Tầm quan trọng của vị trí đặt ống xả trong mùa giải 2012

[kebab]

Từ đầu mùa đến giờ ta đã bàn khá nhiều về giải pháp các đội đưa ra cho mùa giải mới. Từ chuyện Step-nose vs. smooth nose đến chuyện Pull-rod vs. Push-rod hay tìm hiểu về hệ thống DDRS của Mercedes GP. Ta cũng đã đề cập đến những lý do khiến RedBull Racing không còn chiếm vị trí độc tôn nữa hay việc vì sao chiếc F2012 lại quá tệ trong những chặng đầu tiên. Tuy nhiên để có được bức tranh toàn cảnh có lẽ nên đề cập đến vấn đề có lẽ là lớn nhất, nó xuất phát từ sự thay đổi về luật quy định vị trí đặt ống xả cho mùa giải 2012. Nó quan trọng vì nó quyết định triết lý thiết kế của các đội và quyết định sự thành bại của họ. Với kỳ thử nghiệm ở Mugello sắp tới, tìm hiểu về vấn đề này sẽ khiến ta dễ dàng theo dõi những thử nghiệm, phát triển của các đội ở Mugello hơn.

Còn nhờ ở mùa giải 2011 các đội đều sử dụng hệ thống gọi là Exhaust Blown Diffuser - EBD sáng tạo bởi đội RedBull Racing. Hệ thống này sử dụng luồngk hí của ống xả để thổi ra mép của diffuser quá đó "hàn" chặt 2 bên diffuser lại khiến nó hoạt động hiệu quả hơn từ đó tăng DF. Sang mùa giải 2012 EBD bị cấm. Quy định mới yêu cầu các đội thay đổi vị trí đặt ống xả về trước trục bánh sau, ống xả có mép phải là tiết diện tròn và không được cắt vát. Quy định khiến chiếc xe của mùa giải mới sẽ kém hơn xe cũ về DF sinh ra bởi diffuser bởi khi đó bộ phận này không còn được hàn lại bằng luồng khí xả như trước nữa.

Hệ thống EBD của chiếc RB7

Tuy nhiên các nhà thiết kế luôn có những giải pháp để bù lại những gì đã mất và dù luật mới quy định về vị trí ống xả và dù hệ thống mới có tốt đến cỡ nào thì nó cũng không thể hiệu quả bằng hệ thống cũ bởi vị trí ống xả mới nằm quá xa đích. Hơn nữa với hệ thống mới nằm ở khu vực sidepod (như hình mình họa) thì hình dạng của sidepod sẽ rất quan trọng bởi nó sẽ quyết định hướng đi của luồng khí xả. Sidepod khi đó phải có hình dạng nhất để luồng khí xả vẫn đến được mép diffuser qua đó giúp "hàn" mép diffuser lại để tăng DF.

Hãy tham khảo hình sidepod của chiếc MP4-27 trong kỳ thử nghiệm mùa đông trong đó những mũi tên thể hiện hướng luồng gió chuyển động bên trên, bên hông và bên dưới của sidepod.

Bức hình này thể hiện rất rõ mục đích thiết kế sidepod có hình dạng thon, vuốt về phía đuôi và hướng về diffuser. Chính thiết kế này khiến luồng gió đi về đúng "đích" của nó và với ống xả đặt tại sidepod, luồng khí được tiếp thêm nặng lượng qua đó thực hiện nhiệm vụ "hàn" mép diffuser và hiệu ứng EBD được tái hiện.

