Pelkän rungon downforce

[Toni_V]

Paitsi, että mietitäänpäs hetki, mikä sitä siipeä taivuttaa. Siipeä taivuttaa ilmamolekyylien muodostaman paineen aiheuttama voima. Ja koska paine kasvaa nopeuden neliössä, kasvaa myös siipeä taivuttava voima nopeuden neliössä. Siiven taipumisvastukseen voivat suunnittelijat vaikuttaa eri materiaaleilla ja eri valmistustavoilla, mutta muutoksien suhde on silti nopeuden neliössä.

Jos haluat liikuttaa jotain, aina tarvitaan voimaa.

Huh, olipas lähellä, että olisin kääntynyt teidän kannalle tässä asiassa. Tuli todistettua, että hiihtolenkki virkistää mieltä, ...

Kannattaa jättää hiihtolenkin hemohessit ja muut mömmöt vähemmälle niin kirkastuu mieli vielä lisää. Taipuvilla siivillä saadaan hyötyä pienemmän ilmanvastuksen ja downforcen muodossa. Eivät ne tallit sellaista muuten väsäilisi koko aikaa. Selitys on tietysti se, että paine kohdistuu suuremmalla nopeudella pienempään pinta-alaan kun se siipi tai lärpäke taipuu.

Vaikka auton aerodynamiikan downforce ei menekään aivan toiseen potenssiin, niin silti uskoisin downforcen puolesta katossa ajamisen olevan ihan mahdollista. Todennäköisesti auton tekniikka saataisiin muuteltua niin että sen puoleen ajaminen olisi mahdollista.

Käytännön seikat ovat tietysti ratkaistavia, vaikkapa miten kattoon lähdetään ajamaan, jossain putkessako? Putken mallisessa radassa ajokorkeus muuttuisi keskellä, runko on kauempana pinnasta ja siten downforcea menetettäisiin. Putken pinta ja käytettävät renkaat määräisivät pitkälti kitkan, tälläisessä kokeessa voitaisiin hyvinkin ajella välikelin renkailla jolloin kitkaa saataisiin hetkeksi enemmän. Yritys olisi joka tapauksessa vaarallinen, koska pomppu tai autorikko voisi irrottaa auton pinnasta ja sitten mentäisiinkin pää edellä lattiaan ja vauhdilla.

 

[Juhis]

Kannattaa jättää hiihtolenkin hemohessit ja muut mömmöt vähemmälle niin kirkastuu mieli vielä lisää. Taipuvilla siivillä saadaan hyötyä pienemmän ilmanvastuksen ja downforcen muodossa. Eivät ne tallit sellaista muuten väsäilisi koko aikaa. Selitys on tietysti se, että paine kohdistuu suuremmalla nopeudella pienempään pinta-alaan kun se siipi tai lärpäke taipuu.

Vaikka auton aerodynamiikan downforce ei menekään aivan toiseen potenssiin, niin silti uskoisin downforcen puolesta katossa ajamisen olevan ihan mahdollista. Todennäköisesti auton tekniikka saataisiin muuteltua niin että sen puoleen ajaminen olisi mahdollista.

Käytännön seikat ovat tietysti ratkaistavia, vaikkapa miten kattoon lähdetään ajamaan, jossain putkessako? Putken mallisessa radassa ajokorkeus muuttuisi keskellä, runko on kauempana pinnasta ja siten downforcea menetettäisiin. Putken pinta ja käytettävät renkaat määräisivät pitkälti kitkan, tälläisessä kokeessa voitaisiin hyvinkin ajella välikelin renkailla jolloin kitkaa saataisiin hetkeksi enemmän. Yritys olisi joka tapauksessa vaarallinen, koska pomppu tai autorikko voisi irrottaa auton pinnasta ja sitten mentäisiinkin pää edellä lattiaan ja vauhdilla.

Voi elämä...

Siis väitätkö ihan vakavasti, että kun siipi taipuu, muuttuu sen pinta-ala pienemmäksi??

Ota vaikka paperilappu käteen ja kääntele sitä, mihin suuntaan haluat. Huomaat, että paperilapun pinta-ala ei muutu mihinkään. Sama pätee siivessäkin.

