DISEÑO Y ANÁLISIS PARA UN PROTOTIPO DE FÓRMULA SAE

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1 UNIVERSIDAD PONTIFICIA COMILLAS ESCUELA TÉCNICA SUPERIOR DE INGENIERÍA (ICAI) INGENIERÍA EN ESPECIALIDAD ELÉCTRICA PROYECTO FIN DE CARRERA DISEÑO Y ANÁLISIS PARA UN PROTOTIPO DE FÓRMULA SAE JUAN DE BLAS ALONSO MADRID, junio de 2006

2 2 Autorizada la entrega del proyecto al alumno: Juan de Blas Alonso EL DIRECTOR DEL PROYECTO Óscar López García Fdo: Fecha: Vº Bº del Coordinador de Proyectos José Ignacio Linares Hurtado Fdo: Fecha:

3 iii DISEÑO Y ANÁLISIS DE UN CARENADO PARA UN PROTOTIPO DE FÓRMULA SAE Autor: Blas Alonso, Juan de. Director: López García, Óscar. Entidad Colaboradora: ICAI Universidad pontificia de comillas. RESUMEN DEL PROYECTO La fórmula SAE es una competición universitaria a nivel mundial que consta de varias pruebas y consiste en el diseño y fabricación por parte de los estudiantes de un monoplaza que será evaluado tanto en el apartado de diseño como en el de comportamiento en circuito. En este proyecto se describen los distintos pasos que se han ido dando para la obtención de un cuerpo aerodinámico para un monoplaza de fórmula SAE así como las conclusiones y el resultado final obtenido. El punto de partida y de referencia de este proyecto es el análisis de los distintos carenados presentados por otros equipos en años anteriores en la fórmula SAE. Puesto que es el primer año que se realizan este tipo de proyectos en la universidad, ante esta falta de experiencia en la competición, se ha optado por perseguir un diseño sencillo pero fiable basado en los diseños realizados por otros equipos. Este estudio demostró que las diferentes universidades no emplean diseños revolucionarios en sus carenados. Prácticamente ningún equipo utiliza ningún tipo de apéndice aerodinámico (alerones, spoilers ) en sus vehículos por lo que los carenados se constituyen, básicamente, por un morro más o menos estilizado y, en algunos casos, pontones para mejorar la refrigeración del motor. La mayoría de los equipos realizan sus carenados en fibra de vidrio aunque hay universidades, con más recursos, que fabrican sus coches con compuestos más avanzados como la fibra de carbono. El siguiente paso a dar fue la realización de un trabajo de documentación que abarque los principales aspectos de la aerodinámica, tanto desde el punto de vista del diseño como de la fabricación, para obtener los conocimientos teóricos necesarios para alcanzar el mejor resultado posible. En este trabajo se analizó la función de los distintos apéndices aerodinámicos, los métodos de análisis de geometrías dentro de corrientes de aire, los distintos materiales y métodos empleados en la fabricación de carenados, etc.

4 iv El carenado es una de las partes que componen el monoplaza por lo que se estudió su relación con el resto de apartados, especialmente con el chasis ya que el acoplamiento entre el carenado y el chasis se debe realizar correctamente. Por ello todos los diseños posteriormente analizados tienen unas medidas tales que permitan al carenado acoplarse con el chasis. Puesto que el monoplaza iba a participar en la fórmula SAE era necesario tener en cuenta las normas de la organización para realizar un diseño apto, por ello se evaluaron las distintas restricciones que la competición imponía en lo referente al carenado, debido al carácter educativo de la competición dichas restricciones van principalmente encaminadas a garantizar la seguridad del estudiante que pilota el monoplaza. La competición consta de una serie de pruebas en las que se evalúa al monoplaza en sus distintos apartados, por lo que para un resultado óptimo se realizó un estudio de las diferentes pruebas para analizar las condiciones a las que se vería enfrentado el monoplaza. La velocidad máxima alcanzada por el coche más rápido en 2005 en las pruebas fue de 110 km/h y la velocidad media en las pruebas con mayor peso relativo en la puntuación fue de aproximadamente 48 km/h. El siguiente paso, teniendo en cuenta todas las consideraciones anteriores, fue el apartado de simulación. Mediante el uso de programas CFD, se evaluaron distintas geometrías, para distintas condiciones analizando las diferencias existentes en las configuraciones con el objetivo de elegir el diseño que mejor se adapte a las necesidades. En cuanto a la parte de simulación, el software CFD requiere una gran cantidad de recursos informáticos. La imposibilidad de disponer de un equipo apropiado (varios ordenadores conectados en paralelo trabajando conjuntamente) y por la elevada complejidad del problema, en este proyecto se analizarán únicamente geometrías bidimensionales, evaluando que parámetros influyen más o menos en el comportamiento y variándolos para conseguir la mejor solución a nuestro alcance. El estudio de simulación reveló que para las condiciones de trabajo estudiadas las diferencias en los resultados entre las distintas geometrías eran prácticamente nulas. Por lo tanto, las conclusiones derivadas de los distintos análisis reflejan que los objetivos de un carenado en la fórmula SAE son: orientar el flujo de aire para mejorar la refrigeración del motor mediante pontones, recubrir los elementos interiores del coche, aumentar la estética del monoplaza y proporcionar un lugar donde los patrocinadores

