načítám data...

Aero na sport autě

26. dubna 2022, 14:25 23 komentářů StreetPro

Krátce o prvcích pro aerodynamiku sportovního vozu (formule apod jsou mimo tohle zamyšlení)...

zobrazit celou galeriiJan Beck: Aero na sport autě

Aerodynamika pro běžná sportovní auta – v podstatě jediný aplikovatelný s reálným efektem je dozadu malé křídlo (budu psát křídlo, ale většina tzv. křídel je v podstatě jen zvýšená odtrhová hrana) a dopředu splitter… aby to mělo opravdu smysl, musí být veškeré aero doplňky tuhé (pro představu – měl by vás unést bez viditelného prohnutí, jinak se síla/přítlak generovaná proudícím vzduchem z části projeví elastickou deformací materiálu – což má za následek změnu úhlu/geometrie a ztrátu/změnu uvažované síly).

Kdo je kreativní více, může vzadu vymodelovat difusor (který s trochou štěstí bude navazovat na zadní křídlo), ještě šikovnější zvládnou vpředu před koly náběry k brzdám ve formě malých difusorů, prodlouží boční prahy (aby eliminovali mix turbuletního proudění okolo vozu s pracně vytvořeným nízkým tlakem na spodku kompletně zakrytovaného podvozku). Fotky zde jsou ze stavby kanadského nadšence fe1rx 1er Bmw, kde každý pochopí, že devil is in details. https://www.1addicts.com/forums/showthread.php?t=1713247 (má mimochodem neskutečně precizní a vědecký postup na nastavení a úpravu podvozku https://www.1addicts.com/forums/showthread.php?t=956039 ).

Info je načtené, odpozorované a těží z pár lekcí dynamiky kapalin ze školy… na vlastní nebezpečí postupujde dále do vozu.

Definice a pojmy křídla

křídlo rovnoběžně s proudícím vzduchem, generuje přítlak pouze svým profilem

pod úhlem 12 stupňů (stejné křídlo)

a 16 stupňů vůči proudícímu vzduchu (snížení efektivnosti z důvodu odtržení laminárního proudění, roste rovněž odpor)

pozorný čtenář zaregistroval odtržení proudu vzduchu od hrany křídla a tím nárůst odporu a pokles vztlaku, teda přítlaku v našem případě… další zvyšování úhlu a zároveň přítlaku není možné bez změny profilu… 

a porovnání 1 versus 2 (druhé malé křídlo slouží v podstatě k přidržení laminárního proudění kolem virtuálního profilu)

protože jde o 3D věc, musí se taky zabránit mixu oblastí s vysokým a nízkým tlakem přes bočnice křídla (F1 mají velké boční plochy i z důvodu strukturální nosnosti, při velikostech sil, které ta křídla produkují, resp. produkovala)

ep1-3 reprezentujou plochy bočnic, v tabulce je vyjádřený výsledný efekt

a konečně co asi zajímá většinu majitelů křídla… na obrazku je vidět, že nemusí vždy nutně působit jako brzda, naopak může snížit odpor, zvýšit přítlak na zadní nápravu a i zvednout Vmax… (což fakt není případ těch hliníkových sekaček hlav)… v návaznosti na difusor se efekt zvýší…

Princip splitteru airdam (např. velmi nízký nárazník nebo dostatečně tuhou gumovou hranu pod nárazníkem), což je asi max co lze na sportovním autě provést v domácích podmínkách. V kombinaci s airdam muze byt vyhoda lepsiho odvodu tepla z chladice/IC nebo v navaznosti na difuser u predniho kola… kdyz bude vse stejne, je lepsi mit airdam a zároveň splitter k docileni vyssiho pritlaku (samo za podminky, ze je to idealne tuhe). Z grafu je patrný i efekt omezení proudění vzduchu pod vozem a změnu tlaku na střeše, za kufrem.

