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Análisis técnico del Toro Rosso STR-9

Descubrimos los secretos de la semilla del STR-10

El pasado mes tuve la suerte de poder pasar unas horas al lado del Toro Rosso STR-9 y he de decir que es un monoplaza imponente y espectacular. La variedad y la complejidad de las superficies y sistemas que posee le proporcionan una aerodinámica y una estabilidad que ha constituido la semilla del que es hoy el STR-10, uno de los monoplazas que más ha impresionado al mundo de la Fórmula 1 en este 2015.
Una de las zonas más importantes de un monoplaza es la parte del difusor: ésta es la zona que, aunque como tal no genera apenas downforce, sí que hace que el aire de la parte inferior del suelo se mantenga bajo éste durante su recorrido y no se escape por los lados del fondo plano. Este suelo es el que en efecto crea la mayor parte de la fuerza descendente por efecto del flujo de aire.
Normalmente, en la zona superior del difusor buscamos siempre crear una depresión o bien colocar un flap o un componente de carbono que ayude a elevar más el aire a la salida y por tanto que ayude a crear más downforce como efecto de la reacción al elevarlo. Este era el fundamento de los difusores soplados y de otro tipo de sistemas que trataban de introducir aire a baja velocidad en la zona superior del difusor. En este caso tenemos un pequeño flap de fibra de carbono colocado para deflectar el aire hacia arriba y generar depresión en esta zona. Así podemos aumentar el ángulo del difusor y por ello aumentar el downforce.
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Esquina del difusor del Toro Rosso || Foto Carlos Sánchez

Otros equipos usan como solución a esto la colocación de un elemento tipo Gurney (que desempeñará la misma función que cuando se coloca en los bordes de salida de los planos) que produce una turbulencia justo en el borde de salida que succiona el flujo, y lo “pega” para evitar que se separe bajo altos ángulos de incidencia.
Algunos de los puntos del coche que generan una gran resistencia son los puntos de remanso. Estos son zonas en las que el fluido choca directamente contra la superficie generando que éste se estanque y por tanto se generan zonas de alta presión. Uno de esos puntos es el orificio bajo la “E”, en la zona más oscura, donde aprovechan ese aire para introducirlo en los distintos sistemas de la zona del compartimento motor y así reducir la resistencia al avance en su componente aerodinámica.
Además las complejas unidades de potencia actuales requieren de una gran cantidad de aberturas para la refrigeración de muchos componentes en que esto es necesario.
En este caso vemos dos tomas de aire, que son la triangular superior en el arco antivuelco donde el aire entra a la unidad de potencia y debajo la toma de refrigeración que va al radiador del aceite de la caja de cambios, situado en la parte trasera del compartimento motor.
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Roll hoop y tomas múltiples de aire del Toro Rosso || Foto Carlos Sánchez

El alerón trasero es una zona importante del monoplaza, sobre todo porque genera carga aerodinámica y por tanto un “peso virtual” en la zona trasera, donde los neumáticos implementan la tracción al pavimento. Los fenómenos fluidodinámicos relacionados con el aire que tienen lugar bajo la acción de un perfil aerodinámico son determinantes en términos cuantitativos para el tema del downforce. Algunos de estos son:
  • El uso de varios (dos en el caso de los monoplazas de Fórmula 1) planos para los alerones permite alcanzar niveles de downforce mayores dado que evitan el desprendimiento de la capa límite por ángulos de incidencia demasiado elevados. Esta abertura entre ambos planos permite que se cree una succión del flujo que se mantiene adherido a la superficie del plano y permite junto con el gurney (no incorporado en el modelo de la fotografía pero que suele estar presente, ya que mejora el rendimiento del ala a ángulos de incidencia elevados pero sin aumentar casi la resistencia) mejorar la eficiencia y balance aerodinámico del monoplaza.
  • El uso de planos alares sin un uso específico de endplates o platos laterales reduciría el downforce creado por el perfil considerado debido a que el aire circulante bajo el plano tiene menor presión que el que circula por la parte inferior (similar al aire que circula en un ala de un avión pero invertida) y por ello el aire tiende a moverse de menos a más presión, buscando pasar de la cara inferior a la superior del perfil. Esto hace que la diferencia de presión se reduzca y los extremos del ala dejen de trabajar produciendo pérdida de carga aerodinámica y desestabilizando la trasera. Por ello se colocan los endplates, para encajonar el flujo y evitar que se pierda ese aire que dejaría de trabajar si se desplaza de una cara a otra del perfil.
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Laterales del ala trasera del Toro Rosso || Foto Carlos Sánchez

