Pedeorelha | Wie Stock Car Aerodynamik funktioniert

Peter Tucker
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Auto wird im Windkanal auf aerodynamische Leistung getestet. Andy Sacks / Stone / -Getty Images

-Die heutige Fahrzeugflotte ist eine enorme Verbesserung gegenüber den dekorativen Heckflossen und kastenförmigen Strukturen von gestern. Die modernen, kurvenreichen Designs minimieren die Kraft, die Luft gegen die Bewegung des Autos erzeugt, und das Ergebnis ist ein schlankeres, schnelleres Auto. Da Geschwindigkeit offensichtlich der Hauptfaktor bei NASCAR-Rennen ist, ist die Aerodynamik ein entscheidendes Element im Design von Serienfahrzeugen.

Aerodynamik ist die Untersuchung, wie sich Luft bewegt - insbesondere wie sie mit festen, sich bewegenden Objekten interagiert. So wie ein Schnellboot die scharfe Linie eines Kielwassers hinter sich lässt, erzeugt ein Auto einen aerodynamischen Aufprall, wenn es durch die Luft schneidet.

Automobilkonstrukteure und NASCAR-Teams verlassen sich auf aerodynamische Prinzipien, um die Leistung und das Handling von Fahrzeugen bei hohen Geschwindigkeiten zu verbessern. Personenkraftwagen sind im Laufe der Jahre formschöner geworden, als die Hersteller herausfanden, wie durch Rationalisierung die Kraftstoffeffizienz gesteigert werden kann, sodass ein Auto mit weniger Leistung mit derselben Geschwindigkeit fahren kann. Diese Konstruktionen reduzieren den Luftwiderstand oder den Luftwiderstand.

-In der Welt des Autorennens könnte es wichtiger sein, die Abwärtskraft zu erhöhen, die die Luft auf die Räder des Autos ausübt. Dies Abtrieb ist der Schlüssel zur Aufrechterhaltung der Traktion durch die engen und konstanten Kurven eines Kurzstreckenrennens.

Die Entdeckung der mysteriösen Kräfte des Abtriebs in den letzten Jahrzehnten versetzte die Welt der Autorennen in einen Wahnsinn von Windkanaltests und subtilen Optimierungen von Serienkarosserien. Es hat die Kultur und Praxis des Autorennens in einer Weise verändert, die manche Fans ärgerlich finden. NASCAR musste die aerodynamischen Eigenschaften jedes Fahrzeugs im Wettbewerb sorgfältig regulieren, um gleiche Wettbewerbsbedingungen zu gewährleisten.

-Selbst Gelegenheitsfans sind ständig der Terminologie der Automobilaerodynamik ausgesetzt. Dieser Artikel wird NASCAR-Jargon entmystifizieren, beginnend mit dem Phänomen von Aero Push.

Inhalt

Stock Car Aero Push
Stock Car Abtrieb
Stock Car Lift
Stock Car Drag

Ein schnell fahrender Stock Car durchbohrt die Luft, während er fährt. Luft strömt über die Oberseite des Autos und wird durch den am Heckdeck angebrachten Spoiler abgelenkt. Wenn ein anderes Auto unmittelbar dahinter von Nase zu Heck fährt, gelangt es kontinuierlich in den Luftraum, der vom vorausfahrenden Auto betroffen ist.

-Das nachlaufende Fahrzeug kann, wenn es in einer bestimmten Nähe Heckklappen fährt, die aerodynamische Kraft des Führungswagens nutzen. Die Luft verhält sich so, als wären die beiden Autos eins. Die verdrängte Luft hinter dem Führungswagen erzeugt ein Teilvakuum, das das nachlaufende Fahrzeug mit einer erhöhten Geschwindigkeit oder mit derselben Geschwindigkeit bei verringertem Motoraufwand und geringerem Kraftstoffverbrauch ansaugt. Das nennt man Abfassung. Beide Autos können schneller fahren als jedes Auto für sich [Quelle: Turner].

