How Design Formula One

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Dinámica F1, Dynamics

jasf1961 F1 Dinámica Curva vs Frenando

En el análisis despreciamos peraltes, pendientes, baches, pianos, dinámica de rotación de las ruedas, etc. y suponemos chasis rígido (indeformable), sin suspensiones…

Entre otras razones porque las fórmulas se complican bastante y perderemos la perspectiva ( un modelo debe introducir la mínima cantidad de complejidad a la vez que captura lo más esencial de la física relevante del fenómeno ).

Dado que nuestro sistema de coordenadas XYZ va ligado al asfalto, si tuviéramos en cuenta peraltes y pendientes, etc, todas las fuerzas tendrían tres componentes XYZ en lugar de 1 sola componente:

 

Por ejemplo, el peso mg (eje Z)  tendría 3 componentes:

Z : mgz = mg * cos (per) * cos (pen)

Y : mgy = mg * cos (per)

X : mgx = mg * cos (pen)

Estas fuerzas actúan en el Centro de Masas.

Por efecto del cambio de pendiente se generarían fuerzas centrífugas en el eje Z que empujarían el coche contra el suelo o intentarían hacerlo despegar:

Z : Fcenz = m v^2 / Rrasante

Las Fuerzas centrífugas también actúan en el Centro de Masas.

La formulación no es compleja, pero el análisis para mejorar el monoplaza sí lo es.

Tampoco tenemos en cuenta la acción de los amortiguadores: nuestro coche es rígido y no habrá balanceos, ni cabeceos ni pivotamientos.

Aunque son muy importantes su estudio en conjunto con la dinámica del monoplaza implica un sistema de ecuaciones muy complejo para resolverlo de forma explícita.

 

Por tanto, en principio, hay que estudiar solo las fuerzas principales:

jasf1961 F1 Dinámica Básica Vehículos Monoplaza

jasf1961 F1 Dinámica Básica Vehículos Monoplaza

Fuerzas en Recta

Fuerzas en Recta

Dinámica

 

La adherencia depende de la Fuerza de Rozamiento, que responde a la fórmula

Froz = μ N           siendo Froz, Fuerza de Rozamiento       μ, Coeficiente de Rozamiento     N, Fuerza Normal

En el caso de un Fórmula 1 tenemos cuatro ruedas que, en general y en un instante dado, tendrán distintos valores de μ y de N

FrozT = ∑ Frozi  = ∑ μi Ni                    siendo  FrozT, Fuerza de Rozamiento Total        Frozi, Fuerza de Rozamiento de cada rueda

El Coeficiente de Rozamiento  μi, para un sting, es función de los materiales en contacto Mat (goma-asfalto), de la Presión P, de la Temperatura T, de la Fuerza Normal N, del Desgaste D (que a su vez es función del tiempo t),…Para complicarlo un poco más, El Coeficiente de Rozamiento Instantáneo μi  también depende de los ángulos de deriva o deslizamiento, de caída, de convergencia…

μi = f ( Mat, P, T, N, D f(t ) Ade, Aca, Aco,… )                   ( El Coeficiente de Rozamiento μi lo calculamos en la sección Neumáticos Tyres)

 

La Fuerza Normal  Ni  es función, como veremos, de variables; masa m, Fuerza Lift FL, Fuerza Drag FD, Fuerzas de Inercia Fi, Fuerza Centrífuga Fcent y también es función de parámetros geométricos de diseño: batalla o Weelbase Wb (distancia entre ejes),  Track Tr (distancia entre centros de ruedas del mismo eje), coordenadas del Centro de Masas Cm, coordenadas del Centro de Presiones Cp (de FL y FD),

Ni = f ( m, FL, FD, Fi, Fcent, Wb, Tr, Cm, Cp )

 

La Fuerza Normal de cada rueda  Ni = f ( m, FL, FD, Fi, Fcent, Wb, Tr, Cm, Cp ),  la calculamos por medio de las ecuaciones de la Dinámica:

∑ Fext = m*a     dónde haremos               Fi = m* a            y la incluiremos dentro del sumatorio quedando             ∑Fext  – Fi= 0

∑ Mext = 0

jasf1961 word press Dynamics 1 Centro de masas y de presiones

Siendo:

hm,    altura del Centro de Masas respecto al suelo

hp,     altura del Centro de Presiones respecto al suelo

Tr,      Track  (distancia entre centros de ruedas del mismo eje medidos al centro de las ruedas)

Wb,    Wheelbase  (distancia entre ejes)

Wb = Wmr + Wmf          siendo          Wmr y Wmf las distancias horizontales del Centro de Masas a los ejes de las ruedas trasero (Rear, r) y delantero (Front, f)

Wb = Wpr + Wpf             siendo          Wpr y Wpf las distancias horizontales del Centro de Presiones a los ejes de las ruedas trasero (Rear, r) y delantero (Front, f)

 

Consideramos que el monoplaza está tomando una curva a derechas y está frenando.

F1 Frenando

 

En el caso que esté acelerando Fi cambia de signo.

F1 Acelerando

F1 Acelerando

 

Tomando momentos respecto de las ruedas obtenemos las  Fuerzas Normales Ni ( Nrl, Nfl, Nrr, Nfr ) en cada rueda:

 

Rueda Trasera (r, Rear)           Izquierda (l, Left):

Nrl = (1/2*Wb) (mg*Wmf + FL*Wpf + FD*hp – Fi*hm) + Fcent (Wmf/Wb) (hm/Tr)            Frozrl = μrl * Nrl

 

Rueda Delantera (f, Front)     Izquierda (l, Left):

Nfl = (1/2*Wb) (mg*Wmr + FL*Wpr – FD*hp + Fi*hm) + Fcent (Wmr/Wb) (hm/Tr)            Frozfl = μfl * Nfl

 

Rueda Trasera (r, Rear)           Derecha (r, Right):

Nrr = (1/2*Wb) (mg*Wmf + FL*Wpf + FD*hp – Fi*hm) – Fcent (Wmf/Wb) (hm/Tr)             Frozrr = μrr * Nrr

 

Rueda Delantera (f, Front)     Derecha (r, Right):

Nfr = (1/2*Wb) (mg*Wmr + FL*Wpr – FD*hp + Fi*hm) – Fcent (Wmr/Wb) (hm/Tr)             Frozfr = μfr * Nfr

 

Frenando interesa que              FL­        FD­  ↑   mg ↓              Wmr / Wmf ­                   Wpr / Wpf  ↓                     hp­  ­    hm  ↓

Acelerando interesa que           FL­  ↑ ­     FD ↓    mg ↓              Wmr / Wmf  ↓                  Wpr / Wpf­ ­                       hp­  ­    hm­   

En Curva interesa que               FL­      ­   FD ↓    mg ↓              Wmr= Wmf=                    Wpr= Wpf=                        hp ↓     hm ↓      Tr­  ↑

En General interesa que        FL­  ↑­      FD ↓    mg ↓              Wmr / Wmf ­  ↑­                 Wpr / Wpf­  ↑­                     hp ↓    hm ↓     Tr­  ↑­  

 

Damos prioridad a la frenada sobre la aceleración ya que en frenada se alcanzan valores de 5G (Fuerza G) = 5 * 9,8 m/s^2 = 50 m/s^2, mientras que en aceleración se llega a 1,5 G (Fuerza G) = 1,5 * 9,8 m/s^2 = 15 m/s^2 en la salida (limitado por el rozamiento) y para velocidades más altas es inferior a 1G < 10 m/s^2.

Y damos prioridad a la curva sobre la frenada y la aceleración ya que desestabiliza el monoplaza en sentido derecha – izquierda.

En general lo que es bueno para una situación, es malo para otra, excepto Tr, pero está limitado por la FIA.

Por tanto, lo mejor es lograr un buen equilibrio del coche, es decir que en todos los supuestos las Fuerzas Normales de cada rueda (y por tanto sus respectivas Fuerzas de Rozamiento) tengan valores similares.

Como la FIA no limita la distancia entre ejes, Wheelbase, aumentándola tendremos más sitio para recolocar componentes y adelantar/retrasar el Centro de Masa Cm e intentar bajarlo. Además podemos intentar estrechar el área frontal disminuyéndola y con ello reducir el valor de la Fuerza de Arrastre Drag Force FD, responsable de la velocidad máxima del monoplaza: FD aumenta con el cuadrado de la velocidad FD = f(v^2) y cuando se iguala a la fuerza del motor el coche no puede acelerar más y se alcanza la velocidad máxima.

 

A partir de la simulación CFD a v = 90 m/s calculamos FL y FD a la v  que queramos (V = 80 m/s en este caso).

Introducimos el Radio de Curva y calculamos la Centrifugal Force.

Según el acelerador sacamos la potencia.

Según fuerza de frenado y diferencial las fuerzas a cada rueda. la aceleración del coche, etc.

