero y su perfil, para adecuarse a las necesidades de cada circuito. Así, en circuitos lentos y revirados como Mónaco se pueden ver alerones muy “cargados” con perfiles agresivos para aumentar el downforce, mientras que en circuitos de alta velocidad como Monza los coches reducen al máximo el ala para reducir la resistencia al avance y aumentar la velocidad en las largas rectas, siempre buscando la configuración más rápida a lo largo de toda la vuelta.

Fotos: Grandprix