فرمول یک ایران – همانطور که در خبرها آمده است، قرار بر تغییر جزئی قوانین آیرودینامیکی برای سال ۲۰۱۹ است که میتوان به تغییر پهنای بال عقب، تغییر در اندازه وتربال (Wing Chord)، تغییر در مساحت دی آر اس بال عقب و نیز تغییر در اندازه و هندسه باله جلو خودرو اشاره داشت که در این مقاله به بررسی تفاوت در عملکرد بال جلو در سال ۲۰۱۹ به کمک شبیه‌سازی و آنالیز آیرودینامیکی می‌پردازیم.
تصاویری از تغییرات آیرودینامیکی برای خودرو سال ۲۰۱۹ و مقایسه آن با خودرو سال ۲۰۱۸:
-
- خودروی فرمول یک 2018
-
- خودروی فرمول یک 2019
-
- تغییرات خودرو سال ۲۰۱۹ و مقایسه آن با خودرو سال ۲۰۱۸
-
- تغییرات خودرو سال ۲۰۱۹ و مقایسه آن با خودرو سال ۲۰۱۸
-
- تغییرات خودرو سال ۲۰۱۹ و مقایسه آن با خودرو سال ۲۰۱۸
-
- تغییرات خودرو سال ۲۰۱۹ و مقایسه آن با خودرو سال ۲۰۱۸
جدول تغییرات ابعاد باله های جلو و عقب
اما از آنجا که بیشترین تغییر مربوط به هندسه بال جلو می‌باشد بنابراین انتظار می‌رود که عملکرد این جزء از خودرو تفاوت بیشتری از خود نشان دهد بنابراین دست به شبیه‌سازی بال جلو خودرو براساس هندسه و ابعاد سال ۲۰۱۹ میزنیم.
-
- بال جلو خودرو فرمول یک 2019
-
- بال جلو خودرو فرمول یک 2019
-
- بال جلو خودرو فرمول یک 2019
-
- بال جلو خودرو فرمول یک 2019
-
- بال جلو خودرو فرمول یک 2018
-
- مقایسه بال جلو فرمول یک 2018 و 2019
همانطور که در تصاویر بالا مشهود است، تفاوت عمده میان بال جلو سال‌های ۲۰۱۸ و ۲۰۱۹ در برش‌های آیرودینامیکی جلو بال یا همان کاناردها (Canards) می‌باشد. بنابراین تیم تنظیم مقررات قصد دارد با ساده شدن سازه‌ی بال جلو، آیرودینامیک خودروها را به هم نزدیک کرده و همچنین هوای آشفته پیرامون خودرو را کاهش دهد تا عمل سبقت‌گیری برای خودروهای عقب کمی آسان‌تر شود.
حال به چگونگی مسیرهوای عبوری با نگاه به چند شماتیک آیرودینامیکی می‌پردازیم:
شماتیک مقایسه مسیر هوای عبوری از بال های جلو
بنابراین انتظار می‌رود که با حذف کاناردهای باله جلو و نیز برش‌های متصل به (End plate)، مسیر هوا پس از گذر بال جلو به مقدار کمتری منحرف شود و بیشتر به هوای متلاطم تایرها برسد که این رخداد، کاهش میزان هوای آشفته پیرامون خودرو و نیز افزایش نیروی مقاومت هوا را درپی دارد.
همچنین اثر تایر بر هوا یا همان (air wake)، بیشتر می‌شود. نوعی از (air wake) هنگامی رخ می‌دهد که جسمی دوار مانند تایر در مقابل جریان هوای سرعت‌دار قرار گیرد و این یعنی برخورد دو جریان سیال با سرعت نسبی متقابل.
پدیده AIR WAKE
هرچه میزان سرعت نسبی جریان هوا و جریان متلاطم تایر بیشتر باشد و نیز میزان هوای عبور از تایر چگال باشد، آنگاه طول و میزان (air wake) نیز بیشتر خواهد شد. بنابراین با رسیدن جریان بیشتری از هوا به تایرهای جلو، خودرو نیروی مقاومت هوای بیشتری را متحمل می‌شود که به معنی افزایش درگ است.
حال میتوان دو شبیه‌ساز باله جلو خودرو فرمول یک را در مقابل جریان هوای با سرعت و چگالی برابر قرار داد تا مسیر هوای عبوری از دو باله را مقایسه کرد.
* شبیه‌سازی به وسیله نرم‌افزار (pro engineering) و آنالیزآیرودینامیکی درمحیط (ANSYS fluent) صورت گرفته‌است.