Difuzor zlepšuje přechod mezi vysokorychlostním prouděním vzduchu pod vozem a pomalejším volným prouděním vzduchu v okolní atmosféře. Funguje tak, že poskytuje prostor pro zpomalení a roztažení proudu vzduchu pod karoserií (v objemu, protože hustota se předpokládá konstantní při rychlostech, kterými se pohybují automobily), přesněji řečeno umožní obnovení tlaku. Difuzor tím přispívá ke zrychlení proudění před sebou, což pomáhá vytvářet přítlak (není tedy tou částí, která generuje vlastní přítlak). Rozdělení žebrováním slouží k tomu, aby nedocházelo k mixování vzduchu do stran (pamatujme, jedná se o 3D objekt, kde okolo vozu vzduch stojí – má vyšší tlak – snaží se vecpat pod auto).

Proto se používaly skirts (zástěrky) na utěsnění spodku vozu. Aby byly efektivní, musela být auta nízká, zdvihy pérování omezené a zástěrky zásuvné. Problém nastal na terénní nerovnosti nebo při nevrácení zástěrky zpět, auto skokem ztratilo přítlak a opustilo trať. Proto byly zakázány a pro praktické použití na sportovním voze postrádají smysl, maximálně lze uvažovat o flexibilní gume podél prahů, nicméně esteticky si to každý musí vyhodnotit sám.

NACA duct aneb pro fanoušky náběrů v kapotě… důvod efektivnosti tohoto náběru (při minimálním navýšení odporu) je z principu vytváření víru na ostrých hranách, strhávající okolo proudící vzduch s sebou (trochu jako vylejvání láhve pomocí roztočení vody v ní)… ostatně vytváření vířícího vzduchu (vortex generators) se využívá i třeba na spodní straně křídla top fuel dragsterů pro zvýšení přítlaku (tam se na odpor vzduchu nehraje) nebo k přidržení laminární vrstvy za hranou střechy u sedanu (epické zubaté křidélko Lanceru EVO X).

Pojem lízátko je někdy spojován s odtrhovou hranou např. na víku kufru, což je v podstatě Gurney flap. Jde o extrémně efektivní aero prvek objevený US závodníkem Danem Gurneym v 70tých letech. Zjednodušeně zvyšuje maximální součinitel vztlaku, snižuje úhel náběhu a zvyšuje náklonový moment, což odpovídá zvýšení náklonu křídla. Obvykle také zvyšuje součinitel odporu (Cd), zejména při nízkých úhlech náběhu. Naopak u silných profilů křídel bylo pozorováno snížení odporu. Čistý přínos v celkovém poměru vztlaku a odporu je možný, pokud je prvek vhodně dimenzován na základě tloušťky mezní vrstvy.

Průduchy v kapotě, podbězích, blatnících a krytu motoru

Pečlivým měřením (podtlak/přetlak manometr s vyvedením do kabiny) a pozorováním (wool tuft testing) lze zjistit, kde je u sériového vozu přetlak či naopak podtlak. Profíci to dělají viz ☟

To pomůže např. při zlepšení utěsnění okolo IC  (zvýší se tlak na jeho přední straně) a vytvořený otvor na spodním motorovém krytu (sníží tlak na zadní straně) podpořený Gurney flap na přední hraně otvoru, zajistí větší průtok vzduchu skrze jádro a tím sníží teplotu nasávaného vzduchu do motoru (za předpokladu pohybu vpřed).

Podobný efekt má odvětrání kapoty, ale tady pozor na umístění – vzadu je přetlak (proto je tam také sání vnitřního ventilátoru), pokud tam uděláte otvor, můžete se radovat z “odcházejícího” horkého vzduchu na křižovatce, ale za jízdy nad řekněme 70 km/h si jen zhoršíte chlazení, protože se tímto otvorem bude snažit proniknout dovnitř vzduch. Na foto původně nádechy na olejové chladiče z Corvetty C7, adaptované (prozatím na vidláka, samo to půjde zabrousit a do lakovny), fungují výborně (jsou poměrně hluboké-ala komín, mají hranu-ala Gurney flap).

Odvětrání horní části blatníků má efekt na snížení vztlaku přední nápravy (rotující pneu vytváří vztlak/přetlak v horní části podběhu).

Rovněž kryty disků a celých kol mají měřitelný vliv.