Con todas las fuerzas conocidas, aplicamos las ecuaciones    Σ Fext = m a = Fi        (N)        Σ Mext = I a = Mi        (Nm)

teniendo en cuenta las transferencias de masas inerciales y calculamos las fuerzas normales en cada rueda Nz

y luego las fuerzas de rozamiento Froz i = μ i N i de cada rueda (los μ i los hemos calculado en la sección neumáticos).

Comparamos el Σ Fext i en cada rueda, tanto en dirección x como en y, con la Froz i de esa rueda para saber si esa rueda patina o no.

Si una rueda (p. e. la Dcha Trasera) patina en x (sentido de la marcha), vemos la posibilidad de que la otra rueda del mismo lado  (Dcha Delantera),

sea capaz de absorber el sobrante de  Σ Fext i o no.

Si una rueda (p. e. la Dcha Trasera) patina en y (sentido lateral), vemos la posibilidad de que la otra rueda del mismo eje  (Izqda Trasera), sea capaz de absorber el sobrante de  Σ Fext i o no.

Cuando hemos realizado todos los ajustes vemos si solo patina una rueda o varias o ninguna.

Cuando un F1 frena con algo de curva (curva de gran radio casi recta) es muy fácil bloquear una rueda ya que apenas tiene apoyo en esa rueda:

la normal Ni de esa rueda es muy pequeña y por tanto la Froz.

 

En este vídeo podéis ver lo que pasa al modificar los datos de la hoja de cálculo:    

 http://www.youtube.com/watch?v=4bywafYJbgY

 

Para simplificar el análisis no tenemos en cuenta pendientes ni peraltes (si los tuviéramos en cuenta el peso mg (eje z) también tendría componentes en los ejes x, y.

No lo hacemos para no perdernos (las fórmulas tendrían un par de sumandos más, eso no es problema, pero los árboles te impiden ver el bosque), ya que hay demasiados parámetros en juego y es complicado sacar conclusiones.

Tampoco tenemos en cuenta el efecto de las suspensiones y la flexión del chasis. Ambos son muy rígidos y no afectarán demasiado al análisis “a groso modo”.

Si los tuviéramos en cuenta (se analizan en la sección Suspensiones), la fuerza normal de cada rueda sería un poco diferente en función del efecto de la suspensión:

* cuando la suspensión se comprime absorbe parte de dicha fuerza Normal (F = -kx) disminuyendo su valor (P.e.  N pasa de 5000 N a 4500 N)

* cuando la suspensión se expande incrementa la  fuerza Normal (F = -kx) aumentando su valor (P.e.  N pasa de 5000 N a 5500 N)

Como las frecuencias de suspensión de los F1 rondan los 10 Hz (rebotan 10 veces en 1 segundo) es muy complicado saber en un instante dado que está haciendo el amortiguador (comprimiéndose o expandiéndose). Además hay baches y pianos…

Esta simplificación (coche rígido) nos permite transformar la ecuación vectorial de momentos     Σ Mext  = I α      en     Σ Mext  = O     ya que al no existir balanceos, cabeceos ni pivotamiento o guiñada sus respectivas aceleraciones angulares α serán nulas y se simplifica mogollón los cálculos.

Lo dicho simplificamos pendientes, peraltes, suspensiones y rigideces para ver si sacamos algo en claro, cosa que dudo.

Los fabricantes de coches y las escuderías no hacen estas simplificaciones y, aún así, los pilotos tienen que afinar el setup que teóricamente han calculado los ingenieros.

Al inicio esquema del planteamiento de las ecuaciones.

La masa del coche es función de la gasolina del depósito.

Las fuerzas aerodinámicas FL, FD las hemos calculado con simulación CFD (o túnel de viento si tuviéramos).

El radio de la curva se saca del circuito o por telemetría del giro del volante ( en recta el radio es infinito).

Según el piloto pise el acelerador => consumo de combustible (velocidad + marcha engranada => rpm del motor => potencia del motor + Relación de transmisión => Fuerza del motor en las ruedas traseras).

Según el piloto pise el freno (+reparto de frenada + diferencial autoblocante => fuerza de frenado en ruedas delanteras y traseras).

El coeficiente de rozamiento para el sting, μsting lo calculamos en Neumáticos Tyres y el instantáneo depende de la Fuerza Normal N, que calculamos aquí en un instante dado, también depende de la Temperatura instantánea del neumático, cosa que no calculamos (se haría con Termodinámica, complicado) y del ángulo de deriva, cosa que tampoco calculamos por su complejidad (se haría teniendo en cuenta la geometría de Ackerman).

Vamos a comparar dos prototipos Mod1 y Mod 2 poniendo todos los parámetros iguales (se pueden modificar todos los que queramos pero no sacamos ninguna conclusión). Aquí en este ejemplo se ha cambiado:

Wmr (m)= 1,300 distancia horizontal del Centro de Masas al eje de las ruedas trasero 1,600

 Como siempre, en rojo los datos que podemos cambiar, el resto son fórmulas que se recalculan automáticamente:

jasf1961 word press Dynamics 1 Centro de masas y de presiones

jasf1961 word press Dynamics 1 Centro de masas y de presiones

jasf1961 word press Dynamics 2

jasf1961 word press Dynamics 2

jasf1961 word press Dynamics 3

jasf1961 word press Dynamics 3

jasf1961 word press Dynamics 4

jasf1961 word press Dynamics 4

Visualización del Mod 1:

jasf1961 word press Dynamics 5

jasf1961 word press Dynamics 5

Ejemplos de varias situaciones de carrera:

 

F1 Acelerando Recta Salida

jasf1961-Wordpress Dinámica F1 Acelerando Recta Salida

jasf1961-Wordpress Dinámica F1 Acelerando Recta Salida

jasf1961 F1 Dinámica Recta vs Salida Acelerando

jasf1961 F1 Dinámica Recta vs Salida Acelerando

 

F1 Acelerando Recta v 70 ms-1

jasf1961-Wordpress Dynamics F1 Acelerando Recta v 70 ms-1

jasf1961-Wordpress Dynamics F1 Acelerando Recta v 70 ms-1

jasf1961 F1 Dinámica Recta Acelerando vs Velocidad

jasf1961 F1 Dinámica Recta Acelerando vs Velocidad

 

F1 Frenando Final Recta

jasf1961-Wordpress Dynamics F1 Frenando Final Recta

jasf1961-Wordpress Dynamics F1 Frenando Final Recta

jasf1961 F1 Dinámica Recta vs Frenando

jasf1961 F1 Dinámica Recta vs Frenando

 

F1 Frenando Curva

jasf1961-Wordpress Dynamics F1 Frenando Curva

jasf1961-Wordpress Dynamics F1 Frenando Curva

jasf1961 F1 Dinámica Curva vs Frenando

jasf1961 F1 Dinámica Curva vs Frenando

 

F1 Curva Velocidad Constante v 75 ms-1

jasf1961-Wordpress Dynamics F1 Curva Velocidad Constante v 75 ms-1

jasf1961-Wordpress Dynamics F1 Curva Velocidad Constante v 75 ms-1

jasf1961 F1 Dinámica Curva vs Velocidad

jasf1961 F1 Dinámica Curva vs Velocidad

 

F1 Acelerando Salida de Curva

jasf1961-Wordpress Dinámica F1 Acelerando Salida de Curva

jasf1961-Wordpress Dinámica F1 Acelerando Salida de Curva

jasf1961 F1 Dinámica Curva vs Acelerando

jasf1961 F1 Dinámica Curva vs Acelerando

Vamos a comparar 5 monoplazas distintos que tengan todos los parámetros implicados iguales excepto

Wb = Wmr + Wmf      y             Wb = Wpr + Wpf

El análisis de Dinámica de Fluidos Computacional CFD se ha realizado a v = 90 m/s obteniéndose unos valores de

FL = 12500 N               y  FD = 8500 N.

Para otras velocidades se calcula con el análisis dimensional que predice que KL y KD permanecen constantes.

Para velocidad constante   =>   a = 0 m/s^2 y vemos que se obtienen los mismos resultados “FRENANDO en curva” y “ACELERANDO en curva

Aquí se comparan 5 Modelos en total (5 frenando + 5 acelerando):

En este ejemplo solo se ha modificado Wmf, distancia horizontal del Centro de Masas al eje de las ruedas delantero  

Dinámica Wheelbase 1
Dinámica Wheelbase 1

Frenando a 3G = 30 m/s^2 y acelerando a 5 m/s^2 a una v = 80 m/s en una curva de radio Rc = 250 m. Calculamos el Rc mínimo y la aceleración máxima:

Dinámica Wheelbase 2
Dinámica Wheelbase 2

A  v = 60 m/s y aceleraciones de 6 y – 6 vemos como ciertos modelos derraparían ya que necesitan un radio mayor:

Dinámica Wheelbase 3
Dinámica Wheelbase 3

En fin, vemos en este caso diferencias apreciables en la rueda Delantera Izquierda de un monoplaza a otro:

Rueda Delantera (f) Izquierda (l, Left): Rueda Delantera (f) Izquierda (l, Left):

Nfl

5.177

4.488

4.046

3.794

3.188

Nfl

4.798

4.109

3.635

3.344

2.692

μfl

178%

187%

193%

197%

205%

μfl

183%

192%

199%

203%

212%

Frozfl

9.190

8.400

7.823

7.469

6.548

Frozfl

8.772

7.909

7.237

6.794

5.715

Y el que más adherencia tiene es el 1º de WB =3,80 m (el más largo) y Wmr = 1,80 m (centro de gravedad más atrasado).

