How Design Formula One

Alerones Airfoils F1


Alerones Airfoils :

Aleron F1 Airfoil GOE 462 Cp vs α

Aleron F1 Airfoil GOE 462 Cp vs α

Las fuerzas aerodinámicas en un sólido en general y en un perfil alar (alerón), en particular, son:

FD = CD Pd             siendo          FD, fuerza Drag de arrastre                Pd, presión dinámica     CD, coeficiente Drag de arrastre

FL = CL Pd              siendo          FL, fuerza Lift de sustentación              Pd, presión dinámica     CL, coeficiente Lift de sustentación

Pd = ½ ( ρ v2 )  siendo          ρ, densidad del aire       v, velocidad relativa entre el aire y el sólido

FD = CD Pd = CD ½ ( ρ v2 )

FL = CL Pd = CL ½ ( ρ v2 )              jasf1961@wordpress.com

CD = f (forma, ángulo de ataque, espesor/cuerda, Nº Reynolds)                 CD = f (forma, α, t/c, Re)

CL =  f (forma, ángulo de ataque, espesor/cuerda, Nº Reynolds)                 CL = f (forma, α, t/c, Re)

CD  y  CL      dependen (son función) de la forma del sólido, del ángulo de ataque α de la v (velocidad relativa entre el aire y el sólido), del t / c espesor/cuerda del sólido, del Nº Reynolds, de la rugosidad del sólido,…

La relación EA = CL / CD = FL / FD = Lift / Drag = Sustentación / Arrastre      se llama Eficiencia Aerodinámica. Cuanto mayor sea mejor.

Re = ρ v c / μ     siendo       Re, Nº Reynolds              ρ, densidad del aire       v, velocidad relativa entre el aire y el sólido

c, cuerda                             t, espesor                            μ, viscosidad dinámica del aire

Dado que la mayoría de estos parámetros,  ρ  v  μ  no los podemos cambiar,

básicamente, solo podemos jugar con:

el ángulo de ataque        α

y la forma del monoplaza o del alerón.

Vamos a optimizar alerones: ángulo de ataque (Pitch Angle), Tamaño, Forma,..

Utilizamos sofware CFD, y como variables Cuerda (Chord), Espesor (t).

Los coeficientes típicos son: de arrastre CD y de sustentación CL medidos en base al área en planta Axz, mientras que en mecánica (en automóviles) se suele emplear el coeficiente de arrastre CX medido en base al área frontal Ayz.

Si bien CX es distinto de CD,     CX = f (Ayz)   CD = f(Axz)

las relaciones de la Eficiencia Aerodinámica  Ea = CL / CD = FL / FD

son independientes del área empleada para el cálculo.

Spoilers Airfoils :

We will optimize spoilers: angle of attack (Pitch Angle), Size, Shape, ..

We use CFD software and String variables (Chord), thickness (t).

Typical ratios are: CD drive and lift CL measured based on the plan area AXZ, while mechanical (for cars) usually employ the drag coefficient CX measured Ayz frontal area basis.

While CD differs CX, CX = f (Ayz) CD = f (AXZ)

relations Aerodynamic Efficiency Ea = CL / CD = FL / FD

are independent of the area used for the calculation.

Lift and Drag

Lift and Drag

 Vamos a comparar dos alerones traseros DRS:

jasf1961 F1 Alerones Formas

jasf1961 F1 Alerones Formas

jasf1961 F1 Alerones Formas 2

jasf1961 F1 Alerones Formas 2

Cálculo del Angulo de Ataque Pich Angle Optimo

A1 Aleron Angulo Ataque 1

A1 Aleron Angulo Ataque 1

A partir de un ángulo (entorno a 10º  – 20 º dependiendo del perfil aerodinámico) el alerón entra en pérdida (stall): disminuye FL mientras que FD aumenta (lo contrario de lo que queremos). En los aviones esta pérdida de sustentación brusca hay que evitarla como sea y por eso no apuran tanto el ángulo de ataque (Pitch Angle).

Eficiencia Aerodinámica Ea Alerones Airfoils

Eficiencia Aerodinámica Ea Alerones Airfoils

A2 Airfoil Pich Angle Tamaño

A2 Airfoil Pich Angle Tamaño

Aunque  según el análisis dimensional CL, CD, EA no deberían cambiar con la velocidad, según el análisis CFD sí cambian…

Análisis Dimensional   distintos medios y distintas escalas geometricas

Análisis Dimensional distintos medios y distintas escalas geometricas

Cálculo de la forma Optima   introducimos varias formas llamadas 3a1, 3a2, etc y hacemos el Análisis Dinámico de Fluidos Computerizado ( Computer Fluid Dynamics CFD )

A3 Aleron  Forma 1

A3 Aleron Forma 1

A4  Aleron Forma 2

A4 Aleron Forma 2

Cálculo del Angulo de Ataque con DRS CERRADO y ABIERTO, para dos alerones distintos D G 462 y un airfoil de diseño propio:

A5  Aleron D G 462 DRS Cerrado

A5 Aleron D G 462 DRS Cerrado

A6 Aleron D G 462 DRS Cerrado Abierto

A6 Aleron D G 462 DRS Cerrado Abierto

Eficiencia Aerodinámica Ea Alerones Airfoils DRS

Eficiencia Aerodinámica Ea Alerones Airfoils DRS

A7 Aleron D G 462 DRS Cerrado Abierto

A7 Aleron D G 462 DRS Cerrado Abierto

Obtenemos valores parecidos para ambos perfiles en cuanto a Eficiencia Aerodinámica, pero distintos en cuanto a Fuerzas FL y FD ( Sustentación y Drag ). Dependiendo del tipo de circuito (alta/baja velocidad) interesará más un perfil u otro.

Airfoil D G 462 DRS Cerrado Abierto

Airfoil D G 462 DRS Cerrado Abierto

 

Enlaces de interés:

Búsqueda y optimización Airfoils de perfiles alares:

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

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