Aerodinamica Formula Uno

Universidad Técnica Federico Santa María Campus Santiago Tec. En Mantenimiento Aeronáutico Primer Semestre 2012

Aerodinámica en la Fórmula 1

Academias de Ciencias Aeronáuticas

Tec. Universitario en

Mantenimiento AeronáuticoAerodinámica

Primer Semestre 2012

Prof. Ing. Freddy Faúndez Campodónico

Integrantes:

Pablo Torres

Daniel Rojas

Diego Tagle

Javier Aguila

Ivo Arnold

Contenido

Introducción 3

Historia 4

El Alerón Delantero 6

El alerón Trasero 7

El alerón Trasero (DRS) 8

Difusor 9

Efecto suelo 9

Túneles de viento 10

Conclusión 13

Web-biografía 14

Introducción

Antes de empezar con este trabajo de investigación, definiremos lo que es la aerodinámica. La aerodinámica es la ciencia que estudia el comportamiento del aire sobre un objeto que se desplaza a través de él. Con esta definición relacionamos nuestro tema de investigación a esta ciencia: los autos de fórmula uno. Estos vehículos apuntan a un máximo desempeño en la pista, lo que los obliga a disminuir al mínimo cualquier tipo de resistencia a su avance para obtener mayores velocidades, y también a aumentar las cargas aerodinámicas para obtener un mejor desempeño en curvas y pasarlas a mayor velocidad, claramente lo que más puede truncar el desempeño de estos vehículos es como fluye el aire alrededor del automóvil, por lo que un buen diseño es fundamental a la hora de obtener buenos resultados. El diseño de un fórmula uno es principalmente aerodinámica, debido a que es lo que más se busca desarrollo para lograr un mejor rendimiento en rectas y en curvas, pero ese es el dilema que ha habido en la fórmula uno y para eso son las pruebas antes de las carreras, para definir la carga aerodinámica que llevara el automóvil durante la carrera. Un auto con gran carga aerodinámica responderá bien en curvas, pero claramente en una recta no alcanzará gran velocidad ya que su carga aerodinámica aumentará a medida que aumenta la velocidad y por consiguiente el flujo de aire, así también un fórmula uno alcanzará grandes velocidades en rectas al no poseer muchos perfiles aerodinámicos, pero deberá tomar las curvas a baja velocidad para no perder la estabilidad. Por este mismo dilema se han buscado vacíos legales dentro de las reglas de la fórmula uno para utilizar ciertos elementos que trabajan al borde de lo legal, como el polémico alerón flexible del equipo Red Bull, el cual aún no se puede demostrar su ilegalidad por lo que no se puede prohibir, algunos elementos que duraron sólo una temporada o dos y algunos elementos que han generado polémica al trabajar siempre al borde de lo legal dentro de las reglas impuestas por la FIA.

Historia

La fórmula uno ha avanzado a pasos agigantados desde las primeras carreras hasta los coches de hoy en día. En un comienzo, las carreras se realizaban solo para ver quién podía viajar más rápido en rectas, así es como se empezó a trabajar en las formas que podían tener los vehículos para optimizar su desempeño, así fue como 1899 el Conde Gaston de Chasseloup-Laubat alcanzó los cien kilómetros por hora a bordo de su vehículo eléctrico con forma de torpedo, pero luego se siguió trabajando con las formas de los vehículos y se comenzó a imitar la forma de los barcos, ya que en ese entonces era la disciplina más conocida y trabajada, ya que desde antaño se trabajo con la hidrodinámica en la navegación al ser un transporte conocido casi desde siempre por el hombre, ya en este tiempo las carreras se realizaban en circuitos. Luego de estas formas, se comenzó a utilizar la forma de gota desde comienzos de 1900, y que claramente se sigue utilizando hasta el día de hoy. Así fue como en 1923 un vehículo con forma aparente de gota y motor detrás del piloto ganó el Gran Prix de Italia, este auto inspiró luego en 1930 a varios diseñadores de vehículos de Gran Prix. En ese entonces, los autos buscaban guiar el flujo del aire a través de los planos laterales y superiores, así buscaban un mejor desempeño de estos vehículos. Hasta ese entonces se trabajaba el diseño de vehículos biplaza, para dos ocupantes, pero luego se optó por lo monoplaza por la década de los treinta, lo que ayudó esveltar los vehículos ayudando el diseño y así mejoraron los desempeños de los vehículos. Desde aquí se comienzan a ver estudios más “serios” de aerodinámica, ya con túneles de viento, como los que poseía Mercedes-Benz, que utilizaron también para investigaciones y mejoras para sus aeronaves usadas antes y después de la segunda guerra mundial. Ya creado el campeonato internacional en 1950, las escuderías trabajaban cada vez más lo que es el diseño del vehículo, y se mostraba la tendencia de utilizar ruedas carenadas o “tapadas”, lo que fue prohibido al poco tiempo. Por los sesenta, se optó definitivamente por lo motores traseros, ya que dejaban libre al diseño el sector delantero de los monoplaza, lo que permitía trabajar la mejora de la “penetración” del vehículo contra el aire. Ya por los sesenta se comenzó a utilizar una forma tubular en los monoplaza junto con la utilización de estructuras de monocasco. Ya se comenzaban a adjuntar más elementos y perfiles aerodinámicos a los vehículos, así en 1968, Lotus presentó el primer vehículo de la fórmula uno con alerón trasero y dos deflectores en la parte delantera del monoplaza, y también se manejaban otras técnicas, como un monoplaza en el cuál el piloto desde el habitáculo podía cambiar la inclinación del alerón según los requerimientos, en ese entonces la FIA no normaba este tipo de elementos. Ya saltando hacia la década de los setenta podemos hablar de la época moderna de la fórmula uno, utilizando deflectores, flaps, spoilers, alerones que incluso llegaron a ser de incidencia variable manejados por el piloto, luego prohibidos por la FIA. Autos con diseños de seudo perfiles alares, por primera vez el motor ya no era lo más importante, pasando a primer plano el diseño de los vehículos y ya no solo la suma de elementos aerodinámicos, sino que de por sí el diseño del monoplaza sea aerodinámico. Se comenzó a usar el diseño denominado como “cuña”, acercándose más a lo que sería el diseño actual de los

