Aerodynamica - alles wat je moet weten

Mensen zetten doorgaans spoilers op hun autos hopend dat ze iets doen. Ze hebben echter weinig verstand ven hoe het daadwerkelijk werkt. Dit maal bespreken we dus hoe deze toevoegingen werken en of je ze daadwerkelijk nodig hebt.

Als je wil kijken hoe een een auto aerodynamisch kan verbeteren kun je kijken naar de autos van de JGTC. De aerodynamische onderdelen zorgen voor veel downforce en houden de auto op de baan met super hoge snelheden. Ze verhogen ook het remvermogen en acceleratie door de verbeterde tractie. Toch komt dit alles met een prijs, namelijk weersand. De energie van de lucht die wordt gebruikt om de auto naar de grond te duwen zorgt voor meer weerstand voor de auto om tegen te drukken. Dit betekent dat de auto een lagere topsnelheid heeft. Dit is voor time attacks geen probleem, waarbij je met hoge bochtensnelheid meer winst kan hebben dan met een hoge topsnelheid. Gemiddeld heeft een racewagen een drag coefficient van boven de 1.1, terwijl een gewone auto rond de 0.30 heeft. Racewagens hebben echter voldoende vermogen om dit te compenseren.

Het is de kunst om precies genoeg downforce op te wekken om de gemiddelde snelheid op een track te verhogen, Als je te veel produceert zal de auto langzamer worden, en te weinig zorgt ervoor dat je te langzaam door de bochten kan. Het gaat er (zoals altijd) om om te expirimenteren en de goede hoeveelheid te vinden.
Houd er rekening mee dat de gemiddelde auto ervoor zorgt dat deze omhoog geduwd wordt als deze door de lucht beweegt. Dit wordt exponentieel meer naar mate de snelheid hoger wordt. Dit zorgt ervoor de de tractie op hoge snelheid is verlaagd en de auto vaag en zweverig reageert. Vooral tijdens bochten gebeurt dit veel. Als je de auto meer downforce geeft zal het meeste of alles worden gereduceert.

De meeste aerodynamische producten worden of aan de voorkant of aan de achterkant van de auto gemonteerd. Zo zul je eerder een vleugel op de kofferbak zien en een splitter op de voorbumper. Het effect zal dus ook voornamelijk plaats vinden op de plek waar het product gemonteerd is. De achterwielen zullen zo dus meer tractie hebben in vergelijking met de voorwielen bij het plaatsen van een spoiler. Let hierbij wel op het fulcrum effect; de voorkant van de auto kan gelift worden door de spoiler.

Om de wegligging op hoge snelheid te verbeteren moet de downforce op dezelfde manier toegevoegd worden als de gewichtsverdeling van de auto. Een voorwiel aangedreven auto moet een gewichtsverdeling van 60/40 behouden om een gebalanceerd gevoel te behouden. Als de auto al gebalanceerd is en je monteert een spoiler, zal deze ondersturen vanwege de lift aan de voorkant. Aangezien de meeste autos van zichzelf al ondersturen zal dit op hoge snelheid alleen maar erger worden. De oplossing is een air dam aan de voorkant, waardoor er meer downforce aan de voorkant wordt gerealiseerd.

Als je dus meer downforce over de gehele auto wilt hebben, moet er dus een air dam en een spoiler gemonteerd worden. Het formaat van een air dam is doorgaans niet aan te passen, maar die van een een spoiler wel. Deze kan meestal aangepast worden voor meer of minder downforce. Door deze hoek aan te passen kun je de wegligging op hoge snelheid verbeteren.

Door het gebruiken van de volgende hulpmiddelen kun je de aerodynamische karakteristieken van de auto verbeteren. Ook de koeling en de stabiliteit van de auto kunnen verbeterd worden. Sommige zullen overkill zijn voor sommige autos, maar ze zijn allemaal zelf te maken of te koop voor de meeste voertuigen.

Vleugels uit de auto wereld worden ook wel omgekeerde vleugels genoemd. Dit omdat ze omgekeerd zijn in vergelijking met de vleugels van een vliegtuig. De omgekeerde vleugels zorgen voor downforce door het drukverschil tussen de boven en de onderkant van het oppervlakte van de vleugel. De lucht wordt gesplit waar het boven of onder de vleugel door gaat. Vanwege de vorm gaat de lucht aan de bovenkant langzamer dan eronder. De wet van Bernoulli zegt dat langzamere lucht meer statische druk heeft. Dit zorgt ervoor dat de hoge druk lucht aan de bovenkant van de vleugel meer naar beneden drukt dan de lage druk lucht naar boven drukt. Dit zorgt voor de downforce, same met de hoek waarop de vleugel gemonteerd is.

De meeste vleugels zijn recht van vorm. Er zijn echter ook spoilers die een verhoogd middenstuk hebben, of andere 3d vormen. Dit kan effectiever zijn, aangezien deze vleugels de hoek van aankomst van de lucht meerekenen. De lucht die van de zijruiten komt, komt namelijk aan met een andere hoek dan de lucht die van het dak komt. Als de spoiler rekening houd met de flow van de lucht, is het mogelijk een effectievere spoiler te maken die minder last heeft van de luchtweerstand. Hoewel sommige vleugels maar een element heeft zijn er ook spoilers met meerdere elementen. Dit zorgt allemaal voor meer downforce. Spoilers met een langer blad zullen meerdere elementen nodig hebben, aangezien de lucht weg kan gaan van de vleugel. Met meerdere elementen kan de lucht niet ontsnappen en is de vleugel effectiever.