5 v puedan colocar su publicidad. Debido a las velocidades que se manejan los efectos aerodinámicos pierden prácticamente toda su importancia. El resultado final del proyecto fue el diseño de un posible carenado en tres dimensiones teniendo en cuenta las medidas del chasis y las restricciones de la competición. También se aportan las consideraciones necesarias para la fabricación de este carenado en fibra de vidrio.

6 vi DESIGN AND ANALYSIS OF AN AERODYNAMIC BODY FOR A PROTOTYPE OF FORMULA SAE The formula SAE is a university competition worldwide that consists of several tests that involve the design and manufacture of a prototype by the students that will be evaluated so much in the paragraph of design as in that of behaviour in circuit. In this project there are described the different steps given for the obtaining of an aerodynamic body for a prototype of formula SAE as well as the conclusions and the final obtained result. The starting and reference point of this project is the analysis of the different aerodynamic bodies presented by other teams in the previous years in the formula SAE competition. It is the first year that this type of projects are done in the university, due to this lack of experience in the competition, the target was to achieve a simple but trustworthy design based on the designs realized by other teams. This study demonstrated that the different universities do not use revolutionary designs in their aerodynamic bodies. Practically no team uses any type of aerodynamic appendix (ailerons, spoilers ) in their vehicles so the aerodynamic body are made of, basically, a knob more or less stylized and, in some cases, side-pods to improve the refrigeration of the engine. Most of the teams build their designs in fibreglass though there are universities, with more resources, which make their cars with advanced compounds as carbon-fibre. The following step to give was the accomplishment of a work of documentation that includes the main aspects of the aerodynamics, so much from the point of view of the design as of the manufacture, to obtain the theoretical necessary knowledge to reach a result as good as possible. In this work there was analyzed the function of the different aerodynamic appendices, the methods of analysis of geometries inside draughts, the different materials and methods used in the manufacture of aerodynamic bodies, etc. The aerodynamic body is one of the parts that compose the car, so its relation with the rest of parts of the car was studied, specially with the chassis because the coupling between the aerodynamic body and the chassis must be carried out correctly. All the

7 vii designs later analyzed have a few such measurements that allow the aerodynamic body to mate with the chassis. Since the car was going to take part in the formula SAE it was necessary to bear the rules of the organization to do a suitable design, there were evaluated the different constraints that the competition was imposing in what concerns the aerodynamic body, due to the educational character of the competition the above mentioned constraints are principally directed to guarantee the safety of the student who pilots the car. The competition consists of a series of tests to evaluate the car in its different paragraphs, to obtain the best possible result there was done a study of the different tests to analyze the conditions in which the car would meet conflicting. The maximum speed reached by the fastest car in 2005 in the tests was 110 km/h and the average speed in the tests with major relative weight in the punctuation was of approximately 48 km/h. The following step, bearing all the previous considerations in mind, was the paragraph of simulation. By means of the use of CFD programs, different geometries were evaluated, for different conditions, analyzing the existing differences in the configurations with the aim to choose the design that better adapts to the needs. The software CFD needs a great quantity of computer resources. Due to the inability to have an appropriate equipment (several computers connected in parallel working together) and the high complexity of the problem, in this project two-dimensional geometries will be analyzed only, evaluating which parameters influence more or less in the behaviour and changing them to obtain the best solution to our scope. The study of simulation revealed that for the studied conditions of work the differences in the results between the different geometries were practically void. Therefore, the conclusions derived from the different analyses reflect that the aims of an aerodynamic body in the formula SAE are: to orientate the air flow to improve the refrigeration of the engine by means of side-pods, to cover the interior elements of the car, to increase the aesthetics of the car and to provide a place where the sponsors could place their advertising. Due to the speeds that the car reaches, the aerodynamic effects lose practically all their importance.

