Formula 1, sınırlandırılmış motorlar, motor kontrol üniteleri ve tek lastik uygulamasıyla yeni bir döneme girerken, takımların en büyük araştırma-geliştirme alanlarından biri olan aerodinamikler tümüyle olmasa da önemli oranda takımların çalışmaları için serbest bırakılmış durumda.
Aerodinamikler bilindiği gibi modern F1 araçları için en kritik etkenlerden birini teşkil ediyor. Downforce düşürmeye yönelik gerçekleştirilen kural değişikliklerine rağmen, takımlar sürekli olarak kaybedilen avantajı ikame edici farklı uygumalara gitmek için var güçleriyle çalışıyorlar. Bu çalışmalarındaki en önemli araç ise rüzgar tünelleri ve kısaca CFD olarak adlandırdığımız, bilgisayar destekli akışkan mekaniği sistemi. Normalde kökleri farklı alanlara dayanan çok farklı iki çözüm yöntemi Formula 1'de aerodinamik araştırmalarda birlikte kullanılıyor.
Peki takımlar aerodinamik testlerde bu sistemleri nasıl kullanıyor, bu sistemler gelecekte önemlerini koruyacak mı? Veya CFD'nin önemi rüzgar tünellerini geride bıracak mı, bunları cevaplamaya çalışacağız.
Motorsporlarının tarihine baktığımızda aerodinamikler araç tasarımında her zaman dikkate alınan bir unsur oldu. İlk dönemlerde aerodinamiklerin tam olarak etkisi bilinmiyor ve genellikle de önemsenmiyordu. Bu yüzden modern araçlarla kıyaslandığında, araç dengesi ve performansları açısından alt kategorilerde yer alıyorlardı.
Aerodinamiğin ilk kullanıldığı yıllarda, aracın ön bölümündeki aerodinamik şekil hava direncini azaltmayı amaçlıyordu. 60'lı yılların sonuna doğru bu aerodinamik gücü elde eden takımlar, yüksek hızda kontrol problemiyle karşı karşıya kaldılar. Spoiler'lara ilaveten kanatçıklarla bu gücü tersine çevirerek downforce oluşturdular. Downforce'un tur zamanlarına etkisinin ortaya çıkmasıyla araç tasarımlarında da önemli değişikliklere gidildi. Ancak kanatlara monte edilen süspansiyonların yasaklanmasından önce ve sonra bu yönde yapılan girişimler basit ve henüz başlangıç aşamasıydaydı.
O dönemlerde rüzgar tünelleri uzay havacılık araştırmalarında kullanılıyordu. Buna ilaveten bazı eğitim ve ar-ge kurumlarının da kendilerine ait küçük ve basit tünelleri vardı. F1 araçlarının rüzgar tünellerinde ahşap modelleriyle gerçekleştirilen ilk kullanımları istenilen doğru sonuçları vermiyordu.
Diğer taraftan o dönemde takımların bugünkü gibi geniş bir mühendis ordusu yoktu. Takımlar sadece mekanik tasarım eğitimi almış az sayıda mühendisle çalışıyordu. Ayrıca o yıllarda yarış araçlarının aerodinamiklerine ilişkin neredeyse hiçbir araştırma materyalı da yoktu. Varolan bilgiler ise, ağırlıklı olarak havacılık ve yol otomobillerinin aerodinamiklerine ait yapılmış çalışmalardan elde ediliyordu.
Bu yönde yapılan kişisel çalışmalar sürerken, 70'li ve 80'li yıllarda aerodinamikler daha bir öne çıkmaya başladı. F1'in sadece şasi ve motor bileşeninden oluşmadığı daha iyi idrak edilirken, tur zamanlarındaki iyileşmeler de çalışmaların hızlanmasına yol açtı.
80'li yıllarda aracın altında düşük basınç alanı oluşturma uygulamasının ortaya çıkmasının ardından, aracın mekanik ve motor tasarımları da daha iyi aerodinamik elde etmek için uyumlu hale getirilmeye başlandı. Aerodinamiklerden faydalanarak performansın artması kural değişikliklerini de beraberinde getirdi. Böylece takımlarla, federasyon arasında bir kedi fare oyunu da başlamış oldu.
İşte bu dönemde takımlar aerodinamiklerden nasıl faydalanacakları yönünde yavaş yavaş sağlam bilgiler edinmeye başladılar. Ayrıca elde ettikleri bu bilgileri değerlendirmek için rüzgar tünellerini nasıl kullanabileceklerini de araştırıyorlardı.
RÜZGAR TÜNELLERİ
Rüzgar tünelinin aslında basit bir tanımı vardır. Rüzgar tünelini, büyük bir fanın havayı, model aracın konulduğu test bölümünden geçiren bir kanal olarak izah edebiliriz. Model araç uygunsa, alınan sonuçlar da tam ve doğru olur. Fakat elbette rüzgar tünelinin işleyişi ve verilerin elde edilmesi süreci bu kadar basit değildir. İlk uygulamalarda, araç tünelin zemininde test bölümünün merkezine oturtuluyordu.
Toyota mühendisleri bir F1 aracının modeli üzerinde çalışıyor
Bu, rüzgarın aracın üstünden akışını gerçeğinde olduğu gibi tespit etmeyi sağlar. Fakat F1 araçları zemine çok alçak uzanır. Dahası, araç ve zemin birbirleriyle statik bağlantılı haldedir. Gerçek hayatta, araç hareket eder, zemin ise olduğu yerde durur.
Bu yüzden rüzgar tünellerinde araca hareket eden kemerler yerleştirildi. Bu kemerlerin hareketiyle, araç hareket ederken oluşan etkinin aynısı oluşturulmaya çalışıldı. Bu durum gerçek hayatla daha yakın bir ilişkiyi ortaya çıkardı: Araç ve tekerler zeminle bağlantılı hareket ediyordu. Böylece zemine yakın karmaşık hava akışı yeniden oluşturuluyordu.
