Talvez o mundo dos protótipos de carros de corrida seja paralelo ao da Fórmula 1, pois eles possuem uma tecnologia massiva dentro de seus projetos e também é fascinante. Em termos de aerodinâmica, os carros de corrida de rodas fechadas sempre foram mais complexos do que os de rodas abertas. A evolução aerodinâmica dos protótipos não representa apenas o desenvolvimento de uma área dentro do automobilismo, mas sim uma área dentro da indústria automobilística.

Década de 80

Na era dos anos 80 do Le Mans Prototype (LMP), a aerodinâmica era baseada em um front underwing, o mesmo conceito de front-end fechado, que mais tarde foi usado nas corridas de GT. Ou seja, o front-end é uma espécie de dispositivo aerodinâmico que trabalha o campo de escoamento e sua variação de pressão próximo aos arcos das rodas. A sucção é feita na parte superior e o downforce é gerado na frente. Conseqüentemente, os LMP dos anos 80 eram muito sensíveis às variações de altura do passeio. Este foi o motivo de muitas decolagens ocorridas com carros LMP.

Década de 90

No final dos anos 90, a Toyota apareceu com o primeiro front-end como um sistema aberto. Este conceito proporciona ao ar uma passagem pelo divisor dianteiro e sai pela parte inferior da asa dianteira pelas laterais do carro. Isso significa uma condição de contorno de saída menos dependente da altura de rodagem, pois a pressão que atua nas laterais do carro é sempre a mesma. Assim, se a altura dianteira (FRH) aumentar um pouco, como ocorre em movimentos usuais na pista, o ar não atuará como airbag abaixo da asa dianteira e do assoalho, pois também há a evacuação nos sidepods do carro. Isso reduz a sensibilidade de UR. A grande melhoria do front-end aberto foi no desempenho. Como o carro depende menos da distância ao solo, ele se torna mais previsível e fácil de dirigir. Não há transferência de equilíbrio aerodinâmico na frenagem e na aceleração. Assim, o carro é mais dirigível. Na verdade, a grande melhoria do front-end aberto não foi a questão da segurança, mas sim uma questão de dirigibilidade, dirigibilidade do carro. No caso dos carros GT, a sensibilidade à UR é o dobro da LMP, mas isso não é em termos de segurança, mas sim de desempenho. Como os carros GT são mais lentos, isso não é tão crítico. Para carros LMP, a frente aberta foi um grande passo em termos de segurança e desempenho, porque torna os carros LMP mais fáceis de dirigir.

Início dos anos 2000

No início dos anos 2000 surge um novo conceito, os corpos divididos. Neste o underwing dianteiro aberto tem a evacuação de ar direcionada para as paredes laterais do carro como de costume, mas conduz o fluxo de ar para outro perfil atrás das rodas traseiras. Este é um conceito semelhante ao carro de roda aberta, porque a montagem dianteira é física e aerodinamicamente independente do resto do carro. O objetivo é separar a parte inferior da asa dianteira do corpo médio traseiro. Isso resulta em melhorias significativas em downforce e estabilidade. Embora o LMP tenha se tornado mais previsível, esses carros preservaram uma asa inferior plana. Conseqüentemente, a sensibilidade para rolar e guinar ainda estava presente neles. Esse problema ficou ainda mais evidente após o acidente ocorrido durante um dos testes realizados pela Audi para seu carro R8 LMP. Após este acidente, a Audi e o Technical Working Group (TWG) trabalharam muito em testes de túnel de vento com modelos R8 em escala 1:1 e 40%, respectivamente. Como resultado, foi detectado que carros LMP com underwing plano motivam variações rápidas de downforce, que vai de downforce a levantamento muito rápido. Isso ocorre em situações em que o carro apresenta ângulos de guinada e rolagem juntos. Nessas situações, a placa plana não evitou que um fluxo de ar lateral levantasse o chassi.

A proposta a partir dos estudos do underwing plano aplicado nos carros LMP foi um novo design do mesmo. A Figura 4 ilustra um desenho da nova asa inferior que está sendo usada hoje. Neste a superfície amarela indica a porção plana da asa inferior, que é reduzida. As porções laterais da asa inferior têm uma rampa de 7°. Isso resulta em uma seção transversal diedro sob as asas. O objetivo é criar um fluxo de ar de sucção quando o carro apresentar um movimento de alta guinada. O resultado é um comportamento semelhante a um perfil de asa, que gera sucção na seção central. Outra limitação é realizada no difusor frontal, que obedece a uma altura mínima de 50 mm para a porção intermediária de 1000 mm. Em outras palavras, a asa dianteira está mais alta do que antes. O resultado é uma frente mais curta e mais alta. A borda de ataque do fluxo foi movida de perto do eixo dianteiro para 400 mm mais longe dele.

Uma das últimas modificações feitas no LMP é a aleta vertical na parte central traseira do carro. O objetivo é melhorar a estabilidade lateral. O principal efeito das aletas verticais ocorre quando o carro está em altos ângulos de guinada. Eles induzem um efeito de endireitamento quando o carro está nessa situação. Se a aleta vertical tiver uma superfície convexa, ela também pode fornecer um efeito de sucção que ajuda na estabilidade, mas na maioria das aplicações elas são pequenas e longas, sem efeito de sucção, mas com melhorias de estabilidade.

