Efeito solo (carros) - Ground effect (cars)

No design de carros, o efeito solo é uma série de efeitos que foram explorados na aerodinâmica automotiva para criar força descendente , particularmente em carros de corrida. Este tem sido o sucessor do foco aerodinâmico dominante anterior em aerodinâmica . Os IndyCars de corrida americanos empregam efeitos de solo em sua engenharia e projetos. Da mesma forma, eles também são empregados em outras séries de corrida até certo ponto; no entanto, a Fórmula Um e muitas outras séries de corrida, principalmente na Europa, empregam regulamentos (ou proibições completas) para limitar sua eficácia por motivos de segurança.

Teoria

Em carros de corrida, o objetivo do designer é aumentar a força descendente e a aderência para atingir velocidades mais altas nas curvas. Uma quantidade substancial de downforce está disponível ao se entender que o solo é parte do sistema aerodinâmico em questão, daí o nome "efeito solo". A partir de meados da década de 1960, 'asas' eram rotineiramente usadas no projeto de carros de corrida para aumentar a força descendente (este não é um tipo de efeito de solo). Os projetistas mudaram seus esforços para compreender o fluxo de ar ao redor do perímetro, das saias da carroceria e da parte inferior do veículo para aumentar a força descendente com menos arrasto em comparação com o uso de uma asa.

Este tipo de efeito de solo é facilmente ilustrado retirando-se uma lona em um dia de vento e segurando-a rente ao solo: pode-se observar que quando perto o suficiente do solo a lona é puxada em direção ao solo. Isso se deve ao princípio de Bernoulli ; conforme a lona se aproxima do solo, a área da seção transversal disponível para o ar que passa entre ela e o solo diminui. Isso faz com que o ar acelere e, como resultado, a pressão sob a lona cai, enquanto a pressão no topo não é afetada e, juntos, isso resulta em uma força descendente líquida. Os mesmos princípios se aplicam aos carros.

O princípio de Bernoulli não é o único mecânico na geração de downforce com efeito de solo. Uma grande parte do desempenho do efeito de solo vem do aproveitamento da viscosidade . No exemplo da lona acima, nem a lona nem o solo estão se movendo. A camada limite entre as duas superfícies funciona para desacelerar o ar entre elas, o que diminui o efeito Bernoulli. Quando um carro se move sobre o solo, a camada limite no solo torna-se útil. No referencial do carro, o solo está se movendo para trás em alguma velocidade. Conforme o solo se move, ele puxa o ar acima dele e faz com que ele se mova mais rápido. Isso aumenta o efeito Bernoulli e aumenta a força descendente. É um exemplo de fluxo Couette .

Embora tais técnicas aerodinâmicas que produzem força descendente sejam frequentemente referidas com o termo abrangente "efeito de solo", elas não são, estritamente falando, um resultado do mesmo fenômeno aerodinâmico que o efeito de solo que é aparente em aeronaves em altitudes muito baixas .

História

O americano Jim Hall construiu seus carros Chaparral desenvolvidos seguindo esses dois princípios, sendo pioneiro neles. Seu carro de 1961 tentou usar o método da parte inferior moldada, mas havia muitos outros problemas aerodinâmicos com o carro para que funcionasse corretamente. Seus carros de 1966 usavam uma asa alta dramática para sua força aerodinâmica. Seu "carro sugador" Chaparral 2J de 1970 foi revolucionário. Ele tinha dois ventiladores na parte traseira do carro movidos por um motor dedicado de dois tempos ; também tinha "saias", que deixavam apenas uma lacuna mínima entre o carro e o solo, para vedar a cavidade da atmosfera. Embora não tenha vencido uma corrida, alguma competição fez lobby para sua proibição, que entrou em vigor no final daquele ano. Dispositivos aerodinâmicos móveis foram banidos da maioria dos ramos do esporte.

