Aerodinamika Mobil Balap

5/28/2018 Aerodinamika Mobil Balap

1/32

Aerodinamika mobil balap

Joseph katz

Jurusan teknik penerbangan,universitas negeri San diego,San

diego,California.

Kata kunci : gaya tekan ke bawah, sayap terbalik, efek tanah, gaya hambat.

Abstrak

Kinerja mobil balap tergantung pada unsur seperti mesin ,ban ,suspense ,jalan, aerodinamika dan

tentunya pengemudi. Dalam beberapa tahun terakhir, namun demikian, aerodinamis kendaraan

memperoleh peningkatan perhatian , terutama akibat pemanfaatan prinsip angkatan negatif (gaya

tekan ke bawah) menghasilkan beberapa peningkatan kinerja yang penting. Ulasan ini secara singkat

menjelaskan pentingnya aerodinamis gaya tekan ke bawah dan bagaimana meningkatkan kinerja

mobil balap. Setelah pengenalan singkat ini berbagai metode untuk menghasilkan gaya tekan ke

bawah seperti sayap terbalik, diffusers, dan generator vortex akan dibahas. interaksi aerodinamis

antara berbagai komponen mobil yang signifikan, mengakibatkan arus pusaran dan mengangkat

bidang yang berbentuk tidak seperti sayap pesawat tradisional. Peralatan desain khas seperti pengujian

terowongan angin, dinamika cair komputasi, trek pengujian, dan relevansi untuk pengembangan

mobil balap, dibahas juga. Meski kemajuan yang luar biasa dari peralatan desain ini akibat instrumen,

komunikasi dan komputasi kekuasaan yang lebih baik, fenomena cairan dinamis ini masih sangat

tidak urut, memprediksi efek tertentu dari sebuah modifikasi yang tidak selalu terbebas dari masalah.

Beberapa contoh meliputi berbagai bentuk kendaraan (misalnya, dari saham mobil untuk mobil balap

roda terbuka) disajikan untuk menunjukkan sifat tidak berurutan dari bidang aliran.

Pengenalan

Otomotif balap sudah mulai pada pergantian abad kedua puluh ketika pertama dua mobilmenyalip satu sama yang lain. Olahraga pertama yang tumbuh secara konsisten, tidak selalu

mengikuti tren evolusi industri otomotif. Sebagai contoh, mobil balap kontemporer yang memiliki

komponen seperti sayap terbalik dan sudut plat yang menonjol, yang tampaknya tidak praktis, dan

oleh karena itu tidak dapat digunakan oleh industri otomotif. Mereka yang terlibat dengan olahraga ini

menegaskan bahwa balap motor adalah "murni olahraga" dengan menetapkan sendiri peraturan yang

tidak menguntungkan industri otomotif secara umum. Pendapat tersebut membuka jalan untuk

berbagai bentuk balapan . Dalam beberapa kategori balap produksi kendaraan menyerupai sedan, dan

di daerah lain mereka tampak lebih seperti pesawat tempur, belum lagi berbagai trek yang beragam

dari beraspal / tidak beraspal untuk jalan lurus, oval, atau jalan biasa. Dalam semua bentuk Balapan

,Namun demikian, aerodinamis akhirnya muncul sebagai parameter desain yang signifikan, dan pada

akhir 100 tahun pertama mobil, semua desain mobil balap memiliki beberapa tingkat elemen

aerodinamis. Meskipun dasar-dasar aerodinamika disusun sejak 200 tahun belakangan, tidak semua


2/32

prinsip itu langsung digunakan untuk desain mobil balap. Secara alami, keinginan untuk mendapatkan

gaya hambat yang rendah itu diakui pertama oleh Hucho (1998, hal. 14-15) menjelaskan salah satu

mobil balap pertama yang efisien (1899 Camille Jenatzy) yang memecahkan 100 kilometer / jam

(km / h) "pembatas. ". Pembalap bertenaga listrik ini memiliki bentuk ujung yang panjang dalam

upaya untuk mengurangi gaya hambat aerodinamis. Diikuti dengan berkembang pesatnya Industri

otomotif dan salah satunya karya desainer yang paling signifikan dari era itu adalah Tropfenwagen

1924 ("tetesan yang berbentuk" dalam bahasa Jerman) yang dijelaskan oleh Hucho (1998, hal. 18-19).

Bentuk ini mobil ini didominasi oleh bentuk airfoil (terutama dari pandangan atas) dan uji coba

terakhir Volkswagen di terowongan angin menunjukkan koefisien gaya hambat CD = 0,28, yang luar

biasa bahkan untuk ukuran saat ini. (Perlu diketahui bahwa dalam aplikasi otomotif bagian depan

kendaraan digunakan sebagai referensi untuk koefisien gaya hambat dan gaya angkat ). Hanya empat

tahun kemudian, pada tahun 1929, Opel adalah orang pertama yang merancang mobil balap roket

menggunakan sayap (lihat keterangan kendaraan di Hucho 1998, hal. 31-32). Sayap mereka

diperpanjang ke samping, yang berorientasi pada sudut negatif serang untuk menciptakan gaya tekan

kebawah. Inovasi besar ini benar-benar diabaikan dan butuh waktu 35 tahun untuk sepenuhnya

menyadari pentingnya prinsip ini. Akhirnya, ide muncul kembali dalam bentuk GMC supported 1965Chaparral 2C (Falconer & Nye 1992), yang menggunakan variabel sayap belakang untuk menciptakan

gaya tekan ke bawah (downforce) , mengubah bentuk mobil balap sejak saat itu. Untuk menjelaskan

pentingnya gaya tekan ke bawah (downforce) aerodinamis pada kinerja mobil balap, karakteristik ban

harus dibahas secara singkat terlebih dahulu. Pergerakan udara di sekitar kendaraan yang bergerak

mempengaruhi semua komponen satu dan lainnya. Saluran termasuk mesin , aliran pendingin,

ventilasi internal, ban pendinginan, dan aliran eksternal secara menyeluruh semua berhubungan

dengan aerodinamika kendaraan. Pembahasan ini, juga berfokus pada efek aerodinamis luar dan

informasi tambahan mengenai aliran internal dapat ditemukan dalam terbitan Hucho (1998, hal. 11-

12). Seperti yang disebutkan sebelumnya, pembahasan mengenai aerodinamika mobil balap belum

lengkap tanpa membahas secara singkat karakteristik ban. Meskipun secara jelas bahwa sayap padapesawat terbang ( pentingnya aerodinamis), fakta bahwa mobil balap "terbang" di atas ban mereka

kurang jelas dan membutuhkan penjelasan tambahan.

Gambar 1.

Ban yang dihasilkan oleh

sisi gaya vs sudut slip,

dan efek dari gaya

normal.Sisipanmenggam

barkan definisi dari

simpang roda.


3/32

Bahkan, gaya aerodinamik dapat digunakan untuk meningkatkan adhesi ban dan, dengan demikian,

meningkatkan performa kendaraan. Sebagai contoh, Gambar 1 menggambarkan gaya yang bekerja

pada sisi ban yang kena jalan. Sebelah tangan kanan skema yang menggambarkan tiga gaya

(misalnya, FX FY FZ) yang bekerja pada ban dalam sistem koordinat Cartesian selaras dengan

kendaraan, dan tentu saja tiga momen (MX MY MZ) harus disertakan juga. Dalam hal ini kendaraan

menuju ke arah-x, namun karena kekuatan sisi positif (bisa jadi inersia karena menikung) meluncur

pada sudut , seperti yang ditunjukkan pada gambar. Agak mirip dengan model gesekan kering yang

terkenal, gaya yang diciptakan oleh ban, yang sebanding dengan gaya normal dan pada awalnya

bervariasi secara linear dengan sudut slip. Jadi pengamatan pertama di sini adalah bahwa untuk

menghasilkan gaya samping (seperti dalam menikung) ban harus menjadi subjek pada tingkat tertentu

pada simpangan roda . Ketika sudut slip ini terlalu besar [misalnya, lebih dari 5 derajat (deg) dalam

gambar ini] kendaraan sedang meluncur. Beberapa ban komersial menghasilkan lebih sedikit sisi gaya

dalam kondisi side-sliding seperti itu, tapi produsen ban mobil balap keinginan untuk

mempertahankan sebagian besar tenaga sisi geser dalam kondisi moderat. Jadi di luar jangkauan Slip

linear ban komersial mungkin memiliki kemiringan negatif sedangkan ban balap harus menjaga

bentuk datar, seperti yang ditunjukkan. Selain itu, dua kurva dalam diagram sisi kiri menggambarkanefek peningkatan beban normal, dan, seperti yang disebutkan, dengan gaya normal gaya lateral yang

lebih besar yang lebih tinggi dapat dibuat (maka analogi gesekan kering). Tentu saja diagram yang

sama dapat diambil untuk gaya ban yang longitudinal (misalnya, traksi / akselerasi atau pengereman /

deselerasi) berbanding dengan Slip longitudinal. Dalam kasus slip longitudinal adalah perbandingan

antara jalan dan kecepatan putaran ban. Untuk informasi lebih lanjut tentang ban dan dinamika

kendaraan dapat membaca refrensi dari Milliken & Milliken (1995). Kesimpulan langsung adalah

bahwa jika aerodinamis dapat digunakan untuk meningkatkan gaya normal yang bekerja pada

ban, peningkatan serupa pada daya hambat yang diharapkan. Dalam sebagian besar bentuk

Balapan itu diinginkan untuk membuat kendaraan tercepat dalam kategori tertentu. Secara tradisional,

efek aerodinamika eksternal dirangkum dalam hal hambat, angkat, dan stabilitas. Biasanya gayasamping (akibat aerodinamis slip samping ) tidak dicermati karena mobil balap lebih cepat dari angin

yang berhembus, dan daripada gaya angkat, timbulnya gaya tekan yang efisien menjadi masalah

utama. Tiga momen aerodinamis ini terungkap ketika desainer menyadari kendaraan yang stabilitas

(dan penanganan) dapat ditingkatkan dengan benar mengimbangi gaya tekan (misalnya, depan /

belakang) pada ban. gaya tekan aerodinamis seperti yang diinginkan dapat dihasilkan dengan cara

menambahkan gaya angkat mobil ke atas permukaan , atau dengan memodifikasi body kendaraan.