شبیه‌ساز باله جلو سال‌های ۲۰۱۸ و ۲۰۱۹ خودروهای فرمول یک در محیط (CFD):
-
- 2018
-
- 2019
-
- 2018
-
- 2019
مقایسه برداری و جهت حرکت هوا در دو مدل شبیه‌ساز:
دو شبیه‌ساز را به محیط (CFD) و به عبارتی دیگر به محیط (Fluid Flow) در نرم‌افزار (ansys fluent) وارد کرده و شرایط تحلیل را به حالت k_e تنظیم می‌کنیم تا خطوط جریان لایه‌ای را به ما پاسخ دهد، لایه‌ی مورد نظر را صفحه‌ای موازی زمین و مماس با سینی خودرو درنظر میگیریم تا بتوان مقایسه‌ای در آن نقاط از صفحه داشت.
سیال هوا را در شرایط دما و چگالی استاندارد که پیش‌فرض نرم‌افزار هست انتخاب می‌کنیم و سرعت رسیدن هوا به هندسه خودرو را ۳۰۰ کیلومتر بر ساعت در نظر میگیریم (به عبارتی سرعت تونل باد).
پس از قرار دادن شبیه‌سازها در محیط تونل باد، نرم‌افزار برای هر هندسه مسیر جریان هوا، چگونگی شکافت هوا و نیز میزان و چگونگی هوای آشفته پیرامون هندسه را پاسخ می‌دهد.
-
- مسیر خطوط جریان هوا طی عبور از هندسه بال جلو 2019
-
- مسیر خطوط جریان هوا طی عبور از هندسه بال جلو 2018
-
- مسیر خطوط جریان هوا طی عبور از هندسه (End Plate) بال جلو 2019
-
- مسیر خطوط جریان هوا طی عبور از هندسه (End Plate) بال جلو 2018
به دلیل پیدا شدن تفاوت هندسه‌های بال جلو، دو هندسه شبیه‌ساز تنها در بال جلو می‌باشد و در ادامه دو خودرو برابر خواهند بود تا فقط تاثیر باله‌های جلو نمایان گردد.
-
- گرافیک جریان هوای عبوری از هندسه خودرو ۲۰۱۸
-
- گرافیک جریان هوای عبوری از هندسه خودرو ۲۰۱۹
-
- گرافیک ایجاد هوای آشفته پیرامون هندسه خودرو ۲۰۱۹
-
- گرافیک ایجاد هوای آشفته پیرامون هندسه خودرو ۲۰۱۸
مقایسه پهنای هوای تحت تاثیر هندسه باله‌ها:
-
- نمایش میزان شکافت هوا و تشکیل هوای نامنظم در دوطرف خودرو ۲۰۱۹
-
- نمایش میزان شکافت هوا و تشکیل هوای نامنظم در دوطرف خودرو ۲۰۱۸
-
- شکافت هوا و مسیر تلاطم هوا پیرامون خودرو سال ۲۰۱۹
-
- شکافت هوا و مسیر تلاطم هوا پیرامون خودرو سال ۲۰۱۸
مقایسه (air wake) مربوط به تایر بعد از عبور هوا روی دو شبیه‌ساز باله‌ها:
میزان (air wake) مربوط به تایر بعد از عبور هوا از هندسه خودرو سال ۲۰۱۸
میزان (air wake) مربوط به تایر بعد از عبور هوا از هندسه خودرو سال ۲۰۱۹
از گرافیک‌های آیرودینامیکی و همچنین جداول پاسخ نرم‌افزار میتوان چنین برداشت کرد که هندسه‌ی باله جلو طبق ابعاد سال ۲۰۱۹ باعث افزایش میزان درگ در خودرو شده و همچنین طول خلاء نسبی عقب خودرو را افزایش می‌دهد به‌علاوه عرض هوای آشفته پیرامون خودرو را کاهش می‌دهد و این یعنی سخت شدن شرایط برای خودرو جلو و از طرفی دیگر بهبود شرایط سبقت‌گیری برای خودروی درحال تعقیب. بنابراین با تغییر هندسه‌ی بال جلو و حتی با ثابت فرض کردن مقدار (Stall of the Wing) یا همان میزان ایستادگی بال در مقابل هوا، تاثیر قابلی بر همسو شدن شرایط آیرودینامیکی با سبقت‌گیری داشته است.
جداول درگ و دان‌فورس به‌منظور روان شدن نوشته حذف گردید.
خیلی عالی.واقعا جذابه این آنالیزهای.فقط چون من رشته ام مکانیک نیست از این نرم افزارها سر در نمیارن.اگه امکان داره راجع به عکس ها و معنای رنگ ها هم بیشتر توضیح بدید.
