فرمول یک ایران – آیرودینامیک از مفاهیم بسیار مهم در هر خودرو به خصوص خودروهای فرمول یک هست به نحوی که حتی اگر دو خودرو فرمول یک از یونیت پاور با مشخصات یکسانی بهره ببرند خودرویی با شاسی آیرودینامیک بهتر میتواند قطعا در یک پیست بهتر باشد و در نهایت نتایج بهتری را برای تیم به ارمغان بیاورد.

میتوان برای درک بهتر به دو تیم ردبول و رنو اسپرت در فصل 2016 اشاره کرد که هر دو یونیت پاور رنو را در اختیار دارند و حتی زمان آپگرید های برابری از طرف مهندسان رنو دارند اما تیم ردبول به طرز قابل توجهی عملکرد بهتری داشته که البته به رانندگان دو تیم هم بستگی دارد اما به جرات میتوان گفت دلیل برتری تیم ردبول داشتن شاسی با ایرودینامیک بهتر است.

همانطور که میدانیم آیرودینامیک در دو بخش افزایش داون فورس یا نیروی رو به پایین برای چسبندگی و پایداری خودرو و کاهش درگ یا نیروی مقاومت هوا به کمک شاسی در سرعت های بالا و شتاب های ثانویه آمده و مهندسان آیرودینامیک همیشه در صدد ایجاد یک تعادل مناسب بین این دو پارامتر بوده اند.

حال رسیدن به هندسه ای مناسب و بهینه و یا به عبارتی دیگر رسیدن به بهترین هندسه برای ایجاد این تعادل همیشه و همیشه از چالش های مهندسین بوده و قطعا خواهد بود. چنانچه چگونگی هندسه ی اجزا آیرودینامیکی خودرو فرمول یک همیشه وابسته به محدودیت ها از طرف قوانین و فرمول ها و همچنین ابتکار و زیرکی مهندسان بوده و به جرات میتوان گفت وجود قوانین سخت در فرمول یک نیاز را به مهندسان زیرک و دقیق بیشتر کرده است چراکه رسیدن به آیرودینامیک بهتر همیشه یک دغدغه برای تیم ها و رانندگان بوده است. حال این بهترین هندسه چگونه بدست می آید.

قطعا نتایج شبیه سازی های رایانه ای و همچنین بدست آوردن نتایج آزمایشگاهی و استفاده از همان نتایج از گام های اصلی در امر هندسه ی اجزا میباشد.

به نگاه دقیق تر میتوان اینگونه گفت که مهندسین طراح به طرز دقیقی با نگاه به قوانین که معمولا قوانین بازدارنده ای برای مهندسان میباشند و استفاده از تمام تجربه های گذشته و نتایج تئوری از مسابقات به علاوه پرسش و پاسخ از رانندگان و دریافت سیگنال های تئوری بستری را برای بهبود بخشیدن به اجزا آیرودینامیکی ایجاد کرده و از آن برای شبیه سازی های مجدد – آنالیز شبیه سازی ها و قرار دادن بهترین شبیه ساز بدست آمده از نرم افزارهای رایانه ای در تونل های باد ایجاد کرده اند که به طور پیوسته و دقیق قطعات را مورد مطالعه و بررسی قرار میدهند.

یکی از قسمت های مهم خودرو فرمول یک بال عقب خودرو میباشد که هر دو وظیفه کاهش درگ و افزایش دان فورس را برعهده دارد که اگر مراحل گفته شده روی آن انجام شود هندسه ی مناسب بال عقب میتواند به تعادل مورد نیاز بین دو نیروی درگ و دان فورس دست پیدا کند که پایداری بهتر- فرمان پذیری دقیق تر- بالا بردن عمر مفید تایرها و همچنین رانندگی راحت تر از نتایج آن خواهد بود.

حال سوال اینجاست که چگونه مهندسان به بهترین هندسه ی بال عقب خودرو تا به الان رسیده اند؟

برای عنوان این مطلب بنده بال عقب خودروی فرمول وان تیم مرسدس با شماره شاسی w07  استفاده شده از طرف مهندسان تیم در تمرین روز جمعه پیست باکو را بهانه ای قرار داده تا به تحلیل و آنالیز این بال پرداخته و دلیل رسیدن به این هندسه را با تکیه بر نتایج رایانه ای پیدا کنیم.

البته لازم به ذکر می باشد که تکیه به نتایج آزمایشگاهی برای مهندسین در این سطح بالای علمی یک نیاز صد در صدی می باشد که بنده به دلایلی کاملا موجه به نتایج شبیه سازی بسنده میکنم .