Ketika kendaraan bergerak cepat, ketidakstabilan sisi mungkin menjadi tidak nyaman dari sudut

pandangan pengemudi. Ini diamati lebih awal dengan rekor kecepatan mobil yang menggunakan

stabilisator besar (mirip dengan pesawat pada permukaan yang vertikal) di belakang (dengan

stabilisasi aerodinamis murni). Contoh dari aliran pemikiran ini dapat ditemukan dalam kendaraanseperti tahun 1970 Blue Flame mobil roket (yang lulus 1.001,7 km / h) ditunjukkan dalam Hucho

(1998, hal. 366), atau 1966 Peugeot CD mobil balap (Hucho 1998, hal. 372) yang menggunakan dua

sirip vertikal yang besar di dek belakangnya. Aspek Desain umum dari dua mobil ini adalah upaya

untuk meningkatkan stabilitas sisi kendaraan dengan alat aerodinamis (misalnya, dengan

menggunakan kemudi yang di pasang di belakang jenis permukaan). Seperti disebutkan sebelumnya,

menjelang akhir tahun 1960-an itu desainer mobil balap menyadari keuntungan besar menggunakan

aerodinamis untuk meningkatkan traksi ban ( sesudah menikung dan stabilitas). Untuk menjelaskan

pernyataan ini kita harus kembali ke Gambar mobil 1.. Mari kita asumsikan bahwa beban vertikal

pada ban yang dihasilkan dari kendaraan seberat 200 kilogram (kg). Berdasarkan angka ini gaya

menikung maksimum yang dapat dibuat oleh ban ini agak kurang dari 200 kg. Tentu saja, ban balap

yang baik dapat menghasilkan kekuatan yang lebih besar dan juga transfer berat (akibat dinamika

kendaraan) diabaikan di sini untuk kesederhanaan. Kondisi di atas dapat mewakili kendaraan pada


4/32

saat menikung melakukan manuver yang stabil, dan slip ban di tunjukkan oleh titik A pada gambar

(dan ban sliding penuh masih beberapa derajat jauhnya). Namun, dengan(gaya tekan ke bawah)

downforce aerodinamis gaya normal pada ban dapat ditingkatkan, sedangkan berat kendaraan tidak

berubah, sehingga meningkatkan kinerja (misalnya, melihat titik B atau titik C dalam Gambar 1). Jika

pengemudi yang memutuskan untuk mengubah kecepatan yang sama (gaya pada sisi yang sama)

maka ban akan membutuhkan sedikit pergeseran (titik B) dan keausan ban dan pemanasan akan

berkurang. Di sisi lain, pengendara dapat melaju lebih kencang (misalnya, titik C) dibandingkan

dengan kasus tidak dibantu aerodinamisnya ditunjukkan oleh titik A tanpa risiko kondisi roda

bergeser (pada Gambar 1 titik A dan C memiliki nilai yang sama pada sisi yang slip) . Fakta yang

sederhana ini belum terealisasi hingga pertengahan 1960-an, dan dengan benar yang memanfaatkan

performa ban yang di bantu aero, peningkatan yang dramatis dapat diperoleh saat menikung,

mempercepat keluar pada saat menikung, dalam pengereman (pada kecepatan tinggi), dan sisi yang

satbil . Aspek penanganan adalah hal yangsangat penting karena dengan mengontrol distribusi gaya

tekan kebawah (downforce) antara roda depan dan belakang, stabilitas kendaraan bisa diubah

(misalnya, dengan mengandalkan peningkatan kinerja ban 'bukan pada tren aero efek maksimum sirip

menstabilkan besar).

Gambar 2

Tren maksimal percepatan saat menikung, selama 50

tahun terakhir.

Akibatnya, meningkat pada saat menikung akibat penggunaan downforce aerodinamis (Metz 1985,dan seperti yang dijelaskan sebelumnya) menyebabkan peningkatan dramatis dalam kecepatan pada

saat menikung dari tahun 1960-an sampai pertengahan 1990-an, seperti yang ditunjukkan oleh

Gambar 2. Pada tahun-tahun, percepatan pada saat menikung meningkat kurang dari percepatan

gravitasi (g) untuk menutup untuk 4g karena peningkatan penggunaan downforce aerodinamis.

Gambar 2 ,menunjukkan kecepatan saat menikung maksimum dari mobil balap yang lebih kuat dari

jamannya (misalnya, roda terbuka atau prototipe). Garis tebal menunjukkan kecenderungan umum

peningkatan maksimum traksi ban (mirip dengan koefisien gesekan) selama bertahun-tahun,

sedangkan garis putus-putus menunjukkan peningkatan dramatis yang terjadi setelah penggunaan

downforce aerodinamis dimulai. Salah satu aspek yang menarik dari fenomena ini adalah bahwa

traksi ban (dengan perangkat downforce yang menghasilkan tertentu) berbeda dengan kecepatan. caraini bahwa pengereman kecepatan tinggi mungkin mulai dengan 4-g perlambatan, tapi sopir harus


5/32

segera mengurangi upaya pengereman karena adhesi ban akan berkurang secara bertahap,

sebagai kendaraan yang melambat. Juga, perhatikan bahwa generasi downforce aerodinamis

disertai dengan peningkatan hambatan, tetapi kemampuan untuk berbelok dengan cepat dan

mengontrol stabilitas kendaraan jelas berkontribusi pada peningkatan kecepatan.

Tabel 1

Tabel umum downforce total dan persen downforce depan (% F) syarat untuk berbagai kondisi trek

balap

Setelah pembukaan singkat ini menjadi jelas bahwa aspek aerodinamis desain mobil balap tidak

terfokus pada kendaraan karena drag reduction saja. Dalam kasus mobil dalam kecepatan tinggi,

downforce aerodinamis dapat meningkatkan adhesi ban di jalan tanpa meningkatkan massa

kendaraan. Hal ini dapat meningkat baik saat menikung dan pengereman dan juga memungkinkan

kontrol karakteristik stabilitas kendaraan (handling). Ini berarti bahwa pusat aerodinamis tekanan

harus berada di belakang pusat titik berat kendaraan dan jarak atau marjin yang disebut sebagai

keseimbangan, menunjukkan rasio downforce antara ban depan dan belakang. Page (2000), dalam

penjelasannya tentang roda mobil balap roda terbuka jenis indy, yang memberikan informasi terkini

(diringkas dalam Tabel 1) pada downforce yang diinginkan (pada 200 mph) dan pada berapa persen

downforce aerodinamis pada as roda depan (F% ), untuk berbagai lintasan balap.

Perhatikan bahwa karena sifat yang sangat kompetitif dari dalam industri motor balap,

dari hasil penelitian yang lebih lanjut (sering sangat canggih) dijaga kerahasiaannya dan tidak

dipublikasikan dalam literatur terbuka. Oleh karena itu, perbandingan antara data yang diterbitkan

penelitian sebenarnya jauh lebih kecil dibandingkan di dalam ilmu teknik lainnya (misalnya,

aerospace). Selain itu, tujuan dari penelitian aerodinamis seperti itu, secara umum, adalah untuk

mengembangkan downforce yang efisien dengan drag yang minim. Prinsip-prinsip pengurangan drag

dan lapisan aliran kendaraan, dengan fokus pada batas lapisan laminar yang panjang dan pemisahan

aliran kurang, didokumentasikan dengan baik untuk pesawat tipe konfigurasi (misalnya, lihatpendekatan yang digunakan untuk airfoil di Liebeck 1973). Oleh karena itu, pembahasan berikut

berfokus terutama pada aspek gaya tekan ke bawah (downforce) aerodinamis dari mobil balap.

Bagaimana cara membuat downforces

Desain mobil balap secara historis selalu dipengaruhi oleh merampingkan badan kendaraan,

terutama ketika fokusnya adalah untuk mengurangi hambatan udara pada kecepatan tinggi. Tren ini

terus berlanjut hingga pertengahan tahun 1960-an, yang menunjukkan bahwa kendaraan aerodinamis

juga secara estetis menarik, gambar yang ini agak diubah oleh penemuan downforce aerodinamis dan

pengaruhnya terhadap kinerja mobil balap. Pendekatan paling utama dan paling sederhana untuk

menghasilkan downforce adalah menambahkan sayap terbalik pada mobil balap yang ada. Namun,keunggulan yang baru saja ditemukan ini belum bebas dari masalah. Sebagai contoh, gaya tekan


6/32

aerodinamis meningkat seiring dengan kuadrat dari kecepatan kendaraan sedangkan ban bergantung

sedikit pada kecepatan. Akibatnya, jika sayap terbalik yang terpasang ke kendaraan maka tingkat

pegas suspensi harus menjadi kaku untuk kemungkinkan adanya tambahan beban pada kecepatan

tinggi . Perangkat variabel yang menghasilkan gaya tekan, sebagian besar berdasarkan pada

pengurangan sayap atau sudut sirip yang menyerang pada kecepatan yang lebih tinggi. Pendekatan

lainnya adalah untuk memasang sayap untuk suspensi unsprung untuk mencegah kekakuan dari pegas

suspensi. Perkembangan yang pesat dalam waktu singkat (kurang dari satu tahun) ini menghasilkan

beberapa kegagalan, yang diikuti oleh peraturan sepenuhnya yang melarang peralatan aerodinamis

yang dapat bergerak. Beberapa organisasi balap tidak menghiraukan bahkan memutar pikiran

penggemar untuk menghilangkan keraguan tentang menafsirkan makna "tidak ada perangkat

aerodinamis yang dapat bergerak."

Sayap Mobil Balap

Desain sayap pesawat yang matang pada pertengahan abad kedua puluh dan itu hanya

desainer alamiah yang meminjam sayap pesawat terbang pada profil mobil balap yang berhasil

digunakan pada kendaraan mereka. Namun, pendekatan ini tidak sepenuhnya berhasil karena adanya

perbedaan bawaan antara kedua aplikasi ini. Kesulitan dalam transfer teknologi ini menjadi sorotan

oleh Katz (1994) dan temuannya dapat diringkas sebagai berikut:

Sebuah desain mobil balap dengan permukaan mengangkat yang berbeda dari desain sayap

pesawat terbang biasa karena (a) sayap depan sebuah mobil balap yang beroperasi dalam ground

effect yang kuat, (b) sayap belakang mobil roda terbuka balap memiliki aspek rasio yang sangat kecil,

dan (c) ada interaksi yang kuat antara sayap dan komponen kendaraan lainnya (misalnya, tubuh, roda,

sayap atau lainnya). Argumen ini akan dibahas secara lebih rinci dalam paragraf berikut.

Efek tanah

Kenaikan lift dari sayap pesawat ketika mendekati tanah dijelaskan pada tahap awal teori

aerodinamis (misalnya, Pistolesi 1935). Efeknya adalah menguntungkan untuk kedua mengangkat dan

airfoil terbalik yang menciptakan downforce. Hasil khas untuk airfoil terbalik disajikan pada Gambar

3(dari Zerihan & Zhang 2000). Data secara jelas menunjukkan tren dan besarnya yang signifikan dari

ground efek, terutama ketika ground clearance lebih kecil dari airfoil seperempat chord. Efeknya tidak

terjadi secara bebas dan peningkatan yang serupa di tarik dan diukur oleh Zerihan & Zhang (2000).

Karena banyak mobil balap menggunakan sayap depan, biasanya dipasang sedekat h / c dari 0,1-0,3,

prinsip ini jelas digunakan dalam desain mobil balap (padaGambar 3, h = ground clearance dan c =

airfoil chord). Dalam sebuah karya kemudian, Zhang & Zerihan (2003) menunjukkan perilaku yang

jelas sama untuk sayap dengan airfoil dua elemen.

Karena besaran besarnya efek ini, banyak penelitian berfokus pada subjek ini dan Coulliette& Plotkin (1996) baru-baru ini menyimpulkan dimensi kedua efek. Dalam pekerjaan mereka, merekamemisahkan kontribusi parameter seperti ketebalan, camber, dan sudut angkat serang airfoil itu. Daripengamatan sudut pandang mobil balap yang menarik adalah bahwa untuk airfoil terbalik (misalnya,menciptakan downforce) semua efek di atas akan meningkatkan downforce di dekat tanah.


