Aerodynamiikka

[Jensku]

Mie oon avun tarpeessa. Pitäs saaha Formuloitten ilmanvastus laskettuu. Ja oon näköjään täys tampio fysiikassa. Kertokeehan miten laskisitte sen, nii mie tiijän oonko mie yhtään oikeilla jäljillä. Mulla on siinä varsinki se ongelmana et mikä on Formulan otsapinta-ala? Siis esim. jos nopeus on 259,827 km/h, ilmantiheys 1,19 kg/m3 ja ilmanvastuskerroin 1,0. Nii millä kaavalla laskisitte ilmanvastuksen?

Kiitosta jo etukäteen!

 

[Zep]

Suuntaisin kirjastoon, selvittäisin missä VM:n numeroissa -1-4 vuotta taaksepäin- Juha Kivekäs ja Esa Illoinen asioista puhuvat.

Kuinkas tuo otsapinta-ala, olikos se suoraan pinta-ala edestäpäin -jos on, niin varmaan FIA:n sivuilta löytyy sääntöjen maksimi-mitat.

F1:sen aerodynamiikassa aikamoisen ongelman muodostavat pyörivät renkaat, jotka ovat vielä täysin peittämättä. Väittäisin, että ilmanvastuskerroin on yllättävän iso -otetaan vielä siivet huomioon...

 

[Juhis]

Tässä olisi tälläinen peruskaava:

W = Cw * (roo/2) * v^2 * S

W = Vastus
Cw = Kappaleen muotovastuskerroin (kokeellinen)
roo = Ilman tiheys
v = Nopeus m/s
S = Kappaleen poikkipinta-ala

Cw:tä emme luonnollosesti tiedä, mutta näissä laskuissa voi käyttää vaikka puolipallon muotovastuskerrointa 6,3. Pisaralla kyseinen kerroin olisi 1, mutta siihen ei F1-autoissa ylletä millään. Kappaleen poikkipinta-ala elikkä voidaan ottaa laskemalla F1-auton maksimileveys 1,80 m * auton oletettu korkeus 1,0 m = 1,8 m^2. Sitten vain päättämään sopivaa nopeutta ja sijoittelemaan kera laskemisen ilon!

Edit: Kannattaa kuitenkin muistaa, että nämä laskut ovat parhaimmilaankin vain suuntaa antavia, mitä täysin totuudellista ei meidän tiedoilla voida millään laskea. Ainakin muotovastuskerroin pitäisi päästä kokeella toteamaan. Mutta hyviä vertailuarvoja tälläiset laskut antaa ja menee aika mukavasti.

 

[Jensku]

No oon mie sitten ihan oikeilla jäljillä ollu, tuolla kaavalla oon laskenukki, mut tuo muotovastuskerroin minuu vähän ihmetyttää; 6,3? Ku jostain joskun luin että se olis 1,0 paikkeilla. Jos henkilöauton ilmanvastuskerroin on n. 0,25-0,40 nii kyllähän Formulalla voi olla ihan hyvin noin. 1,0?!
Nii no ei nää mun laskutoimitukset oo ku vertailua varten, että ei nää ihan totuutta kerro, mutta kuhan olis sinne päinkää nii olis hyvä. :dunno:

 

[Juhis]

No oon mie sitten ihan oikeilla jäljillä ollu, tuolla kaavalla oon laskenukki, mut tuo muotovastuskerroin minuu vähän ihmetyttää; 6,3? Ku jostain joskun luin että se olis 1,0 paikkeilla. Jos henkilöauton ilmanvastuskerroin on n. 0,25-0,40 nii kyllähän Formulalla voi olla ihan hyvin noin. 1,0?!
Nii no ei nää mun laskutoimitukset oo ku vertailua varten, että ei nää ihan totuutta kerro, mutta kuhan olis sinne päinkää nii olis hyvä. :dunno:

Olet kyllä lukenut väärin sieltä jostakin. Eihän muotovastukseskertoimessa olisi mitään järkeä, jos se pienentäisi ilmanvastuksen kumoamiseksi tarvittavaa energiamäärää, kuten se tekisi jos kerroin olisi alle yksi. Muotovastuskertoimeen 1,0 pääsee vain pisara, joka tunnetusti on aerodynaamisin muoto.

 

[McHaka]

Pisaran kerroin on 0,05. Näitähän löytyy helposti googlella, joten nyt taisi muisti tehdä jollekin tepposet.

