Tehnika: Vetrovnik - Moč vetra - Avtomanija

Moč vetra

Tehnika: Vetrovnik

Moč vetra

16.01.2016 22:02

Kljub temu, da je področje razvoja aerodinamike v formuli 1 v zadnjih sezonah doživelo ostre omejitve, ostaja vetrovnik eden izmed nepogrešljivih prostorov vsakega moštva. Kako je zgrajen in kakšne so njegove osnovne lastnosti?

Artur Švarc

Po osnovnem konceptu ločimo dve različici vetrovnikov. Prva, odprtega tipa, zajema zrak iz zunanje okolice ter ga za prostorom, ki je namenjen testiranju, vrača v ozračje. Drug tip vetrovnika je zaprtega tipa. Pri njem zrak kroži po ceveh od ventilatorja do testnega prostora in nazaj proti ventilatorju. S stališča stroškov izgradnje je razumljivo mnogo cenejša prva različica vetrovnika, a je na dolgi rok dražja za vzdrževanje oziroma obratovanje, saj pri zaprtem tipu zrak kroži po sistemu in do ventilatorja že pride z določeno hitrostjo. Vnos energije, da mu povečamo hitrost je tako manjši.

Srce vetrovnika je seveda ventilator. Uporablja se aksialne, premera 3 in več metrov, moč njihovega motorja pa seveda ni majhna. Tisti, ki se vrti v Hinwilu pri Sauberju, ima moč 3000kW, pojasni nekdanji vodja oddelka aerodinamike pri Švicarjih, Willem Toet. Obrati dosegajo rang 500 vrtljajev na minuto in več. Ker je ventilator skupaj z motorjem eden težjih kosov samega sistem in s svojo rotacijo povzroča določene vibracije (kot slabo uravnotežena pnevmatika na vašem avtomobilu) je ponavadi postavljen na samostojen temelj, ki je ločen od ostale stavbe, hkrati pa je na podlago pritrjen preko sistema vzmeti, da se res čim bolj izničijo tresljaji.

Za ventilatorjem se nato zrak začne gibati proti prvemu zavoju, kjer je nameščen prvi sistem loput oziroma lopatic, ki tok zraka preusmerijo (ponavadi za 90°) v naslednji krak cevi ter nekoliko umirijo turbolence. Takoj po ventilatorju se začne premer cevi tudi postopoma povečevati in če niste ravno prespali vseh ur srednješolske fizike, si sedaj že skušate odgovoriti zakaj povečevanje. Odgovor tiči v dejstvu, da se z višanjem hitrosti poveča tudi trenje zraka ob stene vetrovnika. Ta mejna plast se s tem zmanjša, manjše je segrevanje zraka, hkrati pa se z zmanjševanjem hitrosti tudi umirja tok zraka. Zrak nato potuje proti drugemu 90° zavoju, kjer so prav tako nameščene usmerjevalne lopatice, za njimi pa prečka hladilnik zraka (da ohladi zrak, ki se je segrel za ventilatorjem – trenje, gibanje med molekulami,...). V tem trenutku se zrak že nahaja v delu tunela, ki je obrnjen proti testnemu prostoru. Preden vstopi vanj, ga dodatno umirijo skozi sistem mrež (satovja). Ker je zrak po tej poti že izgubil nekaj hitrosti, se mu le ta poveča tako, da se lokalno hitro zmanjša premer cevi tunela (razmerja ranga 7:1) – se še spomnite srednje šole in Venturijeve cevi ter Bernoullijeve enačbe? Hkrati se s tem dodatno umiri zrak in odstrani še zadnje turbolence v njem.

Preselimo se sedaj v testni prostor samega vetrovnika, kjer se lahko nahaja dirkalnik v osnovni velikosti (pravila tega ne dopuščajo več) ali v pomanjšani (prednjači 60% različica). Da se moštva odločajo za uporabo pomanjšane različice dirkalnika je krivo dejstvo, da je le-ta precej lažja in cenejša za izdelavo. Ker se kosi dirkalnika za teste v vetrovniku v večini primerov izdelujejo na CNC strojih (zadnja leta z rastjo natančnosti tehnologije 3D tiskanja raste tudi uporaba tega načina izdelave), predstavlja volumen 60% različice dirkalnika le dobrih 21% volumna dirkalnika v naravni velikosti (V=0,6 x 0,6 x 0,6=0,216 -> 21,6%). Manjši volumen pa pomeni manj mehanske obdelave, manj odpadnega materiala in predvsem hitrejši čas izdelave prototipa, kar je v formuli 1 odločilnega pomena. 60-odstotna različica predstavlja tudi najboljše razmerje med stroški/časom izdelave ter natančnostjo preizkusa.

Dirkalnik je v vetrovniku vpet na različne načine, ki so se skozi leta spreminjali – preko pletenic, drogov skozi os kolesa, drogov skozi zadek dirkalnika do nosilca, na katerega je dirkalnik pritrjen od zgoraj in ki hkrati omogoča rotacijo ter translacijo dirkalnika med testom. Dirkalniki so bili včasih med testom postavljeni na nepomično podlago, zadnja leta pa je vse pogostejša uporaba pomične podlage – tekočega traku, ki se vrti pod dirkalnikom in tako ponazarja gibanje po dirkališču. Trak (jeklen, debeline 1mm) pod dirkalnikom potuje s hitrostjo do 290km/h (pospeševanje traja manj kot minuto), da je poraba energije (in segrevanje sistema pogona) čim manjša, pa se od prvih različic trakov razlikuje v tem, da je uležajen preko zračnih ležajev, nato pa ga na mestih, kjer bi se zaradi podtlaka, ki ga ustvarjajo krilca dirkalnika lahko preveč upognil, izravnavajo preko vakuma. Ravnost sistema je znotraj tolerance +-0,5mm. Pnevmatike dirkalnika so seveda tudi pomanjšane, so pa konstrukcijsko precej bolj odporne na obrabo kot njihova dirkalna različica, ki zdrži le okrog 200km. Pri testih porabijo na sezono okrog 12 kompletov pnevmatik, pri čemer vsak zdrži okrog 100 tisoč km testa.

Ko zrak potuje mimo drikalnika se preko sistema merilnih celic in senzorjev tlaka zbirajo podatki na strežnikih, preko katerih se nato vrednoti učinek novih komponent na dirkalniku in njihov dobrinos (ali pa tudi ne) napram prejšnji različici dirkalnika. Sam vetrovnik je bil v preteklih sezonah eden najbolj zasedenih prostorov vsakega moštva, saj je nemalokrat deloval po principu proizvodnje 24/7, a je FIA v želji, da tudi manjšim moštvom z manjšim proračunom ter revnejšimi tehničnimi viri omogoči enakovrednost pri boju za zmage na dirkah, precej omejila uporabo vetrovnika ter numeričnih simulacij CFD. Testiranje dirkalnika v naravni velikosti ni več dovoljeno (maksimalna velikost dirkalnika je omejena na 60%), hitrost vetra je omejena na 50m/s, vetrovnik pa lahko obratuje največ 60 ur na teden.

Za dodajanje komentarjev morate biti prijavljeni.
© Copyright 1999-2026 Avtomanija