Siipeä taivuttaessa siiven downforce pienenee, mutta se ei johdu pinta-alan muutoksesta vaan siiven kohtauskulman ja siipiprofiilin pienoisesta muutoksesta. Mutta kaikki muutokset tapahtuvat nopeuden neliössä paineen aiheuttaman voiman takia, joten muutos tapahtuu jo pienemmillä nopeuksilla ja kertautuu nopeuden kasvaessa, aivan kuten jo edellisellä sivulla yritin selvittää.

Siipeä taivuttamalla saatava hyöty muodostuu pienemmän alipaineen muodossa siiven jättöreunalla, koska siiven asennon aiheuttama tyhjiö siiven takana pienenee. Tämän ilmiön seurauksena auton kokonaisvastus pienenee, jonka takia moottorin teho riittää kuljettamaan autoa suurempaa nopeutta. Auton hyötysuhde siis paranee taipuvien siipien seurauksena.

Ikinä en oo mitään mömmöjä käyttänyt, enkä tule ihan heti käyttämäänkään, vaikka treenaankin aika paljon (kt. treenitoikki yleisessä asiakeskustelussa), joten ne ei ole häiritsemässä ajatuksen juoksua.

Jos mä tekisin radan, jolla F1 pääsisi kattoon, olisi se sellainen spiraalinmuotoinen kierukka, joka vääntyy pikkuhiljaa "sivukautta" ympäri. Sama toiseen päähän.

 

[Lonso_567]

Totta, F1:sen kohdalla tuskin nostevoima/vastusvoimasuhde kestää samana, ja se johtuu juuri siitä, että siivet ja muut osat taipuu (enemmän ja vähemmän suunnitellusti) pienentäen vastusvoimaa. En mä olekkaan väittänyt, ettei näin tapahtuisi. Downforce kasvaa silti nopeuden neliössä, vaikka siipi kuinka taipuisi aina sakkauksen rajakulmalle asti, koska paine vaikuttaa siipiä taivuttavasti samassa suhteessa jo alhaisemmillakin nopeuksilla.

Ei kai sitä noin voi sanoa. Ilman muuta siitä, paljonko siipi on tapiunut, riippuu downforce. Ja siiven taipuminen johtuu jäykkyydestä. Tuo on kuin sanoisi että taipumaton ja taipuva siipi tuottaa yhtä paljon downforcea.

Ei ole olemassa mitään tarkkaa kaavaa, joka sanoisi, että ilmanvastus kasvaa nopeuden neliössä. Sellainen kaava vaan sovitetaan mittaustuloksiin ja sillä approksimoidaan voimia.

F1 autoissa on varmaan paljon irronnutta ja pyörteilevää virtausta ja kaava toimii sitäkin huonommin.

 

[Oho]

Voi elämä...
Siipeä taivuttaessa siiven downforce pienenee, mutta se ei johdu pinta-alan muutoksesta vaan siiven kohtauskulman ja siipiprofiilin pienoisesta muutoksesta. Mutta kaikki muutokset tapahtuvat nopeuden neliössä paineen aiheuttaman voiman takia, joten muutos tapahtuu jo pienemmillä nopeuksilla ja kertautuu nopeuden kasvaessa, aivan kuten jo edellisellä sivulla yritin selvittää.

Niin mutta pysyykö siiven hyötysuhde vakiona jos ja kun kerran geometria muuttuu?

 

[WebSlave]

Siis väitätkö ihan vakavasti, että kun siipi taipuu, muuttuu sen pinta-ala pienemmäksi??

Sen otsapinta-ala pienenee, jolloin ilmanvastus vähenee.

 

[Toni_V]

Sanoin että paine vaikuttaa pienempään pinta-alaan, en sitä että pinta-ala muuttuisi. Parempi ilmaisu olisi ollut tuo Webslaven heittämä otsapinta-ala. Siiven kohtauskulmanakin asian voisi ilmaista, mutta siipi lienee jossain kiinni ja kohtauskulma on erilainen eri kohdin. Noh, onhan se tietysti muutenkin...

Vaikka kaavoissa on v^2 niin se vain tarkoittaa että siipi samassa asennossa käyttäytyisi niinkuin luulet. Mutta tässähän itse siipi on erilainen eri nopeuksissa joten kaavan lähtöarvot eivät muutoin ole samat.

Samanlaiset siivet tuottavat saman ilmanvastuksen ja downforcen vaikka toinen siivistä olisi paikallaan eri muotoinen, ts. joustava. Ymmärtänet asian jos hetken sitä pohdit.