7/32

GAMBAR 3.Koefisien drag dan dowforces vs ground clereance inverted LS [From Zerihan & Zhang (2000), =1 deg, Re = 2106, moving ground plane.]

Ini termasuk efek positif dari sudut serangan dan camber, yang dalam kasus sayap pesawat(mengangkat) di dekat tanah negatif. Tiga-dimensi perhitungan efek tanah untuk yang terbatas sayaprentang persegi panjang dilaporkan oleh Katz 1985b, yang menunjukkan bahwa efek tetap besarbahkan dalam kasus AR = 2 persegi panjang sayap (yang kurang dari kebanyakan sayap depan mobilbalap). Fokus dari penelitian ini adalah untuk memperkirakan beban yang goyah pada sayap tersebut

karena gerakan osilasi yang naik-turun (karena suspensi di buat perjalanan), informasi ini sangatpenting dalam masa itu yang merupakan awal untuk menggunakan permukaan mengankat pada mobilbalap.

Karena jarak yang sangat dekat dengan tanah, batas kondisi di lapangan sangatmempengaruhi baik hasil numerik dan eksperimental. Wiedemann (1989) membahas beberapa efekini dan menyimpulkan bahwa simulasi di tanah bergerak sangat penting untuk kasus tersebut. Dia

menunjukkan beberapa jenis batas lapisan di lapangan dan Berndtsson et al. (1988) memberikaninformasi tentang aliran lapisan batas lantai, dengan atau tanpa menggelinding di simulasi tanah. 34

aspek rasio sayap yang kecil

Dalam kebanyakan bentuk motor balap sayap belakang yang besar banyak digunakan. Dalamkasus mobil balap roda terbuka seperti mobil Indy sayap ini memiliki rasio aspek (ARS) mendekatisatu. Tren terbaru, ditujukan untuk mengurangi kecepatan pada saat mobil menikung, juga membatasiukuran sayap belakang, tapi AR masih dekat dengan dua. Desain awal didasarkan pada menggunakanbentuk yang ada tinggi angkat airfoil yang (misalnya, dari pesawat yang) dan beberapa airfoil yang

digunakan pada akhir tahun 1980 telah diuji oleh Katz & Dykstra (1989) Typical distribusi tekanandua dimensi. Pada bagian sayap pesawat high-AR disajikan di bagian atas dari Gambar 4 (dari Katz1989). Namun, ketika sayap AR dikurangi (misalnya, untuk sayap belakang mobil Indy), distribusi

tekanan berubah secara dramatis, seperti yang ditunjukkan pada bagian bawah gambar. Perubahandistribusi tekanan terutama karena efek sayap tradisional terbatas (lihat garis mengangkat Prandtl di

Glauert 1926, ch. 11) dan dapat dihitung dengan metode arus potensial. Kesimpulan langsung adalahbahwa sayap tersebut dapat bernada lebih (dari yang tinggi-AR) untuk meningkatkan hisap

Leadingedge, dan Gambar 5 menunjukkan hasil seperti percobaan. Data dalam angka ini tidakmenunjukkan kios dan lift kemiringan linear melalui berbagai sudut serangan. Pada kenyataannya,


8/32

tentu saja, ada pemisahan trailing edge lokal, tetapi dua yang kuat (membuntuti) vortisitas sisimelampirkan sebagian besar aliran pada sisi hisap. Efek menghilangkan sirip samping (atau piringend), seperti yang diharapkan, mengakibatkan hilangnya lift, tetapi tidak ada karakteristik stall yangtetap. Hoerner (1985, p. 3.9) membahas efek positif ini sirip samping pada lift, sedangkan kenaikandrag jauh lebih kecil, menunjukkan peningkatan besar dalam rasio lift-to-drag (L / D) karena platakhir.

Interaksi Sayap / kendaraan.

Perbedaan ketiga yang utama antara sayap pesawat dan sayap mobil balap adalah interaksi

yang kuat antara permukaan lift dan komponen tubuh lainnya. Dalam skala 0,25% tes terowongan

angin, Katz & Largman (1989b) bereksperimen dengan prototipe mobil balap generik (tipe roda

tertutup) dengan mengukur kekuatan tak terpisahkan dan tekanan permukaan dengan dan tanpa sayap

belakang. Data ini jelas mengindikasikan bahwa konfigurasi downforce yang erat digabungkan adalah

jauh lebih besar daripada gabungan (tapi jauh terpisah) kontribusi bodi dan sayap saja. Gambar 6

(dari Katz & Dykstra 1992) menunjukkan interaksi sayap belakang untuk dua mobil balap yang

berbeda. Data di atas adalah diagram untuk mobil balap yang berbasis sedan sedangkan datapada bawah adalah untuk prototipe mobil balap dengan diffusers bodi bagian bawah mobil

besar (a "diffuser belakang" adalah miring ke atas belakang-bawah permukaan kendaraan;

lihat Gambar 11-13). dalam kedua kasus ,ketinggian sayap bervariasi hingga kondisi

dimana interaksi adalah minimum. Downforce gabungan meningkat saat sayap dipasang

mendekati dek belakang kendaraan. Pada jarak yang dekat pemisahan aliran antara dek

belakang dan sayap sehingga downforce berkurang. Posisi horizontal (misalnya, kedepan /

belakang) dari sayap juga memiliki efek yang kuat pada aerodinamika kendaraan (biasanya

downforce meningkat sebagai sayap digeser mundur), tetapi regulasi balap menyatakan

bahwa sayap trailing edge tidak bisa diperpanjang di belakang bodi kendaraan (dalampandangan atas). Perubahan yang sangat besar dalam downforce mobil prototipe (di bagian

bawah Gambar 6) adalah karena meningkatnya aliran diffuser bagian bawah bodi, tetapi

efeknya tetap jelas dengan kendaraan berbasis sedan (dengan sayap yang lebih kecil) juga.

Perhatikan bahwa hasil ini didasarkan pada fixed-dasar pengujian terowongan angin.

Kemudian tes dengan alat tanah bergulir menunjukkan bahwa efek tetap, meskipun

besarannya akan meningkat.


9/32

Gambar 4

Distribusi tekanan Chordwise pada airfoil empat-elemen dua dimensi (atas), dan di tengah dari AR = 1,5 sayap

persegi panjang (bawah), memiliki bagian airfoil yang sama. AR, aspek rasio. [Dari Katz (1989). Diterbitkan

ulang dengan izin dari American Institute of Aeronautics dan Astronautics, Inc]


10/32

Gambar 5Angkatan dan koefisien hambatan untuk sayap belakang mobil balap roda terbuka generik. AR = 1,5,dan koefisien didasarkan pada area pandangan datar. AR, aspek rasio. [Dicetak ulang dengan izin

dari Katz & Dykstra (1989), SAE Paper 89,0600? C 1989 SAE International.]


11/32

Gambar 6Efek sayap pada posisi vertikal total koefisien angkatan dan drag kendaraan. Angka atas adalah untuk

kendaraan berbasis sedan dan yang bawah adalah untuk mobil balap prototipe. [Dicetak ulang dengan izin

dari Katz & Dykstra (1994), SAE Paper 92-0349? C 1992 SAE International.]

Tren yang yang ditunjukkan pada Gambar 6 masih tetap untuk mobil balap roda terbuka karena

tekanan yang rendah disebabkan jalan keluar diffuser belakang (misalnya, meningkatkan aliran di

bawah mobil). Mobil balap tersebut (misalnya, mobil Indy) juga memiliki sayap depan yang besar,

dan keuntungan utama dari konfigurasi sayap ganda (yang sebenarnya tidak diperbolehkan dalam

segala bentuk Balapan) adalah bahwa pusat tekanan kendaraan (keseimbangan) mudah dikontrol

(dengan pitching sayap depan atau sirip nya). Meskipun jenis sayap yang terkena aliran bebas

terganggu, interaksinya dengan kendaraan tidak selalu linear. Katz & Garcia (2002) melaporkan salahsatu interaksi sayap / kendaraan depan lebih rumit. Ini berdasarkan studi tes terowongan angin, pada

obyek yang bergerak dan berhenti di tanah, difokuskan pada mobil roda terbuka (tipe Indy) mobil

balap, dan bentuk umum dari sayap depan dengan tutup ditampilkan dalam gambar di atas dengan

Gambar 7.


12/32

Kebanyakan peraturan balapan roda terbuka memungkinkan rentang sayap lebih lebar dari jarak

antara kedua roda depan. Namun, sebelumnya (tidak dipublikasikan) studi menunjukkan sebuah

interaksi yang tidak menguntungkan antara vortex sayap-tip dan roda, secara jelas mendukung desain

rentang sayap yang sempit. Dalam percobaan ini geometri sayap tetap dan hanya sudut lipatan

berubah. Juga, beban sayap depan diukur dengan keseimbangan tambahan untuk mengisolasinya dari

beban total kendaraan. Hasil downforce disajikan pada Gambar 7a, di mana CLW adalah singkatandownforce sayap depan dan CLOT adalah total downforce kendaraan. Seperti yang diperkirakan,


13/32

angkatan sayap meningkat hampir sama dengan perubahan sudut flap, sedangkan total kenaikan

angkatan \ kendaraan jauh lebih kecil dan tampaknya mengulur pada titik tertentu. Visualisasi aliran

menunjukkan bahwa pusaran ujung sayap depan pada akhirnya mencapai sayap belakang, dan di

sudut lipatan tinggi, angkat sayap belakang berkurang juga (jadi downforce tidak meningkat, tapi

pusat tekanan tidak bergerak maju). Pengujian tambahan dengan model ini menunjukkan bahwa

dengan meningkatkan sudut serangan dari unsur utama sayap depan dengan beberapa derajat aliran

bawah bodi akan dialihkan, yang mengakibatkan hilangnya downforce bagian bawah bodi mobil. Ini

berarti bahwa spanwise memuat secara optimal seperti sayap depan yang memiliki pembebanan yang

jauh lebih besar di dekat ujungnya kebalikan yang lengkap dari pemuatan elips ideal (tipe pesawat) .

Kecenderungan yang sama (dengan data downforce) yang ditunjukkan oleh data drag pada

Gambar 7b. Di sini sekali lagi drag ada di kutub sayap saja (CDW) harus menambah seiring dengan

meningkatnya sudut flap, seperti yang ditunjukkan oleh simbol persegi. Namun, hambatan kendaraan

penuh (CDtot) setelah mencapai maksimum berkurang meskipun dengan meningkatnya hambatan

pada sayap. Hal ini dapat dijelaskan oleh hilangnya downforce total karena interaksi aliran di bawah

mobil dengan sayap belakang.

