Diffúzor

Az aerodinamika szinte a legfontosabb eleme egy modern forma-1-es autónak. A fejlesztési költségek jelentős része az autó körül, alatt és fölött haladó levegő irányítására megy el. A légáramlás nemcsak azért fontos, hogy leszorító erőt hozzunk létre, miközben a lehető legkisebb légellenállási együtthatót keressük. A levegő hűt egy sor rendszert, köztük a fékeket, a motort és a váltót.

Az új diffúzorok kialakításával az FIA-nak az volt a szándéka, hogy minimalizálja az autó mögötti légörvényeket. Ezzel azt szerették volna elérni, hogy a versenyzők közelebbről követhessék egymást, így növeljék az előzések számát.

A diffúzor az aerodinamika egyik legfontosabb eleme, a leszorító erő durván harmadát biztosítja. Csatornákból áll, melyek fő funkciója, hogy a padlólemez alatt áramló magas sebességű, alacsony nyomású levegőt irányított, kontrollált formában vezessék ki az autó alól anélkül, hogy légellenállás váltana ki. Fölemeli és megvezeti az autó alja alól érkező levegőt; leszorítóerőt kelt. Hátsó szárnnyal kombinált hatása leginkább esőben látható, mikor az autók látványos “kakasfarkat” húznak maguk mögött.

A diffúzornak két alapvető feladata van.
Az első, az úgy nevezett “Venturi Effect”. A lényege, hogy a légáramlás sebessége gyorsabb, amikor az áthalad a diffúzoron, ami ezt szűkebb úton tereli tovább (összehúzza). Ez csökkenti a légnyomást, ami így a föld felé “szívja” az autót, leszorító erőt generálva.
A másik feladata az, hogy a levegőt kiszorítsa az autó alól. A levegőnek ez a gyors áramlása csökkenti az olyan levegőmolekuláknak a rétegét, amik hozzátapadnak az autó testéhez, és így növeli a leszorítóerőt.

A leszorító erő egyik forrása a kocsi alatt futó légáramlás, főképp a kocsi hátsó részén. A földközeli áramlást gondosan elvezetik a padlódeszka alatt és körül. Ez az áramlás, a kocsi és az út közötti szűk helyen a venturi hatás miatt felgyorsul. Innen a kocsira szerelt hátsó diffúzor gyorsítja fel a levegőt. A diffúzor alakja határozza meg a kocsi alatt lévő hely méretét, és alakítja a levegő űrtartalmát. Mint ahogy a repülők szárnya, az alacsony nyomású levegőt felgyorsítva alakít ki emelő erőt a domború felszínen, a diffúzor az ellenkező módszerrel gyorsítja fel a levegőt a kocsi faránál: egyszerűen kihúzza a levegőt a kocsi alól. Ez a szívó erő a légellenállás büntetése nélkül hoz létre leszorító erőt, ezért nagyon hatékony. Az alacsony nyomású leszorítás úgy nő, ahogy a hasmagasság csökken. Ezért arra törekednek, hogy a kocsi minél közelebb legyen a földhöz anélkül, hogy a padlólemez elkopjon. A hasmagasságot elsősorban a rugó utak határozzák meg, amelyek méretét a vezethetőség szerint állítják be. Emellett a hasmagasságot a felfüggesztés tolórúdjánál (push-rod) finomhangolják.

Hogyan is működik a diffúzor?

A levegő, mint minden gáz-halmazállapotú anyag a lehető legjobban kihasználja a rendelkezésre álló teret. Ha egy egységnyi térfogatú gáz kitágul, nyomása fordított arányban csökken (kétszer akkora tér esetén a nyomás épp fele az eredetinek). A diffúzor működése pont erre a törvényszerűségre épül.
Az első szárny és az oldalsó terelőelemek által „befogott” légáramlatok bizonyos hányada a versenyautó alá kerül, mely az autó alján kialakított síkfelületű lemez alatt megtett utat követően (irányítottan) a diffúzorba áramlik. Ez az elem lényegében az alváz végének felhajlításával „készül”, melyet függőleges lapokkal lehatárolnak. Az egész szerkezet alsó vonala az alváz síkjának meghosszabbítása. Ezzel a kialakítással a diffúzor mellett elhaladó levegő nem tud abba beáramolni, csak és kizárólag az autó alól távozó légáramlat távozik azon.
Ebben a csaknem zárt térben – mely a levegőnek nagyobb teret biztosít – a távozó gáz nyomása lecsökken, sebessége megnő. Ezek után talán egyértelmű, hogy az autó felett és alatt áramló levegő közötti nyomáskülönbség (a felül nagyobb, alul kisebb nyomás) a szó szoros értelmében az aszfalthoz szívja a versenyautót. Tehát a kitáguló, s megváltozott nyomású levegő által képzett ellentétes irányú erők egy az egyben kihúzzák a légáramlatot az autó alól, mellyel a szívó mellett gyorsító hatást is kifejtenek. Nem véletlen hát, hogy a képzett – tulajdonképp – leszorítóerő (ráadásul légellenállás nélkül fellépő leszorítóerő) igencsak hatékony eszköze az aerodinamikai jellemzők alakításának.