Câu hỏi đặt ra là tại sao luồng gió lại ngoan ngoãn chuyển động theo đúng ý của nhà thiết kế? Câu trả lời bắt nguồn từ hiệu ứng mang tên Coanda - Coanda effect. Hiệu ứng này được đặt theo tên của nhà khí động học người Rumani Henri Coanda. Ông phát hiện ta hiện tượng này trong khi phát triển máy bay phản lực đầu tiên vào năm 1910. Hiệu ứng Coanda hiểu nôm nà là khi một luồng khí hay luồng dung dịch chuyển động qua một bề mặt nó sẽ có xu hướng bám theo bề mặt đó. Như vậy, với sidepod được thiết kế với hình dạng nhất định thì luồng khí (múi tên mầu xanh) khi đi qua bề mặt của sidepod sẽ bám theo nó và ở đây luồng khí thay vì thổi thẳng ra phía sau sẽ bám theo bề mặt sidepod và chuyển động về hướng diffuser. Đặc biệt là luồng khí đi qua mặt trên sidepod sẽ lượn xuống dưới về phía gầm của chiếc đúng như hình vẽ trên mô tả và khi kết hợp với luồng khí xả (mũi tên mầu đỏ), luồng khí mầu xanh sẽ được tiếp thêm năng lượng qua đó tăng vận tốc trước khi đi xuống phần mép của diffuser để tạo hiệu ứng EBD. Giải thích nôm na như vậy nhưng để đạt được kết quả như ý hình dáng của sidepod phải trải qua hàng ngàn giờ mô phỏng trên phần mềm CFD (Computational Fluid Dynamic).

Có thể nói tất cả các mẫu xe của mùa giải mới đều đi theo triết lý thiết kế này, điểm khác biệt chỉ là ở vị trí cụ thể của ống xả mà thôi. RedBull bắt đầu với vị trí "in-board" khi ống xả nằm sâu về hướng thân xe hơn:

...nhưng sau khi thử nghiệm họ thấy rằng vị trí này không hiệu quả và đã chuyển sang giải pháp "out-board" với ống xả nằm ra phía ngoài và tiến hơn về phía trước để tận dụng hiệu ứng Coanda:

Ferrari cũng vậy, họ có cùng triết lý và vị trí đặt ống xả tương tự như của Macca:

Nhưng tại sao giải pháp của Ferrari lại không hiệu quả trong khi Macca lại rất thành công? Câu trả lời nằm chính ở vị trí đặt ống xả. Của Ferrari nó nằm quá gần lốp sau nên nó làm lốp vị quá nhiệt mà xuống cấp nhanh chóng. Đó là lý do vì sao họ phải chuyển hướng của ống xả để nó thổi vào bên trong nhiều hơn thay vì thổi ra mép. Vị trí này kém hiệu quả hơn nhưng đây là giải pháp tạm thời cho tới khi một phương án tối ưu mang tính lâu dài được đưa ra. Nó có thể là một trong hai phương án:

1. theo thiết kế ban đầu nhưng mới phần có chữ Acer được thủ nhỏ lại và kéo lên phía trước nhiều hơn tương tự như của chiếc MP4-27:

2. Bỏ hoàn toàn phần sidepod như thiết kế ban đầu với phần có chữ Acer biến mất hẳn và thay vào đó là sidepod thon nhỏ tương tự như của Sauber/RedBull:

Hãy đợi xem ở Mugello

 

[Hồ Lô]

Em thì không rành lắm về mổ sẻ xe nhưng qua các bài viết của Bác Kebap em thu được nhiều thông tin hay về xe F1

 

[cauthidekhonggia]

Coanda exhause, vấn đề nan giải
Về ống xả Coanda, bác chủ đã nói rất chi tiết, em chỉ trích dẫn những khó khăn trong bài 'A problem named Coanda" của tạp chí Auto-motor-und-sport
Mười trong số 12 đội đã áp dụng Coanda exhause(Cex). Lotus va Mer là hai đội mới áp dụng gần đây và đều có cải tiến. Có nhiều cách bố trí ống xả khác nhau và các kỹ sư đang vấp phải những khó khăn nhất định.
MCL là đội đầu tiên đưa ra CEX.Sauber sau đó 3 ngày thử tại Jerz. Red Bull đến ngày thử cuối tại Barcelona. Đó là những tín hiệu để sau đó các đội khác cùng áp dụng và nâng cấp. Force India ở chặng Spain, Fer và ToRo ở Canada, Caterham, Marusia ở Silverstone. Mer- Sing và Lotus – Korea. Chỉ còn lại HRT và Williams là vẫn dùng ống xả trong. Williams thử vài lần CEX nhưng kết quả không có gì khả quan.