8 viii The final result of the project was the design of a possible aerodynamic body in three dimensions bearing in mind the measurements of the chassis and the constraints of the competition. Also there are reported the necessary considerations for the manufacture of this aerodynamic body in fibreglass.

9 ix Índice 1 INTRODUCCIÓN ESTADO DEL ARTE Evolución histórica Tipos de análisis Apéndices aerodinámicos Aerodinámica interna FÓRMULA SAE PARÁMETROS IMPORTANTES Conceptos teóricos y ecuaciones relevantes Pruebas de la competición Consideraciones concretas Otras configuraciones SIMULACIONES Introducción al software CFD Validación de modelos y confianza en los resultados Semicírculo Formato de las simulaciones Descomposición del carenado Simulaciones Sin piloto suelo no viscoso Parámetros: Malla: Comprobación de la convergencia: Fuerzas y coeficientes: Gráficos de interés: Piloto suelo Parámetros: Malla: Comprobación de la convergencia: Fuerzas y coeficientes: Gráficos de interés: Piloto aire 86

10 x Parámetros: Malla: Comprobación de la convergencia: Fuerzas y coeficientes: Gráficos de interés: Casco Parámetros: Malla: Comprobación de la convergencia: Fuerzas y coeficientes: Gráficos de interés: Morro modificado Parámetros: Malla: Comprobamos la convergencia: Fuerzas y coeficientes: Gráficos de interés: Morro modificado (2) Parámetros: Malla: Comprobamos la convergencia: Fuerzas y coeficientes: Gráficos de interés: MATERIALES Y MÉTODOS DE FABRICACIÓN Introducción Fabricación con planchas de metal Fabricación en plásticos reforzados (PRF) Introducción Proceso Construcción de la matriz Construcción del molde Positivado del carenado: Materiales y herramientas necesarias Consideraciones concretas RESULTADOS CONCLUSIONES Y FUTURAS LÍNEAS DE TRABAJO A GLOSARIO DE TÉRMINOS B SOFTWARE CFD

11 I BIBLIOGRAFÍA xi

12 Índice de Figuras xii Índice de Figuras Figura 1 Componentes de las fuerzas que actúan sobre un ala.[w8]... 2 Figura 2Chrysler DeSoto de 1933[W8]... 6 Figura 3 Tropfenwagen (coche gota)[w8]... 7 Figura 4 ImperialAirflow de 1934[W8]... 7 Figura 5 Lincoln Zaphyr[W8]... 8 Figura 6 Tucker Torpede[W8]... 8 Figura 7 Evolución de la velocidad de paso por curva [W8]... 9 Figura 8 Chaparral 2E[B2]... 9 Figura 9 Influencia de la distancia libre al suelo[b6] Figura 10 Chaparral 2J[W8] Figura 11 Brabham de 1978[B2] Figura 12 Lotus de 1978[W6] Figura 13 Método de análisis mediante hilos de lana[b2] Figura 14Visualización del flujo mediante el uso de humo[b2] Figura 15 Efecto producido por un alerón visualizado mediante humo[b2] Figura 16 Efecto provocado por la anchura limitada de un túnel de viento [W8] Figura 17 Partes de un túnel de viento Figura 18 Líneas de flujo visualizadas en un túnel de viento[w8] Figura 19 Líneas de flujo alrededor de un coche[w8] Figura 20 Túnel de viento de Jaguar[W4] Figura 21 Ejemplo de malla con software CFD [B2] Figura 22 Imagen obtenido mediante software CFD [B2] Figura 23 Ejemplo de spoiler trasero[b2] Figura 24 Ejemplo de spoiler trasero[w8] Figura 25 Ejemplo de caja de aire delantera Figura 26 Ejemplo de caja de aire delantera Figura 27 Ejemplo de faldones Figura 28 Ejemplo de faldones Figura 29 Partes de un alerón [B2] Figura 30 Alerón trasero de un solo elemento[b2] Figura 31 Alerón trasero de múltiples elementos [B2] Figura 32 Efecto de las derivas laterales [B2] Figura 33 Derivas de un alerón empleado en fórmula uno [W7] Figura 34 Ejemplo de derivas laterales empleadas en un alerón de fórmula uno [W7] Figura 35 Flap Gurney[B2]... 31

