Cuando se diseña un alerón de un F1 en particular, sea un frontal o uno trasero, se intentan 3 cosas:

  • no que tenga la mayor downforce posible, sino que tenga un amplio rango de variabilidad de downforce (también máxima).
  • que tenga la mínima drag o resistencia aerodinámica.
  • que interfiera lo menos posible (o interfiera lo que se quiera) el resto del coche.

Estas son las 3 premisas más importantes en cualquier diseño.

Para las 2 primeras, equivale a decir que tenga la mayor eficiencia (eficiencia=downforce/drag); para ello, es necesario que produzca la máx carga aero con la mín drag; en el caso de un alerón, hace que tenga la máx carga se realiza mediante varios métodos:

  • Multi-element wings.
  • Gurney Flap.
  • Turbuladores.
  • Otros.

En esta ocasión, analizamos el primer método (en otros artículos analizaremos otros).

Dada un ala:

 

Hay un momento que si aumentamos su ángulo de incidencia, la capa límite que hay debajo se separa y pierde por tanto carga aero; esto es malo; hay que intentar que no se separe. Para evitar que esto ocurra, colocamos otro perfil encima, creando un pequeño hueco entre ambos; este hueco, acelera el flujo reduciendo la presión evitando el desprendimiento. Esto significa que ahora podemos dar un mayor ángulo de ataque a nuestro ala para aumentar la carga aerodinámica:

 

Estamos aumentando el ángulo de pérdida del perfil; si añadimos más y más elementos del perfil se generará más carga aerodinámica. Sin embargo, debemos comprobar las normas de cada serie de deportes de motor porque suelen restringir el uso de flaps hasta un número determinado. En la mayoría de las series, sólo se autorizan 2. Podemos utilizar el CFD para probar la posición y el ángulo de los diferentes flaps que forman el conjunto del ala. Un buen punto de partida para seguir optimizando es el siguiente:

– R = 2% de la suma de las cuerdas (de los 2 perfiles).
– G = 2,2% de la suma de las cuerdas (de los dos perfiles) – (2% – 3%).
– El ángulo máximo de la solapa debe ser de unos 25º- 33º.

Otra regla:

Existen muchas reglas de diseño para diseñar un buen y eficiente alerón.

Podemos ir subiendo y añadiendo nuevos flaps aumentando el ángulo de ataque de cada nuevo flap (incluso más de 90º):

Increíble, verdad? parece un ESCORPIÓN ¡¡¡¡¡¡¡¡

¿Dónde está el límite? El límite aparece en el momento en que deja de generarse carga aerodinámica y aumenta la resistencia.
Supongamos el siguiente perfil de ala: ¿es un buen diseño?

La respuesta es no, porque el flujo se desprende rápidamente de la parte inferior, dada la extrema cantidad de gradiente de presión (gradiente geométrico); es decir, el aire no tendrá suficiente energía para recorrer toda la parte inferior. Podemos conseguir mucha más fuerza descendente con menos resistencia dividiendo el ala en diferentes flaps:

Este último diseño tiene una mayor relación de arrastre (L/D), lo que significa que tiene más fuerza descendente y menos resistencia. Este término se denomina a veces eficiencia aerodinámica.
En las alas de los barcos, es común ver alas con 9 o más partes:

 

Es sorprendente: la elevación que es posible crear a través de este método, es increíble.

Se ha intentado evitar el desprendimiento del flujo en un lado del ala de baja presión y alta velocidad (el lado inferior en un coche de carreras), ya que la fuerza generada por este lado es mucho mayor que la generada por el lado superior.
El desprendimiento de la capa límite depende de la curvatura del ala, del borde de ataque y, sobre todo, de la velocidad del flujo. Si la velocidad es alta, el fenómeno se produce antes, por lo que si estamos en un circuito de baja velocidad podemos elegir configuraciones con menos flaps. Así, en circuitos como Mónaco y Hungría es probable ver narices más “simples” que las que vemos en Inglaterra, por ejemplo (imagen de Albert Fàbrega):

En resumen:

Un ala con divisiones o flaps, es más eficiente que una con menos flaps; ello hace que tenga más downforce con el mismo ángulo de incidencia, a la vez que tiene menos resistencia aerodinámica.

Autor: Timoteo Briet Blanes

Timoteo Briet Blanes: Aerodynamic and CFD engineer, Mathematicien, Cosmologist, Economist;  racecarsengineering@gmail.com; https://www.linkedin.com/in/timoteobriet ; Online Courses CFD and much more; Aero and CFD professor; Twitter: @TimoteoBriet

SPECIAL COURSE CFD ONLINE: Section “FORMATION” in: www.motorsport-formation.com

Enrique Scalabroni:

Enrique Scalabroni: Dallara Automobile, Williams F1, Ferrari F1 Chief Designer y Lotus F1, Peugeot Group C, entre otros muchos.

Ignacio Suárez Marcelo:

Nacho Suárez – PhD Electronics Engineer Vehicle Dynamics, Virtual 7-post rig, Simulation, Autonomous Vehicles, Embedded Systems, Control:
nachosuamar@gmail.com – https://www.linkedin.com/in/nachosuarezphd/

 

About the Author: 

Licenciado en Matemáticas y Doctor Ingeniero Industrial; profesor de diversos Másters en Ingeniería de competición (España: SunRed (Barcelona), Universidad Politécnica de Valencia, Universidad de Nebrija (Madrid); Francia: Ismans (Le Mans)). Especialista en Aerodinámica y Simulación CFD. Infinidad de Artículos en revistas especializadas como Racecar-Engineering y demás. Especialista en Motorsport: Post Rig, Aero Post Rig, Aerodinámica, Vibración Aerodinámica, CFD Simulación, Suspensión, Neumáticos. Varios libros sobre Aerodinámica de acceso libre. Diseñador de diversos vehículos para varias categorías: LMP1 y LMP3 (Le Mans), Pikes Peak (Enviate Hyper Car), Aprilia 125cc 2008, Xerus bus de Tata Motors, Peugeot Argentina 2018 para DTA para TC2000, etc…. Otra formación: Cosmólogo y Economista.