Após os processos de re-balanceamento e re-arrasto, as análises de dados em testes de túnel de vento (WT) são mais gráficas. É possível traçar vários tipos de gráficos para avaliar os coeficientes aerodinâmicos juntamente com as alturas em relação ao solo (RH). Os principais são Estabilidade, Sensibilidade e Coeficiente de Pressão C_P.

Estabilidade

A estabilidade, neste caso, não está relacionada com o comportamento do carro. Na verdade, é em termos de desempenho do carro, o que significa a variação dos coeficientes aerodinâmicos, o equilíbrio sobre a altura de rodagem dianteira e traseira, FRH e RRH, respectivamente. Esta é uma forte restrição, pois a cada projeto aerodinâmico melhora ou não a dirigibilidade do carro. Se o equilíbrio mudar, isso é algo que o piloto sente. Na verdade, o único parâmetro aerodinâmico que o piloto pode perceber é este. Não só em termos de valores médios, mas também o quanto o balanceamento varia quando o carro muda a altura de rodagem (RH) é algo que induz ou tira a confiança do motorista no carro, portanto é claro que um carro que o balanço sofre mudanças constantes com RH, é um carro que induz menos confiança para o motorista. O motivo é que o carro será conduzido em diferentes condições que motivam diferentes RH, assim o carro com baixa estabilidade apresenta variações constantes de balanceamento. Não é possível bloquear as alturas, pois as suspensões ativas foram proibidas nas corridas. Nas curvas, se o carro mudar a velocidade, RH e F_bal, isso pode não ser benéfico.

Diferentes carros de corrida enfrentam a variação de RH de maneiras diferentes, porque alguns deles são mais sensíveis à RH. Os carros de corrida da categoria GT, possuem um grande assoalho em termos de área de superfície, este é próximo ao solo e a parte inferior da dianteira não está conectada às áreas de sucção nas laterais do carro. Isso cria uma grande dependência do downforce e balanço frontal como o RH, pois esses aparelhos aerodinâmicos operam com efeito solo. Essa sensibilidade à RH é reduzida nos protótipos, pois a dianteira é mais aberta ao fluxo de ar. Nos carros de roda aberta a sensibilidade é ainda menor, pois a área sob o piso é menor, aberta ao fluxo livre e as asas são maiores.

A estabilidade significa a sensibilidade de F_bal sobre FRH e RRH, conforme ilustrado na Figura 2. No entanto, é possível analisar a estabilidade em termos de C_ZFS, C_ZRS e C_ZS. A avaliação de desempenho é feita verificando os gradientes, a variação do equilíbrio relativo ao FRH e RRH entre a linha de base e a opção.

Assim, é possível traçar esses dois, o delta entre eles ou a direção do máximo que pode ser identificado, portanto, o oposto da isolinha se estiver mudando entre a configuração base e a opção.

Esta comparação deve situar-se entre a opção mais estável, pois as iso-linhas são menos concentradas e a variação máxima faz com que ao máximo o balanço aerodinâmico seja menor, enquanto no gradiente há um comportamento semelhante, porém mais estável. Assim, é possível construir mapas aerodinâmicos para a asa dianteira, mapas de estabilidade para C_ZFS e, se o difusor estiver sendo avaliado, mapas aerodinâmicos construídos para C_ZRS.

Sensibilidade

A sensibilidade é uma avaliação semelhante à estabilidade, mas como os coeficientes de variação podem ser plotados em relação a apenas um parâmetro de curva, eles devem ser guinada (yaw), direção (steer) ou rolagem (roll). A saída é um gráfico 2D conforme ilustrado na Figura 5. Este exemplo tem três curvas, que são três configurações de carro. O critério para analisar esse delta, que é a quantidade de variação dos coeficientes aerodinâmicos que é dada em graus, está promovendo a opção que a variação seja menor e a regularidade maior.