13 Introducción xiii Figura 36 Mercedes CLK AMG GTR [W8] Figura 37 Mercedes CLK AMG GTR inestable [W8] Figura 38 Vista frontal de un alerón delantero [B2] Figura 39 Elemento utilizado para desviar flujo de aire [W7] Figura 40 Difusor [W7] Figura 41 Pontones de un fórmula uno[w7] Figura 42 Tomas de aire situadas encima de la cabeza del piloto [W7] Figura 43 Restricciones impuestas por la organización referentes al las dimensiones de los alerones [B1] Figura 44 Flujo de aire alrededor de un alerón [B2] Figura 45 Interacción entre las partículas de aire y un cuerpo [B2] Figura 46 Componentes de la fuerza aerodinámica total [B2] Figura 47 Trayectoria de las líneas de aire ante distintas geometrías [B6] Figura 48 Diferencia entre flujo laminar y turbulento [B2] Figura 49 Circuito de la pruba de derrapaje [B1] Figura 50 Universidad de Toronto 2003 [W12] Figura 51Universidad de Toronto 2004 [W12] Figura 52 Universidad de Toronto 2005 [W12] Figura 53 Configuración del problema Figura 54 Presión analítica a lo largo de un semicírculo Figura 56 Malla Figura 57 Presión simulada a lo largo de un semicñirculo Figura 58 Comparativa Figura 59 Presión en el interior del recinto Figura 60 Distribución de la velocidad del aire Figura 61Dirección de los vectores de la velocidad Figura 62 Malla de la simulación sin piloto suelo no viscoso Figura 63Residuales Figura 64 Presión en el morro del coche Figura 65 Presión en el interior del recinto Figura 66 Vectores de la velocidad Figura 67 Malla simulación piloto suelo Figura 68 Residuales Figura 69 Presión en el morro Figura 70 Presión en el interior del recinto Figura 71Vectores de la velocidad Figura 72 Zoom de los vectores de la velocidad Figura 73 Trayectoria del flujo de aire... 86

14 Índice de Figuras xiv Figura 74 Malla piloto aire Figura 75 Residuales piloto aire Figura 76 Presión en el morro Figura 77 Presión en el interior del recinto Figura 78 Distribución de la velocidad Figura 79 Trayectoria de las partículas de flujo Figura 80 Presión en el fondo Figura 81 Malla casco Figura 82 Residuales casco Figura 83 Presión en el interior del recinto Figura 84 Distribución de la velocidad Figura 85 Capa límite Figura 86 Trayectoria de las líneas de flujo Figura 87 Malla Figura 88 Residuales Figura 89Presión en el morro Figura 90 Presión en el interior del recinto Figura 91Distribución de los vectores de velocidad Figura 92Trayectoria del flujo de aire Figura 93 Zoom de la trayectoria alrededor del casco Figura 94 Residuales Figura 95 Presión en el morro Figura 96 Presión en el recinto Figura 97 Vectores de la velocidad Figura 98 Estructura interior de un alerón casero Figura 99Fijación entre el forro y la estructura Figura 100 Estructura de montaje del alerón al coche Figura 101 Método de fijación del alerón al coche mediante un tubo Figura 102 Hilos de fibra de vidrio Figura 103 Posible carenado para el monoplaza