Tünellerde kullanılan test modellerinin boyutları büyürken, test bölümünde model aracın oluşturduğu blokajı hesaba katma ihtiyacı ortaya çıktı. Model test bölümüne muntamazan uygun olmasına rağmen, aracın arka kanadından gelerek spiralleşen hava akışı çok daha fazla alanı çekiyor. Şayet bu genişlemeye izin vermezse, sonuç tam doğru olmuyor.
Bununla birlikte açık jet kullanmak için de göreceli olarak küçük bir fan ve tünel bölümü alınıyordu. Bu, modelin bulunduğu tünelin test bölümü çevresinde açık bölümün olduğu yerdir ve aerodinamik çizginin daha geniş bir alanda oluşmasını sağlar. Fakat, açık bölümdeki sonuçların doğru olması için bazı düzeltmelerin yapılması gerekmektedir.
Günümüzde kendi rüzgar tünellerine sahip olan takımlar, tesisi sadece kendi kullandığı için, bunun boyutlarını kendi ihtiyaçlarına uygun hale getirecek şekilde ayarlayabilmektedir. Çok daha geniş tüneller ve daha geniş test bölümleri, blokaj etkisini azaltır. Modelin ve duruşunun piste uygunluğundaki doğruluk da hesaba katılmaktadır. Gerçekte araçlar hareket ederken sağa sola, aşağı yukarı hareket ederler. Testlerde tüm bu etkenler, (başlangıçta manuel olarak) otomatik erişim düzenekleriyle usulüne uygun olarak suni şekilde üretilir.
CFD (Bilgisayar destekli akışkan mekaniği)
20. yüzyılın sonuna kadar aero ilerlemeyi takip etmek için kullanılan ve en iyi sonuç alınan metod rüzgar tünelleriydi. Fakat son yıllarda sahneye yeni bir seçenek çıktı: Bilgisayar simülasyonları.
Günümüz yazılımlarında gerekli olan tüm datalarla, gerçek bir aracın üzerinden geçen hava akışının etkisini tespit etmek mümkün hale geldi. Teknik olarak bilgisayar destekli akışkan mekaniği (computational fluid dynamics) veya kısaca CFD şeklinde adlandırılan bu yeni teknoloji son yıllarda hızlı bir şekilde takımlar tarafından kullanılmaya başladı ve geliştirilmesiyle birlikte daha iyi neticelere ulaşıldı.
CFD teknolojisinde yüksek downforce arka kanat konfigürasyonu görünüyor
CFD esas itibariyle tek bir uygulamadan oluşmuyor. Aksine bir sistem ve birçok araçtan meydana geliyor. Ve temel olarak üç safhalı bir süreci barındırıyor. Bunlar, ağ örgüsü (hücreleme de diyebiliriz), çözümleme ve analiz.
İlk olarak CAD tasarım programıyla incelenecek bölümün 2 veya 3 boyutlu modelleri oluşturulur. Ayrıca tüm F1 araçları da tümüyle bilgisayarda tasarlanır. Bu, değişiklik yapmak ve doğrulama süreçleri açısından çok daha kolaydır. Sonra model, sadece aracı değil aracın çevresindeki havayı da ihtiva edecek şekilde ağ örgüleriyle (hücreler) oluşturulur. Bu alan rüzgar tünelinin test bölümünü temsil eder ve hava akışı hesaplamaları, bu alan içinde bulunan tüm hücreler üzerinden yapılır. Daha fazla hücre daha kompleks model demektir. İlk safhada denemeler 2 boyutlu olarak yapılır ve sadece basit 3 boyutlu modeller test edilir.
Model boyutu ve karmaşıklığındaki sınırlandırma, model üzerindeki hava akışı etkisinin çözüldüğü ikinci safhada modeli çalıştırma ihtiyacına göre tespit edilir. Bu safhadaki çözümleme oldukça fazla bir zaman alır. Genelde öğleden sonra başlanan işlem gece yarısına kadar devam eder ve bir sonraki günkü analizler için hazır sonuçlar elde edilir.
Son safha, sonuçların analiz edildiği bölümdür. Rüzgar tüneli, hava direnci ve downforce'u tanımlamak için sınırlı kalırken, CFD'den gelen sonuçlar milyonlarca veri noktasını takımların önüne koyar. Bu bilgiler, sadece araç üzerinde oluşan toplam gücü tanımlamakla kalmayıp, aracın çevresinde havada bulunan baskı ve süratleri de belirtir.
Ayrıca CFD sonuçlarının analizleriyle elde edilen bilgiler, şaşırtcı görsel format şekilleriyle de somutlaştırılabilir ve istenilen herhangi bir noktadaki hava akışı ve diğer datayı görmek için parçalara ayrılabilir.
Bu sonuçların görselleştirilebilmesi aerodinamik uzmanlarına çalışmalarında önemli oranda kolaylık sağlamaktadır. Bu durum, aerodinamik uzmanlarına havanın tüm hareketini hem zaman hem de görsel olarak detaylarıyla rahat bir şekilde inceleme imkanı verir. Böyle bir şey rüzgar tünellerinde mümkün değildir.
CFD çok sayıda varsayıma dayanmaktadır. Bu yüzden modelin ve hava akışının çok fazla kompleks olması sonuçların daha az güvenilir olması manasına gelir. Bu konuda ilerlemeler kaydedilmesine rağmen CFD hala tam olarak net sonuçlar verecek kadar gelişmiş değildir.
http://www.turkiyef1.com/articlefull.asp?id=266
