Aerodynamik 2: Luftwiderstand

Aerodynamics 2: Drag

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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.