Srovnání sport auta s/bez aero úprav (e92 335i v. M3) 

AutoSport přinesl zajímavá srovnání sériových vozů při 200 km/h (oproti očekávání to není nijak dramatický přítlak, pouze zlepšení ”nadnášení/vztlaku”). Nutno si uvědomit, že při 130 km/h je efekt o poznání menší. Osobně mohu potvrdit, že sériová e92 není ve vyšších rychlostech (nad 180) zrovna “vlak na kolejích”. Po výměně sériových nárazníků na Mpaket (větší otvory pro vzduch, nižší) a instalaci výdechů v přední části kapoty se situace značně zlepšila.
Front 335i: 42 kg  Rear 28 kg
            M3: 10 kg            23kg        

Pro srovnání s Porsche 997 (zde je zajímavé srovnání Cd s přechozím modelem 996, který má menší čelní plochu, jde o menší auto, proto i nižší Cd).

Porovnání křídla a “zvýšené odtrhové hrany víka kufru”

To co si montujeme po večerech na kufr reálně nevidí čistý proud vzduchu aby hrál příčný profil nějakou roli, maximálně tak horní hrana svým úhlem náběhu.

Ve srovnání s vysokým křídlem (umožňujícím obtékání nezvířeným proudem) a funkčním difusorem (s navrženým sklonem tak, aby se proud pod autem od něj neodthnul – což fakt není případ 25 cm dlouhých kousků plastu pod zadním nárazníkem s úhlem 60 stupňů a více).

Pro srovnání pár výjimečných aut s nízkým Cd 

A rozložení odporu jako takového (doporučuji brát následující obrázek s velkou rezervou, protože to závisí na tvaru kastle, kolech apod).

A to je pro dnešek vše, neváhejte komentovat, jakmile budu mít další deadline, prokrastinuji více :-)

Nelíbí se Vám reklamy, ale líbí se vám blogy?
Podpořte nás, pořiďte si VIP členství a užijte si autíčkáře bez reklam.


Pro přidání komentáře se přihlašte nebo registrujte

Komentáře

MB
MBMB
26. dubna 2022, 19:33
0

Pár komentářů bych k tomu měl, jen k zásadnějším věcem.
Pokud se něco prohne, neznamená to, že se síla vynuluje. Prohnutí změní samotné proudění kolem toho prvku a způsobí to nějaké dynamické jevy, ale pořád platí zákon akce a reakce. Jako analogii si lze představit, že dlaní stlačím pružinu položenou na stole - přes tu pružinu stále tlačím i do toho stolu, ta síla nikam kvůli té deformaci nezmizí.

Na škole se obvykle učí mechanika tekutin, nikoliv jen kapalin. ;)

To, že proud je kopíruje povrch auta, nutně neznamená, že je laminární. Kombinace rozměrů auta, typických rychlostí a vlastností vzduchu vede k tomu, že mezní vrstva téměř kolem celého auta je turbulentní.

Obecně bych si moc netroufal na autě něco dělat bez slušné simulace, nebo experimentu. Něco se ze zkušenosti od oka udělat dá s prakticky zaručeným efektem, ale nikdy to nebude optimální. A taky se to dá úplně podělat, obzvlášť když to udělá úplný laik.

reagovat
StreetPro
26. dubna 2022, 22:17
0

Ad pruzna deformace - není to myšleno tak, ze se zruši působení sil, ale když vidim prohnuté laminaty na zadních křídlech nebo napůl upadly splitter na 6x samorezkach a kousku 3M izolepy, je jasné, ze se meni uhel nebo leckdy i integrita součásti.
Na škole se učí různé věci, mel jsem pravda většinou hydrodynamiku, rad se přiučím.
A od oka nikdo nic delat nemusi, pro zacatek staci pouzit klubko vlny a jednu izolepu.

MB
MBMB
27. dubna 2022, 08:06
0

Jsou samozřejmě specializované předměty na aerodynamiku/hydrodynamiku, ale ty základy jsou pro všechny tekutiny stejné. Zrovna při obtékání auta vzduchem (plynem) se žádná specifika hydrodynamiky neuplatňují, proto mě ten pojem kapalina praštil do očí.

Jinak jasně, něco se udělat dá a těmi bavlnkami jsem schopen identifikovat například to odtržené proudění na křídle, pokud bych mu nastavil příliš velký úhel. Ale celkový obraz o tom, jak to funguje, mi to moc nedá.