و چند تا سوال.چون میزان جریان هوا روی تایرهای جلو بیشتر میشه پس میگید درگ بیشتر میشه یعنی در ماشین های ۲۰۱۸به دلیل اینکه بال جلو هوا رو به بیرون هدایت میکنه جریان رو تایر جلو کمتر هست.ولی خود مقاومت بال جلو چی؟شما میگید ثابت فرض کنیم.از طرفی به دلیل بزرگتر شدن باله جلو مقاومت بیشتره و از طرفی به دلیل حذف بالچه ها و عبور راحتتر جریان مقاومت کمتره.اثر کلی به چه شکل هست؟
سوال دوم اینکه تکلیف هوای ورودی زیر خودرو چی میشه؟چون فکر میکنم تاثیرگذار هست.
همچنین افزایش خلا نسبی پشت درسته که باعث میشه ماشین پشتی ناحیه بیشتری دستش باشه ولی میزان خلا هم قطعا فرق خواهد کرد و خلا نسبی۲۰۱۸دیگه همون خلا نسبی ۲۰۱۹نیست و شما تازه افزایش اندازه و عمق بال عقب رو هم در نظر نگرفتید.میشه توضیح بیشتری بدید.ممنونم از این مطلب فوق العاده جذاب
محدودیتی که برای بال جلو در نظر گرفتن باعث میشه که هوای بیشتری به تایر برسه چون تیم ها دوست دارند هر چه هوای کمتر به تایر برسه چون درگ افزایش چشمگیری داره چون جهت حرکت تایر، جریان متقابل میسازه… همچنین برای بدست آوردن داده های دقیق تر از تونل هوای با هندسه 60 درصدی خودرو هم استفاده میکنن..
توضیح بیشتر اینکه وقتی خودرو جلو، درگ بیشتری و ببینه دفاع براش سخت تر میشه و این یعنی خودرو عقب به وسیله دی آر اس و خلأ نسبی میتونه اختلاف سرعت بیشتری و از خودرو جلوش بدست بیاره که دو خودرو و به درگیری میرسونه.. دفاع سخت تر میشه و شرایط حمله بهتر.. اما هوای کثیف همچنان آزار دهنده خواهد بود حتی با کم شدن مقداری از آن
روی کاغذ این تغییرات به نفع پاوریونیت قویتر به نظر میاد و به نظرم این فصل ردبول روزهای سختی رو سپری خواهد کرد.
بسیار عالی بود مهندس بهشتی
باورش سخته یه بال جلو این قدر تاثیر بزاره
به نظر رقابت های جذاب تری رو ببینیم پس با این تغیرات ماشین جلوی بودن و استفاده از هوای تمیز دیگه برتری نیست
شرایط با سبقت گیری همسو تر خواهد شد اما هوای کثیف همچنان آزار دهنده خواهد بود.. خودروی عقب همچنان در هوای کثیف اذیت میشه و خودروی جلو همچنان میتونه از هوای آزاد لذت ببره با این تفاوت که اگر خودروی عقب به خلأ نسبی نزدیک بشه و برسه، دفاع برای خودرو جلو سخت میشه چون خودرو جلو نیروی درگ بیشتری میبینه…
سلام
دوتا سوال پیش اومده واسم درمورد این افزایش درگ
۱:روند خرابی تایرها سرعتش بیشتر میشه درسته؟؟منظورم اینه تایرهای جلو زودتر تموم میشن ?؟
۲:این افزایش درگ فشار جی رو روی ماشین و راننده بیشتر میکنه؟؟یا موقعی ک ماشین عقب میخواد سبقت بگیره وقتی ی دفعه بیاد تو هوای ازاد با اون افزایش درگ تاثیری انچنانی نمیزاره?؟
سلام، یک سری موارد فقط از طریق تست و تمرین های آزاد مشخص میشه، به عنوان مثال عمر تایر، چه نوع تایری و همچنین تایرهای سال 2019 شاید از نظر عمر و عملکرد متفاوت باشن، اما چیزی که مشخص هست هوای بیشتری به تایر جلو میرسه که یعنی دمای تایر در مستقیمی کمتر و کمتر میشه، حتی همین هم باید توی تمرین های آزاد و یا تست داده برداری کنن…
در مورد فشار جی به راننده هم باید گفت خیر.. فشار جی از تغییر سرعت و ایجاد شتاب معادل چی و همچنین نیروی معادل جی بدست میاد و شرایط خودش و داره… و در مورد خودروی عقب هم اگر از هوای کثیف عبور کنه و به خلأ نسبی برسه مخصوصا اگر دی آر اس داشته باشه راحت تر میتونه عبور کنه چون خودرو در حال تعقیب راحت تر اختلاف سرعت میگیره نسبت به خودرو در حال گریز…
سلام
ممنون استاد بهشتی
مورد دوم رو بخاطر این پرسیدم که اتفاقی واسه یکی از دوستان افتاد ک از زبون خودشون نقل میکنم
یک روز با موتور در حال سفر بین دو شهر بودم،موتور از نوع قاب دارها(بدون دسته کلاچ،اصطلاحا میگن ویو) بود،در سر پایینی پشت ی ماشین قرار گرفتم و سرعت رو همراه با خودرو جلو بالا بردم ، وقتی اومد سبقت بگیرم و از پشت ماشین در اومدم فشار باد جلو موتور رو حدود ده-بیست سانتی بلند کرد
طبق این اتفاق اون سوال واسم پیش اومد
بسیار دقیق و علمی.مرسی از زحمات زیادتون جناب مهندس بهشتی
بال عقب طولش زیاد فرقی نکرده. بیشتر تمرکزشون روی پهناش بوده که بیشتر بشه.