Gurney flaps

Pada awalnya, sayap mobil balap didasarkan pada bentuk airfoil pesawat, dan mereka

desain didasarkan pada pengalaman dalam bidang penerbangan. Namun, flap trailing edge kecil yang

menentang logika aerodinamis untuk sesaat membalikkan aturan ini karena digunakan pada mobil

balap sebelum pengalihan teknologi ini untuk aplikasi industri pesawat terbang. Pada tahap awal

penggunaan sayap di mobil balap (pada akhir tahun 1970), sebuah airfoil Newman tebal ditambahkan

ke mobil Indy (Liebeck 1978). Karena kecepatan tinggi dan pertimbangan struktural, penguatan

vertikal kecil ditambahkan di atas airfoil, di trailing edge, yang mencakup seluruh lebar mobil. Setelah

menambahkan penguatan struktural ini,penemuan ini sangat mengejutkan para aerodynamicist, mobilmelaju pada kecepatan yang lebih tinggi, menunjukkan drag yang lebih rendah. Ini adalah bagaimana

sirip Gurney memulai dominasinya dalam lomba desain sayap mobil (Gurney adalah nama

pengemudi mobil itu). Dalam studi pertama ini pengurangan drag secara tiba-tiba yang bersamaan

dengan meningkatnya downforce kendaraan. Pengaruh vertikal seperti flaps trailing edge pada sayap

yang terluar dan sangat melengkung telah diberitakan oleh Katz & Largman (1989a). Mereka

menunjukkan bahwa keuntungan ini merupakan hasil dari trailing edge-batas lapisan reattachment,

tetapi juga menyatakan perubahan dalam arah aliran trailing edge (menunjukkan sirkulasi yang lebih

besar). Visualisasi aliran terowongan air yang menunjukkan aliran trailing edge seperti dilaporkan

oleh Neuhart & Pendergraft (1988), mendokumentasikan perubahan bentuk trailing pemisah antara

tepi dengan ketinggian sirip. Ross et al. (1995) sirip ini telah dipelajari secara ekstensif danditempatkan di beberapa lokasi strategis di dua elemen sayap. Bahkan ketika menempatkan tab di

celah antara dua elemen airfoil atau di depan posisi flap trailing edge, mereka menemukan

keuntungan dengan tingkat yang signifikan pada lift. Carrannanto et al. (1994) diikuti dengan analisis

data numerik dari Gurney flaps untuk memvalidasi hasil ini, untuk menghitung bentuk merampingkan

dekat trailing edge, dan membandingkan mereka dengan visualisasi aliran terowongan air Neuhart &

Pendergraft (1988).


14/32

Gambar 8

Pengaruh penambahan 1,7% chord sirip gurney yang panjang di koefisien angkatan dan gaya hambat dari

sayap persegi panjang (AR = 8, NLF 0414 airfoil). AR, aspek rasio. (Data dari Myose et al. 1996.)

Sejumlah penelitian lain, seperti Papadakis et al. (1997), meninjau pengaruh tab baik di tepi

trailing dan di dalam celah antara dua elemen airfoil itu. Efek tiga dimensi, menunjukkan efektivitas

tab ini praktis untuk sayap pesawat, dilaporkan oleh Myose et al. (1996). Tipe gaya angkat dan data

gaya hambat pada efek seperti flap ditunjukkan singkat pada Gambar 8. Dalam hal ini, Myose et al.

(1996) menggunakan sayap persegi panjang dengan AR = 8, sebuah airfoil NLF0414, dan 1,7% chord

Gurney sirip tinggi. Secara umum, gaya angkat meningkat dengan penambahan sirip pesawat, serta

gaya hambat, sepanjang rangkaian sudut serangan. Kasus pengurangan gaya hambat, seperti yang

dilansir Liebeck (1978), hanya terdapat pada airfoil yang sangat tebal dan ttidak ada dengan tipe

airfoil modern yang rendah (seperti pada Gambar 8). Juga, peningkatan ukuran lipatan (kadang-

kadang sampai 5%) akan menunjukkan peningkatan dan perbaikan gaya angkat sesekali dalam L / D.

Penerapan perangkat sayap bagian depan mobil balap 'itu ditinjau kembali oleh Zerihan

& Zhang (2001), yang meneliti efek dari kedekatan tanah, dan Jeffrey et al.(2001), yang

mengembangkan hasil ini untuk airfoil dua elemen. Karena kesederhanaan dan kefektifan perangkat

ini digunakan dalam hampir semua bentuk balap motor.

Membuat Downforce pada Body Kendaraan

Setelah potensi penggunaan downforce aerodinamis pada mobil balap mulai direalisasikan

untuk memenangkan perlombaan, para desainer mulai bereksperimen dengan metode lain daripada

hanya memasang sayap terbalik (inverted wings). Hal itu jelas, bahwa dengan luas planform yang

lebih besar dari bodi (dibandingkan dengan dipasang di sayap), tingkat downforce yang signifikan

bisa dihasilkan. Efek dasar ini mirip dengan Pistolesi s (1935) Sayap awal di dalam model efek tanah.

Namun, sifat dari aliran bawah kendaraan harus dipertimbangkan, dan Gambar 9 (dari Katz 1995,

hlm. 49) menggambarkan ini untuk dua badan yang umum. Pada bagian atas gambar, sebuah ellipsoid

simetris mendekati tanah. Aliran mampu berakselerasi di bawah ellipsoid dan downforce,

meningkatkan dengan mengurangi jarak ke tanah . Namun, jika distribusi area yang sama (sepanjang

panjang) didistribusikan dalam bentuk semi-elips, seperti yang ditunjukkan, sebaliknya (misalnya,


15/32

gaya angkat ) diukur karena berkurangnya aliran di bawah bodi kendaraaan. Selain itu, solusi aliran

yang potensial atas belahan bumi menunjukkan koefisien angkat 11/8 karena tekanan pada permukaan

atas. Jadi, jelas, perubahan bentuk menunjukan angka yang lebih rendah (yang menyerupai bentuk

otomotif) akan memiliki gaya angkat yang akan meningkat dengan mengurangi jarak dari tanah.

Kesimpulan sederhana: Salah satu pilihan adalah merampingkan bodi kendaraan pada bagian bawah

untuk menghasilkan tekanan yang lebih rendah di sana (sebagai akibat dari kecepatan yang lebih

tinggi), dan satu lagi pilihan adalah untuk menciptakan tekanan rendah di bawah mobil adalah dengan

efek tidak langsung yang berhubungan dengan dasar sayap dalam model efek tanah. Cara lain untuk

menghasilkan efek ini adalah untuk menutup celah antara tanah dan mobil seluruhnya, hanya

menyisakan bagian belakang yang terbuka. Kemudian Tekanan basis rendah di belakang kendaraan

menentukan tekanan di bawah mobil. Desain awal mobil balap menggunakan "skirt fleksibel" di

sekitar mobil dan spoiler belakang yang besar atau sayap untuk membuat tekanan dasar yang rendah

di belakang kendaraan. Dalam hal ini, menurunkan dek belakang dapat mengurangi daerah basis dan

komponen hambatan (karena tekanan dasar), meningkatkan downforce untuk menyeret rasio.

Peraturan yang terbaru, bagaimanapun, menghilangkan segel fleksibel seperti di sekitar kendaraan,

tetapi desain NASCAR saat ini ditujukan untuk mengurangi aliran udara di bawah mobil mungkintelah berevolusi dari sebuah konsep desain aerodinamis . Meskipun metode seperti itu bereksperimen

dengan yang dulu, tidak ada data yang dipublikasikan pada konsep ini.

Perkembangan berikutnya difokuskan pada bagaimana mengendalikan tekanan yang rendah

di bawah mobil secara mandiri dari kecepatan kendaraan tersebut. Penelitian ini menciptakan apa

yang disebut penghisap mobil. Yang pertama kali adalah 1969 Chaparral 2J dijelaskan oleh Falconer

& Nye (1992, ch. 7) atau Katz (1995, p. 247). Mobil ini menggunakan mesin tambahan untuk

mendorong dua kipas penghisap besar yang berada di belakang kendaraan. Seluruh pinggiran di

bagian bawah bodi mobil dan jarak tanah yang kecil dan kipas yang digunakan untuk menyedot udara

yang mengalir keluar melalui tutup tersebut untuk mempertahankan tekanan yang rendah sehingga

dapat dikontrol. Manfaat lain dari desain ini adalah aliran di bawah bodi mobil yang mengalir keluar

melalui belakang (mundur) berguna untuk mengurangi tekanan dasar dan karena itu gaya hambat

kendaraan tidak tinggi. Dari segi performa, downforce dikendalikan oleh motor tambahan dan tidak

mengalami kenaikan kuadrat dari kecepatan, itu membuat mobil cukup nyaman ( suspensi tidak kaku)

dan berdaya saing. Tak perlu dikatakan lagi, desain itu unggul sejak hari pertama, dan tidak mendapat

sambutan baik dari persaingan (misalnya, banyak aturan yang melarang desain tersebut). Konsep ini

terulang kembali beberapa tahun kemudian di Formula 1 dengan 1978 Brabham BT46B (lihat Katz

1995, p. 248). Sejarah kembali berulang dan mobil itu langsung keluar sebagai pemenang dan

dilarang untuk mengikuti perlombaan berikutnya. Sekali lagi, tidak ada data tentang mesin ini yang

ditemukan pada kendaraan ini.


16/32


17/32

Gambar 10.

Pengaruh side skirt ke tanah celah pembersihan total koefisien downforce kendaraan. (Dari Wright 1983.)

(Perhatikan bahwa diffuser bagian bawah bodi mobil disebut "venturi" dalam sketsa ini.)

Karena konsep mobil hisap dilarang oleh lembaga pemberian sanksi, satu-satunya Alternatif lain

adalah memanfaatkan efek tanah kuno untuk membuat downforce oleh bodi kendaraan. Colin

Chapman, desainer dari Lotus yang terkenal 78 (Hoefer 1978), mengembangkan konsep ini agar

sesuai geometri mobil balap F1 . Dalam desainnya sisi kendaraan bagian pod memiliki airfoil yang

berbentuk terbalik (pada efek tanah) dan kedua sisi mobil yang tertutup dengan menggeser 'bagian

skirt'. Penutup samping ini menciptakan suasana dua dimensi untuk kecil AR terbalik sayap berbentuk

polong di bagian samping. Konsep (seperti yang ditunjukkan Gambar 10) bekerja dengan sangat baik,

sehingga kekuatan penghisap di bawah mobil besar, seperti dilansir Poncini & Di Giusto (1983).

Setahun setelah aplikasi pertama dari prinsip ini, Hoefer (1978) mendokumentasikan pendekatan

Chapman untuk memadukan Ide airfoil terbalik ke dalam kolong sisi kendaraan menggunakan skirt

yang digeser. Tak perlu dikatakan lagi, konsep itu sangat sukses dan Lotus memenangkan 78

kejuaraan dunia pada tahun 1977. Pada akhir tahun 1980-an metode ini digunakan dalam berbagai

bentuk balapan, sehingga nilai-nilai downforce melebihi berat kendaraan (Wright 1983). Namun, sealyang di geser ke sisi kendaraan tidak bebas masalah. Ketidakteraturan permukaan jalan kadang-


18/32

kadang mengakibatkan kegagalan seal dan kerugian downforce akan berakibat timbulnya bencana

besar. Efek meningkatkan jarak antara tanah dan seal pada downforce yang ditunjukkan pada

Gambar 10 (fromWright 1983), dan 20-milimeter (mm) celah ini dapat mengakibatkan hilangnya

50% downforce. Hal ini menyebabkan pelarangan semua seal geser pada tahun 1983, dan pada

kebanyakan bentuk balapan satu-satunya bagian dari kendaraan yang diperbolehkan bersentuhan

dengan tanah adalah ban.

