Nomenclatura das asas em carros de corrida

Como um dispositivo aerodinâmico as asas são corpos com formas bastante especiais, com a frente arredondada, chamada de bordo de ataque B.E ou do inglês Leading Edge, um alongamento de um perfil fino até a parte traseira e que é terminada em forma de faca com uma linha bastante aguda chamada de bordo de fuga B.U ou do inglês Trailing Edge, essa aresta que encerra a asa é o local por onde o escoamento do ar se une após encontrar a parte inferior e superior do nosso corpo aerodinâmico. Assim como as outras formas aerodinâmicas de sólidos e corpos que oferecem baixa resistência ao movimento na atmosfera possuir uma máxima espessura Sp [mm] reduzida em relação às outras 2 características dimensionais cumprimento e largura, são tendências encontradas nas asas utilizadas em carros de corrida.

Mais precisamente a largura do perfil alar é chamado de span L também definido como a distância entre 2 extremidades onde a corda C é o termo para o comprimento ou a distância entre os bordos de ataque e fuga.

Os planos que formam as asas são incontáveis, a nossa conversa tratará principalmente de asas com formatos retangulares. o aspecto mais interessante para o momento é que a asa tem seu próprio plano central de inclinação α(alfa) e plano de simetria β (beta) perpendicular a esse apresentado pela figura a seguir. A seção paralela cortada pelo plano beta é chamada de perfil aerodinâmico ou aerofólio Ps, podendo possuir as mais diversas formas.

 

O desenho de um perfil era dinâmico pode ser visto como a união de 2 contornos entre os bordos de ataque fuga, um é chamado de superfície dorsal ou extradorso Do, o outro é chamado de superfície ventral ou intradorso Ve. Em aplicações na aeronáutica para a produção de sustentação P de forma a erguer a aeronave a superfície dorsal está para cima, em automóveis para gerar sustentação negativa ou carga aerodinâmica -P de forma a aumentar a estabilidade e aderência de um veículo, a superfície ventral fica para cima.

Desse ponto em diante iremos considerar apenas a configuração geração de carga aerodinâmica para a aplicação automotiva. Então baseado nos desenhos abaixo veremos as classes usuais dos perfis

1. simétrico biconvexo: Possui o mesmo contorno para os 2 dorsos
2. assimétrico biconvexo: é mais convexo na superfície dorsal
3. plano convexo: o extradorso é convexo e superfície ventral é uma superfície plana
4. concavo convexo: a superfície dorsal é convexa enquanto o intradorso é concavo

Essa representação mostra que a corda pode possuir diferentes direções para as categorias principais de perfis, isso é interessante de se aprender, por que uma asa utilizada com um certo ângulo de ataque i[graus;rad], que é definido pelo ângulo formado pela corda com a direção do fluxo livre à uma velocidade  Vo.

 

 

O bordo de ataque nem sempre coincide com a extremidade mais adiante da corda isso requer explicações futuras das definições corretas para os seguintes tipos de perfis

bi convexo simétrico e assimétrico: a corda é definida em direção e comprimento pelo diâmetro do mínimo círculo circunscrito dentro do perfil

plano convexo: a corda é definida na direção pelo plano ventral e o seu comprimento pela distância entre o bordo de fuga e a projeção do bordo de ataque na linha de direção

concavo convexo: a corda é definida em direção pela bitangente do intradorso no perfil e em comprimento pela distância entre o bordo de fuga e a projeção do bordo de ataque na linha de direção.

Outras medidas e parâmetros são considerados, tais quais:

Área de asa Sa [mm²]: A área obtida pela projeção do corpo da asa sobre um plano normal ao plano de simetria e passante sobre a linha da corda central.

Corda principal Cn [mm]: Igual a área de asa Sa dividida pela largura de perfil alar L:

Cn=Sa/L [mm]

Forma planar: Determinado pelas diversas aplicações aerodinâmicas e viabilidades estruturais. Os mais comuns são os seguintes:

1. Retangular
2. Retangular de bordas arredondadas
3. trapezoidal
4. bi trapezoidal
5. romboidal
6. elíptica
7. Enflechada
8. Delta

No universo das corridas, onde as mais diversas formas planares são testadas, as de base retangular são as mais encontradas, devido a restrições nos regulamentos, com dimensões restritas de forma explicita ou implícita para limitar muitas vezes a geração de carga aerodinâmica.

Espessura máxima Sp [mm]: Já mencionada, é a distância máxima entre as superfícies mais inferiores e superiores, perpendiculares a direção de corda, ou o diâmetro do maior círculo inscrito dentro do perfil.

