Por Timoteo Briet Blanes – Turbulencia Research Engineering

Sabiendo que las 2 tareas básicas y prácticamente únicas que persigue toda la aerodinámica de un coche de competición, que es la reducción de la resistencia y el aumento de la down-force, vamos a explicar el funcionamiento, las características y las aplicaciones de los alerones delanteros, de cualquier coche de competición.

Introducción:

Los coches de competición que poseen el motor detrás, que son casi todos (Fórmula 1 y Fórmula GT por ejemplo), necesitan que la proa del coche genere down-force, para que los neumáticos delanteros tengan agarre sobre el asfalto. Incluso sin ser la razón de la ubicación del motor, la responsable de la necesidad de dicha down-force, cuanta más down-force, al menos en curva, se tenga, menor será el tiempo de paso por curva (prácticamente todas las carreras, se ganan aquí….). De todas formas, existen más razones, como veremos, para la existencia e instalación de los alerones delanteros.

En el caso de la Fórmula GT, no se permite, según Normativa técnica de competición, instalar alerones a modo de alerones tipo F1; para ello, se colocan unos aletines o planchas debidamente calculadas, para generar la necesaria down-force:

Las restricciones según Normativa, que limitan el diseño se estos dispositivos, es normalmente de tamaño y ubicación. Conociendo estas restricciones, el proceso, es el típico:

  • Elegir varios dispositivos (según experiencia y habilidad).
  • Simularlos numéricamente, previo paso a modelo CAD del coche en su totalidad.
  • Elegir aquel que mejor rendimiento posea, a partir de los resultados CFD.
  • Construir e instalar el modelo elegido.
  • Comprobar empíricamente mediante telemetría, los resultados teóricos y validar el modelo.

Funciones:

Las funciones del sistema de alerones delanteros, podemos clasificarlas en 5:

  • Generación de Down-Force.
  • Separar adecuadamente el flujo de las ruedas delanteras.
  • Adecuar el flujo que pasa por debajo del suelo y a los pontones de refrigeración.
  • Adecuar el flujo a cierta zona del coche (casco del piloto por ejemplo).
  • Sellar el suelo, por métodos aerodinámicos.
  • La primera función, es la que habitualmente todo el mundo conoce; de todas formas, las otras 3, son más importantes si cabe, por cuanto son más difíciles de llevar a cabo, de una forma óptima.

a) La generación de Down-Force, como ya vimos en un artículo anterior, no es más que colocar el perfil adecuado, para que con un ángulo de incidencia determinado y una superficie determinada, se genere una fuerza descensional dada. Con la incorporación de Flaps Gurney, por ejemplo, podemos aumentar dicha fuerza, con un aumento de resistencia muy pequeño. Este tipo de flaps, los analizaremos en posteriores artículos.

b) Las ruedas de un coche de F1, generan, aproximadamente, el 40% de la resistencia total del coche; por tanto, si existe un lugar donde debemos hacer hincapié para reducir la resistencia, es justamente éste; cómo podemos reducir la resistencia de las ruedas?
La respuesta es sencilla: haciendo que el flujo no incida directamente sobre las ruedas; para ello, aprovechando que el alerón está por delante, diseñamos dicho alerón para que desvíe el flujo alrededor de las ruedas, reduciendo la resistencia aerodinámica.

Porqué los alerones delanteros, se encuentran tan adelantados? Es cuestión de momentos: cuanto más adelantados se encuentren, menor fuerza se necesitará que generen por ellos mismos, para que las ruedas posean una down-force determinada (podemos pensar en el principio de la palanca). Obviamente, esta posición, está legislada y limitada, por la Normativa Técnica de carrera.
Otra de las funciones añadidas que tienen estos deflectores de flujo delanteros, es la de impedir el flujo de aire desde la zona de alta presión a la zona de baja presión (a modo de pantallas de extremidad, como ya vimos en un artículo anterior); de esta forma, la resistencia de todo el sistema, se reduce considerable y apreciablemente:

c) En lo que respecta al “efecto suelo”, el alerón delantero, adecúa el flujo que ha de pasar por debajo del coche, con el fin de generar down-force; como ya vimos en un artículo anterior, el aire que pasa por debajo del coche, ha de acelerarse para así, reducir la presión por la parte inferior y provocar la “succión”del coche.