Setelah konsep skirt geser dilarang disadari bahwa bentuk aifoil terbalik di bagian bawah bodi

mobil masih bisa menghasilkan downforce (lihat Poncini & Di Giusto 1983). Karena satu-satunya

daerah ini bisa pas (bawah mobil) adalah antara roda, yang disebut diffusers, atau terowongan, ini

diciptakan. Berdasarkan data yang disajikan oleh Poncini & Di Giusto (1983), diffusers ini dapat

dilihat sebagai perubahan yang masuk akal setelah dilarangnya konsep "skirt, sisi pods yang

membentuk airfoil terbalik".

Diffusers.Teori aliran kompresibel dasar menunjukkan bahwa meskipun bodi mobil tidak mengankat,

jarak ke tanah dapat menciptakan downforce (misalnya, lihat bagian atas Gambar 9).Pendekatan ini

awalnya diabaikan oleh desainer mobil balap dan, seperti yang disebutkan, sayap terbalik (inverted

wings) yang berbentuk sisi pod adalah usaha pertama untuk menghasilkan downforce dengan bodi

kendaraan. Setelah melarang segel geser, ide dasar ini diperkenalkan kembali. bahkan kemudian

konsep itu merupakan evolusi dari jalur angin yang terbentuk di bawah sisi pod, yang sekarang

disebut diffusers. Salah satu penelitian dasar pertama menyelidiki aliran diffuser tersebut, meskipun

tertinggal beberapa tahun di belakang, penggunaan aktual diffusers seperti pada mobil balap,

dilakukan oleh George (1981) dan George & Donis (1983). Mereka menggunakan bentuk generik

sederhana dengan diffuser di bagian bawah bodi mobil, seperti terlihat pada inset di Gambar 11.

Karya ini menunjukkan bahwa downforces tingkat tinggi dapat dihasilkan tanpa segel permanen yangmeluncur pada tanah. Downforce akan meningkat dengan jarak berkurang, efek yang akan mencapai

puncaknya (diffuser stall) ketika jarak ke tanah (h) turun sedikit di bawah h / L (panjang L =

kendaraan) 0,05. Jenis aliran ini juga menarik bagi industri otomotif dan diikuti beberapa

penyelidikan. Sebuah studi komprehensif seperti model generik dengan berbagai bentuk diffuser

belakang dilakukan sekitar 15 tahun kemudian oleh Cooper et al. (1998), dengan kendaraan

penumpang . Satu set data umum mereka sajikan pada Gambar 11, menunjukkan variasi gaya tekan

ke bawah(downforces) dan gaya hambat dengan jarak ke tanah. Pengaruh tanah bergelombang

meningkatan downforce yang diukur, tetapi karakteristik dasar tidak berubah. Ketika berbagai sudut

diffuser mereka menemukan bahwa untuk sudut diffuser yang lebih besar, timbulnya diffuser bilik

terjadi sebelumnya. Misalnya, dalam data Gambar 11 sudut diffuser adalah 10 deg dan kios muncul dih / L ~ 0,02, tetapi untuk sudut diffuser dari 15 derajat ini terjadi pada h / L ~ 0.22! Cooper et al.

(1998) juga mengukur tekanan di sepanjang permukaan bagian bawah bodi, menunjukkan puncaknya

pengisap di dekat pintu masuk terowongan.Arti penting dari puncak tekanan ini untuk aplikasi mobil

balap adalah bahwa dengan pergeseran kedepan / belakang pintu masuk diffuser, letak bagian tengah

kendaraan tekanan dapat dikontrol. Sangat menarik untuk dicatat bahwa nilai koefisien gaya angkat

yang dilaporkan oleh Cooper et al. (1998) kurang dari yang dilaporkan oleh George & Donis (1983)

karena dimensi yang sedikit berbeda dari model generik (misalnya, diffuser yang lebih kecil).


19/32

Gambar 11

Angkat dan variasi koefisien hambatan dengan ground clearance untuk model generik dengan diffuser bagian

bawah bodi mobil. [Dari Cooper et al. (1998). Rel = 0,83 106, tanah bergulir.]

Dalam sebuah karya yang lebih baru, Senior & Zhang (2001) mencoba untuk menghasilkan informasi

tambahan pada dinamika fluida dasar aliran diffuser. Sementara menguji berbagai sudut diffuser,

mereka mengidentifikasi dua vortisitas yang terbentuk di tepi sisi diffuser dan menyimpulkan bahwa

efek bilangan Reynolds tidak signifikan. Tampak bahwa aliran bawah bodi mobil cenderung terpisah

di jalan masuk diffuser yang lancip untuk disambungkan oleh dua vortisitas samping. Karena garis

pemisahan ditentukan oleh sudut diffuser yang lancip, efek bilangan Reynolds kecil. Penelitian yang

sama dilakukan lebih lanjut oleh Ruhrmann & Zhang (2003), yang menguji sudut diffuser dalam

rentang yang lebih luas dari 5 sampai 20 derajat, dengan bergerak tanah. Fokus mereka adalah padapemahaman bilik diffuser dan permukaan yang luas visualisasi aliran minyak-garis ini dilakukan.

Untuk sudut diffuser yang lebih rendah, vortex gangguan adalah penyebab utama dari

pengurangan tenaga, sedangkan pada diffuser tinggi sudut kombinasi pemisahan aliran dan pusaran

gangguan diamati. Sekali lagi, nilai koefisien gaya angkat yang dilaporkan dalam pekerjaan ini adalah

sekitar dua kali mereka pada Gambar 11karena geometri sedikit berbeda. Integrasi konsep ini ke

dalam bagian bawah bodi mobil balap yang sebenarnya digambarkan di bagian atas dari Gambar 12.

Visualisasi aliran (dari Katz & Largman 1989b) jelas menunjukkan adanya vortisitas sisi yang

bertanggung jawab untuk menyambung kembali aliran di terowongan (diffusers). Tekanan permukaan

yang diukur sepanjang garis tengah terowongan yang ditunjukkan pada Gambar 12 dan puncak

pengisap tajam di pintu masuk terowongan ini terlihat. Dalam studi ini beberapa sudut diffuser yangdigunakan dan downforce yang dihasilkan dan koefisien hambatan untuk kendaraan lengkap


20/32

ditunjukkan pada tabel dimasukkan ke dalam gambar. Untuk geometri tertentu, diffuser sudut lebih

besar dari 14 derajat terhenti dan dibuat kurang downforce.

Add ons: generator vortex, spoiler, dll

Pada bagian ini kita membahas modifikasi sederhanayang dapat ditambahkan ke mobil yangdapat meningkatkan downforce. Salah satu pemasangan sederhana adalah generator vortex (VG). VGs

tealah digunakan selama bertahun-tahun di pesawat, terutama untuk mengontrol aliran lapisan batas.

Ukuran VGs dalam aplikasi seperti berada di urutan ketebalan batasan lapisan lokal, dan selain

mempengaruhi batasan-lapisan transisi, mereka bertugas untuk menunda pemisahan aliran pada sisi

pengisap sebuah sayap. Penggunaan alat tersebut dalam balapan otomotif agak berbeda. Di sini

fokusnya adalah menciptakan pusaran ujung yang stabil dan berjangka panjang, yang pada akhirnya

dapat mengurangi tekanan di sepanjang jalan tersebut. Sebuah pilihan yang sederhana adalah dengan

menambahkan VGs di bagian depan bawah bodi dan jalur pusaran yang panjang dari VGs dapat

menyebabkan tekanan rendah di bawah kendaraan. Prinsip ini banyak digunakan untuk mobil balap

roda terbuka (misalnya, Indy), dan integrasi khas VGs tersebut ke bagian bawah bodi kendaraan

ditunjukkan pada Gambar 13. Dalam aplikasi tersebut VG jauh lebih tinggi dari ketebalan lapisan

batasan-lokal dan tujuannya adalah untuk membuat pusaran yang kuat dan stabil seperti telah

disebutkan, dapat menghasilkan banyak pengisap sepanjang jalan tersebut. Prinsip ini banyak

digunakan dengan pesawat yang bersayap delta pada sudut tinggi terkena serangan (Polhamus 1971),

tetapi ketika permukaan sayap tidak pada sudut serang yang tinggi, tujuan ini kebanyakan berkurang

(lihat, misalnya, Buchholz & Tso 2000). Sebuah studi generik VGs ini yang dipasang untuk pelat

datar dilaporkan oleh Garcia & Katz (2003), dan hasil penelitian serupa, tetapi dengan bentuk

sebenarnya dari bagian bawah bodi mobil balap (seperti pada Gambar 13), dilaporkan sebelumnya

oleh Katz & Garcia (2002). Gaya tekan gabungan dan hasil hambatan untuk dua bentuk bagian bawah

bodi disajikan pada Gambar 14. Perhatikan bahwa dalam kasus pelat datar VGs ditempatkan di

bawah lempeng dan jarak ke tanah diukur dari titik terendah dari VG ke tanah. Dalam bagian bawah

bodi mobil Indy-jenis VGs yang rata dengan permukaan bodi segera setelah lebih rendah dan ground

clearance diukur dari kendaraan atau permukaan rendah VG. Juga, untuk data pada Gambar 14yang

VGs yang berorientasi pada 20-deg yaw, dan hasil untuk bentuk tambahan dan sudut penyimpangan

lurus disajikan oleh Katz & Garcia (2002). Data Gaya tekan pada Gambar 14, pada umumnya,

meningkat seiring dengan jarak ke tanah berkurang. Pelat dasar yang datar akan memiliki hambatan

terendah dan tidak ada gaya tekan. Pada lengkung bagian bawah bodi mobil Indy, tapi tanpa VGs,

tidak menghasilkan Gaya tekan, bahkan jauh dari tanah, karena ketebalan dan camber efektif. Sebagai

jarak tanah berkurang, Gaya tekan meningkat untuk konfigurasi ini, bersama dengan hambatan terkait

seperti yang ditunjukkan pada Gambar 14. Ketika dua VGs per sisi ditambahkan ke kedua model,

penambahan Gaya tekan dan tarik yang sama dan besar.


21/32

Gambar 12

Pengaruh bagian bawah bodi mobil sudut diffuser pada diffuser tekanan garis tengah distribusi. (Dari Katz &

Largman 1989b.)

Visualisasi aliran dengan model ini menunjukkan bahwa dengan mengurangi jarak mobil ke tanah

tidak hanya kekuatan vortex yang tampaknya meningkatkan tetapi menguraikan dua vortisitas per sisi

dan lebih dekat ke permukaan kendaraan (misalnya, meningkatkan tenaga pengisap). Peningkatankekuatan vortex dan mengurangi jarak dari bagian bawah bodi mobil (pusaran) menjelaskan


22/32

peningkatan baik gaya angkat dan gaya hambat dengan berkurangnya jarak mobil ke tanah. Pada nilai

jarak ke tanah yang sangat rendah, ini cukup efektif dan banyak digunakan. Digunakan pada mobil

mereka saat ini dan Duncan (1990, 1994) menyediakan data yang mengukur kinerja mereka. Dalam

studi awal, Duncan (1990) mempelajari efek dari sudut spoiler belakang dan menunjukkan bahwa

gaya tekan di belakang meningkat dengan sudut yang lebih besar (yang diukur dari bidang

horizontal).

