Sådan fungerer aerodynamik på lager

Bil, der testes i vindtunnel for aerodynamisk ydeevne. Andy Sacks / Stone / -Getty Images

-Dagens flåde af biler er en enorm forbedring i forhold til dekorative halefinner og boxy strukturer i går. De moderne, krumme design minimerer den kraft, luft skaber mod bilens bevægelse, og resultatet er en slankere, hurtigere bil. Da hastighed naturligvis er den vigtigste faktor i NASCAR-løb, er aerodynamik et afgørende element i design af lagerbiler.

Aerodynamik er studiet af, hvordan luft bevæger sig - især hvordan den interagerer med faste, bevægelige genstande. Ligesom en hurtigbåd forlader den skarpe linje af et vågne bagved det på vandet, skaber en bil en aerodynamisk påvirkning, når den skærer gennem luften.

Automotive-designere og NASCAR-team er afhængige af aerodynamiske principper for at skabe forbedringer i køretøjets kraft og håndtering i høje hastigheder. Personbiler er blevet mere formlige med årene, da producenterne opdagede, hvordan strømlining kan øge brændstofeffektiviteten, hvilket giver en bil mulighed for at køre med samme hastighed ved hjælp af mindre hestekræfter. Disse design reducerer luftmodstand eller aerodynamisk træk.

-I en verden af ​​bilsport er det måske mere vigtigt at øge den nedadgående kraft, som luften udøver på bilens hjul. Dette downforce er nøglen til at opretholde trækkraft gennem de korte og konstante sving i et kortbaneløb.

Opdagelsen af ​​de mystiske nedstyrkekræfter i de seneste årtier sendte autocracing-verdenen ind i en vanviddet af prøvning af vindtunneler og subtile finjusteringer af materielvogne. Det har ændret kulturen og øvelsen i bilracing på måder, som nogle fans synes irriterende. NASCAR har været nødt til at træde ind og omhyggeligt regulere de aerodynamiske træk ved hvert køretøj i konkurrence for at holde lige vilkår.

-Selv afslappede fans udsættes konstant for terminologien inden for aerodynamik i biler. Denne artikel vil afmystificere NASCAR-lingo, startende med fænomenet aero push.

Indhold

1. Lagerbil Aero Push
2. Stock Car Downforce
3. Lager billøft
4. Stock Car Drag

En hastighedsbiler stikker gennem luften, når den kører. Luften svæver over toppen af ​​bilen og afbøjes af spoileren, der er knyttet til bagdækket. Hvis en anden bil kører lige bagfra, næse til hale, kommer den kontinuerligt ind i luftrummet påvirket af bilen foran.

-Det bageste køretøj, hvis det bagagerum ved en bestemt nærhed, kan drage fordel af blybilens aerodynamiske kraft. Luften opfører sig som om de to biler er en. Den fordrevne luft bag blybilen skaber et delvist vakuum, der suger den bageste bil foran med en øget hastighed, eller med samme hastighed med reduceret motorindsats og lavere brændstofforbrug. Dette kaldes udarbejdelse. Begge biler kan køre hurtigere, end begge biler kan gå af sig selv [kilde: Turner].

Udkast kan være en meget kraftig raceteknik, men det er et alvorligt ansvar. Den bageste bil lider af en nedtrapning på sine forreste dæk, hvilket resulterer i et tab af stabilitet og håndtering, der kommer ud af svingene. Dette er aero push, kaldes også en "stram" tilstand, der kræver, at den bageste chauffør skal lette acceleratoren for at genvinde trækkraft [kilde: ESPN].

Aero push tvinger chauffører til at foretage omhyggelige beregninger. På den ene side kan mange chauffører forblive konkurrencedygtige i et tæt løb ved at sparke på blykøretøjet, drage fordel af den øgede kraft og nedsatte belastning i motoren. Virkningerne er især gavnlige på straks. På hjørnerne kommer farerne imidlertid i spil i reduceret manøvrerbarhed og større sandsynlighed for at miste kontrollen.

Aero push er næsten det dominerende træk ved NASCAR-løb. Fans har klaget over, at racing har mistet noget af sin appel, da ryttere forbliver i faste positioner i lange stræk ad gangen. Chauffører udfordrer hinanden mindre og kører i stram enkeltfil snarere end side om side. På den positive side kan et større antal køretøjer forblive i nærheden af ​​lederen af ​​pakken.

Aero push - og al racing aerodynamik, for den sags skyld - handler om downforce.

Luft i luften

I ESPNs NASCAR-dækning viser en specialeffekt-gimmick kaldet Draft Track seerne hvordan aero push fungerer i realtid, der repræsenterer luftstrømme via animerede grønne puffer på skærmen [kilde: Hiestand].

downforce er en nedadrettet kraft produceret af lufttryk, hvilket skaber et stærkere tryk mellem dækket og vejens overflade. Det involverede princip er det samme som det, der giver løft til fly, men omvendt.

Aerodynamisk kraft er resultatet af forskelle i tryk på siderne af det bevægelige objekt. De mest almindelige metoder til at øge et køretøjs nedstyrke involverer reduktion af lufttrykket under køretøjet.

