La carga aerodinámica es una fuerza de elevación hacia abajo creada por las características aerodinámicas de un vehículo. Si el vehículo es un automóvil, el propósito de la carga aerodinámica es permitir que el automóvil viaje más rápido aumentando la fuerza vertical sobre los neumáticos, creando así más agarre . Si el vehículo es una aeronave de ala fija, el propósito de la carga aerodinámica sobre el estabilizador horizontal es mantener la estabilidad longitudinal y permitir al piloto controlar la aeronave en cabeceo.
El mismo principio que permite que un avión se eleve del suelo creando sustentación con sus alas se utiliza a la inversa para aplicar una fuerza que presiona el auto de carreras contra la superficie de la pista. Este efecto se denomina "agarre aerodinámico" y se distingue del "agarre mecánico", que es función de la masa, los neumáticos y la suspensión del automóvil. La creación de carga aerodinámica mediante dispositivos pasivos sólo se puede lograr a costa de una mayor resistencia aerodinámica (o fricción ), y la configuración óptima es casi siempre un compromiso entre los dos. La configuración aerodinámica de un coche puede variar considerablemente entre pistas de carreras, dependiendo de la longitud de las rectas y los tipos de curvas. Debido a que es función del flujo de aire por encima y por debajo del automóvil, la carga aerodinámica aumenta con el cuadrado de la velocidad del automóvil y requiere una cierta velocidad mínima para producir un efecto significativo. Algunos coches han tenido una aerodinámica bastante inestable, de modo que un pequeño cambio en el ángulo de ataque o la altura del vehículo puede provocar grandes cambios en la carga aerodinámica. En el peor de los casos, esto puede provocar que el coche experimente elevación, no carga aerodinámica; por ejemplo, al pasar sobre un bache en una pista o al rebufo sobre una cresta: esto podría tener consecuencias desastrosas, como el Mercedes-Benz CLR de Mark Webber y Peter Dumbreck en las 24 Horas de Le Mans de 1999 , que volcó espectacularmente después de seguir de cerca a un coche de la competencia por un montículo.
Se pueden utilizar dos componentes principales de un coche de carreras para crear carga aerodinámica cuando el coche viaja a velocidad de carrera:
La mayoría de las fórmulas de carreras prohíben los dispositivos aerodinámicos que se pueden ajustar durante la carrera, excepto durante las paradas en boxes .
La carga aerodinámica ejercida por un ala suele expresarse en función de su coeficiente de sustentación :
dónde:
En ciertos rangos de condiciones de operación y cuando el ala no está en pérdida, el coeficiente de sustentación tiene un valor constante: la carga aerodinámica es entonces proporcional al cuadrado de la velocidad del aire.
En aerodinámica, es habitual utilizar el área proyectada del ala vista desde arriba como superficie de referencia para definir el coeficiente de sustentación.
La forma redondeada y cónica de la parte superior de un automóvil está diseñada para cortar el aire y minimizar la resistencia al viento. [ cita necesaria ] Se pueden agregar piezas detalladas de carrocería en la parte superior del automóvil para permitir que un flujo suave de aire llegue a los elementos que crean carga aerodinámica (por ejemplo, alas o spoilers y túneles debajo de la carrocería). [ cita necesaria ]
La forma general de un automóvil se asemeja al ala de un avión. Casi todos los coches de carretera producen sustentación aerodinámica como resultado de esta forma. [1] Hay muchas técnicas que se utilizan para contrarrestar este levantamiento. Si observamos el perfil de la mayoría de los coches de carretera, el parachoques delantero tiene la distancia al suelo más baja, seguido de la sección entre los neumáticos delanteros y traseros, y seguido por un parachoques trasero, normalmente con la distancia más alta. [ cita necesaria ] Con este diseño, el aire que fluye debajo del parachoques delantero se restringirá a un área de sección transversal más baja y, por lo tanto, logrará una presión más baja. [ cita necesaria ] La fuerza aerodinámica adicional proviene de la inclinación (o ángulo) de la carrocería del vehículo, que dirige el aire de la parte inferior hacia arriba y crea una fuerza hacia abajo, lo que aumenta la presión en la parte superior del automóvil porque la dirección del flujo de aire se acerca a la perpendicular a la superficie. . [ cita necesaria ] El volumen no afecta la presión del aire porque no es un volumen cerrado, a pesar del concepto erróneo común. [ cita necesaria ] Los autos de carreras amplifican este efecto agregando un difusor trasero para acelerar el aire debajo del auto frente al difusor y aumentar la presión del aire detrás de él, disminuyendo la estela del auto. [ cita necesaria ] Otros componentes aerodinámicos que se pueden encontrar en la parte inferior para mejorar la carga aerodinámica y/o reducir la resistencia, incluyen divisores y generadores de vórtice. [ cita necesaria ]
Algunos coches, como el DeltaWing , no tienen alas y generan toda su carga aerodinámica a través de su carrocería. [ cita necesaria ]
La magnitud de la carga aerodinámica creada por las alas o los spoilers de un automóvil depende principalmente de tres cosas:
Una superficie más grande crea mayor carga aerodinámica y mayor resistencia . La relación de aspecto es el ancho del perfil aerodinámico dividido por su cuerda. Si el ala no es rectangular, la relación de aspecto se escribe AR=b 2 /s, donde AR=relación de aspecto, b=envergadura y s=área del ala. Además, un mayor ángulo de ataque (o inclinación) del alerón o alerón crea más carga aerodinámica, lo que ejerce más presión sobre las ruedas traseras y genera más resistencia.