Zeichnen kann eine sehr leistungsfähige Renntechnik sein, hat aber eine ernsthafte Haftung. Das nachlaufende Auto leidet unter einer Verringerung des Abtriebs an den Vorderreifen, was zu einem Verlust an Stabilität und Handling in Kurven führt. Das ist Aero Push, wird auch als "straffer" Zustand bezeichnet, bei dem der nachlaufende Fahrer das Gaspedal loslassen muss, um die Traktion wiederzuerlangen [Quelle: ESPN].

Aero Push zwingt die Fahrer zu sorgfältigen Berechnungen. Einerseits können viele Fahrer in einem engen Rennen wettbewerbsfähig bleiben, indem sie das Führungsfahrzeug huckepack nehmen und dabei die erhöhte Kraft und die verringerte Motorbelastung nutzen. Die Effekte sind besonders auf geraden Wegen vorteilhaft. An den Ecken kommen die Gefahren jedoch in einer verringerten Manövrierfähigkeit und einer höheren Wahrscheinlichkeit, die Kontrolle zu verlieren, ins Spiel.

Aero Push ist fast das dominierende Merkmal von NASCAR-Rennen geworden. Die Fans haben sich darüber beschwert, dass der Rennsport etwas an Attraktivität verloren hat, da die Fahrer über lange Strecken in festen Positionen bleiben. Die Fahrer fordern sich gegenseitig weniger heraus und fahren in engen Einzelfeilen, anstatt nebeneinander. Positiv zu vermerken ist, dass eine größere Anzahl von Fahrzeugen in der Nähe des Rudelführers bleiben kann.

Bei Aero Push - und der gesamten Rennaerodynamik - dreht sich alles um den Abtrieb.

Luft in der Luft

In der NASCAR-Berichterstattung von ESPN zeigt ein Gimmick mit Spezialeffekten namens Draft Track den Zuschauern, wie Aero Push in Echtzeit funktioniert und Luftströmungen über animierte grüne Züge auf dem Bildschirm darstellt [Quelle: Hiestand].

Abtrieb ist eine durch Luftdruck erzeugte Abwärtskraft, die einen stärkeren Druck zwischen dem Reifen und der Straßenoberfläche erzeugt. Das Prinzip ist das gleiche wie das, das Flugzeugen Auftrieb verleiht, jedoch in umgekehrter Reihenfolge.

Die aerodynamische Kraft ergibt sich aus Druckunterschieden an den Seiten des sich bewegenden Objekts. Die gebräuchlichsten Methoden zur Erhöhung des Abtriebs eines Fahrzeugs umfassen die Reduzierung des Luftdrucks unter dem Fahrzeug.

Zum größten Teil führt jede Erhöhung des Abtriebs auch zu einer damit einhergehenden Erhöhung des Luftwiderstands. Für den Geschwindigkeitsdämon bedeutet mehr Luftwiderstand auf Anhieb niedrigere Geschwindigkeiten. Mehr Abtrieb bedeutet jedoch ein besseres Handling in Kurven, da die Reifen die Strecke sicherer greifen.

-Automobilingenieure und Boxencrews bemühen sich, die beiden Kräfte im Gleichgewicht zu halten. Auf einer Strecke wie Daytona mit ihren langen Geraden und scharfen Kurven neigen die Designs dazu, den Luftwiderstand auf ein Minimum zu beschränken. Bei Kurzstreckenrennen ist die Strategie umgekehrt: Da der Fahrer mehr Zeit in den Verhandlungskurven des Rennens verbringt, führt eine Betonung des Abtriebs zu einer höheren Gesamtgeschwindigkeit und einer erhöhten Sicherheit [Quelle: Tierney]..

Mehr Abtrieb durch Manipulation von Rennwagenkarosserien zu erreichen, ist eine obsessive Aufgabe im Stockcar-Geschäft. Vielleicht ist der beste Startpunkt die Nase des Fahrzeugs. Ein richtig abgewinkeltes Objektivrevolver, das tief am Boden platziert ist, lenkt den größten Teil der Luft nach oben über die Oberseite des Autos. Ziel ist es, unter der Nase einen Niederdruckbereich oder ein Teilvakuum zu erzeugen [Quelle: Kreis 304].