Namun, gaya tekan dapat tercapai maksimal karena mungkin efek gangguan di vortisitas. Pembahasan

pada badan kendaraan terkait Gaya tekan tidak bisa lengkap tanpa menyebutkan beberapa banyak

digunakan seperti spoiler, pelat menyelam, dll Salah satu jenis awal spoiler biasanya dipasang di dek

belakang sedan jenis kendaraan


23/32

Gambar 14Downforce dan koefisien hambatan dengan variasi ground clearance untuk generik Indy mobilbagian bawah bodi mobil, dengan dan tanpa generator vortex. [Dicetak ulang dengan izin dari Katz& Garcia (2002), SAE Kertas 2002-01-3311? C 2002 SAE International.]


24/32

Efek dari spoiler belakang 60-deg sekitar _CL ~ -0.20. Dalam studi kedua, Duncan (1994), di

samping studi spoiler belakang, juga membahas kondisi ketika salah satu kendaraan mengerem di

belakang lainnya. Salah satu temuan menarik nya adalah pengurangan hambatan dari kedua

kendaraan. Manfaat kendaraan yang membuntuti mobil di depannya sementara keuntungan mobil

depan (dalam hal mengurangi hambatan) karena tekanan dasar yang lebih tinggi. Schekel (1977)

menguji spoiler di bawah bemper mobil pada jenis kendaraan sedan, menunjukkan efek positif pada

downforce depan. Selain mengurangi tekanan di bawah bagian bawah bodi depan mobil, mereka

memiliki efek positif pada aliran melintasi radiator pendingin. Di antara beberapa studi lain, karya

Baik et al. (1995) salah satu yang paling menarik. Ia meneliti efek gabungan dari depan dan spoiler

boot (pada sedan) dengan berbagai ukuran dan membandingkan hasil track dan pengujian terowongan

angin. Kecenderungan serupa namun data hambat jalur yang lebih tinggi. Fokus mereka lebih pada

pengurangan gaya hambat dan validasi tes terowongan angin, namun peningkatan downforce

mengakibatkan gaya hambat lebih.

Untuk mengakhiri diskusi tentang downforce, beberapa referensi yang berisi informasi

aerodinamis pada berbagai mobil balap dikutip. Dalam beberapa bentuk balap bagian bawah bodimobil diffusers diperbolehkan sedangkan yang lain hanya sederhana add-ons dapat digunakan.

Duncan (1994) menyajikan hasil yang khas untuk mobil stok lengkap, menekankan efek spoiler

belakang. Katz & Dykstra (1992) data yang sama hadir untuk sedan tertutup roda dan prototipe mobil

balap, berfokus pada interaksi sayap / body. Salah satu dari beberapa produsen mobil yang didukung

Data balapan pada mobil balap roda terbuka disajikan oleh Page (2000) dan mencakup informasi

tentang downforce dan drag mobil Indy. Johansson & Katz (2002) menguji konfigurasi mobil generik

berlari dan memberikan berbagai data aerodinamika pada kendaraan asimetris tersebut. Darat-rekor

kecepatan mobil aerodinamis dibahas byTorda & Morel (1971), yang menunjukkan bahwa efek

kompresibilitas meningkatkan drag kendaraan saat mendekati kecepatan sonik.

Metode Digunakan untuk Mengevaluasi Kendaraan Aerodinamika

Evaluasi aerodinamis dan penyempurnaan merupakan proses yang berkesinambungan dan

merupakan bagian integral dari rekayasa mobil balap, yang tidak terbatas pada kendaraan awal tahap

desain saja. Analisis dan evaluasi biasa peralatan yang digunakan dalam proses ini mungkin termasuk

pengujian terowongan angin, prediksi komputasi, atau jalur pengujian. Masing-masing metode ini

mungkin lebih cocok untuk kebutuhan tertentu dan, misalnya, terowongan angin atau model numerik

dapat digunakan selama tahap desain awal sebelum kendaraan sedang dibangun. Setelah kendaraan itu

ada, dapat diinstrumentasi dan diuji di trek. Dalam paragraf berikut, saya akan membahas tiga metode

dasar ini (misalnya, terowongan angin, metode komputasi, dan track pengujian) dan penerapannya

untuk prediksi aerodinamis dan validasi.

Metode Terowongan Angin

Selama tahun 1960, tepat ketika menyadari pentingnya aerodinamis untuk desain mobil balap

, metodologi terowongan angin sudah matang dan digunakan secara luas oleh

industri penerbangan. Itu hanya logis bahwa pengujian terowongan angin menjadi bagian tak

terpisahkan dari semua proyek pembangunan mobil balap, juga. Tes skala kecil (misalnya, Katz

1985a) membantu dalam menyelidiki ide-ide dasar sebelum membangun kendaraan, dan validasi yang

kemudian dilakukan di trek dengan mobil balap yang sebenarnya. Namun, pengujian terowongan

angin dari mobil balap menimbulkan beberapa kesulitan ketika menggunakan fasilitas terowongan

angin aeronautika tradisional. Masalah besar pertama adalah karena clearance kecil antara bawah bodikendaraan dan lantai stasioner dari bagian test (masalah kedua terkait dengan bagaimana untuk


25/32

memasang roda yang berputar). Ada metode koreksi terowongan angin (lihat Barlow et al. 1999, ch.

9-11) tidak bisa sesuai untuk pada lapisan geser tambahan yang dibuat di lantai bagian uji (yang tidak

ada di trek) yang menghalangi aliran bawah mobil. Solusi untuk mensimulasikan efek tanah bergerak

muncul dalam bentuk bertiup, hisap, bergulir dasar, atau semua hal di atas gabungan. Deskripsi

Skema metode dan teknik pemasangan Model secara singkat dijelaskan oleh Katz (1995, ch. 3).

Pengaruh ground clearance kecil pada data aerodinamis ditunjukkan oleh percobaan terowongan

angin dari Carr & Eckert (1994). Mereka menggunakan simulasi tanah bergulir (yang bisa dihentikan)

untuk menguji beberapa model, termasuk sedan generik dan bentuk mobil balap dengan diffusers

bagian bawah bodi mobil.

Data mereka jelas menunjukkan peningkatan yang signifikan di kedua downforce dan hambat

ketika simulasi tanah bergerak digunakan. Dalam studi sebelumnya, Berndtsson et al. (1988)

mendokumentasikan profil kecepatan pada lapisan batas dekat tanah dan menunjukkan pentingnya

simulasi tanah tidak rata.

Terlepas dari semua perbaikan pada teknologi terowongan angin, efek aerodinamis dan

terowongan angin pemasangan roda yang berputar tidak sepenuhnya diselesaikan. Dasar efek

Magnus, dibahas oleh Swanson (1961), menghasilkan peningkatan angkat negatif ketika ban berputar

selama bergerak maju. Namun, titik kontak antara ban dan tanah dan beban seperti hambatan

gelinding menyulitkan evaluasi efek aerodinamis bersih. Saat putaran roda disebabkan karena sabuk

bergerak, kontribusi roda untuk mengangkat tidak mudah diselesaikan. Bahkan ketika pemasangan

setiap roda secara terpisah secara sendiri, beberapa akurasi pengukuran mungkin hilang. Salah satu

solusi yang menarik diusulkan oleh Dimitriou & Garry (2002), yang menggunakan sabuk sempit

(antara roda saja) untuk mensimulasikan efek tanah pada aplikasi mobil balap. Pendekatan ini cocok

untuk pengujian skala penuh dari mobil balap yang sebenarnya dan roda bisa berjalan pada drum

terpasang langsung ke keseimbangan dan dengan demikian masalah pemasangan roda diselesaikan.

Namun, aliran dekat dan luar roda mungkin tidak benar, tapi data mereka menunjukkan tidak ada

perbedaan besar bila dibandingkan dengan simulasi tanah bergulir lebih luas. Awal pengukuran skala

kecil (Katz 1985a) diikuti teknik pemasangan model pesawat, dan roda, ketika terpasang ke mobil,

tidak bertumpu di lantai terowongan angin. Dengan cara ini beban aerodinamis dapat diukur dengan

baik (dari sudut pandang mekanis) oleh keseimbangan dimasukkan ke dalam pemasangan sistem.

Masalah utama muncul dari celah kecil yang terisolasi antara roda dan dasar terowongan angin [Katz

(1985a) menggunakan busa fleksibel untuk menutup kesenjangan ini]. Efek ini dipelajari lebih awal

oleh Cogotti (1983), dan lebih baru-baru ini oleh Kano & Yagita (2002). Mereka menggunakan

bentuk silinder generik untuk model roda dan mempekerjakan kedua metode numerik dan pengukuran

terowongan angin dengan simulasi tanah bergerak. Penelitian dengan kendaraan lengkap berfokus

pada pengaruh pemasangan roda, seperti Mercker et al. (1991), menunjukkan hasil yang sama. Ketikaroda bersentuhan dengan lantai dan tidak berputar, gaya angkat positif (CD ~ 0,1) dan gaya hambat

(CL ~ 0,5) kekuatan ketika diukur. Seperti roda dinaikkan, downforces signifikan (yang salah)

diciptakan oleh aliran dipercepat akibat kesenjangan antara roda dan tanah. Ketika menambahkan efek

tanah bergerak dan roda berputar , efek Magnus mengurangi gaya angkat sedangkan efek pada gaya

hambat jauh lebih kecil. Cogotti (1983) juga menguji roda terisolasi melalui berbagai angka Reynolds

dan menunjukkan bahwa pola pemisahan belakang roda berubah di atas Bilangan Reynolds sekitar 3

106, mengakibatkan penurunan tajam di kedua gaya angkat dan gaya hambat.

Sebagai akibat dari peningkatan penggunaan terowongan angin untuk pengembangan mobil balap,

fasilitas dengan cepat berkembang, semua dengan simulasi tanah bergelombang. Sebagian dari

fasilitas ini direncanakan untuk 30% sampai 50% dengan model skala kemampuan simulasi tanah

bergelombang mendekati kisaran 200-km / jam. Biasanya, model dipasang pada keseimbangan enam-


26/32

komponen internal yang melekat pada langit-langit terowongan angin melalui penyangga aerodinamis

dan roda didorong oleh ban berputar. Roda dapat melekat pada kendaraan dengan menggunakan

suspensi yang lembut atau dipasang pada sisi menggunakan keseimbangan yang terpisah. Keuntungan

utama dari pemasangan ini adalah bahwa kedua ground clearance dan sudut tubuh terhadap serangan

dapat diubah dengan mudah.

