Šiame tinklaraščio įraše išnagrinėsime, kaip F1 lenktyniniai automobiliai panaudoja hidrodinamiką, kad pasiektų 400 kilometrų per valandą greitį. Sužinokite apie naujoviškus dizainus, valdančius aerodinaminį pasipriešinimą ir prispaudimo jėgą!
FIA Formulės 1 pasaulio čempionatas arba trumpiau F1 yra garsiausios automobilių lenktynių varžybos šiandien pasaulyje. Jame konkuruojantys automobiliai pasiekia neįtikėtiną greitį, o didžiausias greitis siekia apie 400 kilometrų per valandą. Tai, kas leidžia pasiekti šį neįtikėtiną greitį, yra technologijų galia. Viena iš svarbiausių technologijų sričių yra skysčių dinamika.
Žodis hidrodinamika yra žodžių „skystis“ ir „mechanika“ junginys. Skystis yra tekanti medžiaga, tokia kaip skystis ar dujos. Jėgų tyrimas vadinamas mechanika, todėl hidrodinamika yra skysčio judėjimo tyrimas arba tai, kas atsitinka, kai skysčiui veikia jėga. Skysčių dinamika skamba sudėtingai, tačiau ji labai svarbi mūsų gyvenimui. Automobiliai ir lėktuvai juda skysčiu, vadinamu oru, o mes, žmonės, judame ir gyvename ore.
Jei grįžtume prie F1 bolidų, jei pažvelgtumėte į automobilius, kurie konkuruoja F1 ir jiems sekasi gerai, ir palyginsite juos su įprastais automobiliais, pastebėsite, kad kėbulas yra plokštesnis, o bendros automobilio linijos yra lygios, supaprastintos kreivės. Jei pažvelgsite į automobilio galą, pastebėsite, kad jis turi kažką panašaus į lėktuvo sparną. Šios formos skirtos ne tik išvaizdai; jie visi pagrįsti hidrodinaminiais tyrimais.
Pirmiausia pagalvokime apie žemą, supaprastintą kėbulo dizainą. Turime apsvarstyti, kaip automobilio forma veikia jo pasipriešinimo koeficiento (Cd) vertę, kuri yra konstanta, nusakanti, kokį oro pasipriešinimą automobilis patiria važiuodamas tuo pačiu greičiu: kuo didesnis skaičius, tuo didesnis pasipriešinimas. Sveikas protas rodo, kad žemesnis, lygesnis, labiau aptakesnis automobilis patirs mažesnį pasipriešinimą ir nesunku suprasti, kodėl, kai pagalvoji apie tai, kiek automobilis trukdo oro srautui.
Apsvarstykite šią situaciją. Jei klasė mokinių bando judėti per sausakimšą metro stotį ir juda netvarkingai, jie susidurs su daugybe kitų žmonių ir sulėtins greitį. Ir atvirkščiai, jei jie judės dviem eilėmis, vienas šalia kito, jie susidurs su mažiau žmonių ir judės greičiau. Jei apie mokinių klasę galvojate kaip apie automobilį, o apie juos supančius žmones – kaip apie orą, nesunku suprasti, kodėl pasipriešinimui įtakos turi automobilio kėbulo forma. Jei mokiniai galės judėti greičiau ir mažiau susidūrę su aplinkiniais žmonėmis, tai automobilis galės greičiau judėti į priekį, o už jo bus mažiau oro. Taigi žemas, supaprastintas dizainas su žemu korpusu turės mažesnį pasipriešinimą nei aukšta, kampuota forma. Tiesą sakant, važiuojant dideliu greičiu pasipriešinimas yra labai reikšmingas, todėl automobilio kėbulo forma yra labai svarbi aplinkybė lenktyniniams automobiliams, važiuojantiems dideliu greičiu.
Antra, pažiūrėkime į sparnus primenančią dalį automobilio gale, kuri vadinama galiniu spoileriu. Tai tiesiogine prasme spoileris gale. Nors jis dažnai pridedamas prie įprastų automobilių dėl išvaizdos, jis yra neatsiejama lenktyninio automobilio dalis. Kaip minėta anksčiau, lenktyniniai automobiliai turi žemą kėbulą ir smailią priekinę dalį. Ši konstrukcija kelia didelį oro slėgį automobilio priekyje važiuojant dideliu greičiu. Lygiai taip pat, kaip lėktuvo sparnai pakreipiami kampu, priešingu kampui, kuriuo jie pasvirę, žemą, smailų priekinį korpusą veikia žemyn nukreipta oro jėga. Kai automobilio priekį spaudžia oras, automobilio galinė dalis pakeliama ir sunkiais atvejais automobilis gali apvirsti. Šis pakėlimas gali būti pražūtingas – dėl to automobilis ne tik apvirsta, bet ir praradus galinių ratų sukibimą, automobilis negali išnaudoti viso savo potencialo ir vairavimas tampa labai nestabilus.
Čia yra galinis spoileris, kuris neleidžia kėbului pakelti. Galinis spoileris turi priešingą atakos kampą nei lėktuvo sparnas: atakos kampas yra kampas, kurį spoileris daro su važiavimo kryptimi. Galinio spoilerio priekinė dalis yra pakreipta žemyn, palyginti su važiavimo kryptimi. Lėktuvo atveju spoilerio priekis (sparnas) pakeliamas aukštyn, leidžiant orui stumti lėktuvą aukštyn. Ir atvirkščiai, galinis spoileris sukurtas priešingu lėktuvo atakos kampu, sukuriant prispaudimo jėgą, leidžiančią orui stumti spoilerį žemyn. Lygiai taip pat, kaip automobilio priekis spaudžiasi prie oro, galinis spoileris spaudžiasi prie automobilio galo, kad padidintų važiavimo stabilumą ir pagerintų eksploatacines savybes. Tai taip pat gali neleisti automobiliui apvirsti.
Kaip matote, lenktyninio automobilio dizainas skirtas ne tik išvaizdai, bet ir maksimaliam automobilio veikimui. Tobulėjant šioms technologijoms, automobilių našumas kasmet gerėja. Esant tokiam tempui, neilgai trukus pamatysime automobilius, kurių greitis viršija 500 kilometrų per valandą F1 lenktynėse, ir vien tai bus labai smagu tiems iš mūsų, kurie žiūri, bet jūs galite gauti daug daugiau iš sporto jei domitės automobilių technologijomis ir kurios konstrukcijos veikia geriau.
