Hur bra blir "amatöraerodynamik"?

En lite konstig fråga kanske, men jag kommer ihåg en tråd för inte så länge sedan med en prioriteringslista över saker att trimma. Bland punkterna fanns såklart aerodynamik med, så jag började fundera lite på hur bra det egentligen blir på en ganska vanlig bil utan avancerat testande i vindtunnlar. Går det att uppskatta en siffra på hur mycket downforce det går att lura fram med relativt enkla medel?
om vi exempelvis antar att vi har en hyffsat välsvarvad sedan eller någon enklare sportcoupé; fet vinge(som funkar), rejäl frontläpp, platt/inkapslat underrede(kanske t.om. venturitunnlar, om inte det är för svårt att bara räkna sig fram till) och en markfrigång på säg 10cm. Alltså, en ganska vanlig bil som skall trimmas för banåka. Är det möjligt att anta en siffra, för att få en liten fingervisning, om hur bra aerodynamiken skulle funka? Ifall det blir för svårt kanske det går att säga något i vilka hastigheter man börjar märka av positiva effekter - funkar det i hårnålar(antagligen inte), snabba kurvor eller bara på rakorna etc?

om man har erfarenhet av körning och och kan ligga på konstanta tider samt känna efter hur bilen uppför sig borde man kunna labba fram bra lösningar. Vindtunnlar är ju ganska sällsynta.

Är det inte främst bilens balans man brukar labba med då? Det måste ju bli enormt mycket jobb att labba fram en optimal utformning av exempelvis en venturitunnel.

Innan man ger sig på aerodynamiken bör man nog gjort det man kan på chassidynamiken.
Först testa fram det bästa möjliga för fram o bakvagn När man upplever att man inte kommer längre med
fjädrar, stötdämpare, bussnignar och geometri, först då kan man få ut något av aerodynamiska förbättrignar. Risken är annars att man luras kompensera med aerodynaik för något som hade blivit effektivare löst mha av chassiutveckling. Många kör ju med vingar som ladugårdsdörrar för att få downforce bak t.ex. Hur mycket extra hk behövs för att kompensera för all extra "drag"?
Sedan har jag the hard way lärt mig att en liten diskret guerny-flap ofta ger minst lika bra effekt som ett fågelbad på bakluckan. dessutom att en splitter i aluminium eller marinplyfa ger precis lika bra egenskaper som en i kloakfiber...
Venturitunnel är rätt svårt att få effektiva på en standardbil. både längd och vinkel kan bli svårt att få till.
Många bygger med för brant vinkel (vilket blir följden om den ska få plats bakom bakaxeln)
en brant venturi kräver mycket smala kanaler för att öht fungera.

Min uppfattning är att på de flesta hobbyracers fyller vingar och tunnlar större estetiska än aerodynamiska funktioner.

Bosse L skrev:

Innan man ger sig på aerodynamiken bör man nog gjort det man kan på chassidynamiken. Först testa fram det bästa möjliga för fram o bakvagn När man upplever att man inte kommer längre med fjädrar, stötdämpare, bussnignar och geometri, först då kan man få ut något av aerodynamiska förbättrignar. Risken är annars att man luras kompensera med aerodynaik för något som hade blivit effektivare löst mha av chassiutveckling. Många kör ju med vingar som ladugårdsdörrar för att få downforce bak t.ex. Hur mycket extra hk behövs för att kompensera för all extra "drag"? Sedan har jag the hard way lärt mig att en liten diskret guerny-flap ofta ger minst lika bra effekt som ett fågelbad på bakluckan. dessutom att en splitter i aluminium eller marinplyfa ger precis lika bra egenskaper som en i kloakfiber... Venturitunnel är rätt svårt att få effektiva på en standardbil. både längd och vinkel kan bli svårt att få till. Många bygger med för brant vinkel (vilket blir följden om den ska få plats bakom bakaxeln) en brant venturi kräver mycket smala kanaler för att öht fungera. Min uppfattning är att på de flesta hobbyracers fyller vingar och tunnlar större estetiska än aerodynamiska funktioner.

Stämmer bra med min egna erfarenhet , Efter ha provat fram bästa möjliga bakspoiler till min BMW. (luften fanns inte där jag trodde att den skulle finnas ).

Hur är det om man bara i allmänhet skapar en undertryckszon under bilen?

Tex lågt placerad splitter nedanför plant underrede, kjolar som går ned lite runt hela bilen och öppnar upp bak mot något diffuserliknande med ~12 graders stigning och om där det är möjligt bygger urgröpningar framför/bakom hjulupphängningar enligt samma?

Kan man få turbulenta flöden som skapar lyftkrafter istället för undertryck?