Amikor a diffúzort tervezik, a csapatoknak az a célja, hogy maximalizálják azt a területet, amelyben a diffúzort használhatják.
Kihasználva a szabályban megadott szélességet és magasságot, a dupla fedeles diffúzorok egy plusz szintet használnak a diffúzor szerkezetében. Ez nem csak megnöveli a leszorítóerőt a diffúzor területén, de  sokkal egyenletesebben stabilizálja az autót.

A Technikai Szabályzat kimondja, hogy az autó padlója nem tartalmazhat lyukakat és kivágásokat. A megoldás egy diffúzor a diffúzorban. Az alsó rész megfelel a szabályban foglaltaknak, míg a felső alulról nem látható, mivel az alsó eltakarja. A diffúzor második szintje egy rést alkot az autó padlójában, a padlólemez és a referencia sík között. Így az új második elem, valamint a levegőáramoltatás is megfelel a szabályzatnak. Ezt a kiskaput használta ki a Toyota, a Williams és a Brawn a 2009-es év elején.  Ekkor a 2008-as évhez képest változtak a diffúzor méretére vonatkozó szabályok. A diffúzor paramétereit az előző években használtakéhoz képest megváltoztatták: a hátsó tengelynél kezdődhet, és legfeljebb 350 mm hosszú lehet. Maximális szélessége 1000 mm, magassága pedig a referenciasík fölött 175 mm. Vagyis a diffúzort dobozba zárták ezekkel az oldalhosszúságokkal, ami nagyfokú hasonlóságot hozott: a Renault, a Ferrari vagy a McLaren megoldása például ránézésre alig különbözik egymástól.