Início de 2010

A próxima melhoria ocorreu na frente sob a asa do carro LMP da geração de 2010. Para reduzir ainda mais a dependência do RH, foi introduzida a parte inferior da asa dianteira com fenda. Primeiro foi elevado na parte central e foram introduzidas ranhuras. Estes dividem o fluxo de ar entre a carroceria e o divisor. Dessa forma, o front-end funciona mais como uma asa, pois o ar dividido pelas fendas pode ir para a carroceria e para os flaps. Este último cria um downforce sobre os arcos das rodas, que tem o mesmo efeito de uma asa. Como resultado, os slots criam um ou mais planos para o campo de fluxo. Consequentemente, a sensibilidade da altura do passeio dianteiro é ainda mais reduzida, porque os slots criam uma asa cujo plano de referência não é o solo, mas sim o front-end junto com a asa criada pelos slots.

Semelhante aos carros GT, o LMP também exibe persianas. Eles são obrigatórios desde 2014. No entanto, sempre foi um tema polêmico durante as fiscalizações. Assim, definiu-se que as persianas são um recorte superior nos eixos dianteiros, enquanto no eixo traseiro o corte é na parte superior e lateral dos arcos das rodas. O principal objetivo das venezianas é auxiliar na evacuação do ar.

A Figura 8 ilustra o desempenho aerodinâmico global dos carros. Como pode ser visto, apenas os carros de rua geram sustentação, alguns deles geram downforce, mas em quantidade muito pequena. Na verdade, os carros de passeio são muito complexos de projetar, pois devem lidar com a percepção do cliente sobre o produto e as emissões. Duas variáveis muito complexas. Acima dos carros de passeio, estão os carros de passeio de alto desempenho, que têm mais foco no desempenho, apesar de serem legais para rodar. Por esta razão, geram uma força descendente significativa. Acima deles estão as principais categorias de carros de corrida, GT, rodas abertas e protótipos. Estes últimos são capazes de produzir o maior downforce com o menor arrasto. Isso ocorre devido à menor dependência da aerodinâmica da asa dianteira, que era o caso dos carros de corrida de rodas abertas. Isso também produz uma força descendente muito alta, mas reduzida, pois há rodas expostas que atrapalham o fluxo de ar para a asa traseira. Os carros GT são basicamente a versão de corrida dos carros de estrada de alto desempenho, eles são baseados no conceito de asa dianteira. Devido à sua área frontal aumentada, eles apresentam um arrasto significativo.

A carroceria superior de um protótipo é completamente diferente de um carro de corrida derivado de produção, como pode ser visto na Figura 9, parece uma carroceria aerodinâmica, principalmente na parte superior do cockpit e nos arcos das rodas. O objetivo é reduzir o arrasto, já que a parte superior do corpo não é, pelo menos geralmente, para fornecer downforce. Em outras palavras, reduza a área frontal. Embora existam alguns trade-offs entre estilo e downforce, porque a série de resistência tem um grande apelo para a venda de veículos, é sempre garantido um estilo que não perturbe a aerodinâmica. Uma situação oposta é vista nos carros GT, que podem ser considerados uma carroceria rombuda.

Na parte traseira do carro existem duas características, a asa traseira e as zonas de compressão. O primeiro o nome é auto-explicativo. No entanto, em protótipos de carros de corrida, sua asa traseira tem uma grande relação de aspecto para fornecer uma eficiência muito alta (4 < Eff < 6). Em outras palavras, alta produção de downforce ao custo de um pequeno arrasto. A zona de compressão refere-se à parte traseira do carro.

Na verdade, todos os carros têm a tendência de produzir arrasto e alguma sustentação na traseira. Nos protótipos, há um aumento de pressão perto da borda traseira do capô (o protótipo é um carro de motor central) e isso funciona em conjunto com o difusor traseiro e a asa. Isso também ajuda na eficiência da asa traseira. A altura do bordo de fuga do capot traseiro é o ponto chave da aerodinâmica traseira, aumenta a compressão, consequentemente o arrasto e downforce e melhora a refrigeração. No entanto, também tem um impacto negativo na sucção da asa traseira.

Outra característica da parte traseira de um protótipo são os blanks. São usados para sopro (Figura 11 – Espaços em amarelo claro). Isso resulta em um efeito benéfico chamado ‘base-bleed’ que melhora a redução do arrasto na parte traseira do carro.

A Figura 13 ilustra a visão geral aerodinâmica do protótipo de carro de corrida. Como pode ser visto, o maior coeficiente de pressão (CP) é obtido na parte inferior da asa dianteira. Como seu valor é negativo, significa downforce. O enorme ganho de downforce é observado na frente, enquanto a placa plana e o difusor traseiro proporcionam um ganho significativo com relativa estabilidade. O dispositivo refere-se à asa traseira, que proporciona um alto downforce, mas com algum arrasto. O ponto interessante sobre a parte superior do corpo, é que contém algumas partes com CP = 0, mas há partes que produzem downforce, como aquela devido às ranhuras dianteiras, mas as cavas das rodas resultam em geração de elevação.

Conclusão

A Figura 14 fornece um histograma com uma comparação entre o protótipo e os carros de corrida GT. É interessante observar as diferenças. Em termos de arrasto, são basicamente os mesmos, apesar da asa traseira mais eficiente dos protótipos. A enorme diferença é observada no downforce, que os protótipos são capazes de produzir muito mais downforce de sua parte inferior da carroceria (a frente sob a asa está incluída na parte inferior da carroceria). O corpo refere-se à carroceria. Os carros GT têm menos sustentação quando comparados aos protótipos, mas com mais arrasto do que este. Portanto, é possível concluir como os protótipos de carros de corrida são capazes de extrair um downforce tão alto que dependem basicamente da parte inferior da carroceria. As asas são basicamente dispositivos aerodinâmicos secundários.

Referências

• Este artigo foi baseado nas notas de aula escritas pelo autor durante as aulas de Aerodinâmica Industrial na Dallara Academy.