S-образный канал на болидах Формулы 1 - это довольно новое аэродинамическое решение, которое используется на болидах с 2012 года. Но не все и не всегда правильно понимают принцип его работы, так что давайте взглянем подробнее.
ПРОБЛЕМА
Когда воздушный поток протекает над поверхностью, он теряет свою энергию, что заставляет поток замедляться и становиться турбулентным или "грязным". Одна из основных областей, где это происходит, находится вокруг переднего крыла и носового обтекателя. Когда воздух проходит через зазор между нижней частью носового обтекателя, верхней поверхностью переднего крыла и внутренними гранями стоек переднего крыла (выделено синим цветом ниже), создается увеличивающийся поток турбулентного воздуха. Что еще хуже, воздух, который воздействует на верхние углы носа, затем ещё сильнее ускоряется и устремляется вниз; добавляя и без того турбулентному потоку силу, и затем устремляется вниз по направлению к днищу.
Когда этот воздушный поток распределяется ниже, он дополнительно нагружает пластины, называемые turning vanes - специальные элементы между боковыми понтонами и внешней частью носового обтекателя, а также дополнительно нагружают переднюю кромку напольного покрытия. Если этот встречный поток турбулентен, аэродинамические характеристики этих деталей значительно снижаются. Таким образом, чем чище команды смогут получить этот поток воздуха, тем большую производительность они смогут извлечь из других аэродинамических элементов, расположенных дальше по корпусу болида.
Аррон Мелвин, глава отдела Аэродинамики команды Haas F1 Team:
Воздушный поток под носом "грязный", что означает, что его скорость снижается. Чтобы оставаться в рамках регламента, необходимо соблюдать определенные размеры носа, но допустимо регулируя эти размеры, вы всё равно сталкиваетесь с тем, что из-за изгибов и дополнительных элементов воздушный поток ведёт себя нестабильно, то ускоряясь, то становясь турбулентным в отдельных местах крыла и носа, что совсем нехорошо для аэродинамики болида.
РЕШЕНИЕ
Чтобы свести к минимуму воздействие этой расширяющегося потока турбулентного воздуха, был разработан S-образный канал. Аррон Мелвин утверждается, что его команда аэродинамики первыми в Ф1 ввели S-образный канал в 2019 году, и им удалось добиться нужного эффекта: грязный турбулентный воздух поглощается S-образными каналами, а затем этот поток вылетает на верхнюю часть шасси, вместо того, чтобы попадать под днище болида. В случае, если это поток всё же уходит под машину, например при отсутствии S-образного канала, то он с меньшей скоростью достигнет дефлекторов перед боковыми понтонами. А при наличии S-образных каналов этот поток проходит через впускные отверстия, попадает в область кокпита пилота и далее пройдёт над боковыми понтонами, тем самым нанеся меньше время аэродинамике.
Моделирование динамики воздушных потоков, созданное в SimScale, прекрасно иллюстрирует поток через S-образный канал. Большая часть встречного потока попадает в переднюю часть носового обтекателя и направляется к кокпиту пилота. Однако часть этого воздушного потока поглощается через впускные отверстия сбоку носа, воздух проходит внутри носа и выходит через выпускное отверстие в верхней части.
Входы для S-образного канала обычно являются каналами NACA. Это тип впуска, который позволяет втягивать воздух с высокой эффективностью и минимальным сопротивлением. Для достижения этой цели каналы NACA обычно располагаются строго параллельно протекающему потоку воздуха.
Теория заключается в том, что форма и конструкция этих каналов NACA производит завихрения, уменьшая статическое давление и повышая эффективность потока на входе. Перед тем как воздушный поток стремится к узкой части канала, он пролетает чуть ниже, как бы проскальзывая внутрь на входе. В то же время воздух, который протекает по краям, смешивается с входными каналами NACA, что вызывает вихрь. Это приводит к образованию двух встречно вращающихся продольных вихрей, которые затем заставляют больше воздуха попадать в канал и проходить через него.
ВЫХОДНОЕ ОТВЕРСТИЕ S-ОБРАЗНОГО ВОЗДУХОВОДА
Как только воздух поступает в каналы NACA на боковой стороне носа, он направляется к выходу из S-образного канала, который расположен в верхней части носа. Этот выход часто может быть принят за устройство, помогающее избежать разделения потока, но это не так. Как мы говорили выше, этот выход просто позволяет турбулентному воздушному потоку, окружающему нос, быть извлеченным из под днища и стать направленным в сторону кокпита пилота, где он нанесет наименьший ущерб аэродинамическим характеристикам автомобиля в целом.
Итак, это довольно сложная конструкция, позволяющая воздуху пройти через весь носовой обтекатель. Но эти каналы должны быть интегрированы в нос таким образом, чтобы он (нос) сохранил свою прочность и соответствовал требованиям для прохождения краш-тестов FIA на аварийную безопасность. Это наиболее вероятная причина, по которой еще не все команды приняли эту технологию, т.к разработка такого решения дело довольно трудозатратное.
И напоследок, давайте взглянем, как выглядят S-образные воздуховоды изнутри:
На этом всё. Оригинальный материал доступен по ссылке: https://www.racecar-engineering.com/tech-explained/f1-s-duct/
Перевёл, адаптировал и дополнил для вас я :)
Подписывайтесь на канал, ставьте лайки, пишите комментарии!
