بياييد برگرديم به همان طرح دو بعدي بال عقب که در پست قبلي از آن استفاده کرديم. مهمترين نکتهاي که شايد براي شما هم سوال شده باشد اين است که چرا هوا سطح بال را دنبال ميکند و از آن جدا نميشود. فرض کنيد هوا در خطوطي صاف به سمت بال در حرکت است. در حالت عادي اين هوا علاقه دارد تا در همان جهتي که در حرکت بوده است، جريان يابد. بنابراين هوايي که به زير بال منتقل خواهد شد در خطي مستقيم به حرکت خود ادامه ميدهد.
پس چرا در واقعيت اين اتفاق رخ نميدهد؟ به اين دليل که در ناحيهاي که در شکل مشخص شده است هواي بسيار کم فشاري داريم، در نتيجه و طبق آنچه تشريح شده است، هواي پر فشار زير آن تمايل دارد به سمتش حرکت کند. پس اين هواي پر فشار به طور طبيعي لايههاي هوايي را به سمت زير بال خم ميکند و بدين ترتيب هوا در راستاي سطح بال جريان مييابد. در پست قبلي دليل سرعت گرفتن اين هوا فشرده شدنش بيان شد. دليل ديگر اين سرعت، کشيده شدن هوا به سمت اين محدوده کم فشار ميباشد.
اگر هوا را لايه لايه فرض کنيد. نزديکترين لايه به سطح بال، به دليل نيروي بين مولکولي حرکت نميکند!!! هرچه از سطح بال دورتر شويم سرعت لايهها بيشتر ميشود تا به لايهاي برسيم که سريعتر از بقيه است. از لايه اول را لايه استاتيک و لايه آخر را لايه مرزي (Boundry Layer) مينامند. عاملي که بين اين لايهها متفاوت ميباشد، ويسکوزيته است. ويسکوزيته يکي از عوامل نيروي درگ است، زيرا سطح بال يا بدنه خودرو هوا را به سمت حرکت خودرو ميکشد و اين عمل باعث کند شدن هوا خواهد شد.
حال براي افزايش داونفورس بايد چه کرد؟ همانطور که حدس ميزنيد با افزايش زاويه بال احتمالا ميشود داونفورس بيشتري توليد کرد. اما اين حدس شايد غلط باشد. هرچه زاويه بال بيشتر ميشود قدرت هواي زير بال بيشتر شده و ميل بيشتري به حرکت در خط مستقيم دارد پس به ميزان کمتري به سمت هواي کم فشاري که در پشت بال وجود دارد حرکت ميکند. به اين اتفاق جدايي جريان هوا ميگويند که باعث کاهش توليد داونفورس ميشود.
لايه مرزي در اين حالت سعي ميکند به سطح بال بچسبد و هوا در نهايت آشفته خواهد شد. به اين آشفتگي هواي کثيف گفته ميشود.
در اين حالت داونفورس به شدت کاهش مييابد و نيروي درگ (در ادامه توضيح داده ميشود) زياد خواهد شد. براي برطرف کردن اين مشکل از گردابههاي هوايي (ورتکسها) استفاده ميشود. ورتکس جرياني از هواست که در جهت حرکت به دور خود ميچرخد. فرض کنيم بتوانيم ورتکسي را در بين لايه مرزي و هواي پر انرژي جدا شده حرکت دهيم.
اين ورتکس هواي پر انرژي را به سمت لايه مرزي ميکشد و آن را براي مدت بيشتري به سطح بال ميچسباند. پس يک ورتکس ميتواند به هوا کمک کند به سطح بال يا بدنه خودرو بچسبد و در راستاي آن حرکت کند.
حال خودروي فرمول يک را فرض کنيد. نواحي حساسي از خودرو وجود دارند که ما ميخواهيم هواي پر سرعت و انرژي به آنها هدايت شود. مثلا ايرباکس، سايدپاد و يا بال عقب.