Enligt en av svensk bilindustris experter på fordonsaerodynamik fungerar en diffusor bäst till ca 7 graders lutning (påverkas som sagt av bredden på tunnlarna)
De längsgående kanalerna i venturitunnlarna finns där just för att hindra turbulens, när luften annars släpper för fort. Vet inte om dessa turbulenta områden skapar lyftkrafter, men att de eliminerar diffusorns effekt är klart!
På våra hobbybilar tror jag att en splitter och en hyfsat slät undersida, kombinerat med några graders rake är tillräckligt. Blir nog lätt overdo i drömmen om groundeffekt på annat än rena racebilar.
Så fort du får några graders krängning försvinner ju nyttan av kjolar etc helt.
Nu är jag ju ingen aerodynamiker till proffesionen, bara en lagom intresserad amatör.
aAders Y kan nog säkert fylla i med mer vettig kunskap här!

Det måste ju vara viktigt också med storleken på en splitter, eller vinge. Man kan ju t ex förstärka en understyrning som man försöker bli av med.

Bosse L skrev:

Innan man ger sig på aerodynamiken bör man nog gjort det man kan på chassidynamiken. Först testa fram det bästa möjliga för fram o bakvagn När man upplever att man inte kommer längre med fjädrar, stötdämpare, bussnignar och geometri, först då kan man få ut något av aerodynamiska förbättrignar. Risken är annars att man luras kompensera med aerodynaik för något som hade blivit effektivare löst mha av chassiutveckling. Många kör ju med vingar som ladugårdsdörrar för att få downforce bak t.ex. Hur mycket extra hk behövs för att kompensera för all extra "drag"? Sedan har jag the hard way lärt mig att en liten diskret guerny-flap ofta ger minst lika bra effekt som ett fågelbad på bakluckan. dessutom att en splitter i aluminium eller marinplyfa ger precis lika bra egenskaper som en i kloakfiber... Venturitunnel är rätt svårt att få effektiva på en standardbil. både längd och vinkel kan bli svårt att få till. Många bygger med för brant vinkel (vilket blir följden om den ska få plats bakom bakaxeln) en brant venturi kräver mycket smala kanaler för att öht fungera. Min uppfattning är att på de flesta hobbyracers fyller vingar och tunnlar större estetiska än aerodynamiska funktioner.

Jag tänkte som så att en siffra på hur bra aerodynamiken funkar kan vara till hjälp när man väljer fjädrar till bilen. Blir det exempelvis mycket downforce kan det vara bra att fjädra bilen lite hårdare. Om det inte blir så mycket downforce behöver man kanske bara koncentrera sig på att motverka lyftfkrafterna, så bilen blir stadigare i höga hastigheter och vid inbromsningar. Tanken var alltså inte att få fram någon "fusklösning".

Någonstans har jag en bra guide i ämnet avsedd för amatörer. Det var antingen i Racecar Engineering eller i Race Tech. Jag kan leta fram tidningen & meddela vilken det var för dem som vill beställa...

Titta under läsvärt här på Rejsa, där finns det en lättförstådd skrivelse i ämnet.

Bosse L skrev:

Enligt en av svensk bilindustris experter på fordonsaerodynamik fungerar en diffusor bäst till ca 7 graders lutning (påverkas som sagt av bredden på tunnlarna) De längsgående kanalerna i venturitunnlarna finns där just för att hindra turbulens, när luften annars släpper för fort. Vet inte om dessa turbulenta områden skapar lyftkrafter, men att de eliminerar diffusorns effekt är klart! På våra hobbybilar tror jag att en splitter och en hyfsat slät undersida, kombinerat med några graders rake är tillräckligt. Blir nog lätt overdo i drömmen om groundeffekt på annat än rena racebilar. Så fort du får några graders krängning försvinner ju nyttan av kjolar etc helt. Nu är jag ju ingen aerodynamiker till proffesionen, bara en lagom intresserad amatör. aAders Y kan nog säkert fylla i med mer vettig kunskap här!

8 ° har jag läst ska vara effektivast, men det är inte alltid L/D man är ute efter. En något brantare vinkel brukar ge mer downforce men sämre L/D.

En enkel bonnmek vindtunnel för att se hur effekten på tex en vinge fungerar är ju att blåsa med högtryckstvätten... det blir jue lite som en vindtunnel men ändå inte..

Ni förstår nog vad jag menar...

Har du räknat på reynoldstal?