A Fórmula Um foi o próximo cenário para efeito de solo em carros de corrida. Vários projetos de Fórmula Um chegaram perto da solução do efeito solo que seria implementada pela Lotus. Em 1968 e 1969, Tony Rudd e Peter Wright da British Racing Motors (BRM) fizeram experiências na pista e no túnel de vento com longos cestos laterais de seção aerodinâmica para limpar o fluxo de ar turbulento entre as rodas dianteiras e traseiras. Ambos deixaram a equipe logo em seguida e a ideia não foi levada adiante. Robin Herd da March Engineering , por sugestão de Wright, usou um conceito semelhante no carro de Fórmula 1 de março de 1970. Em ambos os carros, os sidepods estavam muito longe do solo para que um efeito significativo no solo fosse gerado, e a ideia de vedar o espaço sob a seção da asa ao solo ainda não havia sido desenvolvida.

Mais ou menos na mesma época, Shawn Buckley começou seu trabalho em 1969 na Universidade da Califórnia, Berkeley, na aerodinâmica do carro inferior patrocinado por Colin Chapman , fundador da Fórmula 1 Lotus . Buckley já havia projetado a primeira asa alta usada em um IndyCar , o "Bat Car" de Jerry Eisert do Indianápolis 500 de 1966 . Com a modelagem adequada da parte inferior do carro, a velocidade do ar poderia ser aumentada, diminuindo a pressão e puxando o carro para a pista. Seus veículos de teste tinham um canal tipo Venturi embaixo dos carros selado por saias laterais flexíveis que separavam o canal da aerodinâmica acima do carro. Ele investigou como a separação do fluxo no canal subterrâneo poderia ser influenciada pela sucção da camada limite e pelos parâmetros de divergência da superfície inferior. Mais tarde, como professor de engenharia mecânica no MIT , Buckley trabalhou com a Lotus no desenvolvimento do Lotus 78 .

Em um rumo diferente, o designer da Brabham Gordon Murray usou represas de ar na frente de seu Brabham BT44s em 1974 para impedir o fluxo de ar sob o veículo. Ao descobrir que estes tendiam a se desgastar com o movimento de inclinação do carro, ele os colocou mais para trás e descobriu que uma pequena área de pressão negativa se formou sob o carro, gerando uma quantidade útil de força descendente - cerca de 70 kg (150 lb) . A McLaren produziu detalhes semelhantes na parte inferior da carroceria para seu design McLaren M23.

O BT46B da Brabham-Alfa usava um grande ventilador para reduzir a pressão do ar sob a carroceria.

Em 1977, Rudd e Wright, agora na Lotus, desenvolveram o 'carro asa' Lotus 78 , baseado em um conceito do proprietário e designer da Lotus, Colin Chapman . Seus sidepods, construções volumosas entre as rodas dianteiras e traseiras, tinham a forma de aerofólios invertidos e vedados com "saias" flexíveis ao solo. O design dos radiadores, embutidos nas cápsulas laterais, foi parcialmente baseado no da aeronave de Havilland Mosquito . A equipe venceu cinco corridas naquele ano e duas em 1978, enquanto desenvolvia o Lotus 79, muito aprimorado . O contendor mais notável em 1978 foi o Brabham - Alfa Romeo BT46B Fancar, projetado por Gordon Murray. Seu ventilador, girando em um eixo horizontal e longitudinal na parte traseira do carro, tirava sua força da caixa de câmbio principal. O carro evitou a proibição esportiva alegando que o principal objetivo do ventilador era o resfriamento do motor, já que menos de 50% do fluxo de ar era usado para criar uma depressão embaixo do carro. Ele correu apenas uma vez, com Niki Lauda vencendo o Grande Prêmio da Suécia em 1978 . A vantagem do carro foi comprovada depois que a pista ficou oleosa. Enquanto os outros carros tiveram que diminuir a velocidade, Lauda foi capaz de acelerar acima do óleo devido à tremenda força descendente que aumentou com a rotação do motor. O carro também foi observado agachando quando o motor foi ligado e parado. O proprietário da Brabham, Bernie Ecclestone , que recentemente se tornou presidente da Associação de Construtores de Fórmula Um , chegou a um acordo com outras equipes para retirar o carro após três corridas. No entanto, a Fédération Internationale de l'Automobile (FIA), órgão regulador da Fórmula Um e de muitas outras séries do automobilismo, decidiu banir os 'carros de fãs' com efeito quase imediato. O Lotus 79, por outro lado, ganhou seis corridas e o campeonato mundial para Mario Andretti e deu ao companheiro de equipe Ronnie Peterson um segundo lugar póstumo, demonstrando a vantagem dos carros. Nos anos seguintes, outras equipes copiaram e aprimoraram o Lotus até que as velocidades nas curvas tornaram-se perigosamente altas, resultando em vários acidentes graves em 1982; partes inferiores planas tornaram-se obrigatórias em 1983. Parte do perigo de depender dos efeitos do solo para fazer curvas em altas velocidades é a possibilidade de remoção repentina dessa força; se a barriga do carro entrar em contato com o solo, o fluxo será muito restrito, resultando na perda quase total de quaisquer efeitos de solo. Se isso ocorrer em uma curva onde o motorista está contando com essa força para permanecer na pista, sua remoção repentina pode fazer com que o carro perca abruptamente a maior parte de sua tração e derrape para fora da pista. No entanto, o efeito do solo está definido para retornar à Fórmula 1 em 2022 sob o mais recente conjunto de mudanças de regulamento.