Die Radkästen sind ein weiterer zu formender Bereich. Eine ausgestellte Radkastenöffnung vor dem Reifen drückt die Luft von den Seiten und dem Boden des Autos weg und senkt den Luftdruck weiter [Quelle: Boone, "Race Car Aerodynamics"].

Bei all den technologischen Fähigkeiten, die dem Aufbau von Abtrieb hinter den Vorderrädern des Serienwagens gewidmet sind, ist es wichtig, das Gleichgewicht zu berücksichtigen. Die Rückseite des Autos muss einen Teil des Abtriebs haben, um richtig zu handhaben.

-Abtrieb zu studieren bedeutet, auf die Gegenkraft zu achten, zu heben.

Seitenschweller Seitenleiste

Seitenschweller -- Lange horizontale Teile, die an der Seite eines Fahrzeugs niedrig laufen - wurden im Autorennen entwickelt, um den Luftdruck darunter zu verringern und Abtrieb zu gewinnen. Dieses äußere Merkmal könnte jedoch vom Fahrzeug abgeschlagen werden, was zu einem plötzlichen Abtriebsverlust und einer hohen Unfallwahrscheinlichkeit führen könnte [Quelle: Cislunar Aerospace]. Viele Rennbehörden haben Seitenschweller verboten, aber sie bleiben ein auffälliges Merkmal bestimmter Personenkraftwagen [Quelle: BMW].

-Die Flügel eines Vogels oder eines Flugzeugs sind die offensichtlichsten Produzenten von Aufzug. Das Anheben bedeutet jedoch nicht unbedingt eine Aufwärtskraft, die der Schwerkraft entgegenwirkt. In der Tat ist Abtrieb eine Form von Auftrieb - negativer Auftrieb.

Der Auftrieb ist die aerodynamische Kraft senkrecht zur Bewegungsrichtung des Körpers. Umgekehrt, ziehen ist eine Widerstandskraft, die parallel zum sich bewegenden Objekt verläuft, diesem jedoch entgegengesetzt ist. Lift - umgangssprachlich a Himmelskraft -- ist normalerweise in dem einen oder anderen Grad in einem sich bewegenden Objekt vorhanden. Da Auftrieb und Abtrieb gegensätzliche Kräfte sind, besteht ein Teil der Bemühungen, ein Serienauto mit starkem Abtrieb zu bauen, darin, den Auftrieb zu überwinden.

-Die technischen Ziele bestehen darin, die unter dem Fahrgestell strömende Luftmenge zu verringern, um eine engere Anziehungskraft zwischen den Reifen und dem Boden zu gewährleisten und die darunter austretende Luft leicht entweichen zu lassen.

Stock Cars sind charakteristisch mit Rechen -- Dies bedeutet, dass das Heck des Fahrzeugs höher über dem Boden liegt als das vordere Ende des Fahrgestells. Es hält den Druck unter dem Auto niedrig und verhindert das Anheben.

Spoiler, vordere Luftdämme und Flügel erzeugen diesen Effekt. Ein Luftdamm ist unter der vorderen Stoßstange montiert, um den Luftstrom unter der Karosserie zu blockieren. Flügelanhänge, die bei Formel-1- und Indy-Fahrzeugen verwendet werden, werden auf den Kopf gestellt, um Abtrieb statt Auftrieb zu gewährleisten.

Trotz dieser Geräte fliegen gelegentlich Rennwagen in die Luft. Die Gefahr besteht insbesondere dann, wenn sich ein Auto dreht, was die aerodynamischen Kräfte im Spiel radikal verändert. Während eines Hochgeschwindigkeitsschleuderns kann sich Luft schnell genug über Dach und Motorhaube bewegen, um eine starke Auftriebskraft zu erzeugen.

Für solche Notfälle sind in NASCAR-Fahrzeugen mehrere Sicherheitsinnovationen installiert, z. B. ein vertieftes Fenster auf der rechten Seite. Stock Cars, die links ovale Spuren umkreisen, zeigen eher ihr rechtes Gesicht in einer Drehung. Die scharfe Kante des rechten Fensters lenkt die Luft ab, anstatt sie frei über das Dach strömen zu lassen. In das Dach des Autos eingelassene Klappen, ein weiteres Sicherheitsmerkmal, beginnen zu steigen, wenn der Luftdruck plötzlich über das Auto fällt und den Luftstrom blockiert [Quelle: Leslie-Pelecky].

