Selles blogipostituses uurime, kuidas F1 võidusõiduautod kasutavad hüdrodünaamikat, et saavutada kiirus 400 kilomeetrit tunnis. Siit saate teada uuenduslike konstruktsioonide kohta, mis kontrollivad aerodünaamilist takistust ja surujõudu!
FIA Vormel 1 maailmameistrivõistlused ehk lühidalt F1 on tänapäeval maailma kuulsaim autospordivõistlus. Seal võistlevad autod saavutavad uskumatuid kiirusi, tippkiirusega umbes 400 kilomeetrit tunnis. Need uskumatud kiirused on võimalikud tänu tehnoloogia võimsusele. Üks olulisemaid tehnoloogiavaldkondi on vedeliku dünaamika.
Sõna hüdrodünaamika on kombinatsioon sõnadest „vedelik” ja „mehaanika”. Vedelik on voolav aine, näiteks vedelik või gaas. Jõudude uurimist nimetatakse mehaanikaks, seega on hüdrodünaamika vedeliku liikumise ehk jõu rakendamisel vedelikule toimuva uurimisharu. Vedelikudünaamika kõlab keeruliselt, kuid on meie elus väga oluline. Autod ja lennukid liiguvad vedelikus, mida nimetatakse õhuks, ja meie, inimesed, liigume ja elame õhus.
Kui me läheme tagasi F1 autode juurde, kui vaadata autosid, mis F1-s võistlevad ja hästi esinevad, ning võrrelda neid tavaliste autodega, siis märkate, et kere on lamedam ja auto üldised jooned on sujuvad, voolujoonelised. Kui vaatate auto tagaosa, märkate, et sellel on midagi lennukitiiva sarnast. Need kujundid pole ainult välimuse pärast; need kõik põhinevad hüdrodünaamilistel uuringutel.
Kõigepealt mõelgem madalale ja voolujoonelisele kerekujundusele. Peame arvestama, kuidas auto kuju mõjutab selle õhutakistuskordaja (Cd) väärtust, mis on konstant, mis kirjeldab, kui suurt õhutakistust auto sama kiirusega sõites kogeb: mida suurem on arv, seda suurem on õhutakistus. Terve mõistus ütleb, et madalam, sujuvam ja voolujoonelisem auto kogeb väiksemat õhutakistust ning on lihtne mõista, miks, kui mõelda, kui palju auto õhuvoolu takistab.
Kujutage ette järgmist olukorda. Kui õpilasklass üritab liikuda läbi rahvarohke metroojaama ja liigub korrapäratus segaduses, põrkavad nad kokku paljude teiste inimestega ja aeglustavad tempot. Vastupidi, kui nad liiguvad kahes reas kõrvuti, põrkavad nad kokku vähemate inimestega ja liiguvad kiiremini. Kui mõelda õpilasklassist kui autost ja nende ümber olevatest inimestest kui õhust, on lihtne mõista, miks auto kere kuju mõjutab õhutakistust. Kui õpilased suudavad liikuda kiiremini ja lühema kokkupõrkeajaga ümbritsevate inimestega, siis suudab auto kiiremini edasi liikuda ja vähem õhku enda taga. Seega on madalal, voolujoonelisel ja madala kerega autol väiksem õhutakistus kui kõrgel, nurgelisel kerel. Tegelikult on suurel kiirusel õhutakistus väga oluline, mistõttu on auto kere kuju väga oluline tegur suurel kiirusel sõitvate võidusõiduautode puhul.
Teiseks vaatleme auto tagaosas asuvat tiivalaadset osa, mida nimetatakse tagaspoileriks. See on sõna otseses mõttes tagaosas olev spoiler. Kuigi tavalistele autodele lisatakse see sageli välimuse huvides, on see võidusõiduauto lahutamatu osa. Nagu varem mainitud, on võidusõiduautodel madal kere ja terav esiosa. See disain avaldab suurel kiirusel sõites auto esiosale palju õhurõhku. Samamoodi nagu lennuki tiivad on kallutatud vastasnurga all, mille all nad on kallutatud, mõjub madal ja terav esiosa õhust allapoole suunatud jõule. Kui õhk surub auto esiosa alla, tõuseb auto tagaosa ja rasketel juhtudel võib see põhjustada auto ümbermineku. See kerkimine võib olla laastav – see mitte ainult ei põhjusta auto ümberminekut, vaid tagarataste haarduvuse kadu takistab autol oma täielikku potentsiaali saavutamast ja muudab sõidu väga ebastabiilseks.
Siin tulebki mängu tagaspoiler, et vältida kere ülestõusmist. Tagaspoileril on lennukitiiva omast vastupidine rünnakunurk: rünnakunurk on nurk, mille spoiler moodustab liikumissuunaga. Tagaspoileril on spoileri esiosa liikumissuuna suhtes allapoole kallutatud. Lennuki puhul on spoileri (tiiva) esiosa ülespoole tõstetud, võimaldades õhul lennukit ülespoole suruda. Seevastu on tagaspoiler konstrueeritud lennuki omast vastupidise rünnakunurgaga, tekitades allapoole jõudu, mis võimaldab õhul spoilerile alla suruda. Samamoodi nagu auto esiosa surub vastu õhku, surub tagaspoiler vastu auto tagaosa, et suurendada sõidustabiilsust ja parandada jõudlust. See võib takistada ka auto ümberminekut.
Nagu näete, ei ole võidusõiduauto disain mõeldud ainult välimuse, vaid ka auto jõudluse maksimeerimiseks. Nende tehnoloogiate arenedes paraneb autode jõudlus iga aastaga. Selle tempo juures ei lähe kaua, kui näeme F500 võistlustel autosid, mis ületavad 1 kilomeetrit tunnis, ja see üksi pakub vaatajatele palju lõbu, kuid spordist saab palju rohkem kasu, kui olete huvitatud autode taga olevast tehnoloogiast ja sellest, millised disainid toimivad paremini.
