다운포스

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다운포스는 차량의 공기역학적 특성에 의해 생성되는 하향 리프트력입니다.차량이 자동차인 경우, 다운포스의 목적은 타이어에 가해지는 수직력을 증가시켜 접지력을 높여 차량이 더 빠르게 주행할 수 있도록 하는 것입니다.차량이 고정익 항공기인 경우 수평 스태빌라이저 다운포스의 목적은 세로 안정성을 유지하고 조종사가 피치에서 항공기를 제어할 수 있도록 하는 것이다.

기본 원칙

비행기가 날개에서 양력을 만들어 지상에서 뜨게 하는 것과 같은 원리는 경주용 자동차를 트랙 표면에 밀어붙이는 힘을 가하기 위해 반대로 사용된다.이 효과를 "공력 그립"이라고 하며, "기계 그립"과 구별됩니다. 이 기능은 차량의 질량, 타이어 및 서스펜션의 기능입니다.수동 장치에 의한 다운포스 생성은 공기역학적 드래그(또는 마찰) 증가를 감수해야만 달성할 수 있으며, 최적의 설정은 거의 항상 두 가지 사이에서 타협하는 것입니다.자동차의 공기역학적 설정은 직선 길이와 코너 유형에 따라 경주 트랙 간에 상당히 다를 수 있습니다.이는 차량 위아래 공기 흐름의 함수이기 때문에 다운포스는 차량 속도의 제곱에 따라 증가하며 상당한 효과를 내기 위해서는 일정한 최소 속도가 필요합니다.일부 자동차는 다소 불안정한 공기역학을 가지고 있어서 차량의 공격 각도나 높이가 조금만 바뀌어도 다운포스에 큰 변화를 일으킬 수 있습니다.최악의 경우, 이는 차량이 다운포스가 아닌 리프트를 경험할 수 있습니다. 예를 들어 트랙의 요철을 넘거나 산꼭대기를 넘어 미끄러짐으로써: 이는 마크 웨버와 피터 덤브레크의 메르세데스-벤츠 CLR이 1999년 르망 24시간 이후 극적으로 뒤집힌 것과 같은 몇 가지 재앙적인 결과를 초래할 수 있습니다.경합차가 언덕을 넘었습니다.

경주용 자동차의 두 가지 주요 구성 요소는 차량이 경주 속도로 주행할 때 다운포스를 생성하는 데 사용될 수 있습니다.

• 체형, 그리고
• 에어포일의 사용

대부분의 레이싱 공식은 피트 스톱을 제외하고 레이스 중에 조정할 수 있는 공기역학 장치를 금지하고 있습니다.

날개에 의해 가해지는 하강력은 일반적으로 날개 양력 계수의 함수로 표현된다.

${\displaystyle F=C_{L}{\frac {1}{2}}\rho v^{2}A}$

여기서:

• F는 다운포스(SI 단위: 뉴턴)
• C는_L 리프트 계수입니다.
• θ는 공기 밀도(SI 단위: kg³/m)
• v는 속도(SI 단위: m/s)
• A는 날개 면적(SI 단위: m²)으로, C에 상단_L 날개 면적 기준을 사용할 경우 날개 폭과 현에 따라, 정면 면적 기준을 사용할 경우 날개 폭과 두께에 따라 달라진다.

작동 조건의 특정 범위와 날개가 정지하지 않을 때 리프트 계수는 일정한 값을 갖습니다. 다운포스는 대기 속도의 제곱에 비례합니다.

공기역학에서는 일반적으로 날개의 상단 투사 영역을 기준 표면으로 사용하여 리프트 계수를 정의합니다.

몸

동그랗고 테이퍼 형태의 차량 상판은 공기를 가르며 바람의 저항을 최소화하도록 설계되었습니다.차체의 세부 조각을 차량 상부에 추가하여 다운포스 생성 요소(예: 날개 또는 스포일러, 차체 하부 터널)에 공기가 원활하게 흐를 수 있도록 할 수 있습니다.

노면전차의 전체적인 모양은 비행기 날개와 닮았다.거의 모든 노면전차는 이 ^[1]모양 때문에 공기역학적 양력을 가지고 있다.노면전차의 균형을 잡기 위해 사용되는 많은 기술들이 있다.대부분의 노면 차량 프로필을 살펴보면 프론트 범퍼가 접지 간격이 가장 낮으며, 프론트 타이어와 리어 타이어 사이의 섹션이 그 뒤를 이으며, 일반적으로 리어 범퍼가 가장 높은 간극을 가지고 있습니다.이 방법을 사용하면 프론트 범퍼 아래로 흐르는 공기가 하부 단면적으로 압축되어 압력이 낮아집니다.추가적인 하강력은 차체의 레이크(또는 각도)에서 발생하며, 이 레이크(또는 각도)는 아래쪽 공기를 위로 향하게 하고 하강력을 발생시키며, 공기 흐름 방향이 표면과 직각으로 가까워지기 때문에 차량 상단의 압력을 증가시킵니다.볼륨은 일반적인 오해에도 불구하고 밀폐된 볼륨이 아니기 때문에 공기압에 영향을 주지 않습니다.경주용 자동차는 후방 디퓨저를 추가하여 전방 차량 아래에 공기를 가속시키고, 후방 공기압을 높여 차의 웨이크를 줄임으로써 이러한 효과를 예시할 것이다.다운포스를 개선하거나 항력을 줄이기 위해 하부에서 찾을 수 있는 기타 공기역학적 구성 요소로는 스플리터 및 소용돌이 발생기가 있습니다.

DeltaWing과 같은 몇몇 차들은 날개를 가지고 있지 않고 차체를 통해 모든 다운포스를 발생시킨다.