Ei ole tainnut ikinä tällaisia laskuja vastaan tulla, mutta mietin tässä nyt kuitenkin, että voisikohan ratkaisua lähteä hakemaan toista kautta. Itselläni tuli mieleen, että voisikohan olla väliä sillä, että tietää kuinka paljon motista välittyy tehoa kumien avustuksella rataan. Pitkällä suorallahan ilmanvastus ja auton radan pintaan välittymä voima selkeästi kumoavat toisensa, minkä johdosta auto ei enää kiihdy tietyn nopeuden saavutettuaan.

En kyllä tosiaan ikinä ole mitään tällaista laskenut, mutta jos tästä oli jotain hyötyä niin ei kai tällainen maallikon kommentti haittaa. Viimeisestä fysiikan luennostakin on aikaa jo yli 7 vuotta.

 

[Jensku]

Nii no tuo ois kyllä toine suunta lähtee sitä laskemaan, pittää taas vähän "kokeilla" että mitä tuloksia sillä tavalla tulee.
Miekin olevinaan gooletin et pisaran kerroin ois 0,05 ja sen takia tuota ihmettelin et pisaralla ois 1,0. No kyllä mie nyt oon jottain saanu aikaseks ja selvittäny nopeuden, ilman tiheyden ja formulan muotoilun merkityksen ilmanvastusta minimoitaessa. wohuu :thumbup:

 

[Razah]

Itselläni tuli mieleen, että voisikohan olla väliä sillä, että tietää kuinka paljon motista välittyy tehoa kumien avustuksella rataan. Pitkällä suorallahan ilmanvastus ja auton radan pintaan välittymä voima selkeästi kumoavat toisensa, minkä johdosta auto ei enää kiihdy tietyn nopeuden saavutettuaan.

Välitykset ne sen nopeuden kiihtymisen tyssää, ei ilmanvastus. Rajoittimeen hakkasi kaikilla Monzan suorilla.

Ilmanvastusta ei voi laskea millään kaavoilla, liikaa tuntemattomia. Suuruusluokkaakin on melko turha arvioida laskujen kautta, kun epävarmuus jää niin suureksi. Suuri se joka tapauksessa on, todella suuri.

 

[JTH]

.
Esim uudelle isolle Lexuselle ilmoitettiin lehtiartikkelissa vastuskerroin 0,26. Ja ihan samoin muut valmistajat ilmoittavat aina alle yhden olevia lukuja.

Formulan vastuskerroin riippuu valtavasti radasta, eli käytössä olevista siivistä ym.

Voimien suuruudesta kannattaa muistaa, että kokonaisilmanvastus kasvaa nopeuden neliöön. Ei ne formulat mitään ääretöntä nopeutta kulje vaikka olisi mitkä välitykset. Esim. se Hondan yritys ylittää 400km/h ei sujunut ihan tuosta vaan. Kyllä siihen töitä tehtiin ja siipiä pienennettiin ym.

 

[pmv]

Oon kyllä eri mieltä, tuosta ettei ilmanvastusta voisi laskea hyvinkin tarkkaan. Periaatteessa jo kun tietää auton huippunopeuden ja tehot niin yhtälö on aivan selvä.Fysiikasta kaaava: Voima=Teho/nopeudella

Eli jos aatellaan, että meillä on 750 hv:n vetopyöräteho(voimansiirron häviöt mukaanluettuna), eli teho on 551 kW ja huippunopeus on 330 km/h, eli 91.7 m/s, saadaan liikettä vastustavaksi voimaksi melko tarkalleen 6000 newtonia. Tässä tieteysti on mukana renkaiden vierintävastus yms. mutta väittäisin että leijonaosa vastuksesta on ilmanvastusta.

 

[Razah]

Paitsi että sen nopeuden määräävät välitykset, kaikilla radoilla taitavat vetää rajoittimelle pisimmällä suoralla. Ja edelleen, vaikka se ilmanvastus on reilusti suurempi kuin renkaiden vierintävastus, niin silti sekin vaikuttaa.

Toki sen ilmanvastuksen voisi laskea jos saisi noita tiettyjä arvoja laskettua/mitattua, mutta kotisohvainsinööri niitä ei mistään saa. Siksi ei myöskään voi laskea tuota ilmanvastusta.

Autonvalmistajat muuten tykkäävät esitellä noita ilmanvastuskertoimia, mutta noissa pitää muistaa ottaa se otsapinta-ala huomioon. Ovat suorastaan harhaanjohtavia nuo pelkät kertoimet.

