Aerodynamika [technika wyścigowa odc. 5]

Samochody wyścigowe uzyskują dużą część docisku, wykorzystując efekt pracy dyfuzora. Co to jest dyfuzor i jak działa?

Dyfuzor to element o rosnącym przekroju poprzecznym (na przykład stożek), w którym następuje spowolnienie przepływu płynu (gazu), co wywołuje wzrost jego ciśnienia. Ta definicja dotyczy płynów, które poruszają się w dyfuzorze z prędkością znacznie niższą od prędkości dźwięku.

To jak to jest?

Część z Was może zadawać sobie pytanie, co jest nie tak, bo często mówi się, że dyfuzor „przysysa” samochód do jezdni, a to znaczy, że musi on zmniejszać ciśnienie, a nie zwiększać, jak napisałem powyżej.

Dyfuzor „wykorzystuje” równanie Bernoulliego, z którego wynika, że jeśli zostaną ze sobą połączone dwa przewody – jeden o mniejszym przekroju, a drugi o większym – to przepływający przez nie płyn w części o mniejszym przekroju będzie płynął szybciej niż w tej drugiej części, ale za to będzie miał mniejsze ciśnienie.

W bolidach wyścigowych wykorzystuje się tę samą zasadę. Wróćmy do tego, że dyfuzor zwiększa ciśnienie. W praktyce dyfuzor zwiększa ciśnienie przepływającego przez niego gazu do ciśnienia otoczenia, a więc ciśnienia atmosferycznego. Skoro w dyfuzorze ciśnienie rośnie do ciśnienia atmosferycznego, to znaczy, że przed nim gaz ma ciśnienie niższe od ciśnienia otoczenia, czyli przed dyfuzorem panuje podciśnienie.

Skoro pod podłogą jest podciśnienie, a dookoła wozu ciśnienie atmosferyczne, to następuje efekt przyssania bolidu do jezdni. Oczywiście samochód będzie tym mocniej dociskany do toru, im szybciej będzie się poruszał.

Na ilustracji powyżej pokazany jest rozkład prędkości wokół bolidu. Im wyższa prędkość, tym niższe ciśnienie. Jak widać, prędkość maleje zdecydowanie w dyfuzorze, ale tuż przed nim pod podłogą jest bardzo duża.

Teoria a praktyka

Żeby uzyskać podciśnienie, kanał, przez który ma płynąć gaz (powietrze), musi być odpowiednio niski w stosunku do przekroju dyfuzora, czyli podłoga samochodu powinna znajdować się dość blisko jezdni. Do tego musi być płaska, bo przepływ gazu pod autem musi być jak najmniej zaburzony.

Kolejnym ważnym aspektem jest takie zaprojektowanie przodu wozu, tak by dostawała się pod niego odpowiednia ilość płynu.

Sprawę budowy podwozia wozu utrudniają przepisy wyścigowe. W regulaminach technicznych często znajdują się wymogi odnośnie do kształtu podłogi, które zmniejszają efekt działania dyfuzora.

A czy można zwiększyć efekt pracy dyfuzora, nie zmieniając jego kształtu? O tym w następnym odcinku.

Źródło: turboeng (foto) • f1fanatic (foto) • mulsannescorner (foto)