Vorderes Chassis

Front-End

  English version

 

 Das vordere Chassis ist 12 mm erhöht gegenüber dem hinteren Teil. Die Stufe ist mittels eines Abstandhalters aus  Carbon  realisiert.  Dieser wurde in Formel 1 typische Form geschliffen, um den Luftfluss zu den Seiten zu dirigieren.  Zur Gewichtsersparnis habe ich ihn innen ausgebohrt. So konnten immerhin 3,1 Gramm Gewicht gespart werden.

 

Bilder 1&2 /Pic 1&2: der Abstandhalter vor und nach der Bearbeitung

Bild3/Pic3: Der fertige Abstandhalter. Die Form ist an das große Vorbild angelehnt.

Das vordere Chassis dient der Aufnahme der vorderen Aufhängung. Die unteren Querlenker sind von unten mit dem Chassis verschraubt. 

Bild4/Pic4: das vordere Chassis und die Aufhängung von unten

Oben sitzt der Aluminiumschlitten für die Nachlaufverstellung. Da unter dem Oberdeck kein Platz mehr für das Servo war, muss die Anlenkung über einen Umlenkhebel erfolgen.

Bild5/Pic5: vorderes Chassis von oben...

Der Lenkhebel besitzt verschiedene Bohrungen, um den Lenkdifferenzwinkel einstellen zu können. Die Kugelgelenke der Spurstangen sind von unten mit dem Lenkhebel verschraubt, um ein ordentliches Bump steer Verhalten zu erreichen. 

Bild6/Pic6: ...und in der Schrägansicht.

Der vordere Chassisteil ist mittels drei Schrauben mit dem Hauptchassis verbunden. Die Vordere Schraube dient gleichzeitig als Achse für dem Lenkhebel.

Zum Abschluss noch die gesamte vordere Aufhängung. Sie sieht etwas schräg aus, dies liegt aber an der Faserausrichtung des CFKs. 

 Bild7/Pic7: Gesammtansicht des vorderen Chassis mit vorderer Dämpfung.

[ENG]

The front-end of the chassis is 12mm above the main chassis. This step is realized with a carbon distance, which is shaped in the formula-1 typical shape to direct airflow to the side of the car[Pic3]. To reduce weight, I drilled out the inside of the splitter, saving 3.1 grams like this [Pic1&2].

The front-ends main purpose is to carry the front Suspension. The Lower Wishbones are attached directly to the lower surface of the chassis [Pic4].

On its top Surface, the Aluminum part for Caster-adjustment is placed. As there was no space, to fit in a servo, steering has to be realized by a steering arm and the Servo mounted on the main chassis. It features different points to attach the steering rods. They are attached from the underside to get a better Bump steer behavior[Pic5&6].

The Front-End is attached to the main chassis via three screws, the frontal one works as the steering post.

The last Picture shows the complete front end. The slope look is because of fiber direction of the carbon. [Pic7] shows the complete front chassis with the dampers attached.

Aerodynamik 2: Luftwiderstand

Aerodynamics 2: Drag

  English version

 

Hier gibt es zwei Hauptansatzpunkte: die Frage, wo und wie Abtrieb erzeugt werden kann und die Räder.

Abtrieb:

Das große, steile Flügel relativ viel Luftwiederstand bieten, ist einleuchtend. Somit bietet es sich an, möglichst viel Abtrieb über den Unterboden zu generieren.  Dieser kann durch seine Lage knapp über dem Boden effektiver arbeiten, als der Heckflügel. Der vordere Flügel stellt hier ein kleineres Problem dar, da er zum einen ebenfalls tief über der Fahrbahn liegt und er zum anderen die Stirnfläche des Fahrzeuges nicht beeinflusst.

Ideal wären natürlich Flügel, die sich bei Bedarf flachstellen lassen, ähnlich dem DRS – System der großen Vorbilder. Ob dies jedoch sinnvoll realisierbar ist, sei dahingestellt.

Die Räder:

Die freistehenden Räder sind zwar schön, oder zumindest fester Bestandteil eines Formel 1 – Modells, aber aerodynamisch gesehen ungünstig. Die Felgen stellen eine zerklüftete Oberfläche dar, zusätzlich drehen sie dich noch, was zu weiteren Verwirbelungen führt.  Jedoch lassen sich hier schon mit relativ einfachen Mitteln Verbesserungen erzielen. Geschlossene Radkappen, welche bündig mit der Reifenflanke abschließen sorgen für eine deutliche Beruhigung der Strömung und senken den Cw-Wert. Motorsport total hat hierzu einen Artikel geschrieben, die Bilder stellen den Effekt der Radkappen schön dar.

Ansonsten kann man versuchen, die Luft mittels Leitbleche um die Räder zu dirigieren. Beispiele hierfür sind Bargebords und die Flip-ups vor den Hinterrädern, welche man noch bis vor kurzem in der Formel 1 gesehen hat.