En esta curva puede ir más rápido, pero también castigará más este neumático que los otros monoplazas: lo que más interesa es ir rápido pero desgastando todos los neumáticos por igual dentro de lo posible, ya que excepto Suzuka que es un ocho, el resto de circuitos tienen casi todos sentido horario y por tanto se degradarán más los izquierdos que los derechos. Aun así, interesa que el delantero izquierdo y el trasero izquierdo se gasten por igual, para alargar la parada en boxes lo máximo posible (no sirve de nada tener tres en buen estado si el más solicitado lo tienes hecho polvo).

Estos cálculos en Excel están bien, pero la cantidad de supuestos (combinaciones de velocidades, aceleraciones, radios de curva y resto de parámetros) hacen tedioso sacar conclusiones. Para una curva a velocidad constante sirve, pero normalmente se entra frenando y se sale acelerando con trayectorias que podemos aproximar a una parábola. Al ir frenando/acelerando la velocidad instantánea cambia y hay que recalcular todos los parámetros, por ejemplo cada 0,1 segundos.

Partiendo del vértice de la curva 1  (v = cte) vamos acelerando hacia la salida, la trayectoria parabólica hace que el radio sea variable. Si en la simulación matemática nos salimos del circuito habrá que repetir el proceso con una aceleración menor para no salirnos ( la fuerza de rozamiento es un vector de dos componentes, de tal forma que si aumentamos una componente tenemos que disminuir la otra ya que la suma vectorial tiene el valor límite que estamos calculando. Dicho de otra forma: si gastamos la fuerza de rozamiento en la aceleración Fi = m * a (componente X en la dirección de la marcha) estamos disminuyendo la otra componente Y en sentido transversal a la marcha que es la que se opone a la fuerza centrífuga Fcent = m * v^2 / Rc. Para disminuir Fcent tenemos dos opciones: frenar (disminuir v) o aumentar Rc (nos salimos del circuito). Matemáticamente decimos que se tiene que cumplir

(Fi^2+Fcent^2)^0,5  <  Froz             . Al ir acelerando         v1 va aumentando.

Para calcular la frenada es todavía peor, tenemos los mismos problemas anteriores y otro añadido: no sabemos cuándo tenemos que empezar a frenar. Lo solucionamos yendo “marcha atrás” como si estuviéramos rebobinando una cinta de video: partimos también del vértice de la curva 2  a  v = cte  vamos acelerando (con el valor de la aceleración de frenada que es muy superior en valor absoluto a la aceleración “marcha adelante” – la que proporciona el motor-). Es decir hacemos lo mismo que en el caso anterior, pero hacia atrás. También aquí v2 va aumentando.

Tenemos  Curva 1           Recta 1                 Curva 2

Si la Recta 1 es suficientemente larga como para alcanzar la velocidad máxima( recta de meta), ir un rato a esta vmax ( limitada por FD) y luego frenar, el problema está resuelto.

En caso contrario (recta pequeña, caso habitual) el punto donde hay que dejar de acelerar y empezar a frenar es aquel que donde las velocidades v1 y v2 se igualan. Es decir, al analizar la curva 2 rebobinando también vamos aumentando la velocidad. Tendremos que calcular el espacio Sp1 y Sp2, sumarlos y si coincide con la distancia entre ambos vértices de curvas 1 y 2, tenemos la solución. O sea, que tenemos que hacer los cálculos de ambas velocidades instantáneas v1 y v2 en paralelo, calculando los espacios Sp1 y Sp2 en paralelo y su suma. Si v1 < v2 iteramos para v1 hasta que v1 > v2, ahora v2 < v1, pues iteramos para v2 hasta que v2 > v1. Así hasta que el espacio entre vértices de curvas sea = Sp1 + Sp2.              Sencillo ¿ no ?.

En la sección Motor Engine Design, hemos calculado la aceleración que proporciona el motor en función de la velocidad y la marcha engranada, que a su vez depende de la relación de cambio de marcha elegida. Además a baja velocidad dicha aceleración es superior al límite de la fuerza de rozamiento (las ruedas patinarían) con lo cual, debemos comprobar que Fi < Froz (si Fi > Froz limitamos Fi = Froz) . Acelerando Fi es la fuerza del motor Fmot en el siguiente cuadro, en el que se ha supuesto μroz = cte = 1,5 = 150% para no complicar los cálculos:

Dinámica Wheelbase 4
Dinámica Wheelbase 4

Pero teniendo en cuenta la Dinámica, si calculamos el coeficiente de rozamiento μroz, en cada instante con las fórmulas previas, obtendremos los valores de μroz en función de los repartos de pesos.              Mdd1 Cm centrado        Mod5 Cm atrasado.            En parado:

Fuerzas Normales y de Rozamiento en Parado

Fuerzas Normales y de Rozamiento en Parado

Acelerando, para el primer y quinto modelo, tendremos:

En la arrancada (v = 0 – 30 m/s = 108 km/hora) el Mod5 es claramente mejor al tener más carga en el eje trasero  =>  más rozamiento (que limita la fuerza del motor útil en la tracción)  =>  más aceleración.  A partir de  v =40 – 45 m/s  la Fuerza del Motor es menor que Froz y no hay diferencias.

y frenando, para el primer y quinto modelo, tendremos:

Observamos que frenando, el Mod1 aventaja al Mod5 a alta velocidad y se van igualando a medida que ésta disminuye.

En la arrancada (v = 0 – 30 m/s = 108 km/hora) el Mod5 es claramente mejor al tener más carga en el eje trasero  =>  más rozamiento (que limita la fuerza del motor útil en la tracción)  =>  más aceleración.  A partir de  v =40 – 45 m/s  la Fuerza del Motor es menor que Froz y no hay diferencias.

Simulando una carrera Mod5 en la arrancada hasta  v = 60 m/s  ganaría (6,08 – 5,25) = 0,83 segundos  y (208,6 – 191,6) = 17 metros. A partir de aquí, si la velocidad no baja de 45 m/s los dos tienen igual aceleración, pero el Mod1 ganaría en cada frenada una media de + – 0,020 segundos y + – 0,40 metros, por lo que en unas 40 curvas le alcanzaría ( unas 4 vueltas ), siendo  + – 0,2 segundos más rápido por vuelta, pero ¿podrá adelantarlo?

Decíamos que:

Frenando interesa que              FL­        FD­  ↑   mg ↓              Wmr / Wmf ­                   Wpr / Wpf  ↓                     hp­  ­    hm  ↓

Acelerando interesa que           FL­  ↑ ­     FD ↓    mg ↓              Wmr / Wmf  ↓                  Wpr / Wpf­ ­                       hp­  ­    hm­  

Como las diferencias de Wpr / Wpf ( 31% – 26% = 5%) son menores que las diferencias de Wmr / Wmf (90%-32% = 58%) éste parámetro adimensional es más importante en esta simulación y por eso Mod5 es mejor en la arrancada y peor en las frenadas que Mod1.

Frenando interesa que                 Wmr / Wmf ­  ­                   Mod1 con 90%                 gana a   Mod5 con 32%

Acelerando interesa que             Wmr / Wmf  ↓                     Mod5 con 32 %                gana a   Mod1 con 92%


Termodinamica F1 Termodynamics

Video Engine

Video Engine

http://www.youtube.com/watch_popup?v=N2y77vEKorI&vq=large#t=19             Video Motor Engine

Video Motor

Video Motor

http://www.youtube.com/watch_popup?v=dKSMD4OW8Oc&vq=medium

Motor Funcionamiento

Motor Funcionamiento

Motor Funcionamiento

http://www.youtube.com/watch?v=v_32HS209SM&feature=related

Cilindro Cinematica

Cilindro Cinematica

Cilindro Cinematica

http://www.youtube.com/watch?v=HiE4Zt5Lx9w&feature=BFa&list=ULHiE4Zt5Lx9w

La Termodinámica, en general, tiene por objeto el estudio de las leyes de transferencia de calor en
sistemas en equilibrio.

Una transformación reversible, es aquella para la cual las magnitudes macroscópicas que la caracterizan,
en cada instante, están en la posición de equilibrio termodinámico o infinitamente próximas a él.

