Part II – Sàn xe (floor) và cánh khuếch tán (diffuser)
Ở phần I chúng ta đã nhắc tới các bộ phận sinh ra Down Force (DF) cho một chiếc xe đua mà cụ thể ở đây là một chiếc xe F1. Ngoài cánh gió là những bộ phận dễ nhận thấy nhất để sinh ra DF, sàn xe và cánh khuếch tán là hai chi tiết cực kỳ quan trọng trong việc sinh ra DF cho chiếc và đăc biệt hơn, chúng sinh ra DF sạch, DF với rất ít drag đi kèm.
Với lý thuyết tương tự như với các cánh gió, sàn xe và cánh khuếch tán làm việc theo nguyên lý điều tiết áp suất ở hai bề mặt đối diện qua đó sinh ra lực tác đông theo phương mong muốn của người thiết kế. Áp suất thay đổi do luồng khi di chuyển qua hai bề mặt ở vận tốc khác nhau, mặt trên vận tốc chậm và mặt dưới vận tốc nhanh hơn từ đó tạo ra sự chênh áp trên dưới (trên áp suất lớn hơn) và kết quả là lực ép theo phương từ trên xuống.
Chúng ta biết là để tăng áp suất trên bề mặt thì cách tốt nhất là tăng gốc tới của cánh gió nhưng hiệu ứng phụ là nó cũng làm tăng drag. Cánh gió chỉ tăng được tới một ngưỡng nhất định nên giải pháp khác để tăng DF cần đươc tính tới. Nếu áp suất trên bề mặt đã đạt ngưỡng nhưng vẫn muốn tăng DF thì cách tốt nhất là giảm áp suất bề mặt dưới. Để làm được việc này thì chỉ có cách là tăng vận tốc luồng khí chạy dưới gầm xe…đó là lý do vì sao sàn xe và cánh khuếch tán được thiết kế để làm việc cùng với nhau sao cho đạt được mục đích trên.
Trong lịch sử phát triển của xe F1 các nhà thiết kế đã nghĩ ra đủ cách để giảm áo suất dưới gầm xe. Một trong những cách cực kỳ hiệu quả đó là sử dụng nguyên lý “ground effect” mà người tiên phong đưa lý thuyết này vào F1 là Colin Chapman. Kế đó hải kể đến chiếc xe dùng quạt hút gió qua đó tạo ra một vùng áp suất cực thấp dưới gầm xe của chiếc Brabham Formula 1 BT45 do Gordon Murray thiết kế. Nguyên lý này được áp dụng cho đến bây giờ dù đã có nhiều ý tưởng phát triển nó lên tầm cao hơn như “Double Deck Diffuser – 3D” của Brawn Racing hay “Exhaust Blown Difuser – EBD” của RedBull Racing…tuy nhiên vì nhiều lý do các sang kiến này đều đã bị cấm.
Vì sao những thiết kế này lại hiệu quả và vì sao những thiết kế này lại bị cấm. Trước hết hãy tìm hiểu sâu hơn về mặt lý thuyết. Trước hết ta cần nhớ rằng việc tạo ra vùng áp suất thấp dưới gầm xe không khó nhưng giữ được vùng áp suất đó liên tục và ổn định là việc rất khó. Peter Wright, nhà thiết kế của đội Lotus tình cờ phát hiện ra rằng nếu hai bên mép sàn xe được “khóa” kín thì áp suất âm tạ ra dưới gầm xe sẽ tăng gấp đôi so với khi nó không được khóa. Điều này dẫn đến sự ra đời của chiếc Lotus 78 (hình 1) với hai bên mép sàn xe được gắn 1 lớp quây bằng cao su qua đó tạ ra một vùng kín dưới gầm xe. Thiết kế này giúp sàn xe và cánh khuếch tán hoạt động hiệu quả gấp đôi.
Vì nhiều lý do nhưng chủ yếu là lý do kỹ thuật thiết kế này dần bị loại bỏ. Và khi luật lệ trong thiết kế xe F1 được thay đổi theo thời gian, các ý tưởng dần cạn kiệt thì việc quay lại với các ý tưởng cũ lại trở thành xu hướng. Đó là lý do ra đời của 3D và EBD. Trong khi thiết kế 3D làm tăng tiết diện của cánh khuếch tán thì EBD thực sự là sự trở lại với ý tưởng cũ. Nó dùng luồng khí thải từ ống xả để khóa 2 mép cánh khuếch tán qua đó tăng hiệu quả hoạt động của cánh.