به بال عقب خودرو تیم مرسدس در تمرین باکو نگاه کنید:

بال عقب خودرو تیم مرسدس در تمرین باکو

مهندسین چگونه به این طرح به اصطلاح قاشقی یا (SPOON) رسیده اند؟ البته در فصل 2015 نیز مهندسین دو بار از این هندسه در پیست های مونزا و اسپا استفاده کرده اند!

برای رسیدن به جواب سراغ هندسه بال عقب خودرو مرسدس در سال 2013 و سپس 2014 و بعد از آن 2015 و در نهایت به سراغ هندسه ی قاشقی رفته و راه رسیدن به این هندسه را بررسی میکنیم. البته این راه برای مهندسین مرسدس یقینا با استفاده ی موازی از نتایج آزمایشگاهی و شبیه سازی به دست آمده است.

سال 2013

ابتدا هندسه ی بال عقب خودرو تیم مرسدس در سال 2013 را مورد تحلیل قرار می دهیم.

این تحلیل شامل تحلیل ارتعاشی (در رنج سرعت های 300 الی 350 کیلومتر بر ساعت ) به علاوه تحلیل المان محدود (تغییر شکل ها و مقاومتی ) می باشد.

به بال خودرو فرمول یک تیم مرسدس سال 2013 در شبیه سازی نگاه کنید:

 

 

حال تحلیل ارتعاشی را در رنج سرعت 300 الی 350 کیلومتر بر ساعت را مورد بررسی قرار می دهیم.

کافی است که شبیه ساز را در محیط ( سی – اف – دی ) قرار داده و مشخصات جنس ضریب الاستسیته چگالی و… بال مورد نظر را وارد و همچنین سرعت باد برخوردی به سطح بال را بین 300 و 350 کیلومتر بر ساعت انتخاب کنیم.

به یکی از فریم های اغراق شده ارتعاشی بال عقب در سرعت حدود 330 کیلومتر بر ساعت دقت کنید.

ساختار بال عقب تحت تاثیر فشار باد متزلزل شده است.

حال آنالیز را از مود ارتعاشی به مود تغییر شکل تغییر میدهم.

به یکی از فریم های اغراق شده از تغییر شکل بوجود آمده توسط نیروی درگ دقت کنید.


چه نتیجه ای میتوان گرفت؟

بیایید از این منظر نگاه کنیم؛

این فریم اغراق شده است و در حقیقت نشان دهنده ی بیشترین فشار در دو منطقه از بال را نشان میدهد که از این آنالیز میتوان نتیجه گرفت که در دو طرف ستون میانی حساس ترین منطقه که در معرض درگ هست بوجود آمده است.

حال به بحث تعادل میان کاهش درگ و افزایش دان فورس می پردازیم.

اساسا فریم تغییر شکل در بال عقب نشان دهنده ی از دست دادن مقداری از دان فورس در آن دو نقطه می باشد حال چه تغییر شکل بوجود بیاید و چه نه!

بنابراین تقویت این دو نقطه حساس میتواند دان فورس را افزایش دهد. (زیرا مقاومت بال در برابر باد بیشتر میشود و نیروی رو به پایین از بین نمی رود ) اما درگ چه میشود…؟

ابتدا باید دو نقطه حساس را تقویت کرد. با انتقال ستون وسط به دو طرف دو نقطه ی حساس تقویت خواهند شد.

بنابراین بال عقب خودرو فرمول وان از دو ستون تشکیل خواهد شد (که البته باعث افزایش درگ نیز میشود که اصلا خوب نیست).

به شبیه سازی بال عقب با دو ستون دقت کنید:

از این فریم اغراق شده که در همان شرایط سرعت باد قرار گرفته است میتوان نتیجه گرفت که دو نقطه حساس تقویت شده اند و نیروی دان فورس برگشته است . اما نکته ای که وجود دارد افزایش نیروی درگ می باشد که نشان می دهد هنوز به تعادل میان افزایش دان فورس و کاهش نیروی درگ نرسیدیم.

از این رو مهندسین مرسدس دو کانال در بال طراحی کردند که نیروی درگ را کاهش میدهد.

به شبیه ساز زیر دقت کنید:

 

برش های موجود در بالای هر ستون بال

حال به تحلیل این بال که در فصل 2014 فرمول یک از سوی تیم مرسدس مورد استفاده قرار گرفته است می پردازیم. با در نظر گرفتن برابری در آنالیز ارتعاشی به سراغ آنالیز تغییر شکل خواهیم رفت.