Sistemas abiertos, son aquellos que interaccionan a través de la pared que los limita, con flujos
de materia y/o energía, con el medio exterior.

Trabajaremos el estudio del motor como un sistema abierto, con transformaciones reversibles.

La mezcla de aire + combustible la estudiaremos como un Gas Ideal.

El máximo rendimiento Termodinámico del motor (relación entre la energía mecánica aprovechable y la energía aportada por la gasolina) así estudiado ronda el 60%.

En realidad, debido a las irreversibilidades (rozamientos que producen calor no aprovechable), a las pérdidas en la admisión, escapes y refrigeración del motor para que la temperatura no supere valores que destruirían el motor, el rendimiento real está en torno al 30% – 40%.

En el estudio del ciclo Otto como Gas Ideal, hemos tenido en cuenta el Calor de Refrigeración en el estudio del ciclo y por último añadimos las pérdidas por rozamientos mecánicos. Tener en cuenta el Calor de Refrigeración, implica que las transformaciones adiábaticas, isoentrópicas dejarán de serlo, con lo cual hay que hacer las transformaciones pertinentes.

Los cálculos y resultados los podemos ver en el apartado Diseño del Motor

Thermodynamics, in general, aims to study the heat transfer laws in
equilibrium systems.

A reversible transformation, is one for which the macroscopic quantities that characterize
at every moment, are in thermodynamic equilibrium position or infinitely close to it.

Open systems are those that interact through the wall which limits, with flows
material and / or energy, with the external environment.

Engine work study as an open system with reversible transformations.

The mixture of air + fuel the study as an ideal gas.

The maximum thermodynamic efficiency of the engine (the ratio of usable mechanical energy and the energy from gasoline) and studied around 60%.

In fact, due to irreversibilities (heat-producing friction unusable), losses in the intake, exhaust and engine cooling so that the temperature does not exceed values ​​that would destroy the engine, the actual yield is around 30% – 40%.

In the Otto cycle study as Gas Ideal, we have considered Refrigeration Heat in the study of the cycle and finally add mechanical friction losses. Consider Refrigeration Heat implies that adiabatic transformations, cease to be isentropic, which must make relevant changes.

The calculations and results we can see in section Design Engine.

Ciclo Otto 2

Ciclo Otto 2

Ciclo Otto 3

Ciclo Otto 3

Relaciones Isoentropicas

Relaciones Isoentropicas

Ciclo Otto Eficiencia

Ciclo Otto Eficiencia

Ciclo Otto 6

Ciclo Otto 6

Ciclo Diesel

Ciclo Diesel

Ciclo Diesel Eficiencia

Ciclo Diesel Eficiencia

Ciclo Otto Diesel

Ciclo Otto Diesel

Ciclo Otto Diesel Eficicencia Comparativa

Ciclo Otto Diesel Eficicencia Comparativa

4-Stroke-Engine

Ciclo Otto

Ciclo Otto

220px Ciclo Otto

220px Ciclo Otto

Ciclo Otto Exacto

Ciclo Otto Real

Ciclo Otto Real

Engine

Engine

Engine

Turbo

GARRETT TURBO

GARRETT TURBO

Temperatura Escapes

Temperatura Escapes

Temperatura Escapes

Temperatura Neumaticos

Temperatura Neumaticos

Temperatura Neumaticos

Temperatura Pontones

Temperatura Pontones

Temperatura Pontones

Formulas Termodinamicas

Formulas Termodinamicas

Turbulence Kinetic Energy

Turbulence Kinetic Energy

Temperature Escapes

Temperature Escapes

Temperature

Temperature

F1 Turbulent Viscosity
F1 Turbulent Viscosity

F1 Total Pressure

F1 Total Pressure

F1 Entropy

F1 Entropy


Curiosidades Curiosity F1

(más…)


Enlaces de interés F1

Enlaces de interés

Fibra de Carbono

http://www.youtube.com/watch?v=ry9uiP2I6kQ&feature=player_embedded#!

El motor V-12 más pequeño del mundo

http://www.youtube.com/watch?v=3YfTtGCsiD8&feature=player_embedded

http://www.youtube.com/watch?v=3YfTtGCsiD8&feature=player_detailpage

Neumáticos

http://www.tecnun.es/automocion/proyectos/neumaticos/Documento%20N2-MEMORIA.pdf

 http://f1revolution.com/2009/02/introduccion-a-los-neumaticos-2/


http://www.zonagravedad.com/modules.php?name=News&file=article&sid=741&mode=thread&order=1&thold=0


http://formula1home.wordpress.com/articulos/los-neumaticos-en-la-f1/

http://www.carrilanas.com.es/Doc3.pdf

Búsqueda y optimización Airfoils de perfiles alares:

http://www.airfoildb.com/foils/search

Aerogeneradores, eólica:

http://www.motiva.fi/myllarin_tuulivoima/windpower%20web/es/tour/wres/guidep.htm

http://www.motiva.fi/myllarin_tuulivoima/windpower%20web/es/tour/wres/pow/index.htm

http://www.motiva.fi/myllarin_tuulivoima/windpower%20web/es/tour/econ/econ.htm


Definiciones F1

Definiciones

Partes de la Carroceria 1

Partes de la Carroceria 1

Partes de la Carroceria 2

Partes de la Carroceria 2

Alerón delantero – Formado por diferentes planos, flaps y winglets, es el primer elemento, cronológicamente, a la hora de definir la eficiencia aerodinámica de un monoplaza, ya que gestiona el flujo de aire alrededor del coche. Además de generar carga aerodinámica en el tren delantero, debe conseguir que el flujo sea lo más limpio -y eficiente- posible, evitando turbulencias en los neumáticos y brazos de suspensión.

Aquaplaning: Cuando hay más agua entre los neumáticos y la carretera de la que puede ser desplazada por la banda de rodadura de neumáticos, el coche “flota” y, por consiguiente, no puede ser controlado por el piloto. Las carreras de Fórmula 1 se pueden detener si existe el peligro de aquaplaning. En condiciones muy húmedas, el coche de seguridad se utiliza generalmente para mantener los coches a una menor velocidad.

Beam wing – Estructura inferior del alerón trasero que actúa como plano aerodinámico de un modo similar a cómo lo hace el superior principal. Generalmente, recorre toda la anchura del alerón trasero y, en ocasiones, se divide en dos al situarse a la misma altura que la estructura antichoque. Poco a poco va tomando protagonismo, ya que es uno de los elementos susceptibles de recibir los gases de escape.

Blistering – : Formación de ampollas en los neumáticos, causado por un uso excesivo. La consecuencia negativa es la reducción en el agarre.

Sobrecalentamiento en la parte interior del neumático, lo que provoca que la goma se separe de la carcasa y se formen ampollas en la banda de rodadura. Las causas de ese calentamiento pueden ser múltiples: un pilotaje demasiado agresivo en aceleración o en frenada, una presión muy elevada sobre los neumáticos en curvas rápidas y/o de radio largo o, incluso, una mala elección del compuesto a utilizar o una errónea puesta a punto.

Boat – Es el penúltimo elemento que recibe el flujo aerodinámico que llega bajo el morro y canalizado por los diferentes elementos aerodinámicos presentes entre el alerón delantero y el cockpit. Alimenta a los pontones y, en parte, al fondo que se encuentra bajo los mismos, ayudado por los deflectores laterales.

Briefing: En la reunión con los pilotos y los representantes de sus equipos, convocada por el director de carrera antes de cada Gran Premio, los debates actualmente se centran en cuestiones tales como las características especiales de la pista o cambios en las reglas o el formato del fin de semana. En los Briefing del equipo, el director de equipo, los ingenieros y pilotos establecen las estrategias para cada día del fin de semana del Gran Premio. La posterior revisión de la jornada de la carrera por este grupo, constituye la base para las futuras estrategias y mejoras técnicas, se llama el “debriefing”.

Camber – Inclinación del neumático respecto a la vertical del eje del mismo de modo que, cuando se toma una curva, la banda de rodadura se equilibra y toma contacto con el asfalto lo máximo posible. A mayor superficie de contacto, mayor agarre, pero también mayor riesgo de blistering por sobrecalentamiento.

Carga Aerodinámica/Downforce – Efecto basado en el principio de Bernoulli que consiste en la generación de sustentación o carga aerodinámica mediante diferencias de presión entre las zonas superior e inferior de un cuerpo.

Caster – Inclinación longitudinal que tiene el eje de pivote que permite el giro de las ruedas por parte de la dirección. Si el avance es grande la dirección se vuelve firme y vuelve con rapidez después de un giro, pero la hace lenta de reacciones. Si el avance es pequeño crea una dirección rápida pero nerviosa.

Centro de Gravedad – Punto respecto al cual las fuerzas que la gravedad ejerce sobre los diferentes puntos materiales que constituyen el cuerpo producen un momento resultante nulo. Cuanto más bajo se encuentre este punto, mayor estabilidad tendrá el monoplaza.