15 Índice de Tablas xv Índice de Tablas Tabla 1 Fuerzas y coeficientes sin piloto suelo no viscoso...76 Tabla 2 Fuerzas y coeficientes piloto suelo...82 Tabla 3 Coeficientes y fuerzas piloto aire...90 Tabla 4 Fuerzas y coeficientes Tabla 5 Fuerzas y coeficientes...107

16

17 Introducción 1 1 Introducción

18 Introducción 2 1 Introducción La aerodinámica es la ciencia que se ocupa del estudio del movimiento del aire y de las acciones que el mismo ejerce sobre los cuerpos que se mueven inmersos en él. Algunos ejemplos del ámbito de la aerodinámica son el movimiento de un avión a través del aire, las fuerzas que el viento ejerce sobre una estructura, o las fuerzas que intervienen en el desplazamiento de un vehículo. La aerodinámica es un factor crucial para mejorar las prestaciones del coche. Nos indica por un lado la resistencia al aire que opone el vehículo (arrastre o drag) y por otro cuánto se pega (sustentación o lift) al suelo o despega (carga aerodinámica o downforce) de él. La forma de un objeto afecta enormemente a la resistencia que ejerce el aire sobre él. Por ejemplo, una esfera, y sobretodo una forma cuadrangular, obligan al aire a cambiar de dirección, con lo que frena al objeto al presentar una fricción. Un plano aerodinámico casi no perturba al aire, con lo que sufre menos resistencia. Una de las leyes fundamentales que rigen el movimiento de los fluidos es el Teorema de Bernoulli, que relaciona un aumento de velocidad de flujo con una disminución de la presión y viceversa. El teorema de Bernoulli explica, por ejemplo, la fuerza de sustentación que actúa sobre el ala de un avión. En esta configuración el aire circula por la parte de arriba del ala a una velocidad superior que por la parte inferior. La diferencia de presiones crea una fuerza de sustentación positiva hacia arriba. Figura 1 Componentes de las fuerzas que actúan sobre un ala.[w8]

19 Introducción 3 La aerodinámica tiene su mayor impacto en los coches y camiones modernos a través de su contribución en las cargas del vehículo. En el diseño de un automóvil moderno interviene de manera fundamental la forma de su carrocería, influyendo tanto en el aprovechamiento de la potencia que desarrolla el motor, como en la estabilidad a altas velocidades y el consumo (por ejemplo, a partir de 120 Km/h, circular con las ventanillas bajadas incrementa el consumo en un 5%, las bacas y portaequipajes aumentan el consumo en un 20% si están vacías y en un 35% si están llenas). Las fuerzas aerodinámicas interactúan con el vehículo causando arrastre, sustentación, fuerzas laterales, momentos y ruidos. Todo esto trae como consecuencia alteraciones en el consumo, el rendimiento, el manejo y la estética del coche. Los parámetros que rigen las formas de un vehículo de calle son muy diferentes a las de un coche de carreras. Aunque los dos son producto de las limitaciones que impone el hombre y la naturaleza, estas imposiciones surgen de requisitos diferentes: mientras en los coches de carreras la eficiencia aerodinámica, la sustentación negativa y las restricciones de cada competición son las que le dan forma al auto; en los coches de calle la estética, la funcionalidad, el consumo (aumenta en función del cuadrado de la velocidad), la seguridad y el uso particular son los que determinan su forma. La facilidad con que un automóvil se mueve en una corriente de aire viene indicada por un coeficiente de resistencia aerodinámica adimensional llamado Cx, determinado por la forma de cada carrocería, que se obtiene mediante medidas experimentales. Pero la aerodinámica interviene también en el confort de los pasajeros: el diseño condiciona las formas de la carrocería y por lo tanto la ventilación interior y el ruido aerodinámico en el interior del habitáculo. En cuanto a la estabilidad del coche, es muy importante que el centro de presiones (punto donde se concentran todas las fuerzas aerodinámicas) quede lo más cerca posible del centro de gravedad del vehículo, pero resulta difícil de conseguir porque a altas velocidades el flujo de aire cambia completamente. Para solucionar esto, algunos coches muy sofisticados cuentan con sistemas de aerodinámica activa, con alerones y spoilers que se activan en función de la velocidad, etc. Los objetivos finales de este proyecto fin de carrera son: Creación de un departamento de automoción en la universidad con continuidad en el tiempo para competir en la Fórmula SAE.