For det meste vil enhver stigning i downforce også medføre en ledsagende stigning i aerodynamisk træk. For hastighedsdemonen betyder mere træk lavere hastigheder på straks Men mere downforce betyder bedre håndtering på sving, da dækkene griber fat i banen mere sikkert.

-Automotive ingeniører og pit besætninger stræber efter at holde de to kræfter i balance. På et spor som Daytona, med dets lange straks og bankede, skarpe hjørner, er designerne tilbøjelige til at holde træk til et minimum. Ved kortbanevæddeløb vendes strategien - fordi føreren bruger mere af løbet på forhandlingskurver, vil en vægt på downforce føre til større samlet hastighed samt øget sikkerhed [kilde: Tierney].

At opnå mere nedtrapning ved at manipulere racerbiler er en besættende opgave i aktiebilbranchen. Det bedste sted at starte er måske ved køretøjets næse. Et korrekt vinklet næsestykke, der er placeret lavt til jorden, leder hovedparten af ​​luften opad over toppen af ​​bilen. Målet er at skabe et lavt trykområde eller delvis vakuum under næsen [kilde: Circle 304].

Hjulbrøndene er et andet område at forme. En flared hjulbrøndåbning foran dækket vil tvinge rusende luft væk fra siderne og bunden af ​​bilen, hvilket yderligere reducerer lufttrykket [kilde: Boone, "Race Car Aerodynamics"].

For al den teknologiske dygtighed, der er afsat til at opbygge nedstyrke bag forhjulene på lagerbilen, er det kritisk at overveje balance. Bagsiden af ​​bilen skal have sin del af nedstyrken for at kunne håndtere korrekt.

-At studere tvangsstyrke betyder at være opmærksom på dens modsatte styrke, løft.

Sideskørter Sidebar

Sideskørt -- lange horisontale stykker, der løber lavt langs siden af ​​et køretøj - blev udviklet i bilsport som en måde at reducere lufttrykket nedenunder og få nedstyrke. Men denne udvendige funktion kunne blive slået fra køretøjet, hvilket resulterede i et pludseligt tab af nedtvingning og stor sandsynlighed for en ulykke [Kilde: Cislunar Aerospace]. Mange racermyndigheder har forbudt sideskørt, men de er stadig en prangende funktion ved visse personbiler [Kilde: BMW].

-En fugls eller et flys vinger er de mest åbenlyse producenter af løfte op. Men løft betyder ikke nødvendigvis en opadgående kraft, der modvirker tyngdekraften. Faktisk er downforce en form for lift - negativ løft.

Lift er den aerodynamiske kraft vinkelret på retningen af ​​kroppen i bevægelse. Omvendt, drag er en modstandskraft parallelt med, men kommer modsat fra, det bevægelige objekt. Lift - kaldes i almindelighed a skyward kraft -- er normalt til stede i en eller anden grad i et bevægeligt objekt. Fordi lift og downforce er modstridende kræfter, indgår en del af bestræbelserne på at bygge en bestandsbil med en stærk downforce at overvinde løft.

-De tekniske mål er at begrænse mængden af ​​luft, der flyder under chassiset, for at sikre en tættere tiltrækning mellem dækkene og jorden og for at give let udluftning for luft, der kommer under..

Lagerbiler er karakteristisk designet med rive -- hvilket betyder, at bilens bageste er højere end jorden end forenden af ​​chassiset. Det holder trykket under bilen nede og forhindrer løft.

Spoilere, forreste luft dæmninger og vinger giver denne effekt. en luftdam er monteret under den forreste kofanger for at blokere luftstrømmen under kroppen. Vingeappendage, der bruges på Formel One- og Indy-biler, vendes på hovedet for at give nedstyrke i stedet for at løfte.

Racerbiler lejlighedsvis bliver luftbårne på trods af disse enheder. Faren er især til stede, når en bil roterer, hvilket radikalt ændrer de aerodynamiske kræfter i spil. Under et højhastighedsspin kan luft bevæge sig hurtigt nok over tag og hætte til at producere en stærk løftekraft.

Flere sikkerhedsinnovationer installeres på NASCAR-køretøjer til sådanne nødsituationer, såsom et forsænket højre side-vindue. Lagerbiler, der cirkler ovale spor til venstre, er mere tilbøjelige til at vise deres højre ansigt i en spin. Den skarpe kant til højre vindue afleder luft i stedet for at lade den flyde frit over taget. Klapper forsænket ind i bilens tag, en anden sikkerhedsfunktion, begynder at stige, hvis lufttrykket pludselig falder over bilen, hvilket blokerer luftstrømmen [Kilde: Leslie-Pelecky].

-

Speedy Science

Hvis du er nysgerrig efter aerodynamik, skal du undersøge yderligere på Internettet eller på dit lokale bibliotek. En bog i 2008 kaldet "Fysikken i NASCAR: Hvordan man laver stål + gas + gummi = hastighed" af Diandra Leslie-Pelecky, forklarer aerodynamik og andre videnskabelige principper inden for bilsport.