Det går förstås att ta 100 bilar med amatörbyggda aerodynamiska anordningar och få ett medelvärde, men jag tvivlar att det förutsäger hur nästa bil skall bli särskilt bra.
Nu kommer jag inte ihåg exakt, men jag har för mig att undersidan inkl. diffusor sägs bidra med ca 50% av den totala nedåtkraften på en F1:a, vilket bör betyda uppemot 5 kN i drygt 200 km/h, alltså motsvarande ett halvt ton. Detta trots att en F1:a har ett relatiivt litet golv som dessutom måste vara plant och väldigt hårda restriktioner på den lilla diffusorn.
Med det i åtanke kan man ju tänka på hur mycket det skulle gå att få ifrån en standardbil med stort golv och tämligen fri att utforma en lämplig venturitunnel. Så potentialen är stor, bara man får till det, antingen med tur eller med skicklighet.

Har man bara lite kunskaper ifrån vindtunneltestning och aerodynamik så kan man säkert själv testa fram en lämplig form på t.ex. en venturitunnel och det utan särskilt mycket pengar. Men det inkluderar knappast att blåsa över det med högtryckssprutan...
Det går inte heller att säga att en viss vinkel är det bästa, eftersom det beror väldigt mycket på form och förutsättningar, om man använder VG:s, etc..

Nu blir det lite stora bilder, men här kommer resultat ifrån en liten CFD-räkning av en "bil"(kantig låda), som bl.a. har venturi/diffusor och splitter. Viss reservation för exaktheten i lösningen, då den inte är testad med gängse metoder, men tendensen stämmer säkert.

Bilderna är lite stora, men det är för att man skall kunna se detaljerna.

Profilen för venturitunneln klarar i regel vinklar på uppemot 15-20 grader men här kan man se att det avlöser redan vid knappt 9 grader. Det beror på hög tryckgradient och taskig bakplansströmning. Så om man höjer bilen och därmed minskar tryckgradienten och/eller fixar till bakkroppen så är det inte säkert att det blir någon avlöst strömning. Venturin är 1 m och avlösning är ca 2 dm ifrån bakkanten. Det man ser är hastighetsvektorer som är färgade efter trycket. Man kan alltså se att vektorerna närmast bilen går åt fel håll efter ett tag => avlöst strömning.
Yxar man till en profil på venturin/diffusorn helt själv blir det alldeles säkert sämre och då får man avlösning vid ännu mindre vinklar.




Det här är strömningen kring splittern, där en del smiter ned under, en del står still och resten drar iväg uppåt. Tryckskillnaden mellan över och undersida ser ut att vara kring 5 000 Pa, alltså 5 000 N/m^2. Så 1/10 kvadratmeter ger alltså 50 kp nedåtkraft.





En överblick på strömniungshastigheten kring lådan. Det blå är stillastående luft och ger en stor vak bakom bilen, samt även över huven. Det förstnämnda är svårt att få till riktigt bra, me det sistnämnda har nog alla, utom möjligen Volvos lådmodeller fått till bättre, även om många har problem med avlöst strömning och virvel vid rutans nederkant, p.g.a. allt för brant vinkel på framrutan. Å andra sidan kan man säkert få förvärrade problem vid takets framkant om man lyckas bättre med strömningen över huven.




Det här alltså i 2D och har därför inte med några tryckutjämnande 3D-effekter, som sker p.g.a. läckage ifrån sidorna. Eller för den delen virvlar och annat som kan uppstå i 3D.

för CFD! 2D räcker nog bra så länge tråden heter "amatöraerodynamik"

Eftersom kp inte finns i min vokabulär måste jag kolla med lite andra enheter. Splittern ser ut att kunna vara 10 cm lång och kunde väl vara 1.8 m bred. Med 5000 Pa i tryckskillnad så skulle det ge 900 N eller ca 90 kg i downforce. Hastigheten i beräkningen verkar vara kring 40 m/s eller 144km/h.

Trycket i diffusorn verkar vara ganska lågt också så med en så stor area blir det en hel del kraft av den med. För diffusorn tror jag nog att 3D och en noggrann modell av underredet krävs innan man kan börja räkna fram krafter (OBS Jag tycker alltså inte att denna modell är dålig utan menar att det krävs en miljon gånger mera arbete innan man får fram realistiska värden för diffusorn)

Det skulle vara kul att se hur stor lyftkraften är på hela karossen (lådan) med och utan splitter&diffusor.

hehe, damn, det där är ren porr!

Måste se till att lära mig det där, går ju att labba tills man är blå om öronen med sådant eller bättre datorstöd!!