Ha
Hansel
28. dubna 2022, 21:21
1

jako za mě je super, že se toho někteří nebojí a do těch úprav jdou, ale jak říká MBMB, tak bych se já sám do ničeho moc nepouštěl. Ono je blbý, že jedna změna ti ovlivní i chování jinde a i ti aerodynamici s tím občas bojují.
Ad bavlnky, jednak je lepit bavlnky a lepit bavlnky a druhak mít podmínky, ve kterých to pozoruješ. Jízda v bezvětří je docela náročná a potom ta aerodynamika se optimalizuje při docela vysokých rychlostech a ne v 60kmh, kde můžeš jet druhým autem vedle a dělat fotky. Resp. Dá ti to obecný odhad, který bys možná dal i bez nich.
Simulace jsou potom taky věc, kterou samotný člověk bez zkušeností nemá šanci udělat.

Třeba podle mě docela snadný způsob pro normálního člověka jak snížit odpor, tak jsou správné disky.

MB
MBMB
29. dubna 2022, 08:16
0

Ano, bavlnky se proto hodí spíše do aerodynamického tunelu. Jak je vidět např. v F1, pro povrchovou vizualizaci proudění při vlastní jízdě se pak používají spíš nátěry, které si pak může člověk v klidu prohlédnout na stojícím autě.

Způsobů, jak si člověk na svém autě do normálního provozu může něco udělat, moc není. Jsou to ta kola, přes zimu se pak dá zakrýt maska chladiče, na což se i přímo prodávají plastové kryty. Ale lidi to v praxi dělají spíše kvůli rychlejšímu topení, moderní auta už na to mají řízené klapky a tam je to zbytečné. A u sedanů/liftbacků je celkem sázka na jistotu nějaká dodatečná odtrhová hranka na víko kufru, kterou si člověk sníží odpor i vztlak. Další sázka na jistotu by bylo zakrytování podvozku, ale to už si člověk tak snadno a bezpečně neudělá.
Co se auta na okruhy týče, lze samozřejmě známými postupu na sílu přidat přítlak, ale bez opravdového vývoje to nejspíš nebude mít příliš velkou aerodynamickou účinnost - poměr přítlaku a odporu.

StreetPro
29. dubna 2022, 10:19
0

Zkuste si projit to vlakno co zminuji nahore, borec ma opravdu vedecky pristup a meritelne postupy, duvody, výsledky.
Samo, ze to neni pro kazdeho a v dusledku je to auto posunuty do track-only, ale nektere upravy jsou i s ohledem na daily drive.

MB
MBMB
29. dubna 2022, 21:25
0

Tak já mám asi trochu jiná měřítka. Nedokážu posoudit ten podvozek, tomu zas tak do hloubky nerozumím. Ale co se té aerodynamiky týče, tak na to prostě od oka "plácnul" křídlo, splitter a zakrytoval podvozek z pozice poučeného laika. Což je fajn, má to hezky udělané a nepochybně tomu přidal nějaký přítlak, ale není to sofistikovaný vývoj. Ten je z pozice běžného smrtelníka prakticky nemožný.

Seriózní použití bavlnek taky vypadá poněkud jinak. Musí být hustěji rozmístěné, fotí/natáčí se to v tunelu z pevného úhlu a ideálně je to doplněné nějakým automatickým zpracováním obrazu. A pak se samozřejmě porovnávají různé varianty. Polepit celé hotové auto pár bavlkami nemá žádný extra přínos. To, co tam popisuje, že se těmi bavlkami snaží zjistit, se obecně bavlkami vůbec zjišťovat nedá a celkově to moc nedává smysl. Co by se takhle v domácích podmínkách u tohoto typu úprav dalo hezky udělat, by bylo s pomocí těch bavlnek najít maximální úhel toho zadního nastavitelného křídla, což zrovna bohužel nezkoušel.