Espessura máxima em % ou em fração da corda Sr [%C]: Baseada na dimensão da corda, expressada em porcentagem ou fração:

Sr=100Sp/C [%C]
ou
Sr=Sp/C

Baseado nessa relação, perfis são comumente descritos como finos caso o Sr seja inferior a 6%C, semifinos quando o Sr fica entre 7 e 12%C e espessos se os valores de Sr são superiores a 12%C.

 

É importante citarmos que ao lado do valor de Sr indicamos também sua posição m [%C] ao longo da corda bem como a distância Sc[mm] do bordo de ataque. A posição m é expressa como porcentagem ou parte decimal da corda.

m=100Sc/C [%C]
ou
m=Sc/C

Proporção planar (lambda): Definida como a largura do perfil alar L dividida pela corda principal Cn ou mais genericamente, a proporção do quadrado da largura do perfil alar e a área total da asa Sa

λ=L/Cn=L^2/Sa

Linha central ou linha de camber Lm, definida como a linha que conecta os centros dos círculos inscritos no perfil. A intercessão da linha central e o ponto frontal da superfície dianteira determina o bordo de ataque ou linha de ataque. A intercessão da linha central e o ponto do perfil na parte de trás determina o bordo de fuga ou linha de fuga.

Curvatura é determinado pela curvatura da linha central

Camber f, definido pelo comprimento entre a linha central e a corda.

Camber máximo relativo fm pode ser dito como uma porcentagem do camber em relação a corda ou apenas a proporção entre eles

fm=100 f/C [%C]
ou
fm=f/C

Em um perfil simétrico, a curva relativa é zero; o valor do camber máximo relativo é associado a posição m  ao longo da corda, medida do bordo de ataque, também expresso como porcentagem ou fração da corda.

 

Torção aerodinâmica Sv , positiva ou negativa, expressa pelo ângulo da ligação entre várias seções alares. Essas seções, unidas nas extremidades, podem representar uma variação significativa no formato da asa. Se o ângulo cresce do centro para as extremidades, a torção é dita positiva; caso contrário, dizemos que é uma torção negativa (solução preferencial – redução dos vórtices) se as seções são unidas por ângulos decrescentes para as extremidades.

Diedro alar, representado pelo ângulo formado pelo plano central de uma de duas asas partidas em planos paralelos aos eixos X e Y do veículo, isso tem uma importância reduzida no campo automotivo, devido às regras e regulamentos, em especial a máxima altura da asa.

Essas são as características principais das asas e daí partem diversas possibilidades de combinação de perfis, iniciando com os flaps que são segmentos de asa alocados no bordo de fuga. Basicamente, na maioria dos casos, flaps não são mais que a parte anterior do perfil, sujeito a uma rotação, causando uma modificação das características de desempenho. Esse novo corpo, ganha um novo ponto de rotação atrás da seção inicial. Essa categoria inclui top tabs, ailerons, flaps divididos (quase sem aplicação automotiva – o Pagani Huayra é uma exceção) e as demais superfícies ajustáveis na parte superior do bordo de fuga.

De forma ainda genérica, o termo flap, no meio automobilístico é estendido para várias configurações, todas generalizadas, como os Folwer flaps (com sobreposição anterior ao encerramento do perfil, e os multielementos  como os tipo Junkers, Zap, NACA e Black Burn, também como os flaps em pares. O flap (corda c [mm]), com todas suas derivações são descritos como uma porcentagem da corda C total das seções

flap=100c/C [%C]

O flap frontal H.P dos tipo Handley-Page ou Lackmann derivam do próprio perfil, no bordo de ataque, mas são totalmente externos na montagem de Fiore-Cremona; não obstante, exceto por raros exemplos, essa solução não é aplicada no automobilismo, devido a eficiência atrelada a íngremes ângulos de ataque.

Um modificador amplamente utilizado no bordo de fuga é o nolder Nx, um termo britânico que não tem sua origem bem definida, utilizado antes mesmo dos primeiros relatórios NACA. Ele se trata de uma fita angulada onde várias dimensões podem ser aplicadas, gerando efeitos significativos.

Muito raramente, os modificadores podem ser utilizados invertidos, para gerar turbulência no fluxo de ar em certas velocidades. Curiosamente al invés de utilizarem o termo “nolder”, nos regulamentos da Fórmula 1 de 2011, preferiram utilizar a gíria norte americana “Gurney-Type trim tab” que vem do construtor Dan Gurney que trouxe da Europa o conceito e incorporou nos carros de circuito oval.

 

• SHAPIRO, Ascher H. Shape and Flow: The Fluid Dynamics of Drag. 1. ed. atual. Londres: Anchor Books, [1961]. 186 p. ASIN B0006AX70E.
• GILLESPIE, Thomas D, Fundamentals of Vehicle Dynamics, Warrendale, Society of Automotive Engineers, 1992. 470p;