monoplaza de fórmula uno. También se comenzó a desplazar el alerón trasero cada vez más hacia atrás, aumentando el brazo palanca realizado por el trabajo del alerón, teniendo ahora una mayor carga a menor grado de inclinación, y también disminuyendo la resistencia aerodinámica que este aportaba al ser tan inclinado. Pero esto causaba otro problema, levantaba el tren delantero del vehículo, pero era fácilmente solucionable al aumentar la incidencia de los deflectores delanteros. Muy al final de los sesenta, luego de autos con grandes adelantos, se tomó la idea de crear un monoplaza que cuidaba íntegramente al piloto y de gran desempeño, pero sólo se llevó al papel y nunca corrió en ningún circuito. También se creó el auto ala, un auto de gran diseño para la época, pero no fue tan genuino ya que poseía dos entradas en su estructura que eran direccionados al alerón trasero, esto inició la aerodinámica interna en los fórmula uno, de esta manera en 1978 Lotus empezó a trabajar con el efecto suelo. Luego se crearon un monoplaza que poseía una turbina que supuestamente era para enfriar el radiador de agua que se ubicaba bajo el monoplaza, pero en realidad era para aumentar el efecto suelo bajo el vehículo, este auto fue prohibido rápidamente por la turbulencia que generaba esta turbina y que afectaba a quienes lo seguían. Durante esta época se usaron los llamados skirts que buscaban el efecto suelo en los monoplaza, pero serían prohibidos por la FIA al exigir una altura mínima de seis centímetros desde el suelo. Así los ingenieros idearon dos soluciones posibles: una era una suspensión hidroneumática que apegaba el auto al piso a medida que necesitaba más estabilidad por medio del efecto suelo, la otra solución era un doble chasis, el principal y uno que lo recubría, cuando se necesitaba más efecto suelo, el chasis exterior bajaba buscando este efecto. El segundo fue prohibido por la FIA con el argumento de que un chasis no podía ser móvil, por lo que encajaba como un plano movible y estos eran prohibidos. Los wingcars comenzaron a sufrir grandes accidentes, ya que al ser un perfil alar negativo, al momento de quedar suspendido en el aire por pasar un bache o despegarse del suelo el perfil buscaba su lado positivo, haciendo girar el monoplaza en el aire. La FIA comenzó a prohibir elementos y comenzó a exigir un fondo plano de los monoplaza, esto hacía que los monoplaza perdieran adherencia al suelo e hicieran derrapar más los neumáticos al no tener el apego al suelo que poseían antes, la solución fue adornar lo más posible el sector trasero de los vehículos para agregarles mayor adherencia al tren trasero. A esta altura ya se usaban motores turbo alimentados, lo que hacía derrapar más los vehículos. En 1988 hubo dos grande hitos: el primero fue el diseño de un monocasco con una célula de seguridad, un habitáculo hecho en kevlar y carbono para proteger al piloto, la otra fue el llamado morro elevado en el diseño del tren delantero de los monoplaza, se realizó

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