Ön kanat nedir? Ne işe yarar?
Ön kanat otomobilin en değerli aero parçalarından biri olup, kaba tabiriyle "ön taraftaki yol tutuşu iyileştirir". Günümüz Formula 1 otomobillerinde ön kanat sadece downforce üretmek için kullanılmıyor..
Kullanıldığı alanları saymak gerekirse:
1) Tekerleklerden çıkan kirli ve basıncı az olan havayı gövdeden uzak tutmak.
2) Frenlere temiz hava göndermek.
3) Otomobilin alt tarafindaki hava akımını düzenlemek.
4) Otomobilin radyatörlerine hava iletmek.
5) Downforce üretmek.
6) Üretilen downforce'la understeer'i engellemek.
Kanadın yapısı ve işleyişi:
Ön kanat nelerden oluşur?
1) Ana planyalar: Bunlar genellikle 2 ya da 3 tanedir ve W ya da kaşık şeklinde olurlar.
2) Küçük planyalar: Bunlara gurney kanatçığı da denir ve bunlar ana üst planyanın üzerine takılırlar. Daha fazla downforce elde etmeye yararlar.
3) Yan kenarlıklar: Bunlar da gövde etrafindaki hava hareketini düzenlerler, ayrıca fren esnasında teker kilitlenmesini de önlerler. Bir nevi elektronik olmayan A.B.S. denebilir.
Kanat çevresindeki hava akımının bacınç değişimi
Mavi: Yüksek Basınç, Mor: Alçak basınç
Ön kanat nasıl çalışır?
Ön kanadın çalışma prensibi oldukça basittir. Eğimli duran planyaların üstünden geçen hava molekülleri alttan geçen hava moleküllerine oranla daha yavaş geçer. Hızı azalan akışkanların basıncı artar, hızı artan akışkanların basıncı azalır kuralından faydalanarak planyanın üstünden geçen hava moleküllerinin planyaya net bir kuvvet uyguladığını anlayabiliriz. İşte bu kuvvet downforce'tur.
Şekildeki simülasyon karesinde, hava akımının ön kanadın üzerinde yaptığı etki rahatlıkla görünüyor. Turkuvaz rengi kısımlarda basınç oldukça yüksek.Yeşil ve sarı kısımlarda ise basınç orta seviyelerde. Mor renkli kısımlarda ise basınç oldukça düşük.
Ön kanat nasıl ayarlanır?
Ön kanatta ayar yapmak epey kolaydır. Tek yapılması gereken kanadın yan kısımlarındaki vidalarla oynayıp kanada istenen açıyı vermektir. (Dikkatli olanlarınız görmüştür. katılım içinde pit-stop esnasında, gerekli görüldüyse, bir mekaniker kanat ayarı yapabilir.)
Bu açıları verince ne oluyor?
-Ön kanat planya açılarını arttırırsak ne olur?
Ön kanat daha fazla downforce (yere basma kuvveti) üretir. Sürüş kolaylaşır ve otomobilin burun kısmı çok iyi yol tutar. Ama buna karşılık drag(sürtünme etkisi) arttigindan çok az da olsa hızlarda kayıp olabilir.
-Ön kanat açılarını küçültürsek ne olur?
Ön kanat açıları küçültülürse otomobilin ön kısmı daha az downforce üretir. Sonuçları ise yukarıda saydıklarımın tersidir.
Açı hangi hallerde değistirilir?
Otomobil kullanan katılımçılar devamli iki unsurdan bahsederler: Oversteer ve understeer .
Oversteer: Arkadan kayma, viraj içerisinde otomobilin arka kısmının viraj dışına doğru kayması veya savrulması.
Understeer: Önden kayma, viraj içerisinde otomobilin ön kısmının viraj dışına doğru kayması veya savrulması.
Eğer ön kanat açısı gereğinden fazlaysa ne olur?
Otomobilin ön kısmindakı downforce fazla olacağı için ön lastikler yola daha fazla tutunur ve otomobil oversteer yani arkadan kayma moduna geçer. Arka kanat açısı sabit tutulup ön kanat açısı giderek arttırılırsa otomobilin oversteer'e olan eğilimi artar. Oversteer seven pilotlar olabilir, ama dengesiz bir arabaya da tahammül edilemez doğrusu.