Er zijn enkele dingen die je aan een spoiler kan aan passen om deze meer downforce te laten produceren. Een ervan is de Gurney flap. Dit is een kleine gebogen hoek aan het uiteinde van de vleugel. dit zorgt ervoor dat er meer verticale verplaatsing is van de lucht. Het ideale formaat van een Gurney flap is 4% van de breedte van de spoiler. Uiteraard wordt is er meer downforce met een grotere flap, maar de luchtweerstand wordt snel groter hierdoor en dit kan negatieve effecten hebben. Een formaat 4% kan tot 25% meer downforce genereren.

Als we kijken naar de R34 zien we dat deze 2 diffusers heeft die lucht met een lage druk onder de auto duwen. Diegene die het meest opvalt is diegene onder de achterbumper. Er is er nog een die minder opvalt en deze zit onder de splitter en gaat naar de wielkasten. Aerodynamisch gezien doen beide diffusers hetzelfde, namelijk de druk zo laag mogelijk maken. De achterste diffuser heeft nog een setje schotten die de lucht de goede kant op sturen. onder de auto.

Een achterdiffuser werkt door de druk onder de auto in contact te laten komen met de lage druk zone achter de auto. Ook zorgt de vorm van de diffuser ervoor dat de lucht afgeremd wordt door het te uit te laten zetten vanwege de grotere opening. Diffusers kunnen veel downforce genereren door het verhogen van de snelheid van de lucht onder de auto en het daardoor verlagen van de druk. Omdat dit effect heeft op een groot gebied zal er veel downforce gegenereerd worden. Ook al is de druk 0.06 bar lager dan aan de buitenkant van de auto, dan genereer je al 500 kilo aan downforce met een diffuser.
De verticale schotten zijn er zodat de luchtstroom aan de diffuser blijft haken. Omdat de diffuser omhoog gaat, wordt de lucht geremd en is er een verhoogde druk. De schotten zorgen voor vortexen die de luchtstroom tegen de diffuser gedrukt houden. Vertical fences are installed within the diffuser channel to ensure that flow remains attached to the diffuser.

Canards zorgen voor downforce op twee manieren. Ten eerste zorgen de canards ervoor dat de lucht omhoog wordt geduwd, wat downforce genereerd. dit is slechts een klein beetje, aangezien de snelheid van de lucht dichtbij de auto veel langzamer gaat dan er verder vandaan. Waar canards meer voor gebruikt worden is het zorgen voor een vortex sie langs de auto glijden en zo de lucht blokkeren om van buiten naar onder de auto te komen. Als deze lucht namelijk onder de auto kwam, wordt de luchtdruk verhoogd en is er minder downforce gegenereerd. Canards zijn echter niet erg efficient aangezien ze voor veel weerstand zorgen. Ze zijn er meer voor om de balans af te stellen zodra je een diffuser hebt. 

Sideskirts zorgen er net als canards voor dat de lucht aan de zijkant van de auto er niet onder kan komen. Hoe effectief de sideskirt is hangt af van hoe laag de auto is. In ideale omstandigheid moet deze minder dan 1.5cm van de grond zijn, aangezien de lucht er makkelijker onder kan komen als de skirt hoger is.

Side ducts zitten met twee redenen op racewagens. De eerste reden is de rem en motorkoeling. Normale zijschermen zorgen ervoor dat de lucht vast blijft zitten in de wielkast. Samen met de warme lucht van de remmen en deze in het motorruim zorgt dit voor energieverlies en weerstand. Met side ducts kun je de hete gassen afvoeren en daarbij kun je de lucht ook nog langs de auto laten glijden inplaats van direct eruit. Dit zou namelijk het effect van de canards kunnen opheffen. Ook komt er zo meer koudere lucht door het koelings systeem..

Een air dam limiteert de hoeveelheid lucht die onder de auto kan komen. Een air dam is doorgaans van koolstofvezel of aluminium en zorgt ervoor dat meer lucht naar boven wordt geduwd. De lucht die eronder komt beweegt sneller en dus met een lagere druk waardoor een aanzuig effect gecreeert is. Air dams zijn ook veel te zien bij hogere autos. 

Een splitter is een horizontale plaat die voor en onder de air dam gemonteerd is. Splitters hebben dezelfde functie, maar werken anders. Gezien de vorm van de voorkant van de auto wordt de lucht sterk afgeremd, wat voor een hoge druk zone zorgt die het stagnatiepunt heet. Door een splitter te monteren kun je veel downforce genereren. De splitter houd de hoge en de lage druk gebieden apart. Dit werkt echter pas bij hoge snelheden (boven de 140) Door de splitter in lengte afstelbaar te maken kun je de auto afstellen. de R34 gebruikt enkel een splitter en geen air dam, vanwege de inlaten naar het motorruim en de hoogte van de auto.  

Als laatste bespreken we de NACA duct. Een naca duct werkt anders dan de ram inlaten die je kent van de supercharged V8 motorblokken en de formule 1. Deze inlaten zijn in 1945 ontworpen voor de National Advisory Committee for Aeronautics (NACA). Deze inlaten zijn lage weerstand inlaten die gebruikt kunnen worden voor het koelen van de remmen, motor, koelers etc. Vanwege de vorm van de NACA duct is dit het beste compromis tussen de hoeveelheid lucht die erin kan en de hoeveelheid weerstand die deze scoop veroorzaakt. Bij de R34 worden ze gebruikt om de remmen te koelen. Als je van plan bent een NACA duct te kopen, let er dan op dat de randen scherp zijn. Bij veel kopien te koop bij bijvoorbeeld autostyle zijn de randen afgestompt waardoor de ducts minder effectief zijn.

Click to read in english