Einen Artikel zum Thema Aerodynamik bei Formel 1 RC-Cars wurde vor einer Weile bei RC-Japan.de veröffentlicht. Er dürfte zwar einigen schon bekannt seien, alle anderen finden ihn hier

 

[ENG]

Drag reduction will follow two aims: the question, where you produce down force and the wheels.

Down force:

It’s easy to believe, that big wings with a huge attack angle produce a lot of drag. To deal with this, it would be a good idea, to produce as much down force as possible using the undertray. It is low above ground level which makes it work more effectively as the rear wing. The front wing is not that much a problem, as it is low above the ground as well and does not affect the frontal area of the car.

It would be ideal to have wings that you can flatten when needed, similar to the DRS-System of the 1:1 scale cars. If this can be achieved in a good way, is another question.

The wheels:

Open wheels are beautiful or at least a necessary part of a formula 1 model. From an aerodynamic point of view, they cause some problems.  Rims are a bumpy surface, in addition, they are turning, causing a lot of turbulence. But there are some easy ways, to improve their behavior. For example, closed wheel-covers calm down the airflow, decreasing the drag coefficient. On Motorsport Total, you can find a nice article, its pictures show the effect of the wheel-covers nicely (sadly, the article is only in German, but pics are international).

In addition, you can try to direct the air around the cars using guiding vanes. Examples for this are Bargeboards and Flip-ups in front of the rear wheels as seen in Formula 1 a short time ago. 

An article about Aerodynamics in F1-Rc cars was published on RC-Japan.de some time ago. It is in German as well, but it might be helpful to some. You can find it here

Aerodynamik 1: generelle Ziele / Abtrieb

Aerodynamics 1: general directions / Down force

English version

Aerodynamik und RC-Cars. Die Diskussionen hierzu sind ja bekannt. Die einen schwören drauf, die anderen halten es für Quatsch im RC-Bereich. Bei der Entwicklung meines Autos wollte ich von Anfang an auch aerodynamische Gesichtspunkte mit einfließen lassen.

Klar ist, dass sich das Original nicht einfach verkleinern lässt. Flügeltiefe und Geschwindigkeit sind niedriger, die Re-Zahl des Flügels liegt in einen ungünstig niedrigen Bereich. Dies erfordert Anpassungen an den Flügelprofilen und verringert ihre Effizienz. Aber die aerodynamische Optimierung bietet noch einen anderen Ansatzpunkt: den Cw – Wert. Gerade Formel Modelle bieten mit ihren freistehenden Rädern hier einiges an Optimierungspotential.
Sicherlich werden auftretenden Kräfte nicht sehr groß, aber bei einem Gewicht von etwa einem Kilo und Leistungen von 200-250 Watt können auch wenige Newton schon einen Einfluss haben.

Teil 1: Abtrieb

Ein Formel1 Modell bietet zwei Punkte, die zur Erzeugung von Abtrieb dienen können: die beiden Flügel und der Unterboden des Fahrzeuges.

Flügel:
Sind in ihrer Größe beschränkt, wodurch sie in einem Aerodynamisch ungünstigen Re-Zahl Bereich arbeiten. Dies erfordert Anpassungen an den Flügelprofilen. Der vordere Flügel liegt tief über der Piste und kann damit eventuell vom Ground-Effekt profitieren. Der Hintere Flügel liegt, verglichen mit seiner Tiefe relativ hoch in der Luft, was in weniger effektiv arbeiten lässt.

Unterboden:
Der Unterboden bietet eine große Fläche, liegt nahe über dem Boden und hat keine Einschränkungen durch Regularien. Hier müsste man mit Hilfe des Venturi-Effektes relativ viel Abtrieb erzeugen können, ähnlich den Lotus Wingcars der Formel 1 oder heutiger Indycars.

Bei der Erzeugung von Abtrieb möchte ich versuchen, den Großteil des Abtriebes mit Hilfe des Unterbodens zu erzeugen, die Flügel sollen hauptsächlich der Einstellung der Balance dienen.

[ENG]

Aerodynamics and rc-cars. Some love it, others say it does not matter. During the development of my car, I wanted to consider as well the aerodynamic point of view
It’s obvious, that you can’t just scale down the original. Wings are smaller and speeds are lower, the Reynolds number [further referred to as re-number] drops to a disadvantageous level, requiring adaptions on wing profiles and lowering their effective. And there is a second aim for aerodynamic optimization: drag. Especially Formula 1 models with their open wheels contain a lot of potential for optimization there.
Surely the resulting forces are not that big, but with a weight around a kilo and engine power around 200-250 watts, even a few newton can have an influence.

Part 1: Down force


A formula 1 racecar has two major points for creating down force: the wings and the underbody.