에어포일

자동차의 날개나 스포일러에 의해 발생하는 다운포스의 크기는 주로 세 가지에 따라 달라집니다.

• 장치의 표면적, 종횡비, 단면을 포함한 모양은
• 디바이스의 방향(또는 공격 각도) 및
• 차량의 속도입니다.

표면적이 클수록 다운포스와 드래그가 커집니다.애스펙트비는 날개폭을 현으로 나눈 값입니다.날개가 직사각형이 아닐 경우에는 AR²=b/s로 쓰고, 여기서 AR=기울기비, b=스팬, s=날개면적은 AR=b/s로 한다.또한 윙 또는 스포일러의 공격 각도(또는 틸트)가 클수록 다운포스가 증가하여 리어 휠에 더 많은 압력이 가해지고 더 많은 드래그가 발생합니다.

전선.

자동차 앞부분의 에어포일은 두 가지 기능을 한다.이 시스템은 프론트 타이어의 접지력을 향상시키는 다운포스를 생성하는 동시에 나머지 차량으로 전달되는 공기의 흐름을 최적화(또는 방해를 최소화)합니다.오픈 휠 자동차의 프론트 윙은 레이스마다 데이터가 수집됨에 따라 지속적으로 수정되며 특정 서킷의 모든 특성에 맞게 커스터마이즈됩니다(상단 사진 참조).대부분의 시리즈에서, 날개는 심지어 자동차가 정비될 때 경주 중에 조정될 수 있도록 디자인되어 있다.

배면

차량 후면의 공기 흐름은 프론트 윙, 프론트 휠, 미러, 운전석 헬멧, 사이드 포드 및 배기 가스의 영향을 받습니다.이는 리어 윙이 프론트 윙보다 공기역학적으로 덜 효율적이게 하지만, 자동차의 균형을 맞추기 위해 핸들링을 유지하기 위해 프론트 윙보다 두 배 이상의 다운포스를 발생시켜야 하기 때문에 리어 윙은 일반적으로 훨씬 큰 애스펙트 비를 가지고 있으며 종종 다운포스의 양을 복합하기 위해 두 개 이상의 요소를 사용합니다.작성되었습니다(왼쪽 사진 참조).프론트 윙과 마찬가지로, 이러한 요소들은 종종 차량이 정비될 때, 경주 전 또는 경주 중에 조정될 수 있으며, 지속적인 주의와 수정의 대상이다.

특이한 장소에서의 날개

F1 차량의 앞날개와 뒷날개의 다운포스를 줄이기 위한 규칙의 결과로, 몇몇 팀들은 날개를 배치할 다른 장소를 찾고 있다.차량의 사이드팟 후면에 장착된 작은 날개가 1994년 중반부터 등장하기 시작했고 2009년에 그러한 모든 장치가 금지되기 전까지 어떤 형태로든 사실상 모든 F1 차량에 표준으로 적용되었다.자동차에 관한 다른 날개는 여러 곳에서 생겨났지만, 이러한 개조들은 보통 다운포스가 가장 필요한 서킷, 특히 뒤틀린 헝가리와 모나코 경주 트랙에서만 사용됩니다.

1995년식 맥라렌 메르세데스 MP4/10은 규정상의 허점을 이용해 엔진 커버 위에 날개를 장착하는 "미드윙"을 장착한 최초의 차 중 하나였다.이 배치는 이후 그리드 상의 모든 팀이 한 번 또는 여러 번 사용해 왔으며, 2007 모나코 그랑프리에서는 두 팀을 제외한 모든 팀이 사용했다.이러한 미드윙은 각 차량이 모든 레이스에서 표준 장착되는 롤후프 장착 카메라 또는 맥라렌이 처음 사용한 황소뿔 모양의 플로우 컨트롤러와 혼동해서는 안 되며, BMW 자우버에 의해 처음 사용된 이후부터의 기능은 리어 윙을 보다 효율적으로 만들기 위한 것입니다.스스로 다운포스를 먹었다.

이 주제에 대한 변형은 "X-날개"로, 미드윙과 유사한 허점을 이용한 사이드팟 전면에 장착된 높은 날개이다.1997년 티렐이 처음 사용했으며 1998년 산마리노 그랑프리에서 페라리, 자우버, 요르단 등이 이 같은 방식을 사용했다.그러나 주유 중 발생한 장애물과 차가 전복될 경우 운전자에게 가해지는 위험을 고려하여 금지되어야 한다고 결정되었다. (버니 에클스톤은 그들이 TV에서 너무 못생겼다고 보고 ^{[citation needed]}금지되었다고 한다.)

그 밖에도 다양한 추가 날개가 시도되고 있지만, 최근에는 맥라렌이 사용한 "황소뿔"과 같은 다양한 흐름 제어기를 사용하여 앞날개와 뒷날개의 성능을 향상시키려는 팀들이 더 흔하다.

「 」를 참조해 주세요.

• 베르누이의 원리
• 본체 키트
• 포뮬러 원 자동차
• 그립(자동차 경주)
• 자동차의 접지 효과
• 들어올리기(힘)
• 풍동

추가 정보

• Simon McBeath, Competitive Car Downforce: A Practical Handbook, SAE International, ISBN1-85960-662-8
• Simon McBeath, Sparkford, Haynes, 2006년, Competition Car Airdynamics
• 엔리코 벤징, 알리 / 윙스 프로게타지오네 어플리지오네 수 오토다 코르사. 그들의 디자인과 레이싱카에 적용, 2012년 Nada Milano.2개 국어(이탈리아어-영어)

레퍼런스

외부 링크

• 자동차 경주에서의 공기역학