31 de gener de 2014

El zoo de la Fórmula 1


Durant lúltima setmana hem anat veient les presentacions dels nous vehicles per a la propera temporada de Fórmula 1 i estic ben segur que una cosa ens ha sorprès a tots: els “morros”.

La primera cosa a dir és que els equips no estan proposant aquests extravagants dissenys voluntàriament, la federació obliga a tenir frontals baixos fixant diverses dimensions geomètriques. La justificació per a fer això és la seguretat, es vol evitar que els cotxes prenguin el vol en cas de contacte com va passar a Webber en el Gran Premi de València del 2010 (http://www.youtube.com/watch?v=1mNgUQccbww). Podem dir que les intencions son almenys nobles.

Les noves normes han creat un veritable zoo. Són molt els mitjans que han comparat els nous dissenys amb animals i nosaltres no serem menys. Sembla que els dissenyadors s'hagin realment inspirat a la natura.

Primer de tot cal comentar que el 25% de la càrrega aerodinàmica d´un fórmula 1 modern es genera en el morro del cotxe. Aquest està format per una part central que denominarem nas i un aleró o bigoti. El responsable de la major part de la carrega son els perfils alars que estan sobre el bigoti. En aquest article s'intentarà humilment de fer un comentari comparatiu dels diferents dissenys dels nassos. Deixarem els bigotis per un altre dia.

El nas, és a dir, la part que està cridant més latenció recentment no és una part crítica aerodinamicament per el morro, però té efecte en la resta del cotxe: pontons, aleró posterior, difusor i fons pla. Estructuralment aquest nas sí que és crític ja que és la part que dissipa lenergia en cas de xoc com es demostra a las proves  o crash tests que els equips han de passar abans de poder provar els seus vehicles en pista. El nassos tenen una estructura interior en carboni que permet repartir la càrrega del xoc i que no podem veure a ull nu (menys en el cas del CT14). El que normalment veiem nosaltres són superfícies externes (vanity covers) amb una funció més aerodinàmica i estètica més que estructural.

En poques paraules el que està aixecant tant rebombori té un importància aerodinàmica però limitada. Qualsevol modifica en el difusor o fons pla, que són responsables del 60% de la càrrega, tindria un efecte més dramàtic en les capacitats del vehicle.

Comú en tots els dissenys són les petites ales negres que es veuen als costats del tronc del nas: són les càmeres de la FOM. La seva posició ve fixada per les normes. Són perfil aerodinàmics simètrics sense angle d'atac (inclinació) i en conseqüència son neutres aerodinamicament.


Ferrari. L´animal més llest dels mars?


Podríem dir fàcilment que ens recorda al cap de un dofí. Està format per un doble graó, una primera part que baixa amb més inclinació i una segona més dolça. La secció ovalada es manté amb amplada aproximadament constant i comparativament és gran. Aerodinàmicament, la secció ample genera més càrrega frontal perdent efectivitat laerodinàmica posterior. Està clar que aquest sacrifici el poden cobrir creant carrega aerodinàmica posterior d´una altre manera i sembla ser que estigui relacionada amb els pontons comparativament prims que tenen a Ferrari. A més a més, hi ha un secret amagat, en la part inferior hi ha un graó per a assegurar la qualitat del flux daire sota el cotxe (fletxa blava).

La secció a forma d'arc (fletxa vermella) sembla formar un con que redueix la seva secció lleugerament. Per lefecte Venturi, laire que entra pateix una acceleració nodrint així el fons pla amb aire accelerat, augmentant la càrrega generada per el fons pla.




Mercedes, Lanimal de les antípodes amb nom extrany


Lequip alemany sha anat fins a Austràlia per trobar inspiració en els ornitorincs. El frontal està format per una secció ampla que sembla baixar amb inclinació constant menys pronunciada que la Ferrari. Lúnica diferencia amb Ferrari podria ser un centre de gravetat d´aquesta peca més alt reduint lestabilitat dinàmica del vehicle. Mercedes no té cap graó inferior i l'apertura inferior sembla formar també un petit Venturi.

La fallida estructural de laleró de Hamilton el primer dia de proves a Jerez sembla estar relacionada amb el suport del bigoti i no amb el nas. Però ara per ara això és només una suposició.


Lotus, l’animal que arriba del fred per a enganyar-nos


La morsa no sembla un animal molt àgil fora de l´aigua però un cop hi entra no hi ha qui el guanyi. Passarà el mateix amb Lotus un cop arribi a les pistes?