Chicane: Una “S”, doble curva cerrada, que reduce la velocidad obligando a los pilotos a pasar a través de ella en fila.

Conducto de freno – Elemento que refrigera los discos y pastillas de freno. Su tamaño es de suma importancia, pues los frenos de carbono deben trabajar a temperaturas muy concretas. Además, provoca mucho drag. En los últimos añós se ha intensificado su uso como generador de carga aerodinámica.

Cockpit: Es el espacio donde se sitúa el piloto para conducir el mono-plaza y se trata de una sección del chasis. Cockpit de un Fórmula 1

Deflector/Barge board – Panel de canalización aerodinámica utilizado por los ingenieros para intentar que el aire llegue lo más limpio posible a los pontones.

Difusor – Elemento utilizado durante décadas, ha tomado protagonismo en los últimos años debido a su perfeccionamiento aerodinámico. Se trata de un elemento situado en la parte posterior del fondo del coche -bajo el alerón trasero- que acelera el flujo aerodinámico al modificar el diferencial de presión entre la parte superior e inferior del coche. Cuanto mayor sea su tamaño y más aire reciba, mayor carga aerodinámica generará. Además genera muy poco drag, convirtiéndose en uno de los elementos preferidos por los ingenieros.

Drag/Resistencia – Fuerza que sufre un cuerpo al moverse a través del aire, oponiéndose al avance del mismo. Como regla básica, a mayor downforce, mayor drag.

Downforce: La fuerza que empuja el coche hacia abajo, permitiendo que el vehículo se «agarre» a la superficie de la carretera.

Drive-through penalty: Es una penalización que requiere que el piloto entre en el pitlane y pase a través de él, mientras obedece su límite de velocidad, y vuelve a la pista sin parar. No está permitido que se detenga.

DRS – Drag Reduction System o, lo que es lo mismo, sistema de reducción de drag instaurado en 2011 en el alerón trasero. Se trata de un plano móvil activado mediante dispositivo hidráulico o eléctrico que, al actuar, reduce el rozamiento del plano con el aire y proporciona velocidad punta adicional.

Flap Gurney – Aditamento aerodinámico de pequeño tamaño que crea un vacío detrás de sí, obligando al flujo que circula por debajo a llenarlo, generando así carga aerodinámica. Esto se consigue debido a que tras el flap se generan dos vórtices que giran cada uno en una dirección distinta, provocando que el flujo superior e inferior se ‘fusionen’. Existe una variedad del mismo en el difusor denominada Slotted Gurney.

FIA: Federación Internacional de Automovilismo. Organismo que organiza el automovilismo mundial y rige la inmensa mayoría de las asociaciones automovilísticas nacionales.

Flujo laminar – Movimiento de un fluido en el que las partículas se mueven de modo ordenado, estratificado o suave. Las láminas del fluido se mueven en paralelo sin mezclarse unas con otras.

Flujo turbulento – Movimiento de un fluido en el que las partículas se mueven desordenadamente, formando trayectorias similares a las de los remolinos.

Front Bulkhead – Tabique interior en el que termina en su extremo el morro del monocasco, y cuya altura máxima definida por la FIA ha propiciado los morros escalonados.

FOTA: Asociación de equipos de Fórmula Uno, sus objetivos son colaborar en el desarrollo de la Fórmula 1 y trabajar junto con la FIA y el titular de los derechos comerciales para mejorar el espectáculo de este deporte, mientras busca la reducción de los costes y un incremento de los ingresos.Primer comunicado

Graining: Debido al uso excesivo, los neumáticos muestran signos de corrosión y el compuesto de caucho se comienza a desintegrarse. Esto se conoce como Graining. La consecuencia negativa es la reducción en el agarre.

Grip: Palabra mágica para los pilotos e ingenieros de Fórmula 1. Se describe cómo la adherencia del coche a la pista y cómo esto afecta en las curvas rápidas. Una alta adherencia significa altas velocidades en el paso por curva. Los principales factores del grip son la aerodinámica, la carga creada por el vehículo y las propiedades de los neumáticos. Sin grip, un coche comienza a deslizarse o derrapar.

Intake/Snorkle/Inlet – Toma de admisión de aire para el motor, generalmente situada sobre el piloto. También se denomina de este modo a otro tipo de tomas de aire como la que utilizaban los ya prohibidos conductos F. Su fisonomía y tamaño es más importante de lo que parece, pues debe alimentar/refrigerar suficientemente, pero no ser excesivamente grande para no provocar un exceso de resistencia aerodinámica.

KERS – Kinetic Energy Recovery System por sus siglas en inglés, o sistema de recuperación de energía cinética. Recupera la energía no utilizada en el proceso de frenada, trasladándola posteriormente al motor para proporcionar potencia adicional. Suele ser eléctrico (baterías) o mecánico (volante de inercia) y, por reglamento, se utiliza durante 6,67 segundos por vuelta, otorgando una potencia aproximada de 80 caballos.

Morro/Nose – Parte más adelantada del monoplaza (en raras ocasiones sólo superada por el pano principal del alerón delantero) que divide el flujo aerodinámico, además de absorber energía en impactos frontales. Cuanto más alto se diseñe, mayor será el flujo aerodinámico que circula por debajo, aumentando la capacidad de carga aerodinámica.

Paddock: La zona de aparcamiento detrás de los garajes donde todos los equipos tienen sus camiones, recambios y auto caravanas para los pilotos (hoy en día autenticas demostraciones de poderío).

Parc Fermé: La zona donde los coches quedan aislados cuando termina la carrera. Sólo los comisarios pueden acceder a ellos para hacer verificaciones técnicas.

Pit: (Box) Cada uno de los recintos destinados a la asistencia técnica de los vehículos que participan en una carrera.

Pit Lane: Los garajes forman el Pit Lane, que es paralelo a la recta de salida, y está conectado por cada extremo a la pista principal. Al final del Pit Lane hay colocado un semáforo que regula la incorporación de los pilotos a la pista.

Pit wall: Muro de separación entre la pista y la línea de boxes, desde donde los comisarios y los miembros de los equipos pueden dar indicaciones a los pilotos.

Pit Stop: Dejar la carrera un coche para detenerse en el garaje para repostar, poner neumáticos nuevos, hacer reparaciones, ajustes mecánicos, o cualquier combinación de las anteriores.

Pontón/Sidepod – Estructura lateral que, además de ofrecer seguridad ante los impactos, guarda en su interior los radiadores, lastres y otros elementos propios de los Fórmula 1 como las baterías del KERS o los escapes. También cumple una función aerodinámica y su forma define en gran parte la eficiencia de la parte trasera, incluido el difusor.

Pull-rod – Suspensión por tirantes, en la que se genera movimiento de tracción. Sistema más ligero, con menor Centro de Gravedad y aerodinámicamente más eficiente.

Push-rod – Suspensión por empujadores, en la que se genera movimiento de compresión. Sistema más sencillo de diseñar y más resistente.

Rake – Ángulo de inclinación respecto al suelo del eje trasero del monoplaza. Cuanto mayor sea, más cerca del suelo actuará el alerón delantero.

Snow plough – Su traducción literal es ‘quitanieves’ y McLaren lo utiliza bajo el morro desde 2010. Su función es la de canalizar el flujo que discurre por la parte superior del canal existente bajo el morro, a modo de boat miniaturizado. Dicho elemento, permite la eliminación de los turning vanes.

Safety car: Coche que se utiliza para comprobar el estado de la pista, justo antes de comenzar una carrera, y para reducir la velocidad de los pilotos durante el transcurso de la prueba en caso de accidente o en condiciones meteorológicas muy adversas, obligandolos a circular detrás de él hasta que termina la incidencia.

Shakedown: La Federación Internacional del Automovilismo (FIA) autoriza, en la semana previa a un Gran Premio, probar los monoplazas que se utilizarán para la carrera en una distancia de tan sólo 50 kilómetros.

Set-up: En los coches de carreras, el set-up del coche es el conjunto de los ajustes efectuados en el vehículo con el fin de optimizar su comportamiento (rendimiento, manejo, fiabilidad, etc.) Los ajustes pueden hacerse en suspensiones, frenos, transmisión, y muchos otros.

Slick: Estos neumáticos lisos y sin rayas en la banda de rodadura fueron proscritos por la FIA a finales de 1997. Esto se hizo con el objeto evitar el aumento de velocidad máxima – especialmente en las curvas – lograda debido a la mayor adherencia proporcionada por una mayor superficie del neumático. En el 2009 se vuelven a reintroducir en la Fórmula 1, para compensar la reducción del apoyo aerodinámico

Sobreviraje – Fenómeno que se da en un vehículo cuando las ruedas traseras pierden adherencia, provocando que la zaga se deslice hacia el exterior del a curva. Si dicho efecto no se controla, el vehículo girará sobre sí mismo (trompo).