20 Introducción 4 Realización de un trabajo de documentación que abarque los principales aspectos de la aerodinámica en un automóvil, desde los puntos de vista del diseño, de la teoría y de la fabricación (materiales y métodos). Teniendo, como referencia de partida, los distintos carenados que se han construido para otras ediciones de la Fórmula SAE. Simulación con programas CFD (Gambit y Fluent) de distintas geometrías con diferentes condiciones atmosféricas para evaluar los distintos comportamientos y poder escoger la geometría más conveniente. Realizar las consideraciones básicas para la fabricación de un carenado y, si conviene, unos apéndices aerodinámicos (alerones, spoilers, difusores ) para un monoplaza, en base a los conocimientos adquiridos, los diseños estudiados y simulados y con los materiales y métodos de fabricación más adecuados en función de las posibilidades y los recursos.

21 Estado del arte 5 2 Estado del arte

22 Estado del arte 6 2 Estado del arte. 2.1 Evolución histórica. Cuando se inventó el automóvil sólo se pensaba en este como un medio de transporte, y las velocidades conseguidas sólo dependían de la cilindrada y la potencia de su motor. A finales del siglo XIX y principios del siglo XX, la preocupación de los fabricantes de automóviles estaba centrada en el desarrollo y optimización de los componentes mecánicos de un automóvil (motor y transmisión). En esta época, la estética jugaba un papel fundamental, pero básicamente los coches consistían en un chasis precario sobre el cual se montaba el motor, la transmisión y las tres o cuatro ruedas con su respectivo sistema de dirección. Todo esto se matizaba con una carrocería a la moda, generalmente diseñada por carroceros italianos o ingleses, con un fin más estético que funcional. En los años 30, el coeficiente de penetración era de 1 50, factor que elevaba el consumo de combustible y, consecuentemente, reducía la autonomía de los vehículos. Los coches de la época se caracterizaban por tener altas parrillas, largos capots y grandes parachoques que luchaban contra el viento malgastando combustible y reduciendo las velocidades máximas. En 1933 Chrysler sacó al mercado el DeSoto (fig. 2) cuya carrocería se diseñó para crear menos resistencia al viento, con este coche se consiguió mayor velocidad punta y menos consumo. Figura 2Chrysler DeSoto de 1933[W8] En la evolución de la aerodinámica lo primero que se intentó reducir fue el drag, que se crea principalmente por el rozamiento viscoso del aire, la separación de flujo e inducido directamente por el lift.

23 Estado del arte 7 Se buscó un camino fácil para que circulase el fluido y evitar así la separación de flujo, el resultado fue el Tropfenwagen (coche gota, fig. 3) de los años 30 que poseía un coeficiente de drag menor que los turismos actuales. Figura 3 Tropfenwagen (coche gota)[w8] Esta forma de gota era la más aerodinámica y fue aplicada, con modificaciones, a las carrocerías de los DeSoto y al Imperial Airflow (C d =0 5) de 1934 (Fig. 4). Figura 4 ImperialAirflow de 1934[W8]

24 Estado del arte 8 También haría falta destacar dos modelos más, el Lincoln Zaphyr (Fig. 5) y el TuckerTorpede 51 (Fig. 6), que con C d = 0,45 y C d = 0,39 respectivamente fueron otros de los modelos aerodinámicos de la época. Figura 5 Lincoln Zaphyr[W8] Figura 6 Tucker Torpede[W8] Durante la primera parte de la década de los 60, se intentó reducir la resistencia al avance dando a la carrocería una forma lo más afilada posible y construyendo coches más bajos con el fin de reducir su área frontal. La disminución de la resistencia provocó velocidades punta más altas, con este aumento de velocidad y con las nuevas formas más afiladas se corría el riesgo de crear sustentación positiva, para solventar este problema se utilizaron spoilers que provocaran turbulencia en el flujo del aire acelerado por encima de la superficie superior del coche. No pasó mucho tiempo hasta que se empezaron a emplear alerones tanto en turismos como en coches de sport, de este modo aunque la velocidad punta era menor debido al incremento de la resistencia al aire, la velocidad de paso por curva aumentó gracias al mayor agarre del coche con el suelo. La tendencia se aprecia en la figura 7 donde se representa la velocidad relativa en curva, tomando como referencia la velocidad del Corvette 93.