Ön kanat açısı gereğinden azsa ne olur?
Bu sefer de korkunç understeer oluşur. Yani kafadan kayma. Bunun sebebi de yukarıdaki olayın tam tersi olarak düşünülebilir. Ön lastiklerdeki downforce azalmıştır ve yol tutuşu zayıflayan ön lastikler, direksiyonun gösterdiği yöne gitmek yerine viraj dışına doğru kayarlar. Bu olay (aşırı understeer) genellikle pilotlar tarafindan hoş karşılanmaz ve understeer'e karşı bir pilot ancak frene basarak meydan okuyabilir ki bu da zaman kaybı demektir. (M.S. otomobilini hafif understeer'le kullanıyor.)
Peki herhangi bir şekilde otomobilde oversteer/understeer varsa ve bu durum kanatlardan kaynaklanmıyorsa ne yapılabilir?
Önce lastik basınçları ve kamber açiları kontrol edilir. Kamber kabaca tekerleğin eğim açısidır. Eğer bunlarda bir sorun yoksa ön ve arka kanatla oynayıp daha fazla ya da daha az downforce üreterek bu durumun önüne geçilebilir.
Takımlar niçin 2 planya niçin 3 planya kullanır?
3 planya metodu hatırladığım kadarıyla Ferrari tarafindan icat edilmiş bir yöntem. (Yanılıyor olabilirim) Eğer ön kanda 3 planya koyarsanız planyalar arası boşluk azalacağından hava molekülleri daha hızlı hareket eder. Bu da daha fazla downforce elde etmenizi sağlar. Ama bazı pistlerde Ör:Kanada, Amerika, Monza gibi, iki planya daha fazla işe yarar. Zira burada otomobillere çok fazla downforce yüklemenin bir manası yoktur. Takımlar bilgisayar verilerinden faydalanarak bir pistte ne kadar downforce'a ihtiyaç olduğunu kavrayıp ön ve arka kanat için farklı şekil ve açılarda kombinasyonlar deneyebilirler.
2005 yılında getirilen yeni kurallarla, ön kanadın yapısındaki değişiklikler:
Her ne kadar köklü ve de büyük bir değişiklik olmadıysa da, FIA, otomobillerin genel anlamda hızını düşürmek için yaptığı bu değişiklikle istediğini aldı. Ön kanat kenar levhası, 2004'te yerden 100 mm yüksekteydi, ancak 2005 yılında yapılan değişiklikler neticesinde, kenar levhasının yerden yüksekliği 150 mm'ye çekildi. Bunun sonucu olarak, takımlar ön tarafta ciddi anlamda downforce kayıpları yaşamaya başladılar ve bu kaybı minimuma indirebilmek için ilginç çözümler buldular.
Şekilde 2004 ve 2005 yıllarında Toyota otomobilinin ön kanat yükseklikleri arasındaki fark rahatlıkla görülebilmektedir.
BAR Honda takımı, 2005 yılında daha fazla downforce elde edebilmek için, standard ön kanadın üzerine burun ve kenarlara bağlı olan bir planya yerleştirdi. Ön kanadın omurga kısmının -orta kısım- downforce kazanmak için mümkün olduğunca aşağıda olduğu rahatlıkla görülebilmektedir.
Sağ tarafta ise F2005'in ön kanadını görüyoruz,takım 3 ana planya kullanarak, ön taraftaki downforce'u maksimize etmeye çalışmış. Bunun yanı sıra, en alttaki planyanın ucuna bağlanan ek planya ile hava akışının daha düzgün olması sağlanmış ve bir parça daha downforce kazancı elde edilmiş. Oklarla gösterilen kısımlarda, hava akışının gövdeye yayılmasına yardımcı oluyor.Arka kanat nedir? Ne işe yarar?
Arka kanat yol tutuş açısından gayet hayati bir parçadır.Yapısında malzeme olarak kompozit materyal kullanılır. Kaba tabiriyle "yere basma kuvveti" yaratır.
Arka kanat nasıl çalışır?
F1 otomobillerinde arka kanat downforce üretmeye yarar. Yani işlev olarak uçak kanatlarının tersidir. (Uçak kanatları upforce üretirler) F1 arka kanatları hem işlev olarak hem de şekil olarak uçak kanatlarının tersidir.