فکر میکردم بیشتر از اینها قراره بال عقب بزرگ بشه و توی بعضی طرح های کانسپت و اسکچ ها دیده بودم بال عقب تا روی چرخ های عقب میاد (طولش تمام عرض ماشین رو دربر میگیره)
اونطوری بیشتر نمیتونستن از تاثیر DRS استفاده کنن؟ فقط پهنای بال تاثیر میزاره؟
هر چه مساحت دی آر اس، بزرگتر باشه تاثیر دی آر اس بیشتر میشه.. تو تصاویر شماتیک مقایسه ای بالا و جدول مساحت دی آر اس بیشتر شده… که یعنی اثر دی آر اس بیشتر میشه
E=>> (ف)
سلام آقای بهشتی
میخواستم ببینم سورس این مطالب و دارید، نمودارهای CFD رو میخوام بی زحمت اگر لینکی چیزی دارید از کل مقاله بهم بدید ممنون
سلام، بله نمودار های پاسخ نرم افزار هست.. Beheshti.mohamadali@gmail.com پیام بدین حتما میفرستم
بسیار عالی.
در فصل 2018 شنیده شد که مرسدس ها با مشکلات آئرودینامیکی دست و پنجه نرم می کردند، با توجه به اینکه یکی از نقاط قوت ردبول ها در همین مسئله هست، با فرض اینکه با ساده تر شدن طراحی بال جلو، احتمالا مرسدس کار راحت تری در رفع مشکل داشته باشد، آیا ممکن است این نقطه قوت ردبول به چالش کشیده شود؟ اما از طرف دیگر تحلیل بالا نشان دهنده بهتر شدن شرایظ سبقت است و شاید جبران مافات بشود!
همه ما اینقدر درگیر این مقاله زیبا شدیم که مشکل اصلی یادمون رفت.
ماشین اول باید به هوای کثیف قبل از خلاء غلبه کنه بعد خودش رو در موقعیت سبقت قرار بده. یعنی باز هم تیم هایی که پاور یونیت قوی دارند و انرژی بیشتری رو به سیستم بر میگردونند می تونند از این موقعیت استفاده کنند. برای غلبه به هوای کثیف نیاز به یه چاقوی تیز هست که میشه یه پاور یونیت قوی. برنده این تغییرات به نظر من فراری هست چون میتونه اختلاف قدرت موتور با مرسدس رو بهتر جبران کنه ولی تیم های دیگه همچنان مشکل خواهند داشت .
کسی چه می دونه شاید اگر به این قوانین جدید از بالا نگاه بشه و به ارتباط اون با سایر بخشها بیشتر از مسائلی که مستقیما درگیر با این قوایین هستند توجه بشه چیز جدیدی کشف شه که یک تیم رو در موقعیت بهتری قرار بده.
سوالات زیادی هست که پاسخ به هر کدوم می تونه ماشین رو بهتر کنه.
از بهترین مقالات سایت
خسته نباشید
دفاع سختتر میشه ولی سبقت همچنان سختتره
چون فضای خلا پشت ماشین جلو کمی کمتر میشه و هوای کثیف کمی بیشتر
و دما لاستیکهای جلو کمی کمتر از پارسال میشه
محمد جان بسیار عالی بود ادامه بده می خوام بیشتر ازت بخونم، واقعاً هممون استفاده می کنیم عالی کارت