Aerodynamisk træk er luftens kraft langs længden af ​​den bevægende bil, imod bilens kraft. Idet bilen skærer en sti gennem luften, kolliderer nogle luftmolekyler med den forreste kofanger og producerer modstand.

-Andre molekyler strømmer langs hætten, kun for at komme mod forruden - en anden kilde til træk. Luften, der glider glat hen over taget, vokser turbulent over bagvinduet og bag bilen, og udøver en bagudkraft på køretøjet.

Hastighed, lufttæthed og bilstørrelse, form og design bestemmer alt størrelsen på en bils trækkraft.

"En hurtigere bil oplever mere træk, fordi den er nødt til at skubbe luftmolekyler hurtigere ud af vejen," forklarer Diandra Leslie-Pelecky i sin bog, "Fysikken i NASCAR." "Tæt luft øger træk, fordi der er flere luftmolekyler, der rammer hvert område på bilen. Et større tværsnitsareal øger træk, fordi flere luftmolekyler skal flyttes ud af vejen" [kilde: Leslie-Pelecky].

Træk er den største hindring for acceleration og racinghastighed. En personbil, der kører på motorvejen, bruger anslagsvis 60 procent af sin energi til at overvinde lufttræk, en langt større procentdel end dækfriktion og energibehovet i selve drivet [kilde: Beauchamp].

Besejrende træk var det første store fokus inden for bilindustrien aerodynamik, begyndt i 1960'erne. Det er stadig den vigtigste variabel i racerforhold, der lægger en mindre præmie på downforce, såsom længere baner med flere straks.

De slanke linjer, skrå forruder og afrundede hjørner af moderne racerbiler - og personbiler for den sags skyld - er designet til at minimere træk. Men søgen efter at konstruere racerbiler med høj nettostyrke fører undertiden til yderligere træk. Den bageste spoiler, der findes på NASCAR-køretøjer, er et eksempel: Det øger træk ved at fordele vægten fra fronten til bagsiden af ​​bilen [kilde: Circle Track]. Aerodynamik forbliver et levende og ungt teknikområde, med mange nyskabelser, der stadig er på vej.

Besøg linkene på næste side for at holde trit med de nyeste innovationer inden for aerodynamik.

Aerodynamik og brændstofeffektivitet

Almindelige chauffører behøver ikke at bekymre sig om deres køretøjs nedtvingning, men personbiler kan reducere træk ved at sænke chassiset, tilføje en luftdam, hjulbrønd og hætteudtag [kilde: Beauchamp].

Relaterede artikler

• Hvad er historie med racerbiler?
• Sådan fungerer bilscannere
• Sådan fungerer racer-teknikker til materiel
• Sådan fungerer biltelemetri
• Sådan arbejder bilsuspensioner

Kilder

• Associeret presse. "At gå med strømmen." (Åbnede 12/15/08) http://hosted.ap.org/specials/interactives/nascar2005/aerodynamics/aerodynamics.swf
• Beauchamp, Warren. "Personbil aerodynamik." (Åbnede 12/15/08) http://www.recumbents.com/car_aerodynamics/
• BMW. "BMW sideskørt." (Åbnede 12/17/08) http://www.bmwsideskirts.com/history.php
• Boone, Jerry F. "Dårlig luft? Fysikken bag autocracing." Stock Car Racing. (Åbnede 12/14/08) http://www.stockcarracing.com/techarticles/scrp_0301_the_physics_behind_auto_racing/index.html
• Boone, Jerry F. "Race Car Aerodynamics - Short Track Auto." Stock Car Racing. (Åbnede 12/14/08) http://www.stockcarracing.com/techarticles/scrp_0702_race_car_aerodynamics/index.html
• Circle Track. "Aerodynamik - defineret lagerbil." (Åbnede 12/14/08) http://www.circletrack.com/techarticles/0304_aerodynamics_tech_definitions/index.html
• Cislunar Aerospace. "Aerodynamik og racerbiler." K-8 Aeronautics Internet Textbook. (Åbnede 12/15/08) http://wings.avkids.com/Book/Sports/advanced/racecar-01.html
• ESPN. "Aero Push." (Åbnede 12/14/08) http://sports.espn.go.com/rpm/nascar/icons/news/story?id=3426389
• Hiestand, Michael. "ESPN viser det usynlige fra NASCAR." USA I dag, 24. juli 2007. (Åbnede 12/15/08) http://www.usatoday.com/sports/columnist/hiestand-tv/2007-07-24-ESPN-NASCAR_N.htm
• Leslie-Pelecky, Diandra. Fysikken i NASCAR: Hvordan man fremstiller stål + gas + gummi = hastighed. Dutton: 2008. (Åbnede 12/17/08 via Google Books) http://books.google.com/books?id=OAK3yFlHoTAC
• Tierney, John. "NASCARs skrig og slam? Det er alt sammen aerodynamik." New York Times, 12. februar 2008. (Åbnede 12/15/08) http://www.nytimes.com/2008/02/12/science/12tier.html?pagewanted=all
• Turner, Charlie. "Udkast og Aero." Bench Racing med Steve og Charlie. (Åbnede 12/16/08) http://benchracing.typepad.com/bench_racing_with_steve_a/drafting_and_aero.html

-