f1teknik.net
Image default
İnceleme

F1 Aerodinamikleri – CFD Simülasyonları ve Rüzgar Tünelleri

Saygı duyulan her organizasyonda olduğu gibi tüm araçlar belirli teknik direktiflere uymak zorundadır. Formula 1’de araçların aerodinamiği oldukça önemli bir yer tutmaktadır. Araçtaki her parça, cihaz ve model teknik kurallarca açıklanabilmeli ve araç modelini çizmeye başlamadan önce kurallara hâkim olmanız gerekmektedir.

Kuralları incelediğimizde ön kanat genişliğinin toplamda en fazla 2000 mm (mavi) olabileceğini ve orta kısımdaki kanat parçasının da orta çizgiden en fazla 250 mm (kırmızı) uzayacak şekilde tasarlanabileceğini görmekteyiz.

Kurallar analiz edildikten sonra, araç geometrileri CAD (Bilgisayar Destekli Tasarım) programları ile çizilir ve ilk versiyon tamamlandıktan sonra da CFD analizine geçiş yapılarak bilgisayarlardan analiz edilecek ilk veriler gelmeye başlar. Analiz bittikten sonra, aracın etrafındaki akışların optimizasyonu için CAD programında çizime geri dönülür. Yeni üç boyutlu model elde edilir ve yeni bir CFD simülasyonu çalıştırılarak eski verilerle karşılaştırılır. Bu işlem istenilen sonuç elde edilene kadar tekrarlanır.

CAD programları bizlere modelleri bilgisayar ortamında yaratmamızı sağlar. Çizimlere iki boyutlu başlanılarak sonrasında üç boyutlu modele çevrilir. Bu programlar sayesinde tasarımcılar bütün yaratıcılıklarını kullanır. CFD analizi akışkanlar dinamiği analizi olup, aracın akışkanlar ile alakalı birçok önemli veriye ulaşmamızı sağlar. Ancak, bu tür programları kullanmak oldukça zordur ve çalıştığınız akışkanın tüm özellikleri ve sınırları doğru şekilde programa girilmelidir. Bu tür programların dezavantajı ise sadece düz giden bir aracın verilerini kontrol edebilirsiniz. Çok etkili bir program olmasının yanı sıra kullanılması ve ayarlarının yapılması oldukça zordur.

Ön Kanadın Ana Bileşenleri

6, 7 ve 8. parçaların ana görevi akışkanları bükerek doğrudan lastiğe gitmesini engeller. 1, 2, 4 ve 5. numaralı parçaların ana görevi ise 6, 7 ve 8. parçaların büktüğü bu havayı aracın altına göndermektir. Daha önce söylediğimiz üzere, ön kanadın orta kısmındaki parça 250 mm’ye kadar tek kanatlı bir düzlem oluşturmalıdır, bu noktanın ötesine yapıların eklenmesi girdap etkisinin oluşmasına neden olmaktadır. Şimdi bazı simülasyon görüntülerine bakalım.

CFD Simülasyon Örnekleri

İlk görüntü ön kanattan, ikinci görüntü ise aracın arkasına ait görüntüler. Görebildiğimiz üzere, tek kanat kısmında (orta kısım) büyük bir girdap etkisi oluşur ve bu girdap etkisi, kanat üzerinde dönen kanatçık yardımıyla oluşturulan girdap etkisiyle birleştirilerek aracın altını korumaya yarar.  İkinci görüntüde görülen koyu mavi alan ise düşük enerji karakterizasyonuna sahiptir ve bu akışkanın aracın altına girmesi istenmez. Kanatçık üzerinde bulunan girdap etkisi, tekerleğin etrafındaki hava akımını yönetir ya da hava giriş / çıkışlarına doğru yönlenmesini sağlar.

Diğer CFD analizleri

Aracın oluşturduğu girdap etkisi

Bu görüntüler CAD modellerinin CFD analizlerini temsil etmektedir.

Efektif çalışabilmek için aracın üst tarafındaki pozitif katsayı değerlerini alt tarafında ise negatif katsayı değerlerini kullanmalıyız. Bu görüntüler 2017 aracına ait. Aracın altında görebildiğimiz üzere renkler girişlerde mavi iken orta kısımda yeşile dönmekte ve katsayının değeri yükselmekte. Bunun sebebi, dışarıdan giren havadan kaynaklıdır çünkü aracın altında dışarıdaki akışkanları çeken bir alçak basınç alanı bulunmaktadır.

İlk Saha Kontrolleri: Rüzgar Tünelleri

Redbull Rüzgar Tüneli Tesisi (Bedford, İngiltere)

Kapalı Devre Rüzgar Tüneli Şeması

Sıradaki adım, aracın ölçekli bir modelinin oluşturularak rüzgar tünelinde yapılan testler yardımıyla bilgisayarda ortamındaki verilerin doğruluğu kontrol edilmesidir.

Rüzgar Tüneli Örneği

Rüzgar tüneli, havanın cisimler üzerindeki etkisinin taklit edilebildiği bir yapıdır. Araç ile hava arasında değiş tokuş edilen kuvvetler, iki araçtan hangisinin hareket halinde olduğuna bağlı değildir. Akışkanın sabit, aracın hareket halindeki (araç pistteyken) sonuçlar ile akışkanın hareket halindeki aracın sabit olduğu (rüzgar tüneli) sonuçlar değişmemektedir.

Rüzgar tünelleri, ölçekli model olsa da gerçek parçalarla ilk simülasyonları yapmamızı sağlamaktadır. Rüzgar tüneli simülasyonları, CFD simülasyonlarının araç etrafındaki akışkanın gerçek davranışının doğruluğunu kontrol etmek amacıyla kullanılır. Rüzgar tünelleri, test alanında istenmeyen olayların ortaya çıkmasına engel olabilecek kadar büyük olmalıdır. Yukarıdaki görüntülerde görebileceğiniz üzere araç bağlı şekilde olmalı ancak bu bağlantılar hesaplamalara en az etki edebilecek şekilde tasarlanmalıdır ancak bu bağlantılar veri toplama amacıyla sensörlere destek olmaktadırlar.

Son Doğrulama Adımı: Pist Üzeri Testler

Pist üstünde ise son kontroller yapılarak gerçek veriler ile bilgisayar ortamındaki veriler karşılaştırılır. Simüle edilmiş değerlere ulaşmak için pitot tüpleri içeren parçalar ve aerodinamik akışı ortaya çıkaran özel boyalar kullanılır. Bu özel boya genellikle flüor ışımalı sarıdır ama Mercedes şeffaf bir boya kullanarak akış yönlerini ultraviyole ışık altında görmektedir. Bu akış yönleri yağmurlu yarışlarda, yağmurun araç etrafındaki hava yolunu izlemesiyle de görülebilmektedir. Testler farklı hız ve koşullarda yapılmalıdır ki bilgisayar ortamında elde edilen modeller doğrulanarak araç güncellemelerinin daha kolay ve hızlı olarak gerçekleşmesi sağlanmaktadır.

2021 sezonuyla beraber her takım kendine belirlenen süre içinde rüzgar tüneli ve simülasyonu içeren bilgisayarı kullanabilirler. Bu süreler sezon sonunda takımlar şampiyonasındaki konumlarına göre belirlenmektedir.

kaynak: f1ingenerale.com