Cómo funciona la aerodinámica de Stock Car

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Coche probado en túnel de viento para rendimiento aerodinámico. Andy Sacks / Stone / -Getty Images

-La flota de automóviles actual es una gran mejora con respecto a las aletas traseras ornamentales y las estructuras cuadradas de antaño. Los diseños modernos y curvilíneos minimizan la fuerza que crea el aire contra el movimiento del automóvil, y el resultado es un automóvil más elegante y más rápido. Debido a que la velocidad es, obviamente, el factor principal en las carreras de NASCAR, la aerodinámica es un elemento crucial en el diseño de autos stock..

La aerodinámica es el estudio de cómo se mueve el aire, especialmente cómo interactúa con objetos sólidos en movimiento. Así como una lancha rápida deja la línea afilada de una estela que se arrastra detrás de ella en el agua, un automóvil crea un impacto aerodinámico al atravesar el aire..

Los diseñadores de automóviles y los equipos de NASCAR se basan en los principios aerodinámicos para crear mejoras en la potencia y el manejo de los vehículos a altas velocidades. Los automóviles de pasajeros se han vuelto más formados a lo largo de los años a medida que los fabricantes descubrieron cómo la racionalización puede aumentar la eficiencia del combustible, lo que permite que un automóvil viaje a la misma velocidad con menos caballos de fuerza. Estos diseños reducen la resistencia del aire o la resistencia aerodinámica..

-En el mundo de las carreras de autos, podría ser más importante aumentar la fuerza descendente que ejerce el aire sobre las ruedas del automóvil. Esta carga aerodinámica es la clave para mantener la tracción en las curvas cerradas y constantes de una carrera de pista corta.

El descubrimiento de los misteriosos poderes de la carga aerodinámica en las últimas décadas envió al mundo de las carreras de autos a un frenesí de pruebas en el túnel de viento y sutiles ajustes de las carrocerías de los autos. Ha cambiado la cultura y la práctica de las carreras de autos de una manera que algunos fanáticos encuentran exasperante. NASCAR ha tenido que intervenir y regular cuidadosamente las características aerodinámicas de cada vehículo en competencia para mantener un campo de juego nivelado..

-Incluso los fanáticos ocasionales están constantemente expuestos a la terminología de la aerodinámica automotriz. Este artículo desmitificará la jerga de NASCAR, comenzando con el fenómeno de empuje aero.

Contenido
  1. Stock Car Aero Push
  2. Stock Car Downforce
  3. Elevador de Stock Car
  4. Arrastre de Stock Car

Un stock car a toda velocidad perfora el aire a medida que viaja. El aire se desliza sobre la parte superior del automóvil y es desviado por el spoiler adjunto a la cubierta trasera. Si otro automóvil se arrastra inmediatamente detrás, de nariz a cola, entra continuamente en el espacio aéreo afectado por el automóvil de adelante..

-El vehículo que se arrastra, si se acerca a una cierta proximidad, puede aprovechar la fuerza aerodinámica del automóvil que va en cabeza. El aire se comporta como si los dos coches fueran uno. El aire desplazado detrás del automóvil que va delante crea un vacío parcial que succiona al automóvil que va detrás a una velocidad mayor, oa la misma velocidad con un esfuerzo reducido del motor y un menor consumo de combustible. Se llama redacción. Ambos autos pueden viajar más rápido de lo que cualquiera de los autos puede viajar solo [fuente: Turner].

La redacción puede ser una técnica de carrera muy poderosa, pero tiene un grave riesgo. El coche de remolque sufre una reducción de la carga aerodinámica en sus neumáticos delanteros, lo que resulta en una pérdida de estabilidad y manejo al salir de las curvas. Esto es empuje aero, también llamada condición "apretada", que requiere que el conductor que va detrás suelte el acelerador para recuperar la tracción [fuente: ESPN].

Aero push obliga a los conductores a realizar cálculos cuidadosos. Por un lado, muchos conductores pueden seguir siendo competitivos en una carrera cerrada subiéndose al vehículo líder, aprovechando el aumento de la fuerza y ​​la disminución de la tensión del motor. Los efectos son especialmente beneficiosos en las rectas. En las curvas, sin embargo, los peligros entran en juego en la reducción de la maniobrabilidad y la mayor probabilidad de perder el control..