Splitter/Tea Tray – Prolongación del fondo del monoplaza que vuela bajo el cockpit del piloto. Divide el flujo aerodinámico que pasa bajo el suelo y el que circula sobre el boat hacia los pontones. También puede utilizarse para colocar lastre y su flexibilidad está reglada por la FIA. Si lo hace demasiado supone una ventaja aerodinámica al permitir que el alerón delantero se aproxime más al suelo, pero si es demasiado rígido no cumple otra de sus funciones: proteger al fondo y al chasis de los pianos y los baches.

Stint: Cada una de las etapas que realizan los monoplazas entre paradas, para repostar o cambiar los neumáticos, durante la carrera. Se habla de “un stint largo” cuando se dan muchas vueltas sin parar.

Subviraje – Fenómeno que se da en un vehículo cuando las ruedas delanteras pierden adherencia, prococando que la parte delantera no gire y el vehículo tienda a seguir recto en la curva.

Turning vane – Se trata de un deflector más pequeño y más adelantado, generalmente entre las ruedas y el monocasco, en ocasiones integrado en los brazos de suspensión. Su función es la de dirigir el flujo aerodinámico al lugar deseado.

Traction: La capacidad de agarre a la pista, de los neumáticos traseros, para hacer que el coche pueda acelerar.

Undercut – Estrechamiento del pontón en su parte frontal que se extiende hacia la parte trasera del monoplaza.

WMSC: El Consejo Mundial del Deporte Automovilístico (WMSC) tiene la responsabilidad de todos los aspectos del automovilismo internacional. Se reúne al menos cuatro veces al año para decidir sobre las normas, los reglamentos, la seguridad y el desarrollo del automovilismo en todos los niveles, desde el karting a la Fórmula Uno.

Winglet – Alerón de pequeño tamaño que los ingenieros utilizan para generar carga aerodinámica o canalizar el flujo aerodinámico de un modo más limpio.

Wings: Alerones. Dispositivos instalados en la parte delantera y trasera del vehículo que producen carga aerodinámica. Esto permite velocidades más rápidas en el paso por las curvas.

Wishbone – Triángulo de suspensión.