با وارد کردن شبیه ساز در محیط (C-F-D) نتیجه زیر بدست می آید.

به فریم اغراق شده بال خودرو مرسدس 2014 تحت فشار باد با سرعت 340 کیلومتر بر ساعت دقت کنید:

ستون ها باعث تقویت نقاط حساس شدند و کانال های تعبیه شده نیز باعث رسیدن به تعادل مناسب بین کاهش نیروی درگ و افزایش دان فورس شده است.

به نیروی معادل دان فورس وارد شده تحت فشار باد با سرعت 340 کیلومتر بر ساعت دقت کنید:

مهندسان آیرودینامیک تیم مرسدس با توجه به نتایج حاصله از مسابقات و سنسورها دست به بهبود بخشیدن تعادل میان افزایش دان فورس و کاهش نیروی درگ زدند و هندسه ی بال عقب خودرو را برای سال 2015 دستخوش تغییراتی کردند که به دلایل آن میپردازیم.

طبق آنالیز هندسه های متفاوت میتوان متوجه شد که یک ستون میانی به علاوه یک کانال در میانه ی بال میتواند با ثابت نگه داشتن نیروی درگ دان فورس را افزایش داد.
از آنالیز بال مرسدس 2014 میتوان دریافت نقاطی که در میان دو ستون دچار تغییر شکل شده اند مکان مناسبی برای کانال هوا خواهند بود.

حال به آنالیز بال عقب مورد استفاده تیم مرسدس در سال 2015 می پردازیم.

به شبیه ساز بال عقب خودرو تیم مرسدس دقت کنید:

 

حال این هندسه از بال عقب که مهندسان مرسدس آن را بهینه ترین هندسه در سال 2015 میدانستند را مورد آنالیز قرار می دهیم تا برتری آن نسبت به بال عقب در سال 2014 را متوجه شویم.
به فریم اغراق شده آنالیز شبیه ساز بال عقب خودرو تیم مرسدس در سال 2015 دقت کنید:

مهندسان مرسدس در این هندسه به توزیع فشار مناسب تری نسبت به هندسه سال 2014 رسیده اند که پایداری بهتری را هنگام طی کردن یک پیچ به ارمغان می آورد.

فریم اغراق شده از آنالیز شبیه ساز بال عقب خودرو فرمول یک مرسدس در سال 2015

بنابراین این هندسه برتری در طی کردن مسیرهای منحنی را با پایداری بهتر نسبت به سال 2014 را برای راننده به همراه آورده است.

از آنجا که تمام تیم های مهندسی در فرمول یک به طور پیوسته در حال تحقیق و توسعه اجزا هستند بنابراین بدیهی است که مهندسان مرسدس هندسه های دیگری را نیز مورد تحقیق و بررسی قرار دهند.
از این رو شاهد تفاوتی میان بال عقب تیم مرسدس در سال 2016 نسبت به سال 2015 هستیم.

به شبیه ساز بال عقب خودرو فرمول یک سال 2016 دقت کنید:

تفاوت اصلی میان بال عقب خودرو فرمول یک سال 2015 و 2016 در قطعه (DRS) میباشد.

قطعه DRS بال عقب خودرو فرمول یک تیم مرسدس در سال 2016

 

 

حال این هندسه چه برتری نسبت به هندسه سال گذشته داشته است.

به فریم اغراق شده آنالیز بال شبیه ساز سال 2016 دقت کنید:

داده ها نشان می دهند که برتری بال عقب خودرو 2016 مرسدس نسبت به هندسه سال گذشته در کم شدن نیروی درگ همراه با ثابت نگه داشتن دان فورس است که تعادل میان کاهش درگ و افزایش دان فورس بهینه تر شد.

در فریم های اغراق شده نیز نرم افزار به ما نشان می دهد که دو بالچه ی عقب بال تحت تاثیر فشار مضاعف باد قرار گرفته است که بدین معنی می باشد فشار هوا در پشت خودرو نگه داشته می شود که خلا نسبی کمتری نسبت به سال گذشته در پشت خودرو بوجود می آید که این پدیده ( که به دلیل تغییر در هندسه قطعه بالایی بال بوجود آمده ) باعث کاهش درگ می باشد. نتیجه ای که بسیار برای مهندسین مرسدس خوشایند بود.