El factor de dotar de un determinado ángulo a las ruedas de un vehículo hace que varíe el comportamiento de este en pista manifestándose en variaciones notables en la dinámica vehicular. En esta imagen que vemos en la parte inferior del párrafo, se observa como las manguetas traseras del monoplaza se anclan a los brazos de suspensión con un cierto ángulo, que permite mediante una serie de mecanismos, regular los ángulos de caída de las ruedas permitiendo un uso correcto de la banda de rodadura de los neumáticos. Estos neumáticos se comportan de manera diferente en diversas zonas del circuito dado que en función de los esfuerzos a los que esté sometida cambia su geometría y permite que exista una deformación grande en los flancos para que la banda de rodadura mantenga un mayor contacto con el suelo (esto se debe a que los neumáticos llevan un refuerzo estructural en la zona de la banda de rodadura mayor que en la zona de los flancos, lo que permite que estos se deformen mucho más en la zona lateral de los neumáticos que en la banda de rodadura).
Unión mangueta trasera al brazo de suspension

Detalle del anclaje de la suspensión Toro Rosso || Foto Carlos Sánchez

La geometría de suspensión de un F1 es bastante sencilla en cuanto a geometría, pero al mismo tiempo compleja en su funcionamiento. La situación de los puntos de anclaje de la suspensión determina el movimiento horizontal de la rueda que se produce cuando los trapecios suben y bajan. Mientras el vehículo está en movimiento, estos movimientos horizontales de la rueda, aunque “pequeños”, son suficientes como para producir un calentamiento importante de la banda de rodadura. Esto aumenta su desgaste debido a esos esfuerzos extra de cortadura en la goma.
Además de esto, la geometría en sí misma es influyente en cuanto al reparto de pesos. Una suspensión push rod o de barra a compresión presenta los anclajes y amortiguación en la zona superior mientras que la pull en la zona inferior. Los materiales a tracción suelen comportarse con mayor firmeza y resistencia que a compresión y es por eso que tiende a usarse en la zona trasera, pues permite colocar la barra tiradora más fina y entorpecer menos el aire mejorando la aerodinámica de la trasera.
El palier se encuentra en este caso entre dos piezas de carbono para reducir la resistencia del palier. De este modo se evita que este modifique la trayectoria del aire y no produzca alteraciones en el flujo de aire.
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Detalle de la suspensión Pull rod trasera del STR-9 || Foto Carlos Sánchez

Es notable también la presencia de unos deflectores en la parte superior de los pontones que actúan de turbuladores, turbulentando el flujo, dándole de esta forma más energía con el fin de retrasar el desprendimiento de la capa límite y así poder arriesgar más en las superficies del carenado del pontón. La presencia de estos turbuladores produce un efecto similar a la de los turbuladores situados en la parte superior de las alas de los aviones, permitiendo que el flujo pase de laminar a turbulento y dando esa energía extra al fluido que podría llegar a producir desprendimiento en la zona de curvatura de los pontones. Por definición, en un coche siempre queremos un flujo laminar pero ante la posibilidad de desprendimiento es mejor turbulentarlo para que el flujo se mantenga adherido en presencia de gradientes adversos de presión, a pesar de que el grosor de la capa límite aumente.
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Vista frontal del Toro Rosso || Foto Carlos Sánchez

Esta forma que tienen los pontones viene en primera instancia determinada por la refrigeración del motor y la cantidad de aire necesaria para el intercooler y los diversos radiadores necesarios para mantener en correcto funcionamiento el ciclo de producción y transmisión de la potencia. Para ello se diseña en función de los parámetros físicos del radiador que se utilizará (como su pérdida de carga, su porosidad, su capacidad de intercambio de calor, etc.)
Sobre el Autor

Carlos Sánchez Martínez

Estudiante de Ingeniería mecánica formado en aerodinámica y CFD aplicado a vehículos de competición y miembro del equipo de Formula Student de la UC3M, realizando el diseño y optimización mediante simulación fluidodinámica del carenado del monoplaza. Mi pasión es el motorsport y en especial la fórmula 1, a la que intentaré acercaros un poco más.
Comments (2)
  • arribi

    menuda suerte la de poder estar tanto tiempo al lado de un F1 de verdad (yo he estado al lado de maquetas, y durante poco tiempo además).

    reconozco que he tenido que releer un par de párrafos (no soy ingeniero y nunca he estudiado aerodinámica), pero es muy interesante el análisis del coche.

    me gustaría sugerir (espero que no os lo toméis a mal) que crearais un glosario técnico que sirviera como base para que quienes no estén muy puestos en el tema puedan consultar términos más o menos básicos.

    saludos.

    • Carlos Sánchez Martínez

      Muchas gracias por la sugerencia, sin duda tienes razón y me pondré con ello. Cualquier duda que tengas pregunta sin miedo que aqui estoy para responderte si está dentro de mis conocimientos 🙂 ¡Un abrazo!

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