Aerodynamic W-Duct: Un triple F-Duct delantero, automático y sin piezas móviles

Este sistema mejorado proporciona más carga aerodinámica sin incumplir el reglamento

A finales de la temporada pasada pudimos deleitarnos con un nuevo ingenio propuesto por Mercedes GP. El sistema se trataba de un F-Duct para el alerón delantero que se activaba sin intervención del piloto ni la electrónica. Algunos medios como TomorrowNewsF1 sugirieron que dicho sistema podría no ser una invención de Ross Brawn, sino de un ingeniero español, Diego Cano Zuriguel, que hace más de un año presentó un sistema para automatizar el F-Duct mediante un sencillo mecanismo que se accionaba únicamente por las fuerzas gravitatorias del monoplaza.
Por Diego Cano Zuriguel
© Diego Cano Sistema W-Duct
19 Feb 2012 - 15:31

Lo cierto es que ese sistema no pudo ser utilizado en su día y tampoco puede utilizarse actualmente, por tratarse de una pieza móvil que altera la aerodinámica, algo que quizá también sea la causa de la ilegalidad del sistema de suspensión variable propuesto por Lotus F1.

El inventor de dicho ingenio se propuso entonces diseñar un sistema que lograse los mismos resultados sin ninguna pieza móvil ni flexible, lo que sólo dejaba la posibilidad de lograrlo mediante efectos aerodinámicos.

El sistema que nos presenta ahora es el resultado de esa tarea, un sistema basado en el concepto inicial de Mercedes AMG, pero que utiliza un sistema de activación más evolucionado, ya que permite activar y desactivar 3 sistemas independientes; uno para rectas, otro para curvas a derechas y otro para curvas a izquierdas.

Fig. 1

El Aerodynamic W-Duct, al igual que el sistema de Mercedes, toma el flujo de aire desde la entrada de la nariz del monoplaza, pero dirige este flujo de aire a diferentes zonas del alerón delantero según se active el sistema de rectas, el de curvas a derechas o el de curvas a izquierdas (Fig. 1). Esto permite adaptar la aerodinámica de este alerón en pista, quitando o añadiendo carga aerodinámica (u otros efectos) según se active cada uno de los 3 sistemas.

Este sistema está totalmente integrado en la pieza morro-alerón delantero, con lo cual puede retirarse o modificarse reemplazando esta pieza, lo que podría ser muy útil en calificación, donde se podrían tener varios de estos alerones preparados con diferentes configuraciones del sistema, para cambiarlos según evolucionen las condiciones de la pista.

 

FUNCIONAMIENTO

El sistema está compuesto (en esta configuración) por los siguientes componentes (Fig. 2):

  • Una Auto-Válvula Aerodinámica
  • Un Multi-Difusor
  • Seis Tubos Conductores
  • Seis Difusores de Salida

 

Fig. 2

 

AUTO-VÁLVULA AERODINÁMICA

Este componente es el encargado de redireccionar el flujo de aire recogido desde la toma de la nariz del monoplaza hasta el conducto específico para rectas, curvas a derechas, o curvas a izquierda.

Esta pieza está diseñada para reaccionar a ligeras variaciones en la dirección del flujo de aire que incide sobre la toma de la nariz del monoplaza cuando este gira a izquierdas o a derechas, estas variaciones, aunque pueda parecer lo contrario, rara vez superan los 5 ó 6 grados.

Fig. 3

Su funcionamiento es el siguiente (Fig. 3):

  • Al circular en recta, el flujo de aire incide frontalmente y sin apenas desviación  (aprox. un máximo de 1 grado) sobre la toma de la nariz del monoplaza.
  • Este flujo de aire es enviado al conducto central sin corregir su trayectoria.
  • Al comenzar una curva a derechas, el flujo de aire se desvía aprox. entre 1 y 6 grados a la izquierda.
  • La Auto-Válvula aumenta inmediatamente ese ángulo de desviación para enviar el máximo flujo de aire al conducto izquierdo y el mínimo al conducto central.
  • Al comenzar una curva a izquierdas sucede lo mismo pero a la inversa.
  • Y al terminar una curva y volver a circular en recta el flujo de aire regresa a su conducto central.