- Teknik olarak izah etmek gerekirse:
Otomobilin hareketiyle beraber, arka kanat üzerine gelen hava molekülleri, arka kanadın üst kısmından daha yavaş ve daha kalın geçerler, alt kısmından geçenler ise daha hızlı ve daha ince hareket ederler. (Çünkü üst kısımdan gelen moleküller, kenar denilen ana planyalara çarparlar), böylece açık ve net bir basınç farkı oluşur. (Fizikte akışkanlar kanununda hızı artan akışkanların basıncı azalır, hızı azalan akışkanların basıncı artar). Kısaca arka kanadın alt kısmında basınç ciddi bir şekilde azalır, üst tarafta da basınç çok ciddi olarak artar. Buna tekabülen arka tarafta net bir dikey kuvvet oluşur; ve bu kuvvet downforce dediğimiz olaydır ki bu kuvvet sürat arttıkça artar. Bunu anlamak için oldukça basit bir deney yapabilirsiniz. A4 kağıdının kısa iki ucundan tutup ağzınıza yaklaştırın ve üfleyin, kağıdın aşağıda olan alt kısmının yukarıya doğru hareket ettiğini göreceksiniz. Çünkü siz üstten üflüyorken, hava molekülleri hızlı hareket edip üst kısımdaki basıncı azaltıyorlar, buna karşın açık hava basıncı da alttan kaldırma uyguluyor. Bu oldukça klasik bir deneydir ama anlaşılması için işlevsel olabilir. Bu teknik hakikaten müthiş bir olaydır.
Kanat çevresindeki hava akımının bacınç değişimi
Mavi: Yüksek Basınç, Mor: Alçak basınç
Şekildeki simülasyon karesinde, turkuvaz ve yeşil renkli kısımlar yüksek basıncın olduğu yerleri, sarı renkli kısım orta seviyede basıncın olduğu yerleri ve mor renkli kısımsa düşük basıncın olduğu yerleri göstermektedir.
Somut bir veri sunmak için Ferrari Enzo'yu ele alalım. Bu makine sahip olduğu bilgisayar kontrollü yaklaşık 6 cm genişliğindeki kanadıyla: 185-205 km/s hız arasında 334kg'lık downforce, 205-295 km/s arasında 585 kg, 295-370 km/sa arasında ise 775kg ve üstüne çıkıyor. Tam 775 kilogram, 80 kilodan 10 kişi koyarsanız arkasına ancak 800kg. geliyor. İşte downforce bu kadar ciddi kuvvetler yaratabilir..
Yukarıdaki şekilde ise maksimum downforce için ayarlanmış bir kanadı görüyorsunuz.
Arka kanat parçaları nelerdir? Ne işe yararlar?
En basit haliyle 2006 F1 otomobilleri 2 ana planya, ve iki planya tutucudan oluşur. Planyalar daha öncede söylediğim gibi downforce üretmeye yararlar. Planya tutucular ise adı üstünde planya tutarlar ve planyalara gereken açıların verilmesi için üzerlerinde ayar vidaları vardır. İnce yapıları sayesinde rüzgar direnci göstermezler. Yani downforce üretmezler.
Drag etkisi nedir?
Drag etkisi kabaca rüzgar direnci demektir. Bu etki günümüz binek otomobillerinde yok denecek kadar az iken, F1 otomobillerinde ise çok fazladır. Çünkü F1 otomobilini olduğu gibi kaplayan bir kasa bulunmaz.
Arka kanat ayarı nasıl yapılır, niye yapılır?
Arka kanat planyaları bildiğim kadarıyla 50 farklı dereceyle çalışıyor.Yani 50'den 0'a doğru gidildikçe downforce ve drag etkisi azalıyor. Tersi yapılınca da downforce ve drag etkisi artıyor. Az downforce ve drag etkisi otomobili daha hızlı kılıyor. Örn: Düz bir yolda 50 derece ayarları bulunan F 2004 302km/h max. hız yaparsa, sadece kanat ayarıyla bu hızı 320-330 km/h'e çekmek mümkün olabilir. Ama tabii ki herhangi bir virajda en avantajlısı en fazla downforce'dur, ama fazla downforce'da düzlüklerde yavaş kalmaya neden olur. İşte F1 mühendisleri bu iki ince noktanın ortasını tutturmayı başarırlar. Açıkçası bir aero mühendisinin aklındaki en önemli soru downforce'u nasıl arttırıp, drag etkisini nasıl azaltacağıdır. Yani mühendisler bu kavramı daima ters orantılı olarak görmek isterler. Böylece otomobilden alınan verim artar.