حال میتوان متوجه شد که هدف از تحقیق و توسعه ی این هندسه به منظور کاهش درگ بوده که خودرو در سال 2016 درگ کمتری را برای مقابله با آن پیش روی خود می بیند .

به عبارتی دیگر دو کانال جانبی هوا در دو طرف بال باعث هدایت باد به بالچه های عقب شده و باعث بر وجود فشار هوا (هرچند ناچیز اما نسبت به سال های گذشته بیشتر) در پشت خودرو شده است که وجود فشار هوا در پشت خودرو همیشه به معنی کاهش درگ می باشد. همچنین میتوان گفت طول خلا نسبی در پشت خودرو کمتر شده است.

به تغییرات در هندسه قطعه (DRS) بال عقب تیم مرسدس از سال 2013 الی 2016 نگاه کنید:

 

میتوان دریافت تغییر درهندسه از روش تحقیق و توسعه (R&D)   طی آزمایش های تجربی و داده های نرم افزاری بوده و اساسا عمل تحقیق و توسعه در بهبود بخشیدن قطعه ی قبلی بوده و عملی تحت عنوان (باز طراحی) صورت نگرفته است.
اما بال عقب استفاده شده در تمرین باکو یک هندسه ی متفاوت و در اصطلاح یک هندسه ی باز طراحی شده با تکیه بر داده های نرم افزاری و نتایج آزمایشگاهی و البته استفاده از تمام تجارب در سال های گذشته بوده است.

حال به شبیه ساز رایانه ای هندسه ی بال عقب خودرو فرمول یک تیم مرسدس که در باکو از آن هندسه استفاده شد دقت کنید.

 

دلیل استفاده از این بال در پیست های مونزا و اسپا در سال 2015 و باکو در سال 2016 چیست؟

حال به تحلیل این شبیه ساز در نرم افزار می پردازیم تا ببینیم نرم افزار چه پاسخی به ما می دهد.

از داده های بدست آمده میتوان نتیجه گرفت که دان فورس در سرعت های بالا کاهش پیدا کرده است و همچنین نیروی درگ نیز از مقدار آن کم شده است.
به فریم اغراق شده تحلیل شبیه ساز دقت کنید:

میتوان نتیجه گرفت که مهندسین مرسدس با استراتژی کم کردن نیروی درگ در پیست های سرعتی مونزا و اسپا در سال 2015 و باکو 2016 در صدد رسیدن به حداکثر سرعت در مستقیمی ها بودند اما دانفورس نیز کاهش یافت .

بنابراین باید به این نکته اشاره داشت که  مقدار عدد دان فورس خودرو با بال عقب 2016 در مستقیمی ها باعث فشار بیش از اندازه و ناخوشایند بر لاستیک (در سرعت های بالای 320 کیلومتر بر ساعت ) میشود و از آنجا که مونزا و اسپا و باکو دارای مستقیمی های طولانی تری نسبت به دیگر پیست ها می باشند لذا فشار بر روی لاستیک نیز مضاعف بوده که با استفاده از این هندسه بال عقب به عمر مفید لاستیک ها اضافه میشود . 

همچنین با کم کردن عدد دان فورس به کاهش درگ میرسند که این میتواند استراتژی مناسبی برای این پیست ها باشد. خوردگی کمتر لاستیک به علاوه نیروی درگ کمتر از کم کردن مقداری از عدد دان فورس بدست آمد که مهندسان مرسدس با طراحی این هندسه از بال عقب به این مهم رسیدند.

میتوان یکی از علت های فاصله در تایم گیری دو راننده تیم مرسدس (نیکو روزبرگ و لوییس همیلتون) با دیگر رانندگان در پیست باکو را همین استراتژی دانست، البته یکی از علت ها!

*داده های عددی و جداول آنالیز به منظور روان تر شدن متن از این نوشته حذف گردید.


۸ دیدگاه

قابل توجه تمام کاربران سایت فرمول یک ایران : از این پس جهت برخورد با کاربران متخلف جرایمی در نظر گرفته شده است که لازم است کاربران در هنگام ارسال دیدگاه خود نهایت دقت را فرمایند ، در بیان دیدگاه ها از توهین به دیگران و رانندگان و ... خودداری کنید ، در صورت مشاهده بدون در نظر گرفتن هر ملاکی IP فرد متخلف مسدود خواهد شد و دیگر نمیتواند وارد سایت شود .
  1. بهروز
    0
    0

    خیلی مطلب مفیدی بود واقعا به اطلاعاتم اضافه شد ممنون

    پاسخ دادن

Leave a Reply

Your email address will not be published.