El empuje aerodinámico se ha convertido casi en la característica dominante de las carreras de NASCAR. Los fanáticos se han quejado de que las carreras han perdido algo de su atractivo, ya que los ciclistas permanecen en posiciones fijas durante largos tramos a la vez. Los conductores se desafían menos entre sí, viajando en fila única en lugar de uno al lado del otro. En el lado positivo, una mayor cantidad de vehículos pueden permanecer cerca del líder del grupo..

El empuje aerodinámico, y toda la aerodinámica de carreras, para el caso, se trata de la carga aerodinámica.

Aire en el aire

En la cobertura de NASCAR de ESPN, un truco de efectos especiales llamado Draft Track muestra a los espectadores cómo funciona el empuje aerodinámico en tiempo real, representando corrientes de aire a través de bocanadas verdes animadas en la pantalla [fuente: Hiestand].

Fuerza aerodinámica es una fuerza descendente producida por la presión del aire, que crea una presión más fuerte entre el neumático y la superficie de la carretera. El principio involucrado es el mismo que da sustentación a los aviones, pero al revés.

La fuerza aerodinámica resulta de las diferencias de presión en los lados del objeto en movimiento. Los métodos más comunes para aumentar la carga aerodinámica de un vehículo implican reducir la presión del aire debajo del vehículo..

En su mayor parte, cualquier aumento en la carga aerodinámica también traerá consigo un aumento en la resistencia aerodinámica. Para el demonio de la velocidad, más resistencia significa velocidades más bajas en la recta, pero más carga aerodinámica significa un mejor manejo en las curvas, ya que los neumáticos se agarran a la pista de manera más segura..

-Los ingenieros automotrices y los equipos de boxes se esfuerzan por mantener las dos fuerzas en equilibrio. En una pista como Daytona, con sus largas rectas y curvas cerradas y inclinadas, los diseños tienden a mantener la resistencia al mínimo. Para las carreras en pistas cortas, la estrategia se invierte: debido a que el conductor pasa más tiempo de la carrera negociando curvas, un énfasis en la carga aerodinámica conducirá a una mayor velocidad general y a una mayor seguridad [fuente: Tierney].

Conseguir más carga aerodinámica manipulando las carrocerías de los coches de carreras es una tarea obsesiva en el negocio de los coches de serie. Quizás el mejor lugar para comenzar es el morro del vehículo. Un revólver con el ángulo adecuado, colocado cerca del suelo, dirige la mayor parte del aire hacia arriba sobre la parte superior del automóvil. El objetivo es crear un área de baja presión, o vacío parcial, debajo de la nariz [fuente: Círculo 304].

Los huecos de las ruedas son otra área a moldear. Una abertura del hueco de la rueda ensanchada, delante de la llanta, hará que el aire salga de los lados y la parte inferior del automóvil, lo que reducirá aún más la presión del aire [fuente: Boone, "Race Car Aerodynamics"].

A pesar de toda la destreza tecnológica dedicada a aumentar la carga aerodinámica detrás de las ruedas delanteras del stock car, es fundamental considerar el equilibrio. La parte trasera del automóvil debe tener su parte de carga aerodinámica para manejarse correctamente.

-Estudiar la fuerza aerodinámica significa prestar atención a su fuerza opuesta, elevación.

Faldas laterales Barra lateral

Faldones laterales -- Las piezas horizontales largas que corren bajas a lo largo del costado de un vehículo se desarrollaron en las carreras de autos como una forma de reducir la presión del aire debajo y ganar carga aerodinámica. Pero esta característica exterior podría salirse del vehículo, lo que provocaría una pérdida repentina de carga aerodinámica y una alta probabilidad de accidente [Fuente: Cislunar Aerospace]. Muchas autoridades de carreras han prohibido los faldones laterales, pero siguen siendo una característica llamativa de ciertos automóviles de pasajeros [Fuente: BMW].