Arka kanat ayarı niçin yapılır?
- Arka kanat ayarı:
1) Arabayı daha kolay kullanmak için
2) Virajlarda daha iyi yol tutmak için
3) Düzlükte hızlı olmak için
4) Otomobilde over/under steer varsa bunların önüne geçmek için.
Arka kanat hangi pistlerde hangi seviyelerde kullanılır?
-Genelde Macaristan, Monaco, Avusturya A1 Ring ve Nürbürgring downforce isteyen pistlerdir. Bu pistlerde yüksek downforce ya da orta-yüksek downforce kombinasyonu en idealdir.
-Kanada, Amerika, İtalya düşük downforce pistleridir burada da düşük downforce kombinasyonu çok önemlidir. Monza'da bu yıl otomobiller 370 km/h hıza kadar çıkabildiler..
Sadece arka kanat mı downforce üretir?
Hayır, otomobilin arka tarafında difüzör denilen bir parça vardır ve difüzör otomobil için gerekli downforce'un yaklaşık %45'ini üretir. Difüzör etkinliği araç yüksekliği sayesinde ayarlanır. Bir de eski zamanlarda kayan kenarlar metodu vardı, yani yer etkili otomobiller. Bu sistem sayesinde otomobil gövdesi oldugu gibi kanat görevi görüyordu. Yani otomobilin altında basınç yok denecek kadar az oluyordu. Zaten şasi üzerindeki açık hava basıncı ve gövdeye çarpan hava moleküllerinin yarattığı downforce birleşince ortaya mükemmel sonuçlar çıkıyordu. FIA bu sistemi yasakladı ve sonuçta bugün bu sistemleri en gelişmiş haliyle spor otomobillerde kullanabilecekken, onları F1 otomobillerinde görmek hayal oldu..
Schumacher, niye düzlüklerde rakiplerinin dibine girmiyor, niçin mahsus ara bırakıyor da, düzlüğün sonuna doğru geçiş yapıyor?
Bu mevzu da konumuza giriyor. Difüzör ve arka kanattan kurtulan hava molekülleri çok hızlı bir şekilde yükselişe geçerler (Basınç farkından dolayı).. Ve bu hava molekülleri belli alan içinde bir tarz türbülans yaratır. Bu türbülans arkadaki otomobile uzanan havanın şeklini bozar, öndeki otomobilin altından çıktığı için pis havadır zira pis hava otomobilde performans kayıplarına neden oluyor biliyorsunuz. Yani ne kadar oksijen o kadar çok güç..
Yağış durumunda arka kanat pozisyonu nedir?
Yağmur yağdığında otomobilin daha fazla downforce üretmesi istenir. Bunun için de arka kanat açıları arttırılır, lastik basınçları değiştirilir, otomobilin yerden yüksekliği kızak yapmaması için arttırılır. (Günlük hayatta yağmurlu havada otobanda ani frenle duruş yapanlarınız varsa ne olduğunu çok iyi bilirler.)
5 büyük takımın arka kanatları:
Ferrari: Ferrari, 2004'teki kural değişiklikleri nedeniyle kaldırılan 3.planyanın %4 downforce kaybına yol açtığını gördü. Bu kayıp sadece arka kanat değil de otomobilin tümü gözden geçirilerek ortadan kaldırıldı. Ferrari temel olarak geleneksel bir sisteme sahip. F2003GA'da bulunan kesik planyalar bu sene için daha da ileriye taşındı ve kanatların ucundaki kesik açısı bu sene daha da arttırılmış durumda. Bir de bazı katılımlarda Ferrari özel şekilli alt planyalar kullanıyor ki bunlarda tamamen hava akımıyla alakalı...