Té dos dents cilíndrics que suporten el pla del aleró formant una àrea buida al mig. Aerodinamicament presenta una contrapartida causada pel despreniment de vòrtex (remolins) del perfil cilíndric creant turbulència i resistència. Aquest fenomen sanomena vortex shedding. Diversos experts com Enrique Scalabroni han comentat que aquesta resistència destruiria la càrrega aerodinàmica anterior produint subviratge i inestabilitat transversal del vehicle. A més a més, s´han de passar les proves de deflexió estàtica del aleró anterior abans de la carrera (http://www.formula1.com/news/technical/2011/846/846.html) fent que els dents shagin de reforçar estructuralment amb més rigidesa augmentant el pes.

Nota, la particularitat és que els dos dent no són iguals de llargs. Haig de reconèixer que la primer cosa que vaig pensar és que es volia crear un flux asimètric entre els dos costats del cotxe, potser per a raons de refrigeració. Després però vaig caure en un justificació més simple, la normativa. En el punt on només hi ha un dels dent sobliga (normativa) a tenir una secció màxima, pocs centímetres darrere hi ha un altre dent que no computa en la secció reglamentaria. Si cal dir que això està pensat contra l´esperit de les normes...poc moral..

Ah... me noblidava...segons lAutosprint Italiana, els dents asimètric no han estat acceptats per la FIA o sigui que pot ser que tot sigui un engany. Recordem que Lotus va tard amb el disseny i fins ara ha publicat només unes poques fotografies.


Mclaren, William i Toro Rosso. El club del nassuts


Aquests tres equips tenen en comú que els ¨morros¨ acaben amb una zona petita que recorda al mono nassut. Es la solució exactament contraria a Lotus, de fet no us dona l´impressió que podrien encaixar?

Aerodinamicament sembla que el nas permet més flux d'aire circular cap als laterals de la part inferior del cotxe per augmentar l'aire que arriba al radiador millorant la refrigeració o al fons pla augmentant la càrrega generada. La resistència aerodinàmica és segurament menor als dissenys anteriors generant però menys càrrega anterior.





Sauber i Force India. Els menja insectes


Els hi faltaria una llengüeta petita i semblarien ossos formiguers menjant els pobres insectes que es poguessin trobar sobre la pista.

El principi de funcionant sembla a primera vista similar al cas del club dels nassuts. Amb les fotos fotos actuals no aconsegueixo veure cap diferència del seu funcionament sigui aerodinàmic o estructural.



Caterham. L´indistingible

Ho he intentat, però no lhe pogut identificar amb cap company del regne animal.

Disseny simple, quasi de manual. Format per un vanity cover superior: una superfície perfilada amb lobjectiu de reduir la resistència aerodinàmica. Curves suaus en la part inferior per evitar la separació de laire de la superfície evitant crear més resistència.

Pel que fa a la part final, aquesta és la part estructural que s'extrudeix directament. Poca secció per reduir la resistència aerodinàmica. Una gran quantitat d´aire arribaria al fons pla així com al radiadors. Fixeu-vos però que el bigoti està molt més poblat de petits perfils alar, ho fan per a recuperar la cárrega perduda per el buit central.

Aquest nas no sembla tenir com a objectiu crear cap mena de càrrega aerodinàmica i el seu objectiu principal és reduir la resistència augmentant la penetració a laire. Sembla clar que Caterham només vol tenir un cotxe fiable sense més pretensions.


Com a conclusió, podem dir que Ferrari i Mercedes han optat per solucions en les que es genera més càrrega anterior sacrificant eficiència aerodinàmica dels elements posteriors. Sauber, Force India. Mclaren, Williams i Toro Rosso semblen prioritzar la càrrega del fons pla / difusor. Recordem però limportancia relativa de la càrrega generada per el nas, ja que la component creada per el bigoti és més important. Com es diu en castellà, el discurs sobre els morros es ¨mucho ruido para pocas nueces¨. I Caterham sembla haver-ho entès optant pel camí fàcil, amb un disseny molt simple (esperem que no massa). Marussia ha sortit massa tard per a ser inclòs en el present article.


Fonts Fotografies
Ferrari, Mercedes, Williams, Mclaren, Force India i Sauber: pròpia web.
Toro Rosso: Adam Cooper f1
Caterham: Autosport
Animals: Viquipèdia i zoo de Barcelona