Ha
Hansel
05. května 2022, 10:44
0

souhlasím 100% s MBMB. Možná jen doplním dvě věci. Škodovka kdysi vydala nějaký promo fotky s aerodynamikou (google: “skoda auto aerodynamics”) (jak cfd, tak tunel) a jsou tam tyhle věci krásně vidět jak se dělají v realitě (hustota bavlnek, atd)
Pokud by tě to víc zajímalo, tak doporučuji spíš než knížku od Katze, kterou používá on v tom blogu/foru, tak spíš od T. Schuetz - Aerodynamics of Road Vehicles.
Katz je spíš tak na lehké seznámení. Schuetz je blíž tomu, když to chceš reálně aplikovat

Ha
Hansel
06. května 2022, 17:30
0

Joo, ten jsem měl přesně na mysli! :)

af
afro-r1
27. dubna 2022, 09:34
1

Na okruhy ok, ale jelikoz vetsina lidi pouziva sva auta na beznych silnicich, jevi se mi aerodynamicke prvky na spodku auta jako veci, u nichz prevazuji nevyhody nad prinosem. Nejcasteji clovek musi odbocit na uzke vedlejsi silnicky s neprilis kvalitnim povrchem, aby nejel v kolone jinych vozidel. A tam oceni spis dostatecnou svetlou vysku a rozumny profil pneumatik. ; o )

reagovat
martin_100
02. května 2022, 13:11
0

A tam zakrytování spodku právě využiješ. Ale hodně pevný a masivní v oblasti vany a diferáku.
Vim o čem mluvim zrovna odstrojuju do šrotu svuj daily rider kterej se prostřednictvim vany blíže seznámil se šutrem a je vymalováno :-)

af
afro-r1
02. května 2022, 16:19
1

To uz je zase jina historie.
Klasicky 2,5mm plastovy dekl toho moc nezachyti.

Osobne mi prestaly na spodku predniho narazniku pribyvat skrabance od obrubniku, retarderu a najezdu do garazi, pote co jsem svuj seriovy M-Paket o 5cm zvednul a prenastavil. Predstavu nejakeho obriho splitteru nebo difuzoru mi ma silnicni praxe zcela vylucuje...

StreetPro
03. května 2022, 10:01
1

Je zajimave treba i srovnani obyc oem plast krytu (prip. nahrada benzin verze za dieselovou) pod motorem a silnějším a delsim alu plechem s hifi tlumenim - podstatne to snizi prenos hluku do vozu. Hodne se ho odrazi od silnice a prenasi podlahou do kastle v prostoru za motorovou prepazkou.

af
afro-r1
03. května 2022, 20:47
0

Zrovna podlaha byva polepena absorbcnimi foliemi a zakryta 3-5cm kobercem... Ale muze klidne byt.
U Audi zrovna resime kvuli hluku vypenovaci prepazky ve vsech sloupcich, kvuli hluku od spodku karoserie.

U E46 jsem si kdysi koupil plastovy kryt do plechu pod motorem (vybava pro Arkticke zeme), ale zadnou akustickou zmenu jsem nezaznamenal.

Zargothrax86
01. května 2022, 19:39
1

Mockrát díky, skvělý článek - troufl bych si říct v až akademickém žargonu. Ten rozdíl síly přítlaku v závislosti na velikosti bočních ploch spoileru mě vážně překvapil. Ještě by bylo zajímavé sledovat rozdíl v závislosti na změně tvaru těchto ploch (dejme tomu při konstantní velikosti plochy). Ne, že bych něco z toho uplatnil na mém A-Classe :D

Už se těším na další díl ;)