 

MULTI-DIFUSOR

Esta pieza es la encargada de dividir en 2 partes el flujo de aire que llega de cada uno de los tres conductos de la Auto-Válvula, aumentar su velocidad, y enviarlo a sus Tubos Conductores correspondientes.

Fig. 4

 

Su funcionamiento es el siguiente (Fig. 4):

  • Desde el conducto central, izquierdo o derecho de la Auto-Válvula llega el flujo de aire al Multi-Difusor.
  • Este flujo de aire es dividido horizontalmente en 2 partes.
  • Cada parte del flujo es conducida por separado hasta un estrechamiento.
  • Estos estrechamientos aumentan la velocidad del flujo del aire.
  • Desde estos estrechamientos el flujo de aire acelerado es conducido a los Tubos Conductores correspondientes:
  • En curvas a derechas tubos 3 y 4, en curvas a izquierdas tubos 1 y 6, y en rectas tubos 2 y 5.

 

TUBOS CONDUCTORES

Estos Tubos Conductores (Fig. 5) dirigen el flujo de aire desde las salidas del Multi-Difusor hasta los Difusores de Salida correspondientes.

También es posible utilizarlos en otras configuraciones del sistema para dirigir todo, o parte del flujo de aire que llega a cualquiera de los conductos de la Auto-Válvula, hasta la cabina del piloto, y así, a la par que ventilar dicha cabina, justificar la utilización de la toma de aire de la nariz.

Fig. 5

 

DIFUSORES DE SALIDA

Estos difusores (Fig. 6) se encargan de proyectar el flujo de aire que llega a cada Tubo Conductor, sobre la zona elegida del alerón delantero.

Su misión es también distribuir de la manera deseada la salida del flujo de aire y controlar que este flujo salga de forma controlada por las diferentes ranuras u orificios de cada difusor, para de esta manera hacer más efectivo el efecto aerodinámico deseado y afectar lo menos posible el resto de la aerodinámica del monoplaza.

Fig. 6

 

SIMULACIONES

Para simular el comportamiento del sistema en pista (ver vídeo) se han utilizado los datos de telemetría de una vuelta virtual al circuito de Montmeló, relacionando mediante ciertos algoritmos estos datos a los resultados que ofrece el software del cálculo de fluidos para el comportamiento del sistema en diferentes condiciones.

El resultado es una simulación bastante aproximada del comportamiento del sistema.

Esta simulación corresponde a una opción de configuración. En este caso el sistema detecta una curva a partir de 1.0 grado de desviación del flujo de aire, sin embargo el sistema puede ajustarse para activarse con desviaciones de incluso 0.2 Grados.

 

 

TEMPORADA 2012

Los actuales cambios en la normativa han llevado a muchos equipos a adoptar un morro escalonado. Dada esta circunstancia algunas escuderías (como Ferrari) han eliminado su toma de aire de la nariz, aunque equipos como Williams y McLaren continúan utilizándolas. En previsión de esto, el sistema fue diseñado para poder ser ubicado en este tipo de morros escalonados.

Tampoco es su instalación en el morro la única alternativa, pues este sistema, con algunas modificaciones, puede ubicarse en otras partes del monoplaza y variar la aerodinámica de otras zonas del mismo (quizá sea esto lo que pretendan las nuevas entradas de aire del reciente monoplaza de Red Bull).

Habrá que esperar a que Mercedes presente su nuevo monoplaza para saber si finalmente utilizarán su F-Duct delantero, si les proporciona una ventaja importante y si la FIA no pone objeciones. De ser así, esta temporada podríamos ver de nuevo un baile de los equipos para desarrollar e incorporar rápidamente sistemas como este, cómo ocurrió en 2009 con el doble difusor de Brawn y el 2010 con el F-Duct de McLaren.