Williams: Williams bu sene 2003'tekinden çok az da olsa farklı bir kanat kullanıyor. Temel olarak 2 planya birden şekilli ve planya tutucularda kesikler var. Bu kesikler drag etkisini azaltıyor ve hava akımını düzenliyor. Toyota ve Renault'da aynı sistemi kullanıyor.. Bir de iki planyayı birbirine bağlayan garip iki parça var. Bunlara R kanatçığı deniyor ve Hava moleküllerinin daha verimli hareket etmelerini sağlayarak daha iyi downforce elde ediyorlar.
Mclaren: Diğer bir güzel dizayn ise Mclaren'ninki. Mclaren MP4/18 için geliştirdiği kanadı biraz daha ileriye götürdü bu sene. Tamamen kendine has bir şekil kullandılar ve planyaların birbirlerine göre durumları oldukça sıradışı ve radikal...
Renault: Renault her piste uygun farklı kanatlar üretiyor. Yani sabit bir sistemleri yok.. Ancak yine de her pistte fazlasıyla rekabetçi olabiliyorlar. Sezon başında kesik olmayan planya tutucular kullandılar ama Malezya'dan itibaren kısa(boydan) ve kesik planya tutuculara geçtiler bunun yanında planyalarda yine özel şekiller deniyorlar...
B.A.R Honda: Honda 2003 sisteminin biraz gelişmiş bir versiyonuyla karşınızda. Üst planyanın üzerinde ek bir parça var. (Uzun bir gurney kanatçığı (siyah bant şeklinde, Takuma Sato bu yil bir katılımta bu parçacıkla ilgili sorun yaşamıştı)) Buna dahil olarak Williams'ta bahsettiğim R kanatçığına sahipler ve planyalar için özel şekillerde kullanabiliyorlar.
(Not: Bu yazı 2005 sezonu başlamadan önce yazıldığı için 2004'teki verilere dayanarak yazılmıştır. 2005 yılındaki arka kanat yapısında planya tutucularının uzatılması dışında pek bir değişiklik yoktur.)
En ideal arka kanat kombinasyonu?
1) Ferrari'nin kesik üst planyası üzerine B.A.R'ın uzun gurney kanatçığı.
2) R kanatçık
3) Renault'daki kısa planya tutucular.
4) Mclaren'deki gibi garip yerleştirilmi planyalar.
5) Williams'ın planya tutucusundaki kesik.
*Arka kanat evrimi:
Doğrusu arka kanat için henüz müthiş şeyler yapılmadı. 1980'deki de bugünkü de yapı olarak pek farklı değil, tek fark büyüklükler ve 2003-2004 sezonlarında keşfedilen garip şekiler. Bunların dışında 2005 yılında getirilen yeni kurallar neticesinde, arka kanadın boyutları ve ölçüleri değişti.
Üstteki şekilde Toyota otomobilinin 2004 ve 2005 yıllarındaki arka kanatları gösterilmektedir.(Üst resim 2004, alt resim 2005). Alt resimde, arka kanadın ön kısmının ön tarafa doğru 150 mm çekildiği rahatlıkla görünebiliyor.Bunun yanı sıra, 2004 ve 2005'te üst planyanın üst kısmı ve alt planyanın alt kısmı arasındaki mesafenin değişmediği ve 200 mm olarak kaldığı da dikkat çekici. Ayrıca alt resimde, 2005 kural değişikliklerinden biri olan difüzör yüksekliğinin 125 mm arttırılması da gözüküyor.
Yukarıdaki şekilde ise, değişen kurallar neticesinde oluşan downforce kaybı gözüküyor. Üst kısımdaki otomobil 2005 kurallarıyla ve alt kısımdaki otomobil ise 2004 kurallarıyla tasarlanmışlar. Alt kısımdaki otomobilin arkasında oluşan kırmızı ve sarı renklerin çoğunluğuna dikkat edin; kırmızı ve sarı renkle gösterilen kısımlar yüksek basınç alanını ifade ediyor.
Üst kısımda ise, 2005 otomonilinin arka kısmında oluşan mavi ve yeşil tondaki renklerin çoğunluğuna dikkat edin; mavi ve yeşil tondaki renkler düşük ve orta dereceli basınç alanını ifade ediyor.