La función de los perfiles aerodinámicos en la parte delantera del vehículo es doble. Crean una carga aerodinámica que mejora el agarre de los neumáticos delanteros y, al mismo tiempo, optimizan (o minimizan la perturbación) el flujo de aire hacia el resto del coche. Los alerones delanteros de un coche de ruedas abiertas sufren modificaciones constantes a medida que se recopilan datos de carrera en carrera y se personalizan para cada característica de un circuito en particular (ver fotos superiores). En la mayoría de las series, las alas están diseñadas incluso para ajustarse durante la carrera cuando se realiza el mantenimiento del coche.
El flujo de aire en la parte trasera del automóvil se ve afectado por los guardabarros delanteros, las ruedas delanteras, los espejos, el casco del conductor, los laterales y el escape. Esto hace que el alerón trasero sea menos eficiente aerodinámicamente que el alerón delantero. Sin embargo, debido a que debe generar más del doble de carga aerodinámica que los alerones delanteros para mantener el manejo y equilibrar el auto, el alerón trasero generalmente tiene una fuerza mucho mayor. relación de aspecto y, a menudo, utiliza dos o más elementos para componer la cantidad de carga aerodinámica creada (ver foto a la izquierda). Al igual que los alerones delanteros, cada uno de estos elementos a menudo se puede ajustar cuando se realiza el mantenimiento del coche, antes o incluso durante una carrera, y son objeto de constante atención y modificación.
En parte como consecuencia de las normas destinadas a reducir la carga aerodinámica de los alerones delanteros y traseros de los coches de F1, varios equipos han buscado otros lugares para colocar los alerones. Pequeñas alas montadas en la parte trasera de los pontones de los coches comenzaron a aparecer a mediados de 1994, y eran prácticamente estándar en todos los coches de F1 de una forma u otra, hasta que todos estos dispositivos fueron prohibidos en 2009. Han surgido otras alas en varios otros lugares del automóvil, pero estas modificaciones generalmente solo se usan en circuitos donde se busca más carga aerodinámica, particularmente en las reviradas pistas de carreras de Hungría y Mónaco.
El McLaren Mercedes MP4/10 de 1995 fue uno de los primeros coches en contar con un "ala media", aprovechando una laguna del reglamento para montar un ala en la parte superior de la cubierta del motor. Desde entonces, todos los equipos de la parrilla han utilizado esta disposición en un momento u otro, y en el Gran Premio de Mónaco de 2007 todos los equipos menos dos la utilizaron. Estas alas centrales no deben confundirse ni con las cámaras montadas en el aro que cada coche lleva de serie en todas las carreras, ni con los controladores de flujo en forma de cuerno de toro utilizados por primera vez por McLaren y posteriormente por BMW Sauber, cuya función principal es suavizar y redirigir el flujo de aire para hacer que el alerón trasero sea más efectivo en lugar de generar carga aerodinámica por sí mismos.
Una variación de este tema fueron los "X-wings", alas altas montadas en la parte delantera de los pontones que utilizaban una laguna similar a las alas medias. Tyrrell los utilizó por primera vez en 1997 y se utilizaron por última vez en el Gran Premio de San Marino de 1998, cuando Ferrari, Sauber, Jordan y otros ya habían utilizado dicha disposición. Sin embargo, se decidió prohibirlos debido a la obstrucción que provocaban durante el repostaje y al riesgo que representaban para el conductor en caso de que un coche volcara. (Se rumorea que Bernie Ecclestone los vio demasiado feos en la televisión y por eso los prohibió). [ cita necesaria ]
De vez en cuando se han probado otros alerones adicionales, pero hoy en día es más común que los equipos busquen mejorar el rendimiento de los alerones delanteros y traseros mediante el uso de varios controladores de flujo, como los "cuernos de toro" antes mencionados. utilizado por McLaren.