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39 comentarios Iniciar sesión para comentar o votar

Mucho Moncho
Mucho Moncho

F-Duct

Es mucho mas sencillo de lo que se habla, no ay tantas matematicas ni tanto misterio Sr. la cabeza esta hecha para pensar, una pista (G)
ppj13
ppj13

a fiti

Un punto que describe una curva de cualquier radio a 50m/s sigue teniendo (50, 0, 0) como vector velocidad del aire. (Si el viento lateral es de 2 m/s pues es (50, 2, 0). O en polares 50,04m/s y 2.3 grados.) Pero el coche no es un punto. Sin considerar la deriva (ruedas van por raíles), el eje longitudinal del coche NO es tangente a la trayectoria del morro (y, por tanto, el ángulo de incidencia no es cero). El ángulo que forman la tangente a la trayectoria (que es la dirección de velocidad del aire) y el morro es el arco cuya tangente vale la distancia del eje trasero al morro partido por el radio de la curva. Por ejemplo, para 5m de distancia y 150 de radio es 1.91 grados. Esto es lo que considera ERRÓNEAMENTE el autor como ángulo que puede producir el efecto deseado. Sin viento, y cambiándole el signo (al considerar la deriva) tal vez pudiese ser. En la vida real, nunca.
fitipardi
fitipardi

A Fangio_5_campeon

Bueno, primero te diré que el modelo está muy simplificado para que quepa en un post. y segundo: pon que @=2º, entonces Vx=-49.97, Vy=1.74, Vz=0. Como en viento lateral es Wy=2, tenemos que la componente v queda 2+1.74=3.74 y @'=arctg(3.74/50)=4.28º. Esto serviría para ver la influencia de vientos laterales en el ángulo de ataque (que es mucha)
dtk
dtk

Así no mas, a simple vista.

En un Tunel de Viento el flujo de aire no necesariamente es logitudinal respecto al eje del chasis estudiado. De hecho, se estudian los efectos de vientos cruzados, que existen en la vida real. Por otro lado, en condiciones ideales (Ausencia de viento), el sistema propuesto es lineal. Es decir, el efecto obtenido es directamente proporcional a la velocidad del vehículo (A menos que haya cuestiones relacionadas al comportamiento de vórtices, densidades del aire, cambios de temperaturas, resonancias...). Esta linealidad, entonces, no aporta ningún beneficio.
fangio_5_campeo...
fangio_5_campeonatos_mundiales

fittipardi...

... a ver si te puedo entender:............ el ángulo de ataque sería el arctg de 7.6 / 180 = 2.41º
fitipardi
fitipardi

Max DF & Min Drag

Pues eso. El arte de todos los ingenieros aerodinámicos de la F1 consiste en eso: Maximizar DownForce y Minimizar Drag en casi todas las circunstancias de velocidad, de giro, de viento en pista, etc. ¿Por qué? Porque cuanto más DF, sobre todo en frenada y curva, más agarre de los neumáticos (aumenta el rozamiento seco de Coulomb) Porque cuanto menos Drag, menos energía gasta el coche en vencer la resistencia aerodinámica al acelerar... ¿y al frenar? Pues buenos discos, buenas pinzas y pastillas... y mucho DF. ¿Porqué casi? Un DF que crezca con la velocidad hará que a altas velocidades se produzca un deterioro más rápido de los neumáticos por el aumento de la fatiga por los rozamientos internos de éste. ¿o no? ;-)
fitipardi
fitipardi

A ppj13

Vamos a ver ppj13: Asumimos que no sopla nada de viento, entonces un coche circulando a 50 m/s (=180 km/h), encuentra un flujo en la punta del morro es representado por un vector V={-Vx,Vy,Vz}. a) Si el coche va recto el vector queda: Vx=-50;Vy=0;Vz=0. b) Si va en curva, sin derrapar, girado @º, entonces Vx=-50cos@;Vy=50sen@;Vz=0 c)si soplara viento lateral Wy=2 (7,6 km/h), ¿como quedaría el ángluo de ataque @?
Alberto
Alberto

...

Pregunta para el escritor del artículo, ejem... esto... esto se podría montar... no sé... por ejemplo en una apertura en el morro de un coche azul... al lado del orificio de entrada de refrigeración para los pilotos ? FIRMA: Adrian Newey
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