Aerodinamika

Az elmélet

Az aerodinamika a levegő mozgásának tanulmányozása, főképp akkor van szerepe, amikor a levegő és egy ugyancsak mozgó tárgy hatnak egymásra. A levegő a tárgy körül történő mozgásának megértése teszi lehetővé a fellépő erők kalkulációit, mint amilyen a légellenállás vagy a felhajtó- és leszorítóerő.

Ha tisztában vagyunk azzal, hogyan ébrednek ezek az erők, képesek vagyunk ezeket növelni vagy csökkenteni annak érdekében, hogy a tárgyunk úgy viselkedjen, ahogyan azt akarjuk. Az aerodinamika megértésének köszönhető például, hogy a tíz tonnás Thrust SSC szárazföldi sebességrekorder jármű 1228 kilométer/órás sebességnél is az úton maradt, míg egy 400 tonnás Boing 747 felemelkedik 290-es sebességnél.

Technológiailag valahol a Thrust SSC és a 747 között helyezkedik el egy World Rally Car, aminek úgyszintén megvannak a komplex mérnöki kihívásai.  És hogy 210 kilométer/órás sebességnél meg tudjanak birkózni a rali világbajnokság változatos feltételeivel, az összetevők egy döntő fontosságú része, hogy a mérnökök tudják, hogyan használják ki a legjobban az autót érő légáramlatokat. „A ralisportban három dologra használjuk ezt: hűtésre, a légellenállás csökkentésére és a leszorítóerő előállítására” – mondja a BP Ford Abu Dhabi Team technikai igazgatója, Christian Loriaux, aki a Ford Focus RS WRC 08-at is tervezte.

Hűtés

Mint ahogyan az összes World Rally Car esetében, a levegő a Ford Focus RS WRC 08-nál is egy sor ventilátoron és nyíláson megy keresztül az autó elején, hogy a mechanikus részeket hűtse. A hűtés zömét a levegő végzi a két széles, egymás feletti vízszintes belépőnyíláson keresztül, rögtön a rendszám felett beáramolva.

„Az alsó nyílás három hűtőhöz visz levegőt, a motoréhoz, a váltóéhoz és a kormányszervó rendszeréhez” – magyarázza Loriaux. „A felső nyílás a turbófeltöltő intercoolerhez van. A turbó nagy töltést és hőt ad, emiatt kell hűtenünk a levegőt.”

„A hűtőrendszer nagyon komplex. Az intercoolert felülre, a többi hűtőt pedig alulra téve megpróbáltuk a súlyt levinni és a tömegközéppontot a lehető legalacsonyabban tartani.”

Amint a levegő túljutott a hűtőrendszeren, azt a motorháztető tetején található két szögletes nyíláson keresztül elektromos ventilátorokkal űzik ki. „Teljesen becsatornáztuk a rendszert, így a légáramlás nem jut be a motortérbe. Ezzel némi hasznot húztunk a leszorítóerőben és csökkent a légellenállás is” – mutat rá Loriaux.

Az országúti társával ellentétben a Focus World Rally Car hűtőrácsának nagy része le van fedve a lökhárító felett, a Ford jeltől balra lévő terület tisztán azért van, hogy a levegőt a motor beömlőjéhez irányítsa. „A torlónyomás hatását próbáljuk itt alkalmazni, az autó sebességét felhasználva bepréselni a levegőt az airbox-ba. Az airbox nagyobb nyomása nagyobb erőt jelent” – mondja Loriaux.

A légellenállás csökkentése

A járművek légellenállásának nagysága azok homlokfelületétől, annak nagyságától függ. A World Rally Car-okra vonatkozó szabályok korlátozzák a karosszériákra vonatkozó módosításokat, ami miatt nehéz drámai változásokat előidézni egy raliautó légellenállásában. Máshogy fogalmazva, a mérnökök az utcai autó karakterisztikájától függnek.

„Amit tudunk, hogy megpróbáljuk lefaragni azt és a lehető leghatékonyabbá tenni a levegő tovahaladását” – mondja Loriaux. „A hűtőrendszert kivezető csatornákkal ellátva csökkenthetjük például a légellenállást, ami nagyobb végsebességet és alacsonyabb üzemanyag fogyasztást eredményez.”

A raliautó tetőszellőzője hatással van a légellenállásra, Loriaux ugyanakkor állítja, ez még mindig kedvezőbb más alternatívákhoz, mint például a csatornákkal ellátott ventilátorhoz képest. „A tény az, hogy ezt tartottuk hatékonynak. Friss levegőt kapunk por nélkül, és jó szolgálatot tesz a versenyzők hűtésében” – mondja a Ford főtervezője.

Leszorítóerő

A leszorítóerő egy lefelé irányuló nyomás, ezt az autó aerodinamikai karakterisztikája állítja elő, ez szorítja a kocsit az úthoz és növeli annak tapadását. Ugyanazt az alapelvet használja ki fordítva, mint ami a repülők felszállását teszi lehetővé, amikor azok szárnya alatt felhajtóerő keletkezik.

A leszorítóerő a rali világbajnokságon a ’80-as évek közepén, a B csoportos érában volt a csúcsán, mikor az olyan autókat, mint a Peugeot 205 T16-ot vagy az Audi Sport Quattro S1-et különféle spoilerekkel, splitterekkel és hatalmas szárnyakkal szerelték fel, amiket azért terveztek, hogy a kocsit az úton tartsák. Amikor azonban a B csoportos autókat száműzték, a legtöbb, leszorítóerőt generáló eszközt is betiltották.

Onnantól kezdve a szigorú technikai szabályozások lényegesen korlátozzák a raliautókon elérhető leszorítóerő nagyságát. A jelenlegi előírások adnak azonban némi mozgásteret, hogy a mérnökök néhány területen növelhessék a leszorítóerőt.

„A két hely, ahol leszorítóerőt szeretnénk, az az autó eleje és hátulja” – magyarázza Loriaux. „Elöl azzal  érünk el egy kis leszorítóerőt, hogy a légáramlás keresztülmegy a hűtőrendszeren, átjut a motorháztetőn, majd hátrafelé távozik. A lökhárítón is van néhány elemünk, ami szélesebbé teszi azt és némi lefelé irányuló erőt generál. A trükk az, hogy minél nagyobbá tegyük ezt anélkül, hogy légellenállást generálnánk azzal. Ez egy nehéz dolog.

A kocsi hátsó részén ott van a szárny. A méretét és a pozícióját is meghatározzák a szabályok, de emellett nagyon sok tesztet végeztünk vele szélcsatornában, hogy megpróbáljuk kihozni a leghatékonyabb formát; minél nagyobb leszorítóerőt létrehozni a lehető legkisebb légellenállással.”

A World Rally Car egyik különleges tulajdonsága, hogy sok időt tölt keresztbe menve. „Emiatt nem csak egyenes vonal mentén kell az aerodat nézned, de nagyon fontos az is, hogy arra is figyelj, amikor van egy kis oldalcsúszás” – mondja Loriaux. „Ez a fajta gondolkodás a Forma-1-ben is fontos, de kisebb mértékben.”

Az olyan elemeket, mint amilyenek a World Rally Car hátsó szárnyának függőleges elemei, éppen arra tervezték, hogy az oldalcsúszások alkalmával is fenntartsák a leszorítóerőt.

Andrew