Quay trở lại chiếc xe của Vettel ở chặng Monza. Sauk khi va chạm với Hamilton gần như toàn bộ phần sàn và cánh gió hông (sidepod turning vanve) bên phải của xe bị mất và Vettel phải chạy chiếc xe mất hẳn 1 bên DF trong toàn bộ phần còn lại của cuộc đua (hình 2). Từ hư hại này chúng ta sẽ tìm hiểu tầm quan trọng của các cánh tán gió hai bên mép sàn xe (floor louver) đối với việc tạo DF của chiếc xe như thế nào.
Các cánh tản gió này được Ferrari đưa vào áp dụng trên chiếc xe của mình từ chặng Silverstone (hình 3). Mục đích của nó chính là tái tạo lại tác dụng của lớp quay bằng cao su trên chiếc Lotus 78 nhằm “khóa” hai mép sàn xe qua đó tăng hiệu quả tạo DF của sàn xe và cánh khuếch tán. Lại một sự quay lại với ý tưởng cũ nhưng áp dụng kỹ thuật cao của Ferrari. Nhưng các cánh tán gió này hoạt động như nào. Về cơ bản nó lợi dụng hiệu ứng phụ của cánh gió máy bay để phục vụ mục đích riêng.
Nếu để ý chúng ta sẽ thấy khi máy bay di chuyển chúng tạ ra các luồng khí xoắn ở hai mép cánh…cái này được gọi là “wing tip vortex” (hình 4), nó được tạo ra cũng bởi sự chênh áp giữa vùng trước và vùng sau của cánh máy bay. Cánh tán gió ở mép sàn xe Ferrari lời dụng hiệu ứng này để tạo ra luồng khí xoắn chạy dọc ở mé dưới sàn xe qua đó giúp “khóa” hai mép sàn xe lại và tái tạo hiệu ứng mà Peter Wright tìm ra.
Nói gì thì nói việc Vettel phải chạy một chiếc xe mất cân bằng về khí động học như vầy gần như suốt cả chặng đua ở Monza và về P4 là không hề dễ dàng.
Ở phần I chúng ta đã nhắc tới các bộ phận sinh ra Down Force (DF) cho một chiếc xe đua mà cụ thể ở đây là một chiếc xe F1. Ngoài cánh gió là những bộ phận dễ nhận thấy nhất để sinh ra DF, sàn xe và cánh khuếch tán là hai chi tiết cực kỳ quan trọng trong việc sinh ra DF cho chiếc và đăc biệt hơn, chúng sinh ra DF sạch, DF với rất ít drag đi kèm.
Với lý thuyết tương tự như với các cánh gió, sàn xe và cánh khuếch tán làm việc theo nguyên lý điều tiết áp suất ở hai bề mặt đối diện qua đó sinh ra lực tác đông theo phương mong muốn của người thiết kế. Áp suất thay đổi do luồng khi di chuyển qua hai bề mặt ở vận tốc khác nhau, mặt trên vận tốc chậm và mặt dưới vận tốc nhanh hơn từ đó tạo ra sự chênh áp trên dưới (trên áp suất lớn hơn) và kết quả là lực ép theo phương từ trên xuống.
Chúng ta biết là để tăng áp suất trên bề mặt thì cách tốt nhất là tăng gốc tới của cánh gió nhưng hiệu ứng phụ là nó cũng làm tăng drag. Cánh gió chỉ tăng được tới một ngưỡng nhất định nên giải pháp khác để tăng DF cần đươc tính tới. Nếu áp suất trên bề mặt đã đạt ngưỡng nhưng vẫn muốn tăng DF thì cách tốt nhất là giảm áp suất bề mặt dưới. Để làm được việc này thì chỉ có cách là tăng vận tốc luồng khí chạy dưới gầm xe…đó là lý do vì sao sàn xe và cánh khuếch tán được thiết kế để làm việc cùng với nhau sao cho đạt được mục đích trên.