 

[formulastara]

Ööh, ei, koska silloin ei ole autoa liikkeessä pitävää voimaa, koska renkaat ovat ilmassa.

No mutta jos laittais sen propellin sinne perään ja siivet ylösalaisin? Saattas olla hiukka epävakaata menoa, kun diffuusori ja venturi tökkii vastaan.

 

[Lonso_567]

Sen otsapinta-ala pienenee, jolloin ilmanvastus vähenee.

Olennaisesti myöskin kohtauskulma pienenee.

 

[formulastara]

Kannattaa jättää hiihtolenkin hemohessit ja muut mömmöt vähemmälle niin kirkastuu mieli vielä lisää. Taipuvilla siivillä saadaan hyötyä pienemmän ilmanvastuksen ja downforcen muodossa. Eivät ne tallit sellaista muuten väsäilisi koko aikaa. Selitys on tietysti se, että paine kohdistuu suuremmalla nopeudella pienempään pinta-alaan kun se siipi tai lärpäke taipuu.

Vaikka auton aerodynamiikan downforce ei menekään aivan toiseen potenssiin, niin silti uskoisin downforcen puolesta katossa ajamisen olevan ihan mahdollista. Todennäköisesti auton tekniikka saataisiin muuteltua niin että sen puoleen ajaminen olisi mahdollista.

Käytännön seikat ovat tietysti ratkaistavia, vaikkapa miten kattoon lähdetään ajamaan, jossain putkessako? Putken mallisessa radassa ajokorkeus muuttuisi keskellä, runko on kauempana pinnasta ja siten downforcea menetettäisiin. Putken pinta ja käytettävät renkaat määräisivät pitkälti kitkan, tälläisessä kokeessa voitaisiin hyvinkin ajella välikelin renkailla jolloin kitkaa saataisiin hetkeksi enemmän. Yritys olisi joka tapauksessa vaarallinen, koska pomppu tai autorikko voisi irrottaa auton pinnasta ja sitten mentäisiinkin pää edellä lattiaan ja vauhdilla.

Eikös olis kätevä lähteä ajamaan ylösalaisin niin kuin niissä autoratasilmukoissa. Erona vaan se, että silmukka olisi puolikas, ja jatkuisi lakipisteestään tangentin suuntaan? :idea:

 

[formulastara]

Voi elämä...

Siis väitätkö ihan vakavasti, että kun siipi taipuu, muuttuu sen pinta-ala pienemmäksi??

Ota vaikka paperilappu käteen ja kääntele sitä, mihin suuntaan haluat. Huomaat, että paperilapun pinta-ala ei muutu mihinkään. Sama pätee siivessäkin.

Siipeä taivuttaessa siiven downforce pienenee, mutta se ei johdu pinta-alan muutoksesta vaan siiven kohtauskulman ja siipiprofiilin pienoisesta muutoksesta. Mutta kaikki muutokset tapahtuvat nopeuden neliössä paineen aiheuttaman voiman takia, joten muutos tapahtuu jo pienemmillä nopeuksilla ja kertautuu nopeuden kasvaessa, aivan kuten jo edellisellä sivulla yritin selvittää.

Siipeä taivuttamalla saatava hyöty muodostuu pienemmän alipaineen muodossa siiven jättöreunalla, koska siiven asennon aiheuttama tyhjiö siiven takana pienenee. Tämän ilmiön seurauksena auton kokonaisvastus pienenee, jonka takia moottorin teho riittää kuljettamaan autoa suurempaa nopeutta. Auton hyötysuhde siis paranee taipuvien siipien seurauksena.

Ikinä en oo mitään mömmöjä käyttänyt, enkä tule ihan heti käyttämäänkään, vaikka treenaankin aika paljon (kt. treenitoikki yleisessä asiakeskustelussa), joten ne ei ole häiritsemässä ajatuksen juoksua.

Jos mä tekisin radan, jolla F1 pääsisi kattoon, olisi se sellainen spiraalinmuotoinen kierukka, joka vääntyy pikkuhiljaa "sivukautta" ympäri. Sama toiseen päähän.

Eiköhän Juhis meinannut, että siipien otsapinta-ala vähenee niiden taipuessa...

edit. Webslave ehtikin jo ensin...

 

[Otto Hokkanen]

Ykköselle voi kait käydä vähän samaan tapaan kuin sille LeMans mersulle 99:kö se oli.

