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Carga aerodinámica, cómo se cuantifica y cuál es su importancia

29 abril, 2020
Carga aerodinámica, cómo se cuantifica y cuál es su importancia

El término «carga aerodinámica» puede ser difuso o difícil de cuantificar. En este artículo arrojaremos luz sobre una pregunta que es decisiva para comprender el funcionamiento de la aerodinámica en un automóvil y qué efectos tiene sobre el comportamiento del vehículo. Ya sea en la calle o en competencia.

En mi artículo anterior
«Desarrollo de un automóvil deportivo, una mirada a su proceso» Hice referencia a varios factores que influyen en el rendimiento de un superdeportivo. Una de ellas, quizás una de las más importantes, es la sección aerodinámica, que también es una de las más fáciles de identificar físicamente. Sin embargo, para muchos fanáticos del mundo del motor, el término «carga aerodinámica» puede ser difuso y difícil de cuantificar.

En mecánica de fluidos, el aire se considera un fluido. Cuanto más denso sea, más arrastre ofrecerá a cualquier objeto que se mueva a través de él. En muchos casos, durante la toma de resultados, la densidad del aire se considera constante a 1.225 kg / m3. Este tipo de resistencia se llama arrastre
y constituye el componente horizontal paralelo y opuesto al movimiento del vehículo. También es una función de la velocidad a la que se mueve el vehículo, su forma y su área frontal. ¿Y qué, uno podría preguntar? Bueno, cuanto más arrastre experimente el vehículo, menor será su velocidad máxima.

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Por suerte no todo es malo. También hay un componente vertical que actúa en la dirección del suelo o «hacia abajo», lo que hace que el vehículo experimente la llamada «fuerza descendente» (o elevación negativa – elevación negativa). Básicamente, esta fuerza «extra» ejercida verticalmente hacia el suelo permite que el vehículo aumente la velocidad en las curvas, ya que aumenta la capacidad de tracción de las ruedas y también ayuda a disminuir el «deslizamiento de la llanta» o el deslizamiento de la rueda. especialmente en salidas de curvas de velocidad media cuando pisamos con fuerza.

Diagrama que indica la magnitud y dirección de las fuerzas de arrastre y fuerza descendente en el vehículo.

Los elementos más comunes, aunque no los únicos, que encontramos para generar esta carga aerodinámica son los alerones, los divisores, los «movimientos aerodinámicos», los difusores, etc. Es importante tener en cuenta que estos elementos funcionan juntos y que su diseño y / o configuración (que puede variar según el automóvil deportivo) tiene una gran influencia en el equilibrio aerodinámico, lo que a su vez influye en el subviraje y el sobreviraje del vehículo. Por lo tanto, no se trata de «cuanto más carga aerodinámica, mejor»; El equilibrio “hacia atrás / adelante” es vital; discutiremos esto más adelante.

Cómo se cuantifica la carga aerodinámica

El llamado coeficiente de elevación o coeficiente de elevación es el indicador más importante, definido de la siguiente manera:

Coeficiente de elevación o coeficiente de elevación.

Dónde:

Cl = coeficiente de elevación L = fuerza de elevación o fuerza descendente en NewtonsV = velocidad del vehículo en m / sρ = densidad del aire en kg / m3A = área delantera del vehículo en m2

Es importante tener en cuenta que cuando hablamos de carga aerodinámica, la magnitud del valor de Cl será negativa. El alerón instalado en la parte trasera de un automóvil genera carga aerodinámica, lo opuesto es el caso del ala de un avión, donde el resultado sería elevar o elevar; en futuros artículos me referiré con más detalle a este tema específico.

El coeficiente de elevación es adimensional y cuanto más alto es, más agarre aerodinámico proporcionará el vehículo. En otras palabras, cuanto mayor es el componente de esta fuerza vertical hacia abajo que «empuja» el vehículo hacia el suelo. Cualquiera que tenga un ojo para las matemáticas puede ver que la carga aerodinámica, L, es una función, entre otras cosas, de la velocidad y que la velocidad no permanece constante a medida que aceleramos. Ahora, la densidad del aire y el área frontal del vehículo si permanecen constantes. Por lo tanto, las marcas hacen pruebas donde L se calcula a varias velocidades y su valor obviamente varía según la velocidad a la que se realiza la prueba.