Por exemplo, a opção 1 em relação à linha de base tem comportamento linear e uma faixa menor de variação geral do C_ZFS, portanto, é preferível à linha de base. Outro exemplo é a opção 2 que apresenta um comportamento menos previsível com o mesmo intervalo. Do ponto de vista da regularidade, a opção 1 é a melhor. A mesma avaliação pode ser feita para guinada e direção, mas para cada uma dessas sensibilidades deve-se identificar C_ZFS, C_ZRS e C_ZS. Cada um deles é o mais crítico para o carro. Esta não é uma regra geral, mas geralmente deve ser verificado C_ZFS×Yaw e C_ZS×Roll para avaliar se o carro está com sobreviragem. Deve-se conhecer o estado da configuração básica do carro para saber qual é a característica que tem menos desempenho. Por exemplo, em um carro é possível identificar se um a configuração-alvo está melhorando C_ZRS×Yaw, pois C_ZRS varia muito com a guinada. Isso também tem um claro significado aerodinâmico ao avaliar o efeito do difusor traseiro. Assim, esta identifica a opção mais crítica e se esta promove um comportamento regular, menos variação. É possível escolher como a saída dos dados de cada túnel de vento terá a possibilidade de selecionar qual coeficiente aerodinâmico será avaliado. Estes, serão usados em conjunto com Yaw, Roll e Steer.

Arrefecimento

A análise de arrefecimento se concentra principalmente em dois radiadores diferentes, seu objetivo é manter o sistema de powertrain funcional. O fluxo de massa através do radiador é traduzido na velocidade de cruzamento. Da mesma forma, o arrefecimento do freio é definido pelo fluxo de massa pelos dutos. A velocidade de cruzamento é obtida a partir do delta entre a superfície dianteira e a traseira. Além disso, é possível rastrear a pressão nas superfícies frontal e traseira. Utilizando a curva de calibração obtém-se a velocidade de cruzamento.

Como os valores médios ou mapas aerodinâmicos entre as configurações de linha de base e opção são plotados na Figura 8, é possível avaliar a distribuição da velocidade de passagem do radiador ou, mais provavelmente, a média, então há um delta sensível que permite ir em mais detalhe onde na superfície tem ganho ou perda.

Os freios são mais difíceis de medir do ponto de vista do túnel de vento, pois deve-se usar uma pressão total estática para medir a velocidade. Portanto, o uso de um tubo de pitot para poucas medições de pressão estática em seções como a da Figura 9, é uma ferramenta crítica para avaliar o veículo. A simulação CFD geralmente é preferível para avaliação do arrefecimento do freio, não apenas do carro inteiro, mas como submodelo do sistema de freio que possui canais mais detalhados para resolver as equações de Navier Stokes (NSE) e encontrar as temperaturas. Estes são úteis, pois é impossível instalar tubo de pitot em seções como as da Figura 9, pois este irá interferir no fluxo em um duto tão pequeno.

Coeficiente de pressão na carroceria e sob a asa

O exemplo mais comum de distribuição de pressão é o coeficiente de pressão C_P sobre uma superfície. Nos modelos de túnel de vento, as tendas WTM de torneiras de pressão são usadas para medir C_P no subsolo. Estes são muito úteis, pois no WT essas informações ajudam a entender o comportamento do fluxo e não se baseiam apenas nos valores gerais do balanceamento do carro.

A partir da Figura 11 e comparando com gráficos de duas configurações é possível detectar se existe estol no difusor traseiro ou na asa dianteira, pois também este pode apresentar estol. É possível visualizar se há ganho ou perda no downforce traseiro e se este está localizado em todo o piso ou apenas em uma região específica. Além disso, é possível realizar correlações. O CFD permite extrair C_P no mesmo ponto que no WTM e comparar se há resultados não correlacionados. O C_P é usado para calcular a força descendente gerada na área que é instrumentada. Isso é algo comum em projetos de alto nível. Os instrumentos podem ser aplicados em um carro em escala real. A Figura 11 indica a configuração base, a opção e as iso-superfícies delta para C_P. É possível visualizar a localização da perda de C_P. A diferença, neste caso, induz a uma condição de curva com menor capacidade de desenvolver velocidades maiores, pois há menos sucção na zona destacada. As médias dos coeficientes aerodinâmicos, C_P, estabilidade e limites de arrefecimento, são resultados aerodinâmicos que devem ser avaliados para decidir a melhor configuração. É importante entender que este não contabiliza parâmetros na melhor ou pior condição. Na verdade, o objetivo é uma solução equilibrada. Por exemplo, para melhorar o arrefecimento, às vezes é necessário reduzir o downforce, melhorar a estabilidade e reduzir os coeficientes médios (C_XS e C_ZS). Portanto, é importante saber para onde levar o carro em função das configurações-alvos e quais destes são os mais importantes. Esta é uma decisão tomada teste a teste ou em momentos específicos da lista de execução.

Referências

• Este artigo é baseado em notas de aula escritas pelo autor durante as palestras de Aerodinâmica Industrial na Dallara Academy.