Trong lịch sử phát triển của xe F1 các nhà thiết kế đã nghĩ ra đủ cách để giảm áo suất dưới gầm xe. Một trong những cách cực kỳ hiệu quả đó là sử dụng nguyên lý “ground effect” mà người tiên phong đưa lý thuyết này vào F1 là Colin Chapman. Kế đó hải kể đến chiếc xe dùng quạt hút gió qua đó tạo ra một vùng áp suất cực thấp dưới gầm xe của chiếc Brabham Formula 1 BT45 do Gordon Murray thiết kế. Nguyên lý này được áp dụng cho đến bây giờ dù đã có nhiều ý tưởng phát triển nó lên tầm cao hơn như “Double Deck Diffuser – 3D” của Brawn Racing hay “Exhaust Blown Difuser – EBD” của RedBull Racing…tuy nhiên vì nhiều lý do các sang kiến này đều đã bị cấm.
Vì sao những thiết kế này lại hiệu quả và vì sao những thiết kế này lại bị cấm. Trước hết hãy tìm hiểu sâu hơn về mặt lý thuyết. Trước hết ta cần nhớ rằng việc tạo ra vùng áp suất thấp dưới gầm xe không khó nhưng giữ được vùng áp suất đó liên tục và ổn định là việc rất khó. Peter Wright, nhà thiết kế của đội Lotus tình cờ phát hiện ra rằng nếu hai bên mép sàn xe được “khóa” kín thì áp suất âm tạ ra dưới gầm xe sẽ tăng gấp đôi so với khi nó không được khóa. Điều này dẫn đến sự ra đời của chiếc Lotus 78 (hình 1) với hai bên mép sàn xe được gắn 1 lớp quây bằng cao su qua đó tạ ra một vùng kín dưới gầm xe. Thiết kế này giúp sàn xe và cánh khuếch tán hoạt động hiệu quả gấp đôi.
Vì nhiều lý do nhưng chủ yếu là lý do kỹ thuật thiết kế này dần bị loại bỏ. Và khi luật lệ trong thiết kế xe F1 được thay đổi theo thời gian, các ý tưởng dần cạn kiệt thì việc quay lại với các ý tưởng cũ lại trở thành xu hướng. Đó là lý do ra đời của 3D và EBD. Trong khi thiết kế 3D làm tăng tiết diện của cánh khuếch tán thì EBD thực sự là sự trở lại với ý tưởng cũ. Nó dùng luồng khí thải từ ống xả để khóa 2 mép cánh khuếch tán qua đó tăng hiệu quả hoạt động của cánh.
Quay trở lại chiếc xe của Vettel ở chặng Monza. Sauk khi va chạm với Hamilton gần như toàn bộ phần sàn và cánh gió hông (sidepod turning vanve) bên phải của xe bị mất và Vettel phải chạy chiếc xe mất hẳn 1 bên DF trong toàn bộ phần còn lại của cuộc đua (hình 2). Từ hư hại này chúng ta sẽ tìm hiểu tầm quan trọng của các cánh tán gió hai bên mép sàn xe (floor louver) đối với việc tạo DF của chiếc xe như thế nào.
Các cánh tản gió này được Ferrari đưa vào áp dụng trên chiếc xe của mình từ chặng Silverstone (hình 3). Mục đích của nó chính là tái tạo lại tác dụng của lớp quay bằng cao su trên chiếc Lotus 78 nhằm “khóa” hai mép sàn xe qua đó tăng hiệu quả tạo DF của sàn xe và cánh khuếch tán. Lại một sự quay lại với ý tưởng cũ nhưng áp dụng kỹ thuật cao của Ferrari. Nhưng các cánh tán gió này hoạt động như nào. Về cơ bản nó lợi dụng hiệu ứng phụ của cánh gió máy bay để phục vụ mục đích riêng.
Nếu để ý chúng ta sẽ thấy khi máy bay di chuyển chúng tạ ra các luồng khí xoắn ở hai mép cánh…cái này được gọi là “wing tip vortex” (hình 4), nó được tạo ra cũng bởi sự chênh áp giữa vùng trước và vùng sau của cánh máy bay. Cánh tán gió ở mép sàn xe Ferrari lời dụng hiệu ứng này để tạo ra luồng khí xoắn chạy dọc ở mé dưới sàn xe qua đó giúp “khóa” hai mép sàn xe lại và tái tạo hiệu ứng mà Peter Wright tìm ra.
Nói gì thì nói việc Vettel phải chạy một chiếc xe mất cân bằng về khí động học như vầy gần như suốt cả chặng đua ở Monza và về P4 là không hề dễ dàng.
Chủ đề tương tự