reagovat
Radim Nemec
03. května 2022, 21:56
0

Co se endplates tyce, tak tam je to podobna situace (hodne zjednodusene) jako winglety na letadlech - vetsinou se snazi eliminovat velke vortex-y jak se na konci profilu snazi tlacit vzduch z oblasti vyssiho tlaku, do oblasti nizsiho tlaku. Kde zacne obrovska sranda je, kdyz tam zacne clovek chytre delat ruzne slit-y a zmeny tvaru tak, aby treba nevznikal vortex jeden, ale vic, idealne opacne orientovane - to teprve je prava alchymie. Nakonec presne to je duvod, proc byly takove divoke kridla jeste nedavno na f1.
Podobne jako v prikladu vyse neni az takovy problem na auto vrazit aero prvek, ktery "tak nejak" funguje, ale mistrovstvi je v tom udelat prvky, ktere funguji spolu. V kazde aero-heavy discipline potom vidite prvky daleko vepredu, ktere jsou tam hlavne proto, aby smerovaly vzduch na prvky vzadu na aute, pripadne aby stinily prvky od nejakeho silneho turbulentniho proudu. Nicmene to uz se tezko budeme bavit o "normalnich" autech a klucich, co si to modeluji v garazi. Cest vyjimkam.
Kazdopadne existuje neco jako prakticky pouzitelne aero. Zakrytovani podvozku uz je vicemene bezne (ja si toho vsimnul u Lupo 3l a na A2), flapy pred kolem, pozdeji slit na odstineni prednich kol proudem vzduchu z predniho nadechu. Nakonec i takove pitomosti jako schovani steracu ma vliv (aero hluk, nejspis i celkovy celni odpor), kliky dveri, zarovnani bocnich skel a zrcatka, takze v nejakych podobach je dnes trochu "aera" i na uplne beznych vozitkach.
V kazdem pripade - lidi co s aerem umi maji muj obdiv. Pokazde kdyz je posloucham, mi to pripada vic a vic jako magie. :D
Clanek jiste dobry jako primer, ale vlastne o kazde jednotlive kapitole by se dala napsat knizka [ci nekolik] (cehoz si myslim ze i autor si je vedom), takze laskavy ctenar ma moznost se do toho dale ponorit. Diky.

MB
MBMB
04. května 2022, 07:58
0

Nějaká míra zakrytování podvozku je pochopitelně dnes běžná, ale není to zdaleka dokonale hladká podlaha, minimálně výfuk zůstává vždy odhalený. Pokud to není třeba Ferrari, bavím se o běžných spalovacích autech.
Úplně bych netvrdil, že na běžných autech je "aera" jen trochu. Jasně, není tam moc explicitně aerodynamických prvků, ale úsilí tam je poměrně dost. Z velké části právě i ten základní tvar auta, který už pak má nějaký tuner zafixovaný, ale v automobilce se pracuje s každou jednotlivou plochou a hranou a občas něco někde posunout o pár milimetrů, nebo změnit nějaký úhel o pár stupňů, udělá velký rozdíl. A přitom to vlastně není vidět, není to samostatný aerodynamický prvek jako třeba přítlačné křídlo. Není to samozřejmě čistě funkční tvar, je to nějaký kompromis aerodynamiky s užitnými vlastnostmi toho auta, výrobou a designem. Ale reálně je za tím spousta práce a je to vyladěné tak, aby to fungovalo. A to si právě člověk v garáži nikdy neudělá.

Ev
Evlo
12. května 2022, 09:34
0

A co pro snížení spotřeby?

reagovat
StreetPro
13. května 2022, 14:29
0

Pro snizeni spotreby jsou spec. fora s patricnymi upravami, v rychlosti>
zadeklovat co nejvic celni plochu (nez se zacne prehrivat motor, coz pri jizde na spotrebu zpravidla nehrozi), odlehcit, snizit valivy odpor (uzke pneu, eco vzorek), aero poklice/disky, zakrytovat zadni kolo, demontovat zpetne zrcatko spolujezdce, udelat hladkou podlahu vozu...
...
Dat magickou tabletku do nadrze, jezdit jen z kopce, za kamionem, volnym padem...

PachezZ
14. května 2022, 14:11
0

doporučuju tenhle YT kanál :) ono toho reálně jde udělat hromada s pozitivním efektem (ať už na spotřebu nebo na přítlak) překvapivě velkou roli hraje třeba design chlazení motoru... viz videa u chlapíka, pořád si chci objednat nějakou jeho knížku...

reagovat
PachezZ
14. května 2022, 14:11
0

tak znovu :D

StreetPro
16. května 2022, 15:17
0

Diky za link... nektere automobilky netesni vodni/IC chladic ani v soucasne produkci... o instalaci ebay FMIC ani nemluve, ze je okolo fuka na cihlu nadsenci neresi, pritom tim ve vyssi rychlosti jde hafo vzduchu okolo bez uzitku...
Zajimave je i srovnani 'chladic bokem' versus 'sendvic pred vodnim/klima', coz je hojny pokus-omyl...