Schnelle Wissenschaft

Wenn Sie neugierig auf Aerodynamik sind, recherchieren Sie im Internet oder in Ihrer örtlichen Bibliothek. Ein 2008 erschienenes Buch mit dem Titel "Die Physik von NASCAR: Wie man Stahl + Gas + Gummi = Geschwindigkeit herstellt" von Diandra Leslie-Pelecky erklärt die Aerodynamik und andere wissenschaftliche Prinzipien im Autorennsport.

Der Luftwiderstand ist die Luftkraft entlang der Länge des fahrenden Autos, die der Kraft des Autos entgegenwirkt. Während das Auto einen Weg durch die Luft schneidet, kollidieren einige Luftmoleküle mit der vorderen Stoßstange und erzeugen Widerstand.

-Andere Moleküle fließen entlang der Motorhaube, um dann gegen die Windschutzscheibe zu stoßen - eine weitere Quelle des Widerstands. Die Luft, die sanft über das Dach gleitet, wird über der Heckscheibe und hinter dem Auto turbulent und übt eine Rückwärtskraft auf das Fahrzeug aus.

Geschwindigkeit, Luftdichte sowie Fahrzeuggröße, -form und -design bestimmen die Größe der Widerstandskraft eines Fahrzeugs.

"Ein schnelleres Auto erfährt mehr Luftwiderstand, weil es Luftmoleküle schneller aus dem Weg schieben muss", erklärt Diandra Leslie-Pelecky in ihrem Buch "The Physics of NASCAR". "Dichte Luft erhöht den Luftwiderstand, weil mehr Luftmoleküle auf jeden Bereich des Autos treffen. Eine größere Querschnittsfläche erhöht den Luftwiderstand, weil mehr Luftmoleküle aus dem Weg geräumt werden müssen" [Quelle: Leslie-Pelecky].

Der Luftwiderstand ist das Haupthindernis für Beschleunigung und Renngeschwindigkeit. Ein Pkw, der auf der Autobahn fährt, verbraucht schätzungsweise 60 Prozent seiner Energie, um den Luftwiderstand zu überwinden. Dies ist ein weitaus größerer Prozentsatz als die Reifenreibung und der Energiebedarf des Antriebsstrangs selbst [Quelle: Beauchamp]..

Die Bekämpfung des Luftwiderstands war ab den 1960er Jahren der erste Schwerpunkt der Automobilaerodynamik. Es ist immer noch die wichtigste Variable unter Rennbedingungen, bei der der Abtrieb geringer ist, z. B. bei längeren Strecken mit mehr Geraden.

Die schlanken Linien, geneigten Windschutzscheiben und abgerundeten Ecken moderner Rennwagen - und Pkw - sind so konzipiert, dass der Luftwiderstand minimiert wird. Die Suche nach Rennwagen mit hohem Nettoabtrieb führt jedoch manchmal zu zusätzlichem Luftwiderstand. Der Heckspoiler von NASCAR-Fahrzeugen ist ein typisches Beispiel: Er erhöht den Luftwiderstand, indem er das Gewicht von vorne nach hinten verteilt [Quelle: Circle Track]. Die Aerodynamik ist nach wie vor ein lebendiges und junges Gebiet der Technik. Viele Innovationen stehen noch aus.

Besuchen Sie die Links auf der nächsten Seite, um über die neuesten Innovationen in der Aerodynamik auf dem Laufenden zu bleiben.

Aerodynamik und Kraftstoffeffizienz

Normale Fahrer müssen sich keine Sorgen um den Abtrieb ihrer Fahrzeuge machen, aber Personenkraftwagen können den Luftwiderstand verringern, indem sie das Fahrgestell absenken und einen Luftdamm, einen Radkasten und Motorhaubenverkleidungen hinzufügen [Quelle: Beauchamp]..

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