25 Estado del arte 9 Figura 7 Evolución de la velocidad de paso por curva [W8] El primer coche con alerones fue el Chaparral 2E (Fig. 8) de 1966 de Jim Hall. Figura 8 Chaparral 2E[B2]

26 Estado del arte 10 Esto supuso una auténtica revolución en el mundo del motor, inmediatamente la fórmula uno adoptó la idea, al principio con alerones muy sencillos de aluminio y en los años 70 donde se vivió un gran desarrollo de los alerones. En la última parte de los años 70 ocurre otro salto cuando Peter Wright y Colin Chapman introducen el concepto del efecto suelo en la fórmula uno, con el Lotus 78. Al estar los perfiles más pegados a él, el perfil de velocidades cambia y el flujo se acelera por el fondo. Se crea de este modo una gran succión, y la carga aerodinámica se dispara, tal y como se expone en la fig. 9. Figura 9 Influencia de la distancia libre al suelo[b6] El Chaparral 2J de 1970 (fig. 10) aprovechó este concepto. La intención era pegar el coche al suelo, para ello Jim Hall utilizó dos turbinas que succionaban el aire de la parte inferior del coche, mientras que los faldones servían para sellar los laterales y crear bajas presiones bajo el vehículo. Figura 10 Chaparral 2J[W8]

27 Estado del arte 11 Algo similar trató de conseguir el Brabham que disputó el gran premio de Suecia de 1978 (fig. 11), disponía de un faldón flexible y un enorme ventilador que creaban una gran carga, aspecto que le dio una victoria incontestable en su primera y última carrera. La FIA prohibió inmediatamente estas disposiciones ya que en fórmula uno los apéndices aerodinámicos no podían ser móviles. Figura 11 Brabham de 1978[B2] El Lotus de 1978 (fig.12), fue el primer coche con efecto suelo, se observa claramente cómo se le confiere forma de ala invertida al lateral del monoplaza, siempre buscando la máxima carga posible. Este modelo se mostró bastante ineficaz, sin embargo el año siguiente el Lotus 79 ganó el título de constructores y el campeonato del mundo en manos de Mario Andretti.

28 Estado del arte 12 Figura 12 Lotus de 1978[W6] Pero entonces la FIA prohibió el uso del efecto suelo en la fórmula uno con la introducción de un fondo plano obligatorio entre los ejes delantero y trasero. Para recuperar la carga aerodinámica perdida se insertaron pequeños apéndices adicionales fijados al alerón trasero, en esta época conocida como la era turbo se utilizaron los motores más potentes por lo que la resistencia al aire no suponía un problema. En 1989 hubo una reducción de potencia a motores aspirados de 3 5 litros, por lo que la relación apoyo/resistencia cobraba de nuevo importancia; por ello surgieron los difusores, que conseguían que el aire que circulaba por la parte inferior del coche saliera de la forma más eficaz posible. Tanto el fondo como la geometría de los alerones continuaron desarrollándose para aumentar el apoyo aerodinámico sin incrementar demasiado la resistencia. En 1994 tras el gran premio de Imola, en el que fallecieron Ayrton Senna y Roland Ratzenberger, la FIA realizó unos cambios destinados a reducir el apoyo aerodinámico, pero el cambio que más aumentó la seguridad se produjo en 1995 cuando se limitó el espacio entre gran parte del fondo del coche y el suelo fondo escalonado, esto hizo los monoplazas más predecibles y fáciles de pilotar. Todas las innovaciones que se aplican en las distintas competiciones también son adaptadas en cierta medida a los turismos, coches sport, etc. Es interesante el hecho de que el aumento de la carga aerodinámica va en detrimento del espectáculo ya que hace que los adelantamientos sean mucho más difíciles de realizar, se han reducido tanto las distancias de frenado que apurar la frenada resulta mucho más complicado, además el flujo desprendido por un coche impide al coche perseguidor seguir su ritmo.

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