قبل از اينکه هوا به اين قسمتها برسد بايد از طريق بدنه ماشين به سمت اين نواحي هدايت شود و هيچ جدايي در هوا نبايد ايجاد شود زيرا ممکن است سهوا هواي کثيف به سمت اين نواحي هدايت شود و عملکرد آن قسمت را مختل کند.
براي اين منظور از فلپهاي (بالچههاي عمودي يا افقي) سازنده ورتکسها استفاده ميشود تا هوا را در نزديکي سطح خودرو نگه دارند و مقدار هواي کثيف را تا حد امکان پايين آورند.
اثر منفي ديگر جدايي هوا نيروي درگ است. اگر جدايي هوا در طراحي ايروديناميک خودروي شما زياد باشد باعث ايجاد هوايي بسيار کم فشار در پشت خودروي شما خواهد شد. اين در حالي است که هواي جلوي خودرو بسيار پر فشار است و در نتيجه جبهه هواي پر فشار به سمت آن حرکت ميکند، که در اثر آن نيرويي در جهت خلاف حرکت خودرو وارد ميشود. به اين نيرو، نيروي درگ ميگويند. ايجاد ورتکسها به کم کردن اثر اين نيرو نيز کمک ميکند، زيرا اثر هواي کم فشار پشت خودرو را کم ميکند.
اين مسئله در تمام جهات مهم است. بياييد از نماي بالاي خودرو به اين طرح نگاه کنيم. در حقيقت ايجاد ورتکسها باعث ميشود تا حرکت هوا از حالت 1 به حالت 2 تغيير کند.
در حقيقت دليل پيچيدگي زياد بال جلوي خودروي فرمول يک به همين دليل است.
اين بال ورتکسهاي بسيار بزرگ و قوي ايجاد ميکند تا هوا در سرتاسر حرکتش به بدنه خودرو بچسبد و در بيرون خودرو هواي کثيف ناشي از چرخش و حرکت چرخها را کنترل کند.
اما اين ورتکسها چگونه ايجاد ميشوند؟ بال جلوي خودروي فرمول يک را در نظر بگيريد. يک المان از اين بال را جدا ميکنيم. در بالاي آن هواي پر فشار، و در زير هواي کم فشار قرار دارد. همانطور که ميدانيم هواي پر فشار به سمت هواي کم فشار جريان مييابد. در انتهاي اين المان و نوک تيزش اين هواي پر فشار اجازه پيدا ميکند تا به سمت هواي کم فشار حرکت کند. در نتيجه به صورت دايرهاي به اين قسمت جريان مييابد.
بدين ترتيب ورتکس ايجاد ميشود و به سمت بدنه خودرو حرکت ميکند.
وقتي بقيه المانهاي بال جلو را نيز در نظر بگيريد در مييابيد که در همکاري با يکديگر يک ورتکس بسيار بزرگ و قوي ايجاد ميکنند.
تا به اينجا نحوه توليد داونفورس و کنترل جريان هوا در اطراف بدنه خودرو را تشريح کرديم. در پست بعدي به توضيح بارج بورد، و المانهاي مختلف ايروديناميکي که شما در خودروي فرمول يک ميبينيد خواهيم پرداخت. نظرات و سوالات خود را در قسمت کامنت با ما مطرح کنيد.
حرکت هواي زير بال در خط مستقيم
کشيده شدن هوا به سمت سطح زيرين بال
لايههاي هواي تشکيل شده در زير بال
پديده جدايي هوا
هواي کثيف ايجاد شده بين دو لايه هوا
ورتکس ايجاد شده بين دو لايه هوا
تاثير ورتکس در از بين رفتن هواي کثيف
نماي کناري خودروي فرمول يک
اثر جدايي هوا بر خودروي فرمول يک
اثر ورتکس بر هواي اطراف بدنه خودروي فرمول يک
نيروي درگ
نماي بالاي خودروي فرمول يک و اثر ورتکس بر جريان هواي اطراف آن
بال جلوي خودروهاي فصل 2019 تيمهاي مرسدس، فراري و آلفارومئو
اثر بال جلو بر جريان هوا
نحوه ايجاد ورتکس در بال جلو
حرکت ورتکس به سمت بدنه خودرو