Namun, simulasi dan pengukuran yaw angkat roda lebih sulit [lihat menyengat pegunungan

pemecahan masalah yang diusulkan oleh Page et al. (2002)]. Ukuran Model ini juga menjadi

pertimbangan utama ketika mengembangkan fasilitas ini. Di satu sisi, pertimbangan biaya dan ruang

menyebabkan model yang kecil, tetapi kesulitan pembuatan dengan model yang terlalu kecil dan efek

bilangan Reynolds membutuhkan model terbesar yang terjangkau. Pada akhir milenium sejumlah

besar ras terowongan angin mobil dibangun dan Lis (2002) memberikan panduan yang komprehensif

dan deskripsi dari berbagai terowongan angin. Beberapa fasilitas ini benar-benar dapat

mensimulasikan skala penuh (misalnya, bilangan Reynolds benar) kondisi ras.

Salah satu pilihan simulasi berskala penuh adalah dengan menggunakan terowongan angin

aeronautika besar seperti NASA Langley 30-by-60 kaki terowongan (lihat Lee et al. 2002). Dalam

aplikasi tertentu sebuah NASCAR sebenarnya diuji di terowongan angin, dan Lee et al. (2002)

menggambarkan penggunaan cat tekanan-sensitif untuk mempelajari bidang tekanan permukaan tiga

dimensi.

McBeath (1999) menjelaskan salah satu terowongan angin mobil balap yang paling canggih

dengan tanah bergulir dirancang untuk menguji sampai dengan model skala 50% sampai dengan

kecepatan maksimum 250 km / jam. Fitur yang menarik dari terowongan angin ini adalah bahwa hal

itu dapat ditekan hingga dua kali tekanan atmosfer untuk mensimulasikan skala penuh lingkungan

nomor Reynolds. Langkah berikutnya adalah untuk menguji model yang berskala penuh, langkah

yang akan menghilangkan duplikasi model berskala kecil pembuatan, tapi akan menambah biayafasilitas.

Metode Dinamis Fluida Komputasi

Integrasi komputasi dinamika fluida (CFD) metode ke dalam berbagai disiplin ilmu teknik

meningkat tajam, terutama karena tren positif dalam daya komputasi dan harga yang terjangkau. Salah

satu keuntungan dari metode ini, bila digunakan dalam industri mobil balap, adalah tubuh besar

informasi yang diberikan solusi. Bertentangan dengan pengujian terowongan angin, data dapat dilihat,

diselidiki, dan dianalisis berulang kali, setelah percobaan berakhir. Selain itu, solusi virtual tersebut

dapat dibuat sebelum kendaraan dibuat dan dapat memberikan informasi tentang beban aerodinamis

pada berbagai komponen, visualisasi aliran, dll. Ada beberapa komponen untuk pertanyaan tentang

penerapan metode CFD. Sebagai contoh, salah satu pertanyaan pertama adalah seberapa dekat

persamaan yang harus dipecahkan untuk mensimulasikan kondisi fisik yang sebenarnya. Setelah

persamaan (misalnya, Euler, penuh Navier-Stokes, dll) dipilih, pertanyaan selanjutnya adalah

seberapa baik macam algoritma yang mendekati persamaan ini dan, tentu saja, dimana jenis solusi ini

terjangkau dari titik kekuatan perhitungan sudut pandang. Karena perhatian utama dari penelitian ini

adalah penerapan metode ini untuk desain balapan mobil, aspek numerik tidak dibahas lebih lanjut

dan pembacanya (misalnya, Hoffman & Chiang 1993) yang menggambarkan dasar-dasar metode ini.

Sebagaimana dicatat, daya komputasi dan harga yang terjangkau tampaknya menjadi rintangan

terakhir sebelum penggunaan luas metode CFD ini. Di sisi positif, daya komputasi ini masih dalam

Mode pertumbuhan, dan masih mendikte kompleksitas solusi menurut angka (misalnya, kompleksitaspersamaan, geometri, dll). Kemampuan saat ini secara terus menerus divalidasi dan dievaluasi. Studi


27/32

Laflin et al. 'S (2004) membandingkan beberapa metode solusi (kode) untuk aliran atas konfigurasi

pesawat umum adalah salah satu contohnya. Secara umum, kesimpulan mereka adalah bahwa

perkiraan gaya angkat (tekanan integral) lebih akurat dibandingkan dengan gaya hambat (geser dan

efek pemisahan aliran). Kesimpulan ini relevan dengan jumlah aliran tinggi-Reynolds atas mobil

balap, juga, didominasi oleh kedua laminar dan rezim aliran turbulen dan pemisahan aliran lokal.

Misalnya, dalam kasus ketika persamaan Navier-Stokes diselesaikan, perkiraan waktu rata-rata lebih

ekonomis untuk wilayah yang turbulent. Batas transisi antara laminar dan daerah turbulent (seperti

dengan permukaan pengankatan) merupakan elemen kunci dalam perhitungan kekuatan geser dan

hambatan permukaan yang dihasilkan. Untuk mencapai hasil rekayasa yang memuaskan, informasi

tentang batas-batas transisi biasanya didasarkan pada pengamatan eksperimental (karena perhitungan

langsung transisi masih di luar jangkauan). Kelemahan bidang lain adalah prediksi garis pemisah,

terutama untuk partikel yang halus, permukaan yang melengkung. dengan tajam ujungnya (seperti

pada sisi kotak persegi panjang), aliran pemisahan jelas dan prediksi tekanan dasar yang lebih baik.

Juga, arus dipisahkan dan terjaga di kisaran angka Reynolds adalah tergantung waktu dan model tidak

stabil diperlukan untuk menangkap struktur aliran-skala yang lebih besar. Di sisi positif, generasi grid

telah membaik dan grid sendiri beradaptasi , sekarang dapat menangkap efek batas-lapisan tipis ataupola pusaran di belakang kendaraan [Untuk informasi lebih lanjut tentang generasi jaringan melihat

buku oleh Hoffman & Chiang (1993)]. Singkatnya, CFD menjadi alat penting untuk mempelajari

aliran atas konfigurasi yang kompleks seperti mobil balap. Hal ini dapat digunakan sebagai alat desain

awal atau untuk melengkapi metode eksperimental. Dalam memberikan informasi visualisasi aliran

dan rincian seperti beban aerodinamis pada pintu akses, diharapkan penurunan tekanan yang melintasi

pendingin, dll, hampir tak tergantikan.

Meskipun CFD sekarang banyak digunakan dalam industri mobil balap, laporan arsip kurang dari

banyak. Namun, beberapa kemampuan dapat ditunjukkan oleh beberapa penelitian yang

dipublikasikan pada topik ini. Percobaan awal dengan metode numerik untuk perlombaan aplikasi

aerodinamis mobil dibatasi oleh sumber daya komputasi. Pada pertengahan 1980-an potensial metode

panel berbasis aliran telah siap tapi masih diperlukan akses ke komputer sebagai kerangka utama pada

zaman tersebut. Sebagai contoh, Katz (1985b) menggunakan metode tersebut untuk menyelidiki

beban tidak stabil (karena osilasi suspensi) di sayap depan sebuah mobil balap roda ban terbuka.

Sekitar setahun kemudian model mobil balap yang lengkap digunakan untuk mempelajari interaksi

antara bodi kendaraan dan sayap depan dan belakang. Dalam studi ini, Katz (1986) menunjukkan

bahwa sayap belakang tidak dapat dirancang tanpa mempertimbangkan medan aliran melengkung

diciptakan oleh bodi kendaraan. Karena metode ini didasarkan pada persamaan fluida inviscid,

prediksi tarik tidak memadai (itu termasuk hanya tekanan integral), tetapi perhitungan downforce

termasuk efek tanah dan interaksi dengan bodi mobil. Menjelang akhir tahun 1980-an akumulasi

pengalaman dengan metode ini digunakan untuk merancang dua mobil balap menggunakan CFD saja

(karena tidak ada waktu untuk pengujian). Informasi tentang kendaraan kedua, prototipe mobil balap ,

disajikan oleh Katz & Dykstra (1994). Karena metode inviscid tidak dapat memprediksi pemisahan

aliran, usaha dibuat untuk merancang mobil yang akan sesuai dengan model numerik (untuk

memaksimalkan kemampuan prediksi). Sebagai contoh, trailing edge dari kendaraan terdiri dari

sempit, lurus, garis horizontal, dengan dasarnya tidak ada pemisahan aliran (seperti yang diamati

setelah terjadi).

Dengan menerapkan kondisi Kutta (lihat Katz & Plotkin 2002, p. 88-89) ini garis trailing edge,

sirkulasi yang benar dihitung (yang sangat dekat dengan kemudian diukur-downforce). Karena waktu

pengembangan yang singkat, semua permukaan sayap dikembangkan secara numerik, dan pengujiantrack berikutnya positif divalidasi perhitungan. Menjelang akhir tahun 1990-an desain dibantu


28/32

komputer dan komputer listrik memungkinkan generasi model kendaraan rinci dan penggunaan

persamaan Navier-Stokes penuh untuk menjadi solusi. Werner et al. (1998) menggunakan rata-rata

Reynolds- persamaan Navier Stokes dengan Model turbulensi (lihat Hoffman & Chiang 1993, vol.

II, ch. 17) untuk mempelajari aliran seluruh kendaraan. Mobil balap yang berbasis sedan ini

dikembangkan untuk touring seri Jerman mobil yang sangat canggih. Masalah utama adalah

pemodelan aliran bawah depan mobil untuk menghasilkan downforce bagian depan yang cukup dan

aliran pendinginan. Pendekatan serupa digunakan oleh Katz et al. (1998) mempelajari aliran atas

mobil Indy roda terbuka. Karena interaksi kompleks, data terowongan angin dengan beban sel yang

sering nonlinear dan CFD membantu untuk memahami medan aliran dan memperbaiki desain.

Gambar 15 menunjukkan arus yang dimulai pada sayap depan dan membentuk pusaran sayap-tip,

bergerak di sekitar roda depan, dan akhirnya mencapai sayap belakang. Visualisasi aliran tersebut,

dikombinasikan dengan hasil integrasi tekanan ,penjelasan efek sayap depan mengepak nonlinear

disajikan pada Gambar 7. Bokulich (2000) melaporkan upaya serupa, di mana CFD digunakan untuk

menghasilkan bidang tekanan, visualisasi aliran, dan lintasan pusaran untuk mobil Indy serupa. Studi

ini menekankan kontribusi komplementer CFD bila dikombinasikan dengan pengujian terowongan

angin, terutama dalam menyelesaikan lift dan drag Kontribusi dari roda. Dalam sebuah karyakemudian, Brzustowicz et al. (2002, 2003) CFD dimasukkan ke dalam pengembangan mobil balap

NASCAR yang baru. Motivasi mereka adalah pengurangan drag, dan sebagian besar dari hambatan

pada kendaraan ini karena aliran bagian bawah bodi mobil tinggi terpisah, seperti yang ditunjukkan

pada Gambar 16. CFD mungkin adalah alat terbaik untuk mengevaluasi beban yang terisolasi pada

komponen bagian bawah bodi mobil yang sangat detail dalam gambar ini. Karena perampingan

bagian bawah bodi mobil tidak diperbolehkan dalam bentuk olahraga ini, penyesuaian kecil dapat

menghasilkan beberapa keuntungan mil per jam pada kendaraan melakukan perjalanan hampir 200

mph. Aspek lain yang menarik dari penelitian ini adalah dimasukkannya interaksi multivehicle.