F1-DICTIONARY
ADR Accident Data Recorder.Black Box for Formula 1 Cars
Aerodynamics The study of airflow over and around an object and thus an intrinsic part of Formula One™ car design.
Airflow The movement of air around the chassis of the race car. 
Anhedral The angle between an aerofoil and the horizontal when the wing is inclined downwards from its mounting.
Apex The middle point of the inside line around a corner at which drivers aim their cars.
Appeal Something that a team does on its drivers’ behalf if it feels that they have been unfairly penalised by the race officials.
Ballast Weights fixed around the car to maximise its balance and bring it up to the minimum weight limit.
Bargeboard The piece of bodywork mounted vertically between the front wheels and the start of the sidepods to help smooth the airflow around the sides of the car.
Bernoulli Effect states that the pressure of a fluid (liguid or gas), decreases as the fluid (liquid or gas), flows faster. 
Blistering This is what happens to a tyre, or part of a tyre, when it overheats. Excess heat can cause rubber to soften and break away in chunks from the body of the tyre.
Bodywork The carbon fibre sections fitted onto the monocoque before the cars leave the pits, such as the engine cover, the cockpit top and the nosecone.
Bottoming When a car’s chassis hits the track surface as it runs through a sharp compression and reaches the bottom of its suspension travel.
Boundary layer A layer of static to slow moving air adjacent to the surfaces of a moving body. Friction between the body and the surrounding air holds back the
flow nearest the surfaces, whilst the air further from the body in the mainstream flows past at unabated speed.
Brake balance A switch in the cockpit to alter the split of the car’s braking between the front and the rear according to a driver’s wishes. 
Camber An aerofoil with one surface (top or bottom) curved more than the other side is said to have camber.
Tyre camber is the amount that the top of the tyre leans into, or away from the car.
Track camber is the horizontal angle or curve on a track surface.
Carbon fiber Carbon based composite material,that is strong in tension but reasonably flexible. It can be bound in a matrix of plastic resin by heat,vacuum or pressure. It is strong, light and expensive
Cd Drag coefficient or coefficient of drag. It is determined by the shape and smoothness of shape of the object. In this case the car. 
Cfd Computational Fluid Dynamics.Equations that are known are programmed into computers. The computers provide solutions to the problem of external airflow over vehicle shapes. The body of the configuration and the space surrounding it are represented by clusters of points, lines and surfaces; equations are solved at these points. CFD is divided into three steps. Grid generation, numerical simulation and post-process analysis
Chassis Refers to all mechanical parts of the car attached to the structural frame. 
Chicane A tight sequence of corners in alternate directions. Usually inserted into a circuit to slow the cars, often just before what had been a high-speed corner.
Chord The distance between an aerofoil’s leading edge and its trailing edge.
Clean air Air that isn’t turbulent, and thus offers optimum aerodynamic conditions, as experienced by a car at the head of the field.
Cockpit The section of the chassis in which the driver sits.
Differential A set of mechanical gears that eqaulises the power between the left and right drive wheels, particularly when cornering, when the outside wheel travels
further than the inside wheel.
Diffuser The divergent (expanding) section of a duct which slows down airflow to reduce pressure loss. On an F1 car it is an upswept panel at the rear of the
underbody.
Dirty Air If another car is driving in front, it produces turbulence that can drastically reduce the effectiveness of the front wing. This is the so-called “Dirty air” effect. Under ideal conditions the front wing produces 25% of the cars total down force.
Downforce The aerodynamic force that is applied in a downwards direction as a car travels forwards. This is harnessed to improve a car’s traction and thus its handling through corners. 
Drag The aerodynamic resistance experienced as a car travels forwards
Drive-through penalty Drivers must enter the pit lane and re-join the race without stopping. One of two penalties that can be handed out at the discretion of the Stewards whilst the race is still running.
Flat spot What happens when a tyre is worn through on one spot after a moment of extreme braking or in the course of a spin. This ruins its handling, often causing severe vibration, and forces a driver to pit for a replacement set of tyres.
Force majeure A situation in which a team or driver had no option given the circumstances. Often cited for example if torrential conditions have left a driver or drivers outside the 107% qualifying target in qualifying, and they are duly admitted to the race.
Formation lap This is the last lap before the start of the race when the cars are driven round from the grid to form up on the grid again for the start of the race.
Gravel trap A bed of gravel on the outside of corners with the aim of stopping cars that fall off the circuit there. 
Grip The amount of traction a car has at any given point, thus affecting how easy it is for the driver to keep control through corners.
Ground Effects Downforce created by an a low pressure area between the underbody and the ground, and downforce created by the front and rear wings.
Installation lap A lap done on arrival at a circuit, testing functions such as throttle, brakes and steering before heading back to the pits without crossing the finish line.
Intermediate tyre A tyre that has more grooves and a more treaded pattern than the dry weather tyre, but fewer than the wet weather tyre, and is used in mixed conditions.
Jump start When a driver moves off his grid position before the five red lights have been switched off to signal the start. Sensors detect premature movement and a jump start earns a driver a penalty.
Laminar Laminar flow means the fluid is moving in smooth layers around the object. Air flow becomes turbulent moving from the front to the rear of the car, forced around obstructions such as mirrors, helmets, and rollbars. 
Left-foot braking A style of braking made popular in the 1990s following the arrival of hand clutches so that drivers could keep their right foot on the throttle and dedicate their left to braking.
Lift The upward reaction of an aircraft to the flow of air air forced over the shape of the wing (airfoil). The front and rear wings of ground effect cars are shaped like inverted wings to create downforce or negative lift.
Limit Layer As air is viscous, the air particles are ‘glued’ to the car surface. The next layer of air particles move slowly on these particles. The next layer moves a bit more fast and so on. We call this accumulation of air particles the limit layer.
Now, if the speed of the air through the limit layer is low, the layer maintains its laminar structure. At great speeds, the limit layer makes turbulences and dissintegrates. This breaking of the layer consumes energy and increases the drag factor. However, despite the efforts in the aerodynamic design, the limit layer destruction is inevitable, althought it may be displaced behind the car.
Lollipop The sign on a stick held in front of the car during a pit stop to inform the driver to apply the brakes and then to engage first gear prior to the car being lowered from its jacks. 
Marbles Loose balls of track surface that have been pulled up at the corners by the grippiness of the cars’ tyres. These can then catch out those drivers drifting off the racing line.
Marshal A course official who oversees the safe running of the race. Marshals have several roles to fill, including observing the spectators to ensure they do not endanger themselves or the competitors, acting as fire wardens, helping to remove stranded cars/drivers from the track and using waving flags to signal the condition of the track to drivers.
MMC Metal Matrix Composite (MMC) material developed for Formula One piston .The aluminium and ceramic alloy in question offers a weight saving approaching that of aluminium-beryllium, together with excellent thermal characteristics. Unlike aluminium-beryllium, it has a lot of potential for inlet valve as well as piston manufacture, promising significant gains over titanium valves
Monocoque The single-piece tub in which the cockpit is located, with the engine fixed behind it and the front suspension on either side at the front.
Oversteer When a car’s rear end doesn’t want to go around a corner and tries to overtake the front end as the driver turns in towards the apex. This often requires opposite-lock to correct, whereby the driver turns the front wheels into the skid. 
Paddles Levers on either side of the back of a steering wheel with which a driver changes up and down the gearbox.
Paddock An enclosed area behind the pits in which the teams keep their transporters and motor homes. There is no admission to the public.
Paintwork Both vehicles belonging to a competitor must retain their paintwork throughout the racing season for which they are entering. Any changes have to be approved
by the Formula 1 Commission. Every vehicle must bear the start number of the respective driver; the number must be clearly visible from the side and the
front on a 25 cm TV screen. The manufacturer’s logo must be visible on the front of the vehicle’s nose. The name of the driver must also be printed and clearly
legible either on the bodywork, the outside of the cockpit or the helmet
Parc ferme A fenced-off area into which cars are driven after the race, where no team members are allowed to touch them until they have been passed as legal by the scrutineers.
Pit board A board held out on the pit wall to inform a driver of his race position, the time interval to the car ahead or the one behind, plus the number of laps of the race remaining.
Pit wall Where the team owner, managers and engineers spend the race, usually under an awning to keep sun and rain off their monitors.
Pits An area of track separated from the start/finish straight by a wall, where the cars are brought for new tyres and fuel during the race, or for set-up changes in practice and qualifying, each stopping at their respective pit garages.
Plank A wooden strip that was fitted front-to-back down the middle of the underside of all cars in the mid-1990s to check that cars were not being run too close to the track surface, something that was indicated if the wood was worn away.
Pole position The first place on the starting grid, as awarded to the driver who lapped fastest during qualifying.
Practice The periods on Friday and Saturday mornings at a Grand Prix meeting when the drivers are out on the track working on the set-up of their cars for the qualifying that follows. 
Protest Something that is lodged by a team when it considers that another team or competitor has transgressed the rules.
Races The distance of a Grand Prix corresponds to thenumber of laps that are required to attain theminimum distance of 305 km. This guarantees that allteams participating in each race can becomeaccustomed to roughly the same distance. A Grand Prix
may be cancelled if less than 12 vehicles are available,or if an unforeseeable occurrence three months beforethe event makes it impossible to proceed with the race
Racing line An imaginary line around a circuit that provides the quickest lap time. When turning into a right-handed corner, the quickest line is to enter on the left
side of the track, turn in and ‘touch’ the apex and ease back out to the left side of the track. Opposite for left-handers.
Ride height Synonymous with ground clearance, the ride height can be taken as the size of the gap between a vehicle underside and the ground.
Qualifying The one-hour period on Saturdays in which drivers are allowed a maximum of 12 laps to set the best time they can, with the driver who laps fastest then starting the race from the front of the grid.
Reconnaissance lap A lap completed when drivers leave the pits to assemble on the grid for the start. If a driver decides to do several, they must divert through the pit lane as the grid will be crowded with team personnel.
Retirement When a car has to drop out of the race because of accident or mechanical failure.
Ride height The height between the track’s surface and the floor of the car.
Safety Car The course vehicle that is called from the pits to run in front of the leading car in the race in the event of a problem that requires the cars to be slowed.
Scrutineering The technical checking of cars by the officials to ensure that none are outside the regulations.
Shakedown A brief test when a team is trying a different car part for the first time before going back out to drive at 100% to set a fast time.
Sidepod The part of the car that flanks the sides of the monocoque alongside the driver and runs back to the rear wing, housing the radiators
Slipstreaming A driving tactic when a driver is able to catch the car ahead and duck in behind its rear wing to benefit from a reduction in drag over its body and hopefully be able to achieve a superior maximum speed to slingshot past before the next corner.
Spare car Each team brings an extra car to races, or sometimes two, in case of damage to the cars they intended to race. Also called a T-car (Test-car).
Splash and dash A pit stop in the closing laps of the race when a driver calls in for just a few litres of fuel to be sure of making it to the finish.
Starting grid The starting grid consists of two cars per row in staggered formation, with an interval of eight metres between each row. The driver who set the fastest time will start from the front in the so-called “pole position”, and the others will line up on the grid in the order of the times they have achieved. In the event of a tie, the driver who achieved the time first is given priority
Steward One of three high-ranking officials at each Grand Prix appointed to make decisions
Stop-go penalty A penalty given that involves the driver calling at his pit and stopping for 10 seconds – with no refuelling or tyre-changing allowed.
Tear-off strips See-through plastic strips that drivers fit to their helmet’s visor before the start of the race and then remove as they become dirty.
Telemetry An electronic device which transmits specific data (measurements) to a remote site. It electronically records performance of engine and actuation of controls by the driver. The data is then used as a foundation for determining car setup. After 1993 electronic data could only be received from the car, but no data could be transmitted back to it. However, this ban on two-way telemetry has now been lifted and bi-directional communication is once again allowed.
Tpc Tyre Pressure Control.Tyre Pressure Control permanently monitors pressure and temperature inside all four wheels, warning the driver of possible punctures or tyre defects. The system ensures a higher standard of active safety, greater economy and extra comfort.
Traction The degree to which a car is able to transfer its power onto the track surface for forward progress.
Traction control A computerised system that detects if either of a car’s driven (rear) wheels is losing traction – ie. spinning – and transfers more drive to the wheel with more traction, thus using its more power efficiently.
Turbulence The result of the disruption of airflow caused by an interruption to its passage, such as when it hits a rear wing and its horizontal flow is spoiled
Tyre compound The type of rubber mix used in the construction of a tyre, ranging from soft through medium to hard, with each offering a different performance and wear characteristic.
Tyre warmer An electric blanket that is wrapped around the tyres before they are fitted to the car so that they will start closer to their optimum operating temperature.
Turning Vane Deflectors located between the front wheels and sidepods to direct turbulent flow away from the tunnels. This eliminates a source of turbulent air to the tunnels. Cleaner air to the tunnels creates more downforce
Understeer Where the front end of the car doesn’t want to turn into a corner and slides wide as the driver tries to turn in towards the apex
Undertray A separate floor to the car that is bolted onto the underside of the monocoque.
Venturi A narrow tunnel under the side pod, shaped like an inverted wing. As air enters and is forced through the narrow center,its speed increases, creating a low pressure area between the bottom of the car and the track. This creates a suction effect, which holds the car to the track. 
Venturi Effect: Fluid speed increases when the fluid is forced through a narrow or restricted area. The increased speed results in a reduction in pressure. The underbody venturi is shaped to create a low pressure area between the road and chassis which creates downforce. 
Visualization Complex analysis tool that presents CFD data as an image.
Warm-up The half-hour period on race morning in which the teams and drivers concentrate on the set-up of their cars for the race, running with full tank loads of fuel.
Weighing During qualifying each vehicle will be called in atrandom for weighing. A red light on the approach lane to the pits indicates exactly when the driver concerned is to drive on to the scales. If the vehicle fails to comply with the regulations, it will be excluded from the race by the stewards.
Wind Tunnel A tube like structure where wind is produced usually by a large fan to flow over the test object. The object is connected to instruments that measure and record aerodynamic forces that act upon it
Partes de la Carroceria Alerón Delantero

Partes de la Carroceria Alerón Delantero

Partes de la Carroceria Alerón Trasero

Partes de la Carroceria Alerón Trasero

Partes de la Carroceria Difusor

Partes de la Carroceria Difusor

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Lap Time Vuelta F1

Lap Time Vuelta

Fuerzas Forces Drag Lift Down Friction

Fuerzas Forces Drag Lift Down Friction

Para simular el tiempo de una vuelta, necesitamos conocer todas las variables en función del tiempo: en cada instante cambian, incluso de una vuelta a otra,. en el mismo punto del circuito, cambian el peso, el grip de los neumáticos y esto afecta al resto de parámetros.