-Las alas de un pájaro o de un avión son los productores más obvios de ascensor. Pero la elevación no significa necesariamente una fuerza ascendente que contrarreste la gravedad. De hecho, la carga aerodinámica es una forma de elevación: elevación negativa..

La sustentación es la fuerza aerodinámica perpendicular a la dirección del cuerpo en movimiento. Por el contrario, arrastrar es una fuerza de resistencia paralela al objeto en movimiento pero que viene en sentido opuesto. Levante - coloquialmente llamado fuerza hacia el cielo -- suele estar presente en un grado u otro en un objeto en movimiento. Debido a que la sustentación y la carga aerodinámica son fuerzas opuestas, parte del esfuerzo para construir un stock car con una fuerte carga aerodinámica implica superar la sustentación..

-Los objetivos de ingeniería son reducir la cantidad de aire que fluye por debajo del chasis para asegurar una atracción más cercana entre los neumáticos y el suelo y proporcionar un escape fácil del aire que entra por debajo..

Los coches de serie están característicamente diseñados con rastrillo -- lo que significa que la parte trasera del automóvil está más alta del suelo que la parte delantera del chasis. Mantiene baja la presión debajo del automóvil, evitando que se levante.

Los spoilers, las presas de aire delanteras y las alas producen este efecto. Un presa de aire está montado debajo del parachoques delantero para bloquear el flujo de aire debajo de la carrocería. Los apéndices de las alas, que se utilizan en los coches de Fórmula Uno e Indy, se invierten para proporcionar carga aerodinámica en lugar de elevación..

Los autos de carreras ocasionalmente se elevan por el aire a pesar de estos dispositivos. El peligro está especialmente presente cuando un automóvil está girando, lo que altera radicalmente las fuerzas aerodinámicas en juego. Durante un giro a alta velocidad, el aire puede moverse lo suficientemente rápido sobre el techo y el capó para producir una poderosa fuerza de elevación..

Varias innovaciones de seguridad están instaladas en los vehículos NASCAR para tales emergencias, como una ventana del lado derecho empotrada. Es más probable que los autos de serie que rodean las pistas ovaladas a la izquierda muestren su cara derecha en un giro. El borde afilado de la ventana del lado derecho desvía el aire en lugar de dejar que fluya libremente sobre el techo. Las aletas empotradas en el techo del automóvil, otra característica de seguridad, comienzan a subir si la presión del aire cae repentinamente sobre el automóvil, bloqueando el flujo de aire [Fuente: Leslie-Pelecky].

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Ciencia rápida

Si tiene curiosidad sobre la aerodinámica, investigue más en Internet o en su biblioteca local. Un libro de 2008 titulado "La física de NASCAR: Cómo hacer acero + gasolina + caucho = velocidad", de Diandra Leslie-Pelecky, explica la aerodinámica y otros principios científicos en las carreras de autos..

La resistencia aerodinámica es la fuerza del aire a lo largo de la longitud del automóvil en movimiento, oponiéndose a la fuerza del automóvil. A medida que el automóvil atraviesa el aire, algunas moléculas de aire chocan con el parachoques delantero, lo que genera resistencia..

-Otras moléculas fluyen a lo largo del capó, solo para chocar contra el parabrisas, otra fuente de arrastre. El aire que se desliza suavemente sobre el techo se vuelve turbulento sobre la ventana trasera y detrás del automóvil, ejerciendo una fuerza hacia atrás sobre el vehículo..

La velocidad, la densidad del aire y el tamaño, la forma y el diseño del automóvil determinan la magnitud de la fuerza de arrastre de un automóvil..

"Un automóvil más rápido experimenta más resistencia porque tiene que empujar las moléculas de aire fuera del camino más rápido", explica Diandra Leslie-Pelecky en su libro, "La física de NASCAR". "El aire denso aumenta la resistencia porque hay más moléculas de aire que golpean cada área del automóvil. Un área de sección transversal más grande aumenta la resistencia porque hay que mover más moléculas de aire hacia fuera del camino" [fuente: Leslie-Pelecky].