Tässä lisää lennoista ja niiden syistä:
http://www.mulsannescorner.com/techarticle1.htm

 

[Japp]

Hei, täähän on kuin peruskoulun yläasteen keskustelupalsta!

 

[2Lman]

Siiven kohtauskulman pienennys aina pienentää vastusta sekä nostovoimaa, kun virtaus on laminaarinen. Tätä tavoitellaan taipuvilla siivillä niin paljon kuin sääntöjen porsaanreiät ja FIA sallii

Kyllä F1:ssä suunnittelijat varmasti osaavat perusasiat ilmailun aerodynamiikasta ja tutkijat mitata, milloin yksittäinen komponentti, vaikkapa siipi sakkaa ja mitä tapahtuu vastukselle (Coefficient drag Cd) ja nostovoimalle (Coefficient lift CL).

Jos ette vielä usko, ettei downforce kasva niin rajusti kuin on esitetty, googlatkaa vaikkapa G-sakkaus (G-stall)

Ilmiössä virtaus irtoaa siivestä ja nostovoima katoaa ja samalla vähenee myös vastus. F1:ssä ei ilmiö ole niin raju, koska halutaan lievemmät ja paremmin hallittavat muutokset ja siksi käytetään moniosaisia siipiä sekä kaikenlaisia härpäkkeitä.

 

[Juhis]

Sanoin että paine vaikuttaa pienempään pinta-alaan, en sitä että pinta-ala muuttuisi. Parempi ilmaisu olisi ollut tuo Webslaven heittämä otsapinta-ala. Siiven kohtauskulmanakin asian voisi ilmaista, mutta siipi lienee jossain kiinni ja kohtauskulma on erilainen eri kohdin. Noh, onhan se tietysti muutenkin...

Vaikka kaavoissa on v^2 niin se vain tarkoittaa että siipi samassa asennossa käyttäytyisi niinkuin luulet. Mutta tässähän itse siipi on erilainen eri nopeuksissa joten kaavan lähtöarvot eivät muutoin ole samat.

Samanlaiset siivet tuottavat saman ilmanvastuksen ja downforcen vaikka toinen siivistä olisi paikallaan eri muotoinen, ts. joustava. Ymmärtänet asian jos hetken sitä pohdit.

Et taida olla oikeasti tutustunut aiheeseen ollenkaan, niin lennokkaita on selitykset ja termistö ei ole hanskassa?

Jos pinta-alasta puhutaan siiven yhteydessä, tarkoittaa se siiven kokonaispinta-alaa, ei siiven otsapinta-alaa. Siiven pinta-ala ei muutu missään vaiheessa, mutta siiven otsapinta-ala muuttuu vaikuttaen siiven ja samalla auton muotovastukseen. Kun lasketaan siiven nostovoimaa ja siivelle indusoitunut vastusvoimaa, käytetään samaa pinta-alaa! Siiven nostevoima, vastusvoima ja muotovastus ovat eri asioita, eikä niitä pidä sotkea keskenään!

Kun siipeen vaikuttaa paineen aiheuttama voima, joka kääntää sitä suoremmaksi, muuttuu myös siiven profiili. Jokaiselle siipiprofiilille on määritetty kantovoimakerroin Cd ja vastusvoimakerroin Cw kohtauskulman funktiona. Molemmat arvot ovat siis riippuvaisia kohtauskulmasta. Nämä arvot on tuulitunnelissa kokeellisesti määriteltyjä arvoja, jotka tuulitunnelikokeiden perusteella sijoitetaan lausekkeisiin. Nämä kertoimet ottavat huomioon kaavojen epätarkkuudet. Kun halutaan selvittää siiven taipumisen vaikutusta nostevoimaan ja vastukseen, täytyy ensiksi selvittää siiven aseman muutosnopeus tietyllä voimalla (elikkä kuinka paljon voimaa tarvitaan tietyn matkan liikuttamiseen). Tämä tapahtuu selvittämällä alkuaseman ja loppuaseman erotus ja kaikkien siinä välillä olevien profiilinmuotojen Cd ja Cw -luvut. Näiden tietojen avulla voimme sitten määrittää kertoimen, jolla siipi taipuu ja paljon uudessa asemassa on Cd-kerroin ja Cw-kerroin. Koska paineen voima on muutoksen aiheuttaja, kasvaa muutosnopeus nopeuden neliössä.