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Nuevamente, refiriéndonos a la ecuación y a cómo la marca ya habrá definido el área delantera del vehículo (por ejemplo, 2 m2) y la densidad del aire – 1,225 kg / m3 – lo único que queda por descubrir es la carga aerodinámica – «L» en nuestra ecuación. Este valor se calcula usando primero las herramientas CFD, luego el túnel de viento y luego las pruebas físicas con el vehículo real en diferentes pruebas y resultados corroborantes. Con la instrumentación necesaria, las marcas podrán encontrar la carga aerodinámica total que actúa en los ejes delantero y trasero a diferentes velocidades. Así que eso:

L = Fuerza descendente total = eje delantero de carga aerodinámica + eje trasero de carga aerodinámica

¿Por qué usar los ejes como referencia para medir la carga aerodinámica en cada uno? Simple, porque es conveniente definir el equilibrio aerodinámico. La carga aerodinámica delantera consistirá en la suma de las cargas aerodinámicas que actúan sobre las ruedas delanteras y la carga aerodinámica trasera estará compuesta por la suma de las cargas aerodinámicas en las ruedas traseras. Así que eso:

Así es como se define el equilibrio aerodinámico. La distribución trasera / delantera de la carga aerodinámica total es importante para el equilibrio aerodinámico y, por lo tanto, vital para las propiedades de manejo del vehículo.

Este es un buen momento para detenerse y recordar subviraje y sobreviraje. Un automóvil con una carga aerodinámica delantera excesiva y una parte trasera baja tenderá a girar en exceso al tomar una curva, ya que el frente será más apretado. Sin embargo, el automóvil se aflojará desde atrás exigiendo una rápida dirección contraria para evitar ser seguido. Demasiada carga aerodinámica detrás, y el auto tendrá más probabilidades de subviraje. Esta es una forma simplista de plantear el problema, pero es esencialmente cierto. Por supuesto, hay más factores que influyen en el manejo, como la suspensión, los amortiguadores, el equilibrio de peso. Por supuesto, todos trabajan juntos.

Finalmente, quiero aclarar que la carga aerodinámica («L» en nuestra ecuación) es una fuerza. ¿La segunda ley de Newton establece que:

L = Fuerza aerodinámica total = m * g

Dónde:

L = carga aerodinámica en Newtonsm = masa kgg = constante de aceleración gravitacional = 9.81 m / s2

Esto nos permite aclarar una frase común como «este automóvil genera 500 kg de carga aerodinámica». Ya hemos visto cómo podemos calcular la carga aerodinámica y sabemos que la constante gravitacional de aceleración es 9.81 m / s2.

Resolver la última ecuación para encontrar «m» nos dará esa carga aerodinámica, expresada en kilogramos:

Despejando la última ecuación obtendremos la carga aerodinámica expresada en kilogramos. La aerodinámica del Brabham BT62 es capaz de generar una carga de 1600 kg a 300 km / h; tenga en cuenta la dirección vertical y terrestre de esto. Esto permite una gran velocidad en las curvas y, por lo tanto, grandes aceleraciones laterales.

Por supuesto, como ya he mencionado, la carga aerodinámica depende de la velocidad, pero es común dar resultados de carga aerodinámica en términos de cuántos kilos (o Newtons – puede mover fácilmente de una unidad a otra) que genera el vehículo a 250 km / h.

En resumen, lo importante a tener en cuenta es que la carga aerodinámica no permanece constante con el aumento de la velocidad y que la carga aerodinámica ayuda a mejorar las curvas, también ayuda a frenar con fuerza, particularmente cuando desciende de alta velocidad (por ejemplo, de 300 a 0 km / h) y al acelerar, ya que ayuda a «plantar» el automóvil más en el suelo a medida que aumenta la velocidad, lo que ayuda a minimizar el deslizamiento de las ruedas y lograr una mejor aceleración longitudinal. La relación entre velocidad y carga aerodinámica se ha definido en las ecuaciones. Y, como con todo, lo más importante es un equilibrio óptimo de «atrás / adelante», ya que ayudará a hacer que el manejo del vehículo sea más predecible.

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