Pada awal musim F1 2022, “efek lumba-lumba” tidak diragukan lagi telah menjadi salah satu protagonis utama. Efek ini, yang telah dikenal sejak 1970-an dan 1980-an pada mobil dengan efek ground, ditandai dengan osilasi sasis saat mobil melaju dengan kecepatan tinggi. Dalam situasi ini, downforce yang dihasilkan oleh ground effect sangat tinggi sehingga menyedot bagian bawah mobil ke tanah. Saat mendekati trek, downforce meningkat, tetapi mencapai titik di mana downforce tiba-tiba hilang dan pegas suspensi mendorong sasis kembali ke atas. Sekali lagi, lantai menghasilkan banyak downforce dan mobil didorong ke bawah sekali lagi. Perilaku ini diulang secara siklis, menghasilkan osilasi yang dikenal sebagai “efek lumba-lumba” (atau cukup “lumba-lumba”).

Model suspensi

Untuk mensimulasikan efek ini, model suspensi seperempat mobil ditunjukkan pada: Gambar 1 digunakan. Diasumsikan model linier dan tidak ada redaman ban. Massa pegas adalah m_s dan massa yang terlepas adalah m_kamu. Z_s, Z_kamu dan Z_radalah posisi massa pegas, massa tidak pegas dan jalan, masing-masing. DWF adalah downforce yang dihasilkan oleh kendaraan. Kekakuan pegas suspensi dan tingkat ban adalah K_s dan K_t, masing-masing. Dan C_s mewakili tingkat peredam.

Kasus 1: Simulasi dengan model aerodinamis tradisional

Gambar 2 mewakili model Simulink dari sistem yang lengkap (kasus 1). Total DWF (DWF_total) yang dihasilkan oleh kendaraan telah dibagi menjadi dua blok. Yang pertama (downforce atas) mewakili model non-linier di mana DWF (DWF_atas) sebanding dengan kuadrat kecepatan. Yang kedua (downforce lantai) adalah peta aero sederhana yang mewakili DWF yang dihasilkan oleh lantai kendaraan (DWF_lantai) sebagai fungsi dari naik tinggi (RH). Sebagai RH berkurang, DWF_lantai menjadi lebih besar, sampai suatu titik (RH_puncak) di mana mencapai maksimum (DWF_puncak). Di bawah titik ini, bagian bawah kendaraan mulai dengan cepat kehilangan kemampuannya untuk menghasilkan DWF (Gambar 3).

Simulasi menunjukkan bahwa dengan bertambahnya kecepatan, DWF (DWF_total, DWF_atas dan DWF_lantai) meningkat dan RH (Z_s) berkurang (Gambar 4). Dari saat tertentu (t = 4,6 s), itu DWF_atas terus tumbuh karena peningkatan kecepatan, tetapi DWF_lantai mulai berkurang karena RH ada di bawah RH_puncak. ItuDWF_total tumbuh lebih lambat, tetapi, meskipun penurunan RHitu efek lumba-lumba tidak muncul.

Kasus 2: Simulasi dengan model aerodinamis yang dimodifikasi

Alasan mengapa efek lumba-lumba tidak muncul adalah bahwa model aerodinamis (khususnya, model lantai) tidak sepenuhnya mereproduksi perilaku udara yang sebenarnya. Apa yang disebut “blok ajaib” telah dimasukkan ke dalam model simulasi, yang mencakup persamaan dinamika udara yang belum diperhitungkan sampai sekarang (Gambar 5). Masalah ini adalah subjek penelitian berkelanjutan. Persamaan ini mencerminkan “histeresis” di udara saat kondisinya terganggu. Artinya, jika ketinggian pengendaraan diubah, akan ada variasi dalam gaya turun yang dihasilkan, yang akan tergantung pada kecepatan gerakan vertikal kendaraan. Dengan kata lain, kita memiliki peta aero dinamisdaripada peta aero statis.

Seperti yang dapat diperhatikan dalam Gambar 6variasi dalam DWF_lantai mulai muncul dari instan t = 5 smenyebabkan osilasi pada massa tersuspensi (Z_s), di ban (Z_kamu) dan dalam suspensi (Z_s – Z_kamu).

Dengan meningkatkan laju peredam (C_s > C_s nilai nominal), osilasi dapat dihilangkan (Gambar 7). Dan jika itu meningkat terlalu banyak (C_s >> C_s nilai nominal), osilasi muncul kembali (Angka 8). Namun, pada kesempatan ini, gerakan suspensi (Z_s – Z_kamu) telah sangat berkurang dan hampir terkunci sehingga pergerakan sasis (Z_s) hampir seluruhnya disebabkan oleh pergerakan ban (Z_kamu). Bisa dikatakan kendaraan terpental pada ban.

Di sisi lain, kembali ke kasus dimana lumba-lumba dihilangkan (C_s > C_s nilai nominal), dapat diamati pada Gambar 9 bahwa, jika mobil melewati gundukan (pada t = 10 s), osilasi dapat muncul kembali.

Kesimpulan

Model suspensi seperempat mobil memungkinkan efek lumba-lumba untuk disimulasikan selama Anda memiliki model aerodinamis yang mencerminkan perilaku penuh udara. Di sisi lain, meningkatkan tingkat peredam dapat membantu mengurangi lumba-lumbatetapi mengurangi cengkeraman kendaraan dan, di trek bergelombang, dapat menyebabkan efek lumba-lumba untuk muncul kembali. Oleh karena itu, tampaknya pendekatan aerodinamis harus diadopsi untuk mengatasi masalah tersebut.

Tentang Penulis

Nacho Suárez – Insinyur Elektronik PhD, Dinamika Kendaraan, Rig 7-pos Virtual, Simulasi, Kendaraan Otonom, Kontrol, Balap, Sistem Tertanam; Universitas UNEX. Enrique Scalabroni – sebelumnya di Dallara Automobili, Direktur Teknis Chassis F1 Ferrari, Williams F1 dan Lotus F1 di antara banyak lainnya. Timoteo Briet – Insinyur Aerodinamis dan CFD, Matematikawan, Ahli Kosmologi, CFD Kursus Online, Profesor Aero dan CFD. Suárez, Scalabroni dan Briet telah meneliti topik yang berkaitan dengan aerodinamika transien dan efek atau masalahnya selama beberapa tahun. Pemahaman yang lebih baik tentang masalah lumba-lumba adalah alasan untuk penelitian yang dieksplorasi dalam artikel ini. Mereka telah menulis dua makalah penelitian lain yang dapat Anda temukan di tautan di bawah ini:

https://zenodo.org/record/5813304#.YdFkDDPMK1s

https://zenodo.org/record/5813306#.YdFkkjPMK1s