Viimeisen kappaleesi ymmärtäminen kyllä vaatii jotain supertulkintakykyä, sillä en saa siitä millään tolkkua. Eli siis samanlaiset siivet tuottavat saman downforcen vaikka toinen on paikallaan erilainen?

Lisätäänpäs vaikka, että mielenkiintoista kirjallisuutta löytyy aiheesta ihan mukavasti. Mulla on suomen ilmailuliiton tekemä suuri lennokkikirja, jossa on asioita kerrottu 300 sivun verran. Kyseiset kirjan asiat on suoraan sovellettavissa F1:seen, viimeistään pienen fysiikan kaavojen pyörittelyn jälkeen.

 

[Juhis]

Siiven kohtauskulman pienennys aina pienentää vastusta sekä nostovoimaa, kun virtaus on laminaarinen. Tätä tavoitellaan taipuvilla siivillä niin paljon kuin sääntöjen porsaanreiät ja FIA sallii

Kyllä F1:ssä suunnittelijat varmasti osaavat perusasiat ilmailun aerodynamiikasta ja tutkijat mitata, milloin yksittäinen komponentti, vaikkapa siipi sakkaa ja mitä tapahtuu vastukselle (Coefficient drag Cd) ja nostovoimalle (Coefficient lift CL).

Jos ette vielä usko, ettei downforce kasva niin rajusti kuin on esitetty, googlatkaa vaikkapa G-sakkaus (G-stall)

Ilmiössä virtaus irtoaa siivestä ja nostovoima katoaa ja samalla vähenee myös vastus. F1:ssä ei ilmiö ole niin raju, koska halutaan lievemmät ja paremmin hallittavat muutokset ja siksi käytetään moniosaisia siipiä sekä kaikenlaisia härpäkkeitä.

Hyvä pointti. :thumbup: Mutta sakkaushan johtuu liian suuresta kohtauskulmasta ja liian hitaasta nopeudesta, joten mä en jaksa millään uskoa, että F1-suunnittelijat, jotka on taatusti meitä kaikkia asiaatuntevampia, suunnittelevat siipiä, jotka sakkaavat vauhdin hidastuessa.

G-sakkaus taas on päinvastainen tila, silloin ajetaan äärimmäisen nopeata nopeutta ja silloinkin täytyy olla kohtauskulma liian suuri. Miten näitä voisi F1:ssä soveltaa, jaa-a? Mielestäni on vaarallista tehdä sakkaavat siivet, ajatteleppa vaikka jotain nopeata mutkaa, jossa yhtäkkiä siivet alkavat sakkaamaan 250 km/h nopeudessa. Siinä on jäpikäinen aika vikkelästi märkänä länttinä ratavallissa.

Mutta siis yhtäkaikki, sakkaukseen tarvitaan aina suurta kohtauskulmaa, eikä F1-autoissa siivet saa liikkua (joojoo taipuuhan ne mutta ei tarpeeksi), että saataisiin aikaiseksi sakkausta tavalla, jolloin siitä olisi jotain hyötyä kierrosajalle. Liian suuri kohtauskulmahan hidastaa menoa...

 

[Toni_V]

Et taida olla oikeasti tutustunut aiheeseen ollenkaan, niin lennokkaita on selitykset ja termistö ei ole hanskassa?

Juu ei, ihan normi järjellä pusketaan. Mitään kaavoja ei tarvita siihen että ymmärtää taipuvan siiven tuottavan vähemmän downforcea(ja ilmanvastusta) kuin jäykän. Kuten jo sanoin unohda hienot kaavat jos et niitä itsekään hallitse ja pohdi asiaa ihan rauhassa. Itse en enempää jaksa asiaa kommentoida.

Vaikea uskoa että aerodynaamisten osien sakkausta haettaisiin, tosin kyllähän sekin toimisi jollain radoilla. Ajoasennon pieni muutos voisi jo riittää, ja se olisi suht. helposti säädettävissä, efekti pitää olla säädettävissä ratakohtaisesti.

 

[2Lman]

Jotain sakkaukseen tai turbulenttiseen ilmiöön kutsuttavaa moniosaisilla siivillä nimenomaan haetaan. Muuten käytettäisiin mahdollisimman puhtaita muotoja, joilla indusoituva vastus olisi pienempi.