Wings:
Wings are limited in size, which makes them work in inefficient re-number areas. This demands adaptions in wing profiles. As the front wing is low above the road, it may profit a little from ground effect. The rear wing is, compared to its size, high above the ground, which makes it work less efficient.

Underbody:
The underbody offers a big surface and there are no limitations by rules. It should be able to create a relatively high amount of down force by using venturi effect, similar to the Team Lotus Formula 1 wing cars or current Indycars.

Resulting from this, I will try to use the underbody to create the main amount of down force; the wings shall mainly be used to adjust the balance of the car.

Vordere Aufhängung

Front Suspension

  English version

Die vordere Aufhängung ist als Doppelquerlenker Aufhängung aufgebaut. Die Querlenker sind jeweils aus 2,5mm Carbon gefertigt, die Kugelgelenke sind entsprechend zugeschnittene Tamiya Kugelköpfe, welche mit Epoxidharz verklebt wurden. 

Bild1 / Pic1: Die „rohen“ Querlenker. Gut zu erkennen sind die angeklebten  Kugelgelenke bzw. das Gewindestück an den oberen Querlenkern (rechte Bildseite)

Der Schönheit wegen wurden die  Querlenker in der Formel 1 typischen  Tropfenorm geschliffen und mit Seidenmattlack versiegelt. Da ich an den Querlenkern keinen Hochglanz haben wollte, habe ich auf die Politur diesmal verzichtet.

Bild 2 / Pic 2: Die fertig geschliffenen Teile der vorderen Aufhängung inklusive dem Schlitten zum Einstellen des Nachlaufes

Die oberen Querlenker sind über Kugelköpfe mit einem H-förmigen Aluminiumschlitten verschraubt. Dieser ist mit Langlöchern zum verstellen des Nachlaufes versehen. Durch Unterlegen der Kugelköpfe kann der reaktive Nachlauf verändert werden. Die unteren Querlenker werden von unten mit dem vorderen Teil des Chassis verschraubt (mehr dazu in einem der nächsten Threads). Die Achsschenkel sind ebenfalls aus CFK gefertigt, die Achse besteht aus einem 4mm Kohlefaserrohr mit  eingeklebtem Gewinde. Die Achsschenkel sind mit zwei Bohrungen für die Aufnahme der Spurstangen versehen um eine Anpassung des Ackermannwinkels zu ermöglichen.

Bild3 / Pic3: Die Vorderachsaufhängung in der Ansicht von vorne

Über die Gewindestange am oberen Querlenker kann der Sturz eingestellt werden. Über verschiedene Spacer zwischen dem Achsschenkel und den Kugelköpfen kann die Höhe des Achsschenkels auf verschiedene Reifendurchmesser angepasst werden, sowie der Sturzverlauf verändert werden. Ebenfalls auf Bild 3 zu sehen ist der Pushrod und seine äußere Anlenkung. Diese erfolgt über einen vier Millimeter Kugelkopf, welcher leicht schräg mit dem Querlenker verschraubt ist, um den notwendigen Winkel des Pushrods zu gewährleisten.

Bild4 / Pic4: Die vordere Aufhängung in der Schrägansicht. Zu erahnen ist das zweite Loch am Achsschenkel zum anpassen des Ackermannwinkels.

Bild5 / Pic5: Die komplette Vorderachsaufhängung von vorne…

Bild6 / Pic6: …und von hinten

[ENG]

The front suspension is an independent double-wishbone suspension. The wishbones are made of 2.5mm carbon; the ball-studs are taken from Tamiya, cut to fit and attached to the wishbone with epoxy-glue.
Pic1 shows the “raw” wishbones. For a more pleasant appearance I sanded them to a wing shape. The finish is semi-gloss, as I did not want to have a glossy finish, I didn’t polish the wishbones. The results are shown in Pic2.
The upper wishbones are attached to the H-shaped aluminium part. It can be slid back for adjustment of castor, reactive castor can be changed by adding spacers to the rear ball connectors. The lower wishbones are attached tor the underside of the frontal area of the chassis (more on this in one of the next threads). The steering knuckles are made of carbon as well, the axle is built of a 4mm carbon tube with a glued in thread. The steering knuckles have two supplies for the steering arms to give different possibilities for Ackermann adjustment.
In Pic3, the suspension setup is shown. The upper turnbuckle is for camber adjustment, by changing spacers between the steering knuckle and the ball connectors, it’s possible to adapt to different wheel sizes. The Pushrod is attached with a four millimeter ball cup, it points in a slight angle towards the outside to enable the necessary angle of the pushrod. 
The complete front suspension is shown in Pictures 4, 5 & 6.

Oberdeck und Dämpfung

Uper Deck and Damping

  English version

Nach langer Zeit nun das Fertige Oberdeck mit vorderer sowie hinterer Dämpfung.