Những khó khăn vấp phải khi áp dụng Coanda.
Trước đây, khi EBD chưa bị cấm, việc chỉnh đưa khí xả vào vị trí yêu cầu và seal difuser side rất đơn giản. RBR đã áp dụng rất thành công trong mùa 2011. Hiệu quả tới 3 seconds/lap. Sau đó FIA đã quy định lại: ống xả phải ở vị trí cao ít nhất 25cm, 50cm trước trục bánh sau và 50cm từ trục(dọc) tâm xe. Như vậy việc đưa luồng khí xả vảo khoảng trống giửa đuôi và bottom plate một cách chính xác là rất khó.
Coanda exhause với hiệu quả bị hạn chế
Đội trưởng MCL-Martin Whitmash nói:” tôi cho rằng Cex có hiệu quả bằng 25% EBD”
Nhưng nó cũng phát sinh hao phí năng lượng trong quá trình khí xả đi đến vị trí cần thiết.. Cho dù đưa được luồng khí đến đúng vị trí, vẫn còn những vấn đề khác cần giải quyết mà ở ống xả thông thường không có. Khí động học phải bù đắp được hiệu ứng ngược tác động đến động cơ.
Những gải pháp để “thổi” diffuser là dự án lâu dài, nó không thể hoạt đông (hiệu quả) ngay được. Lotus và Mer mất gần nửa năm. Những phần cuối, phải thử nghiệm trên đường đua vì rất khó thực hiện được hiệu quả và chính xác trong tunel.
Ngốn mất 20 sức ngựa
CEX đòi hỏi ống xả nhỏ hơn để gia tăng tốc độ gió và sự chính xác. Ống xả nhỏ làm tiêu hao 20 hp vì lượng khí được xả giảm đi và còn có (một phần) chạy ngược vào động cơ. Khí xả càng nóng càng tốt, nó gia tăng năng lượng của exhaust jet. Để làm nóng hơn luồng khí xả, chúng tôi phải gia tăng hỗng hợp nhiện liệu và cho đánh lửa muộn hơn. Năng lượng gia tăng ở cuối của giai đoạn giai đoạn đốt cháy, ngay cả khi van xả đã mở.( Cowell nói) Nhưng cũng có nghĩa là bạn phải nạp nhiên liệu nhiều hơn, khoảng 3%. Nói tóm lai, Xe có CEX sẽ mất lap time và chỉ hiệu quả nếu để đổi lại có được DF.
Khí nóng thổi quá gần lôp:
Khí càng nóng thì nguy cơ “overheat” lốp sau càng cao. Trường hợp như Mer, đang khó khăn với hiên tượng nhiệt độ vùng lốp sau gia tăng. Chặng India là ví dụ thực tế, lốp sau bị quá nhiệt.
Làm giảm số 7
Ống xả xu thế mới có ảnh hưởng đến gear ratio. Nó dẫn đến xu thế rút ngắn số 7. như vậy (bạn) thường chạy ở số thấp nhiều hơn trong khi full load, để có được lượng khí xả tối đa trong góc cua.
The new exhaust trend also has implications for the gear ratio. It tends more towards short seventh gear. Then, you move more often in the lower gears in the full load. This in turn ensures maximum gas flow through the pipes.
Lotus ở India là ví dụ: số 7 quá “ngắn” nên Rai và Gro ở đoạn thẳng không thể ovretake bằng DRS. Nó (Cex) chỉ tốt cho 1 mình trong 1 lap. Kết quả đã rõ ràng, Trước đây, Lotus được xếp trong nhóm những xe nhanh nhất ở đoạn thẳng. “bây giờ, có vẻ như chúng tôi chậm hơn”- Rai than phiền. Haug-Mer thừa nhận: “chúng tôi đã “ngủ gật” , mũi tên bạc đã tụt xuống sau nhóm top-speed”.
Không phải nhẫu nhiên mà ở Abu Dhabi, Williams thuộc nhóm dẫn đầu( thứ 5 và 8). Xe (của W) vẫn lắp ống xả thông thường. Engine map của Mer lấy đi nhiều năng lượng của động cơ. “kể từ khi dùng (Cex), xuất phát của chúng tôi kém hẳn” . Red Bull cũng đã trải qua giai đoạn này nhưng ở đầu mùa.
[link=http://www.auto-motor-und-sport.de/bilder/f1-auspuff-vergleich-ein-problem-namens-coanda-6085455.html]Tập hợp hình ảnh bố trí ống xả của 12 đội
[/link]

 

[Tram Luan]

Câu chuyện về cái ống xả thôi cũng hay quá các pác nhể!