En este efecto, también tiene influencia en difusor, por cuanto en líneas generales, el tamaño del difusor ha de ser tanto mayor, cuanto más aire pase por debajo del coche. Obviamente, el tamaño del difusor e incluso “casi” su geometría, viene muy limitado por Normativa, con lo que el resto viene ya dado y limitado. De todas formas, existen 2 tipos generales de diseño:

  • Curvados, en la parte central hacia arriba:
  • Curvados, en la parte central, hacia abajo:

Mediante este tipo de diseño, es posible incluso, acelerar ya el flujo, antes de introducirse en la parte inferior del suelo; de esta forma, la eficiencia aumenta.

Por otro lado, cabe hacer mención al hecho de que los alerones delanteros, no han de dificultar la entrada de aire a los pontones de refrigeración ¡¡¡¡; para ello, en la parte central de los alerones, no se colocan “demasiadas cosas”, que dificulten o impidan este flujo:

En ambas fotos, podemos apreciar que en la zona central, la cuerda es mucho más pequeña que a medida que nos alejamos del centro. Ello es debido a no impedir el flujo de refrigeración, cosa extremadamente importante.

d) Aprovechando que los alerones de proa, son la pieza más adelantada del coche, podemos reducir o mitigar, ciertos efectos aerodinámicos que tiene lugar, aguas abajo. Por ejemplo, se comprobó esta misma temporada, que el R25 de Renault, poseía unas pequeñas vibraciones aerodinámicas que afectaban al casco del piloto, con los graves inconvenientes que tenía esto; para evitarlas, se optó por modificar el alerón delantero (además de colocar unos pequeños apéndices laterales por encima del morro) que hacían desaparecer dichas vibraciones o turbulencias, en definitiva.
Es posible, por tanto, aprovechas el alerón delantero y su bancada, para realizar ciertas acciones o efectos aerodinámicos, que tiene lugar más atrás:

e) Como ya vimos en un artículo anterior, es posible “sellar” por métodos aerodinámicos, el suelo; de esta forma, estamos “conservando” la depresión que se ha generado en la parte inferior, y que por tanto, es la encargada de generar down-force.

Si generamos unos vórtices de alta energía, que discurran por todo el suelo, estaremos impidiendo que el aire entre en la zona de baja presión; como también vimos, en los coches de F3, existen unos pequeños alerones, encargados de esto:

En nuestro caso, podemos hacer que el alerón delantero, sea el responsable de sellar el suelo, haciendo que genere una serie de dichos vórtices de alta energía.

Conclusiones:

Hemos estudiado por una parte, los distintos tipos de alerones delanteros existentes, y por otra, su funcionalidad, sus aplicaciones y sus consecuencias; creo haber dado una visión general de este conjunto aerodinámico de extrema importancia, haciendo hincapié, una vez más, que se trata de algo en principio o aparentemente simple, pero que cualquier diseño que se jacte de ser eficiente desde todos los puntos de vista, comporta una labor ingente de diseño, trabajo, dedicación y de pruebas.
Espero haber resaltado el hecho, que este elemento aerodinámico en particular, forma parte de un todo o de una aerodinámica en general, y que cualquiera de sus partes, afecta al todo, irremediablemente. Como se ha podido comprobar, la simulación CFD es más que importante como pieza esencial en el proceso de diseño del sistema de alerones delantero.

Reseña sobre el autor: Timoteo Briet Blanes, Licenciado en Matemáticas y Doctor Ingeniero Industrial; Profesor Universitario de Mecánica de Fluidos y Aerodinámica; Especialidad en Simulación CFD y Aerodinámica; Gerente de “Turbulencia Engineering”; ha trabajado con diversos Equipos de Competición: Campeonato del Mundo de Motos de 125 y 250 cc, Fórmula 3, Fórmula GT, Renault Mégane Trophy, Diseño de Camiones y Autocares, Diseño de Cascos de Veleros para la Copa América de vela, Elementos Aerodinámicos de Automóviles, Cascos de Competición, Diseño de Aeronaves, Energías Eólica, Térmica y Mareomotriz, Aerodinámica Industrial, Diseño, Fabricación, Instalación y Puesta en Marcha de Túneles de Viento, etc. Posee diversas Patentes relativas al mundo de la Aerodinámica, así como numerosas Investigaciones al respecto. En la actualidad está apoyando al equipo Campos Racing en su implicación en el campeonato de la GP2 Series

 

Extraido de TheF1.com y publicado con el permiso del Doctor Timoteo Briet Blanes de  Turbulencia Research Engineering