 

En la sección Dinámica calculamos lo que sucede en un instante

-   Fuerzas aerodinámicas:

     *   Lift Force FL, en el eje Z          actuando en el Centro de Presiones Cp

     *   Drag Force FD, en el eje X       actuando en el Centro de Presiones Cp

-   peso mg, en el eje Z                     actuando en el Centro de Masas Cm

-   Fuerza del motor Fmot, en el eje X

-   Fuerzas de rozamiento Froz, en los eje X Y  (plano XY)

-   Fuerzas de inercia:

     *   F = m a en el eje X

     *   Fuerza centrífuga Fcent, en el eje Y

Todas las fuerzas son función de la velocidad instantánea (y por tanto del tiempo)

 

En un instante dado, t , tendremos una velocidad instantánea v y partir de ella calculamos el resto de fuerzas Fmot, FD, FL, Fcent, Froz, mg

 

Acelerando:

Fuerzas en X :  Fmot – FD = m a  =>

a = ( Fmot – FD) / m

En la salida parada, y en general debemos comprobar que

m a < Froz x (las ruedas patinarían)

Si m a > Froz x hacemos m a = Froz x

 

Frenando:

Fuerzas en X :  Froz x + FD = m a  =>

a = ( Froz x + FD) / m

 

En curva:

Fuerzas en Y :  Fcent = Froz y           siendo

Fcent =m v^2 / r

Froz y = μ N = μ ( mg + FL )  =>

m v^2 / r = μ ( mg + FL )                  =>

v = ( r μ ( mg + FL ) / m )^0.5


Variables en función de la velocidad

m = mv + mc , masa instantánea

mv = 685 kg , masa en vacío (masa del piloto + el coche sin gasolina, según normas de la FIA)

mc , masa de combustible en el instante considerado

mc = mco – mcc ( masa combustible inicial – masa combustible consumida ).

En los cálculos del motor hemos calculado el consumo de combustible instantáneo.

m = mv + mco – mcc = f (t)

 

FL = CL 0,5 ρ Axz v^2 = KL v^2 = f (v)

siendo

KL = FLcfd / vcfd^2

vcfd es la velocidad de simulación del CFD

FLcfd la Lift Force obtenida en la simulación

FD = CD 0,5 ρ Axz v^2 = KD v^2 = f (v)

siendo

KD = FDcfd / vcfd^2

vcfd es la velocidad de simulación del CFD

FDcfd la Drag Force obtenida en la simulación

 

Fcent = m v^2 /r = f (v)

 

Froz = μ N

 

Fmot = f (w, v), como w = f (v) => Fmot = f (v)

Fmot también depende de la marcha engranada, pero se supone que el piloto engrana la marcha más corta de las posibles, a una determinada velocidad, para obtener la máxima potencia y por tanto la Fmot máxima disponible en ese instante.


Prototipos F1

Prototipos

Como diseñar un formula 1

Como diseñar un formula 1

A Caracteristicas F

A Caracteristicas F

Hacemos distintos modelados del F1, a nuestro juicio, variando medidas, alerones, etc, pero siempre cumpliendo con la reglamentación de la FIA y vamos viendo las variaciones de FD, FL y de sus coeficientes CD, CL y su relación

Ea = CL / CD, Eficiencia Aerodinámica, que es el parámetro más importante en este estudio.

Se muestran 3 casos : con Fondo Plano Grande, Con F P Pequeño y Con F P P + difusor.

En este modelado de CFD no se han tenido en cuenta las entradas y salidas de aire en motor, refrigeración y escapes.

La gráfica de curvas muestra la evolución de Ea en los tres casos de estudio y para cada elemento.

Todos los casos se están analizando con el DRS cerrado.

Con los resultados obtenidos en el CFD (FD, Fuerza de arrastre (Drag Force) y FL, Fuerza de Sustentación (Lift Force)) y manteniendo el resto de parámetros (potencia del motor, coeficiente de rozamiento, etc.) excepto los que cambian con el caso analizado como la longitud del monoplaza y su área frontal o planar, calculamos las prestaciones del monoplaza:

Velocidad máxima en recta, condicionada por FD

Velocidad máxima en curva, fuerzas G, condicionadas por FL

y comparamos un monoplaza con otro.

Aunque los resultados del análisis de CFD no sean exactos (que seguro que no lo son), si sirven para comparar un prototipo con otro, siempre que se analicen en las misma condiciones de simulación.

Con los resultados obtenidos se pasa al túnel del viento y por último a las pruebas en pista, que son las únicas reales.

El túnel tampoco aporta soluciones exactas, depende de lo bien que se haya diseñado y construido.

La ventaja del CFD, es que puedes simular sin construir nada. El túnel necesita el propio túnel y por lo menos maquetas a escala (si es a escala 1:1 mejor ya que el análisis dimensional tampoco es exacto).

Como los ordenadores cada día tienen mejores prestaciones, se podrán hacer mallados más precisos, mejorando los resultados. También mejorarán los modelos matemáticos encargados de resolverlos y se conseguirán resultados más precisos. Además (siendo una escudería) se pueden comparar los resultados del CFD con la realidad y modificar los resultados obtenidos mediante CFD con factores de corrección, que puede ser una simple constante (por ejemplo multiplicar los resultados del CFD por 0,8) o una variable que sea función de la velocidad y/o del área Ayz y así obtener unos resultados más acordes con la realidad.

El Siguiente prototipo F1, es igual que el F2, solo cambia la longitud: es 0,5 metros más pequeño.

Los resultados aerodinámicos son prácticamente iguales, pero el balance de masas (que aquí no se estudia) sí puede variar de un prototipo a otro. El más largo permite distribuir mejor las partes mecánicas (poner un elemento más o menos adelantado, ya que hay más espacio, según interese para el balance de masas), pero por ser más largo, hace más dificil los adelantamientos, ya que tienes que ganarle al rival 0,5 metros más…

We modeled the F1 individual, in our view, varying measures, spoilers, etc., but always complying with FIA regulations and we are seeing changes in FD, FL and its coefficients CD, CL and their relationship
Ea = CL / CD, Aerodynamic Efficiency, which is the most important parameter in this study.

Showing 3 cases: with Large Flat Bottom, With FP Small and With FPP + diffuser.

In this CFD modeling were not taken into account the entry and exit of air in engine cooling and exhaust.

The graph shows the evolution curves of Ea in the three case studies and for each element.

All cases are being analyzed with the DRS closed.

With the results of the CFD (FD drag force (Drag Force) and FL, Sustaining Force (Lift Force)) and keeping the other parameters (engine power, coefficient of friction, etc..) Except those that change with the present case as the length of the car and its frontal area or planar, we estimate the performance of the car:

Maximum speed in a straight, determined by FD

High speed cornering, G forces, conditioned by FL

and compare a car with another.

Although CFD analysis results are not accurate (which certainly are not), if used to compare a prototype to another, always to be analyzed in the same simulation conditions.
With the results passed to the wind tunnel and finally to track testing, which are the only real.
The tunnel also provides exact solutions, depends on how well it has been designed and built.

The advantage of CFD is that you can simulate without building anything. The tunnel needs the tunnel itself and at least scale models (1:1 scale if better since dimensional analysis is not accurate).

As computers every day have better performance can be made more accurate meshes, improving outcomes. Also improve the charge of solving mathematical models and get more accurate results. Besides (being a team) can compare the results of CFD with reality and modify the results obtained by CFD correction factors, which may be a simple constant (for example multiply the results of the CFD 0.8) or a variable that is a function of speed and / or area Ayz and get results more in line with reality.

The next prototype F1, F2 Like, just change the length: 0.5 meters is smaller.

Aerodynamic results are almost the same, but the mass balance (not studied here) it can vary from one prototype to another. The longest allows better distribution of mechanical parts (put most or least element, as there is more space, as interest for the mass balance), but by being longer, more difficult to overtake, as you have to beat rival 0.5 meters more …

Como diseñar un formula 1

Como diseñar un formula 1

A Caracteristicas F1

A Caracteristicas F1

A Caracteristicas F2

A Caracteristicas F2

Como diseñar un formula 1

Como diseñar un formula 1

Comparativa de los prototipos:

Comparativa de Alerones:

Vemos que cualquier prototipo con el DRS Abierto se comporta igual  con  los 2 tipos de alerones  traseros  en cuanto a Velocidad  máxima, pero en el paso por curva gana el Airfoil Doble GOE 462  tanto con DRS Abierto como Cerrado.

En el único apartado que gana el alerón Doble S Suave es en Velocidad máxima con el DRS Cerrado.

Comparativa de Prototipos (tienen el mismo motor y distinto diseño aerodinámico):

El F gana por poco en Velocidad máxima  y pierde por bastante en paso por curva .

El F2 gana por poco en todos los aspectos al F1 (F2 = F1  excepto que F2 es 50 cms más largo).

Comparison of the prototypes:
Comparison of spoilers:

We see that any prototype with Open DRS behaves the same with the 2 types of rear spoilers as to maximum speed, but cornering wins Double Airfoil both DRS GOE 462 Open to Closed.

The only section to win the Double S Mild spoiler is in maximum speed with DRS Closed.

Comparison of Prototypes (they have the same engine and aerodynamic design different):

The F wins narrowly in maximum speed and loses pretty in cornering.

The F2 wins narrowly in all respects to the F1 (F2 = F1 except that F2 is 50 cm longer).

Comparativa Prototipos

Comparativa Prototipos


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