O efeito foi usado em sua forma mais eficaz nos designs da IndyCar . IndyCars não usou o efeito de solo tanto quanto a Fórmula Um. Por exemplo, faltou o uso de saias para selar a parte inferior do carro. A IndyCars também pilotou mais do que carros de F1 com efeito de solo e contou com asas para uma força descendente significativa, criando um equilíbrio efetivo entre a força descendente sobre o carro e o efeito de solo.

Toninho

"Porpoising" é um termo comumente usado para descrever uma falha específica encontrada em carros de corrida de efeito solo.

Carros de corrida tinha sido apenas usando sua carroçaria para gerar downforce por pouco mais de uma década, quando Colin Chapman 's Lotus 78 e 79 carros demonstrou que efeito solo era o futuro na Fórmula Um, por isso, neste momento, a aerodinâmica de menores de carro ainda eram muito mal entendido. Para agravar este problema, as equipes que estavam mais interessadas em perseguir os efeitos no solo tendiam a ser as equipes britânicas "garagistas" mais mal financiadas, que tinham pouco dinheiro para gastar em testes de túnel de vento e tendiam simplesmente a imitar os primeiros Lotuses (incluindo o Equipes Kauhsen e Merzario ).

Isso levou a uma geração de carros que foram projetados tanto por intuição quanto por grande conhecimento dos detalhes mais sutis, tornando-os extremamente sensíveis à inclinação. Conforme o centro de pressão nos aerofólios laterais se movia dependendo da velocidade, atitude e distância ao solo do carro, essas forças interagiam com os sistemas de suspensão do carro, e os carros começaram a ressoar, especialmente em velocidades baixas, balançando para frente e para trás - às vezes bastante violentamente. Alguns motoristas queixaram-se de enjoos no mar. Esse movimento de balanço, como uma toninha que mergulha dentro e fora do mar enquanto nada em alta velocidade, dá o nome ao fenômeno. Essas características, combinadas com uma suspensão dura como pedra, resultaram nos carros dando um passeio extremamente desagradável. Os efeitos no solo foram em grande parte banidos da Fórmula 1 no início dos anos 1980, mas os carros esportivos do Grupo C e outros carros de corrida continuaram a sofrer de tonificação até que um melhor conhecimento dos efeitos no solo permitiu que os projetistas minimizassem o problema.

Veja também

Referências

  • Henry, Alan (1985), Brabham, the Grand Prix Cars , Osprey, ISBN 0-905138-36-8
  • Nye, Doug (1985), Autocourse History of the Grand Prix car 1966-1985 , Hazleton publishing, ISBN 0-905138-37-6

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