La resistencia es el principal obstáculo para la aceleración y la velocidad de carrera. Un automóvil de pasajeros que circula en la autopista gasta aproximadamente el 60 por ciento de su energía en superar la resistencia del aire, un porcentaje mucho mayor que la fricción de los neumáticos y las necesidades energéticas del propio tren de transmisión [fuente: Beauchamp].

Derrotar la resistencia fue el primer enfoque importante de la aerodinámica automotriz, a partir de la década de 1960. Sigue siendo la variable más importante en las condiciones de carrera que otorgan una prima menor a la carga aerodinámica, como pistas más largas con más rectas..

Las líneas elegantes, los parabrisas inclinados y las esquinas redondeadas de los autos de carreras modernos, y los autos de pasajeros para el caso, están diseñados para minimizar la resistencia. Pero la búsqueda de diseñar autos de carrera con alta carga aerodinámica neta a veces conduce a una resistencia adicional. El alerón trasero que se encuentra en los vehículos NASCAR es un ejemplo de ello: aumenta la resistencia al distribuir el peso de la parte delantera a la trasera del automóvil [fuente: Circle Track]. La aerodinámica sigue siendo un campo de la ingeniería joven y vibrante, con muchas innovaciones aún por venir..

Para mantenerse al día con las últimas innovaciones en aerodinámica, visite los enlaces en la página siguiente.

Aerodinámica y eficiencia de combustible

Los conductores comunes no necesitan preocuparse por la carga aerodinámica de sus vehículos, pero los automóviles de pasajeros pueden reducir la resistencia bajando el chasis, agregando una presa de aire, un hueco para las ruedas y carenados del capó [fuente: Beauchamp].

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Fuentes

  • Associated Press. "Siguiendo la corriente." (Consultado el 15/12/08) http://hosted.ap.org/specials/interactives/nascar2005/aerodynamics/aerodynamics.swf
  • Beauchamp, Warren. "Aerodinámica de vehículos de pasajeros". (Consultado el 15/12/08) http://www.recumbents.com/car_aerodynamics/
  • BMW. "Faldones laterales BMW". (Consultado el 17/12/08) http://www.bmwsideskirts.com/history.php
  • Boone, Jerry F. "¿Mal aire? La física detrás de las carreras de autos". Carreras de Stock Car. (Consultado el 14/12/08) http://www.stockcarracing.com/techarticles/scrp_0301_the_physics_behind_auto_racing/index.html
  • Boone, Jerry F. "Aerodinámica de autos de carrera - Auto de pista corta". Carreras de Stock Car. (Consultado el 14/12/08) http://www.stockcarracing.com/techarticles/scrp_0702_race_car_aerodynamics/index.html
  • Pista circular. "Aerodinámica - Stock Car Aero definido". (Consultado el 14/12/08) http://www.circletrack.com/techarticles/0304_aerodynamics_tech_definitions/index.html
  • Aeroespacial cislunar. "Aerodinámica y autos de carrera". Libro de texto de Internet de aeronáutica K-8. (Consultado el 15/12/08) http://wings.avkids.com/Book/Sports/advanced/racecar-01.html
  • ESPN. "Aero Push". (Consultado el 14/12/08) http://sports.espn.go.com/rpm/nascar/icons/news/story?id=3426389
  • Hiestand, Michael. "ESPN mostrará lo invisible de NASCAR". Estados Unidos Hoy, 24 de julio de 2007. (Consultado el 15/12/08) http://www.usatoday.com/sports/columnist/hiestand-tv/2007-07-24-ESPN-NASCAR_N.htm
  • Leslie-Pelecky, Diandra. La física de NASCAR: cómo hacer acero + gas + caucho = velocidad. Dutton: 2008. (Consultado el 17/12/08 a través de Google Books) http://books.google.com/books?id=OAK3yFlHoTAC
  • Tierney, John. "¿Screech and Slam de NASCAR? Todo es aerodinámica". New York Times, 12 de febrero de 2008. (Consultado el 15/12/08) http://www.nytimes.com/2008/02/12/science/12tier.html?pagewanted=all
  • Turner, Charlie. "Drafting y Aero". Bench Racing con Steve y Charlie. (Consultado el 16/12/08) http://benchracing.typepad.com/bench_racing_with_steve_a/drafting_and_aero.html

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