Sten skrev:

för CFD! 2D räcker nog bra så länge tråden heter "amatöraerodynamik" Eftersom kp inte finns i min vokabulär måste jag kolla med lite andra enheter. Splittern ser ut att kunna vara 10 cm lång och kunde väl vara 1.8 m bred. Med 5000 Pa i tryckskillnad så skulle det ge 900 N eller ca 90 kg i downforce. Hastigheten i beräkningen verkar vara kring 40 m/s eller 144km/h. Trycket i diffusorn verkar vara ganska lågt också så med en så stor area blir det en hel del kraft av den med. För diffusorn tror jag nog att 3D och en noggrann modell av underredet krävs innan man kan börja räkna fram krafter (OBS Jag tycker alltså inte att denna modell är dålig utan menar att det krävs en miljon gånger mera arbete innan man får fram realistiska värden för diffusorn) Det skulle vara kul att se hur stor lyftkraften är på hela karossen (lådan) med och utan splitter&diffusor.

35 m/s är friströmshastigheten.
50 kp(kilopond) var för de som gillar att prata om "kilo". Det tar emot att skriva kg som enhet för kraft...
Även splittern lider säkert av en hel del 3D-effekt, eftersom det tenderar att strömma utåt sidorna och därmed ge lägre tryck.

Man kan konstatera att om det ser ut såhär bakom bakrutan så är det ingen större ide med en bakvinge som ligger nära bakluckan.

Programmet är Fluent, som nog t.ex. är det vanligaste CFD-programmet i F1-världen. Skulle gissa att en licens går på ca 200 kkr, men vet inte säkert.

Det tar ingen evighet att göra den där beräkningen, typ igår kväll med geometribeskrivning, nät och beräkning. Men då är det egentligen för få nätpunkter/celler. Tror det blev 16000 totalt och det skulle nog kanske behöva tredubblas, åtminstone.
Jag är inte heller någon jätteexpert på Fluent, men jag vet ju ungefär vad de flesta "knappar" och inställningar betyder, så det går det nog inte att tjäna in så mycket tid på. Så en lite mer avancerad/detaljerad 2D-modell tar kanske en dag att peta ihop och sedan en natts beräkningstid på en snabb PC.
Men då har jag kortare startsträcka än de flesta eftersom jag har doktorerat i CFD och jobbat med det ett antal år, så efter gymnasiet kan man väl lägga på 10 års universitetsstudier om man exakt och snabbt vill förstå vad man gör.

Köra CFD-program är ingen enkel trycka-på-knappen manöver, utan kräver en hel del kunskap för att det skall bli bra. Både strömningsmässigt, men även matematiskt/numeriskt. Det är inte så svårt att få till helt ofysikaliska lösningar.

Mycket intressant tråd detta.

Anders: hur påverkas "avlösningsvinkeln" av en divergerande form på begränsningsytorna i sidled?
Kan man på nåt sätt istället för att ändra vinkeln i höjdled labba med formen i det andra planet?

Med andra ord, kan man ha en flackare vinkel på höjden (och på så sätt nå längre in under bilen) och istället ha vinklade sidor (ev. med en del ledskenor) för att på så sätt ge liknande effekt som en brantare diffusor?

AndersY skrev:

Även splittern lider säkert av en hel del 3D-effekt, eftersom det tenderar att strömma utåt sidorna och därmed ge lägre tryck. Man kan konstatera att om det ser ut såhär bakom bakrutan så är det ingen större ide med en bakvinge som ligger nära bakluckan.

Jovisst, man måste nog betrakta splittern också i 3D innan man kan få fram hur den funkar. Sen kommer det ju till flöde till kylaren och bromsar samt allt vad som händer under bilen och i hjulhusen. Simon McBeath har skrivit lite i Racecar Engineering om detta. Artikeln om splittern råkar finnas på nätet: http://www.ceintl.com/nov2004/images/RcarV14N11_Aerobytes2.pdf

Eftersom taket på NASCAR bilen är så sluttande blir flödet över bakspoilern rätt stort och den ger en hel del downforce med en stor spoiler. En liten spoiler ger minskat luftmotstånd. (Racecar Engineering, Februari och Mars 2005)

AndersY skrev:

Köra CFD-program är ingen enkel trycka-på-knappen manöver, utan kräver en hel del kunskap för att det skall bli bra. Både strömningsmässigt, men även matematiskt/numeriskt. Det är inte så svårt att få till helt ofysikaliska lösningar.

CFD är ett sånt område som är så komplicerat att det är svårt att få det bra även med de bästa resurser. F1 stallen kör ju sina vindtunnlar dygnet runt. De gör beräkningar i CFD och verifierar i vindtunneln. Skulle de kunna göra samma jobb bara med CFD så skulle de nog göra det. Sen finns det ju saker som funkar i vindtunneln men inte på bana (tex. fronten på Williams i början av säsongen 2004)