 

[Razah]

Eli jos aatellaan, että meillä on 750 hv:n vetopyöräteho(voimansiirron häviöt mukaanluettuna), eli teho on 551 kW ja huippunopeus on 330 km/h, eli 91.7 m/s, saadaan liikettä vastustavaksi voimaksi melko tarkalleen 6000 newtonia. Tässä tieteysti on mukana renkaiden vierintävastus yms. mutta väittäisin että leijonaosa vastuksesta on ilmanvastusta.

Jos taas ajatellaan, että pidemmillä välityksillä ja suola-aavikolla se auto ottaakin vautia kyseisillä siipikulmilla 350km/h (97,2m/s), vetopyöräteho onkin 530kW ja renkaiden vierintävastus tuollaisilla kuumilla leveillä liimarenkailla 1kn, niin ollaankin enää 4,5kn ilmanvastuksessa, joka on neljänneksen pienempi arvo.

 

[pmv]

Voi elämän kevät. Eiköhän ne välitykset ole valittu sillä silmällä, että niillä juuri saavuttaa huippunopeuden niillä siipikulmilla jotka on valittu. En ainakaan minä valitsisi välityksiä sillä silmällä, että tietäisin niitten rajoittavan huippunopeutta. Enkä kyllä laittaisi sellaisiakaan välityksiä, että kierroksia jäisi käyttämättä ilmanvastuksen esteässä kiihtymisen.

Varmasti joissakin tiimeissä on vähän väärin laskettu niitä välityksiä, mutta pääpiirteissään näkisin niin, että huippunopeudessa on käytössä koneen koko teho.

 

[pyrydaman]

ne formuloiden suorat kun tuppaavat olemaan rajoitetun pituisia, niin eiköhän se final drive tehdä sillai että se jaksaa vääntää mahdollisimman suuren nopeuden rajoitetulla matkalla. jos siihen taas laitettaisiin ne suola-aavikko välitykset niin se kulkisi radan kyseisellä suoralla ehkä 315.

 

[Juhis]

Nii no tuo ois kyllä toine suunta lähtee sitä laskemaan, pittää taas vähän "kokeilla" että mitä tuloksia sillä tavalla tulee.
Miekin olevinaan gooletin et pisaran kerroin ois 0,05 ja sen takia tuota ihmettelin et pisaralla ois 1,0. No kyllä mie nyt oon jottain saanu aikaseks ja selvittäny nopeuden, ilman tiheyden ja formulan muotoilun merkityksen ilmanvastusta minimoitaessa. wohuu :thumbup:

Mun kaava ja tuo tiedot on suoraan suuresta lennokkikirjasta, jossa on aika kivasti selvitetty noita asioita. Pitää selvittää, miksi kyseinen kirja antaa eri arvoja muotovastuskertoimeksi kuin esim. pikaisella googlettamisella löytynyt artikkeli wikipediassa. Mä oon käyttänyt itse noita kertomiani arvoja ja saanut ihan uskottavia vastauksia.

 

[McHaka]

Laskeskelin kaavoista lähtöarvoilla P = 551 kW, v = 91,7 m/s, S = 1,5 m^2 ja roo = 1,19 kg / m^3 ja sain Cw:n arvoksi melko tarkkaan 0,8. Kuulostaa ihan järkevältä.

Niin siis ratkaisin kertoimen yhtälöstä Cw * roo * v^2 * S / 2 = P / v .

Tässä verkkosivu aiheen tiimoilta: http://www.f1-country.com/f1-engineer/aeorodynamics/aerodynamics.html. Siellä sanotaan F1-autojen muotokertoimen olevan noin 0,83 pinnassa, joten taitaa mennä arviot kaikin puolin kohdalleen.

 

[bigbear]

Voiko Hondan suolatasanko testejä hyödyntää tässä laskennassa? Muistaakseni he saivat rakkineen kulkemaan melkein 400km/h

 

[pyrydaman]

se takasiipi varmaan vaikuttaa muotovastuskertoimeen kans, lisäks niillä oli viimevuotinen pannu.

 

[formulastara]

Harjaantuneempi silmä kykenee kyllä paljaalla silmälläkin näkemään aerodynaamiset heikkoudet/vahvuudet aika hyvin. Voin pistää taas kaikista ensi kaudella esiteltävistä autoista viiltävät analyysit.

 

[Oberfeldwebel]

Harjaantuneempi silmä kykenee kyllä paljaalla silmälläkin näkemään aerodynaamiset heikkoudet/vahvuudet aika hyvin. Voin pistää taas kaikista ensi kaudella esiteltävistä autoista viiltävät analyysit.

Minä kans!