Karena di perlombaan NASCAR kendaraan balap dalam formasi yang sangat dekat, mempelajari

kendaraan sendiri mungkin tidak menghasilkan mobil balap yang lebih baik saat balapan. Denganmenyelidiki model rinci aliran bawah mobil di depan kendaraan lain, kendaraan yang lebih kompetitif

ini dikembangkan. Ketika mempelajari kasus perancangan (satu kendaraan dekat di belakang yang

lain), (2002) Data CFD Brzustowicz et al. 'S menunjukkan bahwa mobil depan memiliki drag kurang

(saat kendaraan hampir tersentuh) dan menyalip dengan mobil yang sama (dari belakang ) adalah

tidak mungkin.

Gambar 15

Merampingkan jejak sebelum

sayap depan sebuah mobil balapjenis Indys dirilis. (Dicetak

ulang dengan izin dari Katz et al.

(1998),? C 1998 SAE

International.)


29/32

Kesimpulannya, CFD sangat berguna dalam tahap awal desain l, sebelum Model terowongan angina

ada. Ini adalah satu-satunya pendekatan yang berguna untuk pengembangan bentuk sayap airfoil yang

efektif karena tekanan yang rinci dan informasi gesekan kulit. Ini adalah alat yang ampuh untuk

menghitung arus pusaran dan menyediakan visualisasi aliran yang bernilai (untuk menjelaskanpengamatan eksperimental lainnya). Keuntungannya juga terletak pada kenyataan bahwa hasil dapat

dilihat berulang-ulang dan aspek baru dari solusi dapat diselidiki. Karena sebagian besar studi terbaru

menunjukkan, CFD adalah alat pelengkap yang sangat baik bersama dengan metode lain seperti

pengujian terowongan angin. Kelemahannya berakar pada masalah skala seperti memprediksi

peralihan dari aliran laminar menjadi aliran turbulen (misalnya, lapisan batas) atau perhitungan aliran

terpisah dan jaluran ombak tidak stabil.

Gambar 16

Arus di bawah mobil saat ini. [Dicetak ulang dengan izin dari Brzustowicz et al. (2002), SAE Paper2002-01-3334,? C 2002 SAE International.] 56

Intinya adalah bahwa solusi CFD tergantung pada unsur-unsur yang ditetapkan penggunaseperti turbulensi pemodelan dan generasi grid, yang banyak melihat sebagai rintangan berikutnya

yang dihadapi pengembang karakter. Karena rezim aliran besar-besaran atas kendaraan yang palingtergantung pada prediktabilitas tersebut, yaitu, transisi dan turbulensi, medan aliran yang lengkapbelum bisa dimodelkan secara ekonomis.

Pengujian trek

Beberapa kesulitan yang terdapat pada pengujian terowongan angin tidak hanya ada dalam

pengujian aerodinamis skala penuh di trek balap. Roda bergulir, tanah bergerak, bilangan Reynoldsyang benar, dan koreksi penyumbatan terowongan angin semuanya diselesaikan dan tidak perlu

membangun yang lebih mahal, model skala yang lebih kecil. Tentu saja, kendaraan wajib ada, cuacaharus bekerja sama, dan biaya sewa trek dan instrumenting kendaraan yang bergerak tidak bolehmelebihi anggaran. Karena keuntungan yang disebutkan di atas, dan terlepas dari masalah cuaca danbiaya yang tidak terkendali, bentuk pengujian aerodinamis telah membaik dalam beberapa tahunterakhir. Salah satu bentuk paling awal dari pengujian adalah pesisir bawah uji untuk menentukandrag kendaraan. Terlepas dari variasi dalam kondisi atmosfer dan inkonsistensi dalam tahanan banmenggelinding, data tambahan yang masuk akal bisa diperoleh, seperti yang dibahas oleh Crewe et al.(1996). Dengan kemajuan komputer dan teknologi sensor, pada akhir tahun 1990-an angkatan yang

diinginkan, saat, atau tekanan dapat diukur dan ditransmisikan melalui komunikasi nirkabel denganbiaya yang wajar. Sensor untuk mengukur perpindahan suspensi, berbagai tegangan / strain, torsi


30/32

poros drive, tekanan, suhu, dll tersedia di bagian rak. Sistem akuisisi data (lihat Petrone et al. 2002)dengan cepat dapat menganalisis beban dan memberikan informasi seperti suhu atau penurunantekanan di sistem pendingin, downforce, dan gaya hambat berbagai komponen (termasuk sayap danroda). Bahkan visualisasi aliran dapat dilakukan dengan memasang miniatur kamera di berbagailokasi untuk memberikan informasi tentang pemisahan aliran, jalur pusaran, atau resirkulasi yangtidak direncanakan dalam sistem pendingin. Meskipun teknologi menjadi sangat efektif danterjangkau, persewaan trek balap masih cukup mahal, dan untuk menghemat biaya dalam berbagaibentuk balapan penyelenggara hanya membatasi jumlah hari pada jalur uji dan bahkan beberapamelarang menggunakan telemetri (untuk tujuan rekayasa) selama lomba. Karena alat ini baru sajamatang dan karena sifat persaingan dunia olahraga, hanya terbatasnya informasi yang dilaporkanpadanya dalam literatur terbuka.

Mobil balap dan keselamatan

Pertimbangan stabilitas kendaraan yang longitudinal, seperti disebutkan di awal ulasan ini,

mengharuskan pusat tekanan berada di belakang pusat gravitasi. Pada saat yang sama sisi slip ban

dipelihara di bawah beberapa derajat saja (


31/32

kendaraan). Karena mobil balap roda terbuka memiliki sayap depan yang berbeda mereka lebih kecil

kemungkinannya (meskipun tidak kebal) mengalami blowover pada kecepatan tinggi dibandingkan

dengan prototipe mobil balap. Pada 1999 - 2000, kecelakaan tersebut terjadi di sirkuit LeMans,

memicu beberapa penelitian tentang topik ini. Kedua karya menurut Wright (1999) dan Dominy et al.

(2000) berpendapat bahwa beberapa tingkat dari lapangan yang diperlukan untuk membuat sebuah

prototipe mobil balap mengudara dengan kecepatan lebih dari 300 km / jam. Dominy et al. (2000)

menggunakan seperlima terowongan angin skala pengujian mobil LeMans GTP generik dengan

berbagai ground clearance dan ketinggian sudut. Mereka menunjukkan bahwa variasi kecil bahkan

lapangan (misalnya, meningkat) dapat mengakibatkan gerakan maju yang cepat dari pusat tekanan,

yang menyebabkan lepas landas bencana. Sebuah studi serupa dengan mobil roda terbuka model Indy

(Katz et al. 2004) menunjukkan bahwa lift kemiringan prototipe mobil balap lebih besar karena

rencana daerah tampilan yang lebih besar dan konsentrasi area yang lebih luas di dekat bagian depan

kendaraan. Ia juga mencatat bahwa ban belakang datar di 300 km / jam dapat pitch mobil dengan

lebih dari dua derajat, yang cukup untuk memulai lepas landas aerodinamis. Ini harus ditegaskan

kembali, meskipun, bahwa semua penelitian tersebut menunjukkan bahwa kendaraan bawah kondisi

pengoperasian normal stabil aerodinamis dan tidak bisa lepas landas. Harus ada kombinasi peristiwaseperti benjolan besar, kegagalan mekanis, atau kontak dengan kendaraan lain yang meningkatkan

kendaraan lapangan sudut ke titik di mana downforce depan hilang.

Studi lain keselamatan yang berorientasi yang menarik adalah dengan Wallis & Quinlan

(1988), yang mempelajari interaksi antara aerodinamis mobil balap saham dan dinding penahan.

Karena jumlah besar mobil bersaing pada saat yang sama, tiga balapan mengikuti dan dekat dengan

dinding ini sangat umum. Menggunakan angin yang 3/8-scale terowongan Model mereka

menunjukkan bahwa ketika kendaraan mendekati dinding beban aerodinamis bervariasi secara

signifikan, mengubah keseimbangan kendaraan. Yang menarik adalah peningkatan angkat depan (atau

kerugian dalam downforce) sebagai kendaraan mendekati dinding, dibandingkan dengan perubahan

yang jauh lebih kecil di bagian belakang, sehingga mempengaruhi penanganannya. Mereka

menyarankan memiringkan dinding oleh 20 deg (menjauh dari mobil) untuk mengurangi efek ini.

Interaksi aerodinamis antara dua atau lebih kendaraan dapat mengubah keseimbangan kendaraan dan

langsung mempengaruhi semua aspek keselamatan. Mobil saham (misalnya, NASCAR), misalnya,

balapan dan rancangan dekat dan efek aerodinamika pada penanganan yang signifikan. Juga,

menyalip menjadi sulit karena kedua hambatan aerodinamika dan mengubah keseimbangan ketika

kendaraan berubah posisi. Berkurangnya hambatan untuk kedua kendaraan sudah disebutkan ketika

membahas percobaan terowongan angin dari Duncan (1994) dan perhitungan CFD dari Brzustowicz

et al. (2002). Pengamatan ini dapat diperluas untuk jumlah yang lebih besar mobil berikut satu sama

lain dekat. Zambat et al. (1994) bereksperimen sampai dengan empat kendaraan penumpang model

berikut satu sama lain dekat. Dalam semua kasus, ketika jarak pemisahan berkurang, hambatan dari

setiap kendaraan berkurang. Jelas, mobil yang ke depan keuntungan dari berkurangnya basis

hambatan sementara keunggulan kendaraan membuntuti dari berkurangnya momentum yang datang.

Untuk downforce tinggi roda terbuka atau prototipe mobil balap kehilangan downforce adalah

perhatian utama, terutama untuk mobil berikut. Menurut McBeath (2004), yang mempelajari mobil

F1-jenis, hampir 50% dari downforce depan sayap (untuk mobil berikut) bisa hilang ketika jarak

pemisahan berada di bawah satu separuh panjang mobil. Juga, downforce belakang dan drag

berkurang, tapi pusat pergeseran tekanan hanya di atas tatanan beberapa persen. Hasil untuk mobil

terkemuka menunjukkan efek jauh lebih kecil terutama terdiri dari beberapa persen kehilangan

downforce belakang, dengan efek yang dapat diabaikan pada pusat pergeseran tekanan.


32/32

PENUTUP

Kompleksitas mobil dan aerodinamis mobil balap sebanding dengan pesawataerodinamis dan

tidak terbatas pada pengurangan drag saja. Generasi downforce dan pengaruhnya terhadap stabilitas

lateral memiliki pengaruh besar pada kinerja mobil balap, terutama ketika kecepatan tinggi . Dalam

proses merancang dan menyempurnakan bentuk mobil balap saat ini, semua alat desain tipe

aerospace-tipe yang digunakan. Karena efek seperti pemisahan aliran, arus pusaran, atau batas-lapisan

transisi, aliran atas sebagian besar jenis mobil balap tidak selalu dengan mudah dapat diprediksi.

Karena sifat kompetitif dari olahraga ini dan siklus desain lebih pendek, pengambilan keputusan

teknik harus bergantung pada informasi gabungan dari trek, terowongan angin, dan tes CFD.

Aerodinamika Mobil Balap

Documents

Transcript of Aerodinamika Mobil Balap