Az alábbi képeken jól látszik a szabályok eltérő értelmezése a diffúzorok kialakításában:
A fent említett három csapat a 175 mm-es maximális magasságot kerülte meg, vagyis kitört a dobozból, és nagyobb térfogatú csatornákkal javította fel a diffúzor hatékonyságát. Egyrészt kihasználták a Technikai Szabályzat ide vonatkozó pontját (3.10.5), amely lehetővé teszi, hogy a középső 150 mm-en, a hátsó ütközőstruktúra körül extra aero-elemeket építsenek ki. A rivális csapatoknál ez még nem is okozott volna akkora ellenállást a diffúzor kialakításával kapcsolatban. A vita fő oka az a kiskapu volt, hogy a diffúzorra vonatkozó előírások “alulról látható elemekként” vannak definiálva a szabályzatban. Ezt úgy játszotta ki a Brawn-Williams-Toyota hármas, hogy a diffúzor elülső felülete nem kapcsolódik össze a padlólemez aljával, hanem a padlólemez hátranyúlik a diffúzor fölé, és extra felületet, újabb csatornát hoz létre. A riválisok főleg ezt a kialakítást ellenezték és tartották illegálisnak.
Miután az FIA illetékesei nem találták szabálytalannak a dupla diffúzort, a többi csapat kényszerült olyan helyzetbe, hogy be kell ezt a szerkezetet építenie az autójába. Tesztkorlátozások életbe lépésével ez nem volt egyszerű feladat, hisz így csak a szélcsatornákban (itt is csak az autó maximum 60%-os modelljét használva) és a pénteki szabadedzéseken tudtak az újításikat kipróbálni, tesztelni.
A legnehezebb problémával a Ferrari találta magát szembe, mivel az új diffúzorhoz teljesen át kellett alakítaniuk az autó hátsó részét.  A fejlesztések folyamatosan  érkeztek, már a negyedik futamon egy módosított diffúzort használtak.
A legutolsó fejlesztését (diffúzor terén) a Ferrari Valenciában mutatta be az új. Ebben a diffúzorban egy szélesebb központi részt alakítottak ki, hogy nagyobb leszorító erőt érjenek el az autó hátsó részén.
Mivel, a tervezésből kifolyólag, ez sem hozott megoldást a problémáikra, így már idény közben úgy döntöttek, hogy teljes mértékben az idei évi autó fejlesztésére koncentrálnak.
A diffúzor-ügy másik nagy vesztese a McLaren-Mercedes sem tétlenkedett a fejlesztésekkel. Ők nem a “stratégiai innováció” módszerét választották, mint a Ferrari, hanem folyamatosan fejlesztették az autót az év végéig. Így nehezebb is kiemelni a fontosabb változásokat a diffúzorukban, de egy érdekes tesztelési módszerüket mindenképpen érdemes megfigyelni. Mint ahogyan a képen is látható, szó szerint egy rácsot rögzítettek a diffúzorukra, amelyben érzékelők vannak, így könnyebben tanulmányozhatták a diffúzornál megjelenő légáramlatokat.
Az egész 2009-es évben gyorsnak és bajnokesélyesnek tűnt a Red Bull csapata. Ők is diffúzor nélkül kezdték az évet, ennek ellenére már ekkor is igen versenyképesek voltak. Adrian Newey elmondta, hogy ha nem használnának ők is dupla-diffúzort, akkor hamar lemaradhatnak a többiektől, így ők is beépítették a szerkezetet az autójukba. Az illusztráció az Red Bell RB5-ös versenygépének a padlólemez és a diffúzor kialakítását mutatja. A kék nyilak a levegő áramlását mutatják a speciálisan kialakított padlólemez és a diffúzorba vezető nyílások között. Az autó alatt végigfutó levegő ezeken a nyílásokon van elvezetve a diffúzor belseje felé. Legnagyobb feladata a hosszú egyenesekben és a nagy sebességű kanyarokban van.
Habár a 2010-es évre pontosították a diffúzorokra vonatkozó előírásokat, biztos, hogy az idei évben is több érdekes kialakítással találkozhatunk majd. A legtöbb csapat még a tesztek alkalmával is – amennyire lehet – “rejtegeti” a diffúzorát illetve sok csapat nem is a végleges diffúzorát használja.
A 2009-es évben a Ferrari csapata leszerződtetett két, korábban a Toyotánál dolgozó szakembert: Luca Marmorini – aki már volt a Ferrari alkalmazottja – a Motor- és Elektronikai Részleg vezetője lett, míg Giuseppe Azzollini a CFD (Számítógépes Áramlásdinamikai) Részlegéhez csatlakozott. Ő és Nikolas Tombazis, aki a csapat főtervezője együtt fejlesztették ki az idei évi diffúzort, ami a hírek szerint még nem a végleges változat. A radikális megoldás abban valósul meg, hogy a diffúzor végén kialakítottak egy körülbelül A/3-as lap méretű “lyukat”, ami extra leszorító erőt generál. Noha már az ilyen kialakítású diffúzort használják, a véglegesített és tovább fejlesztett változatot csak a barcelonai teszten, vagy az első futamon fogják alkalmazni.
A 2010-es diffúzorok kialakítása:
Ferrari: McLaren-Mercedes:
Mercedes GP: Red Bull:
Sauber: Toro Rosso:
Virgin: Williams:
Renault:
A diffúzorok ügyében újabb változást helyeztek kilátásba a csapatok: a technikai vezetők nemrég megegyeztek abban, hogy 2011-től nem használják a dupla-diffúzorokat. Mivel a tavalyi évben bevezetett aerodinamikai szabálymódosítások nem hozták meg a várt hatást és nem lett egyszerűbb az előzés, a FOTA tagjai javaslatokat tettek a változtatásokra a Nemzetközi Automobil Szövetségnél.Egyes értesülések szerint az FIA Technikai Munkacsoportja már ülésezett, ahol jóváhagyták az emeletes diffúzorok használatának betiltását, amely szabály  a 2011-es évadtól lép életbe. Úgy tudni, hogy ennek megfelelően módosítanak az aerodinamikai szabályzaton is, amely előírja, hogy a padlólemeznek egy egybefüggő sík felületet kell alkotnia. Ezzel megakadályoznák, hogy kétféleképpen lehessen értelmezni a szabályokat.

About admin

MINDEN VÉLEMÉNY SZÁMÍT!