Das Oberdeck besteht aus 2mm CFK, und trägt die komplette Federungs- und Dämpfungseinheit des Fahrzeuges. Der vordere Bereich des Decks ist 6 mm höher, als der hintere, dies war notwendig, um zum einen genügend platz unter dem Oberdeck und der erhöhten Nase zu haben und zum anderen, um das Ansprechen der Dämpfer einigermaßen direkt zu gestalten. Im hinteren Bereich ist die Aufnahme der Seitendämpfer zu sehen: 

Bild1 / Pic1: Das Oberdeck ohne Anbauten

Vordere Dämpfung

Die Vordere Dämpfung ist als Pushrod - Dämpfung aufgebaut. Die Aufnahme für die Dämpferanlenkung ist mittels zweier „Flügel“ im vorderen Bereich des Oberdecks realisiert. Die Lagerung der Umlenkhebel erfolgt mittels Kugellager auf einem 4mm Carbon-Rohr, welches mittels Schraubensicherungslack auf einer durchgehenden Schraube fixiert ist. Um ein Schleifen des Hebels auf den Flügeln zu verhindern ist zwischen Achse und Oberdeck jeweils ein 0,5mm Aluminiumspacer verbaut.

Bild2/ Pic2: Die Einzelteile der Lagerung für die vordere Dämpfung

Bild3 / Pic3: Die montierte Lagerung der Umlenkhebel

 Bild4 / Pic4: Die Dämpfung der Vorderachse

Die Dämpfer sind im hinteren Bereich direkt mit dem Oberdeck verschraubt, zum Einsatz kommen hier Dämpfer aus dem ASSO RC-18, die Federn entstammen dem Corally SP12X.

Hintere Dämpfung:

Der prinzipielle Aufbau der hinteren Dämpfung wurde bereits im vorherigen Post besprochen. Die Dämpfung ist in eine unabhängige Dämpfung der Nick- und Rollbewegung aufgeteilt. Der Zentrale Dämpfer dient der Abstützung von Nickmomenten, über einen Umlenkhebel werden die beiden Seitendämpfer angesteuert. Die Seidendämpfer sind über eine Brücke mit dem Oberdeck verbunden, der Zentrale Dämpfer ist direkt mit dem Oberdeck verschraubt.

Bild5 / Pic5: Die Brücke zur Aufnahme der seitlichen Dämpfung sowie der Umlenkhebel zur Ansprache der Seitendämpfung

Bild6 / Pic6: Die komplette Dämpfung der Hinterachse

Zum Einsatz kommen hier Dämpfer aus dem ASSO RC-18 zur Seitendämpfung mit Federn für den ASSO VCS Micro-Shock. Der Zentraldämpfer ist ein F103 Dämpfer von 3Racing. Über Adapterplatten sind hier Federn von Tamiya verbaut.

Nachtrag: Das Gewicht der gesamten Konstruktion inklusive der hinteren Dämpfung mit Anschluss an das Powerpod, wie zu sehen im vorherigen Post, beträgt 89,5g. Bei 37,2g für die hintere Dämpfung bedeutet dies 52,3g für das Oberdeck und die vordere Dämpfung.

[ENG]

It‘s been a while, but here is the finished upper deck including front and rear damping.

The upper deck is made of 2mm carbon and caries the complete damping unit for the front and rear suspension. The front is raised by 6mm compared to the rear, this was necessary for having enough space  between the raised nose section and the upper deck on one hand and on the other hand to make the dampers work as direct as possible. The rear of the deck caries the supports for the rolling dampers [PIC1].

Front suspension:
The front is built as a pushrod-suspension. The lever to connect pushrod and damper is directly attached to the two “wings” in the frontal area of the upper deck.  It is running via ball-bearings on a 4mm carbon tube, which is attached to a  continuous screw  by screw locking varnish. The proper distance to the deck is provided by a 0.5mm aluminium spacer [PIC2: the pieces of the front suspension, PIC3: the bearing supports, PIC4:  the damping unit for the front axle] The dampers are attached directly to the upper deck in the rear area. I used dampers from the ASSO RC-18, the springs are taken from the Corally SP12X.
Rear Suspension:

The rear suspension was mainly introduced in the last post. It supports an independent damping of pitch- and roll movement. The central damper is for pitch, it is attached directly to the upper deck. The side dampers are driven by the T-shaped lever, they are attached to a bridge as they would otherwise touch the deck [Pic 5&6]. The side dampers are taken from the ASSO RC-18, the springs are from the ASSO VCS Micro-Shock. The main damper is an F103 damper from 3Racing, the springs are from TAMIYA.

Edit: The weight of the whole construction is 89,5g, including the rear suspension and the connectors to the power pod as seen in the last post. As this is already being 37,2g, it means a weight of 52,3g for the upper deck and front suspension.