Bert ClaesTIP: Lees ook Deel 1 over ‘Drag’ en Deel 2 over ‘Lift’
Autoconstructeurs smijten graag met technische termen, maar dikwijls is het niet duidelijk wat die precies betekenen of welk effect ze uitoefenen. Nog ingewikkelder wordt het wanneer wetenschappelijke termen als aerodynamica kunnen onderverdeeld worden in verschillende subtermen. Drag en lift deden we al uit de doeken in het eerste en tweede deel van dit bedrijf, en voor het derde deel kijken we naar downforce. Iedereen kan de letterlijke vertaling maken, maar hoe wordt neerwaartse druk gegenereerd en welke invloed heeft dat op een auto?
Downforce -of neerwaartse druk- wordt gebruikt om de banden van auto’s harder tegen het asfalt te drukken en op die manier meer grip op te wekken. In feite imiteert downforce het effect van een groter gewicht op de banden, zonder de nadelen van extra kilo’s op de wegligging te kennen. Dat kan niet alleen winst in de rondetijden van racewagens opleveren, maar ook prestatiegerichte productiemodellen kunnen er baat bij hebben. Sinds de jaren ’60 zijn er in de autosport verschillende technieken ontdekt om downforce te creëren, elk met zijn specifieke voor- en nadelen.
De eerste manier -en meteen ook de meest bekende- is het opwekken van downforce door middel van de aerofoil (profiel van een vleugel). Bij een vliegtuig genereert die opwaartse druk (lift), maar door de vleugel op zijn kop te monteren op een auto, kan deze ook neerwaartse druk genereren. Eind jaren ’60 ontdekte de ingenieurs van het Lotus Formule 1-team dat vleugels efficiënter werden naarmate ze hoger werden gepositioneerd, maar na enkele zware ongelukken ten gevolge van falende vleugelsteunen, werden er restricties opgelegd voor bijna alle vormen van autosport.
Daar werd een belangrijke les geleerd, want het afbreken van de steunen toonde aan dat er behoorlijk veel laterale krachten werken op vleugels. Dat is voor een stukje te wijten aan het frontaal oppervlak van de vleugel, maar nog in veel grotere mate aan het luchtledig volume en bijbehorende turbulentie dat de vleugel achter zich aan trekt. In dat volume is de luchtdruk veel lager dan de atmosferische druk, en trekt het als het ware aan de achterkant van de vleugel. Hoe groter de vleugel -of de hoek waaronder deze gemonteerd is-, hoe groter het luchtledige volume en hoe groter de luchtweerstand (drag) wordt.
Downforce opwekken door middel van vleugels is dus niet heel efficiënt. Gelukkig waren er weer de ingenieurs van Lotus, die in de jaren ’70 een grote ontdekking deden in de windtunnel. Nadat het March F1-team in 1971 op de proppen kwam met zijdelings gemonteerde brandstoftanks in de vorm van een vleugel, begonnen de mannen van Lotus met dat idee te experimenteren in de windtunnel. Er werd een winst in downforce ontdekt naarmate de sidepod-vleugels lager bij de grond gemonteerd werden. Nadat men de sidepods langs de zijkant afsloot met een grote plaat (skirt), brak de naald bijna van de downforce-meter af.
De zogenaamde ground-effects werden al snel verbannen in de Formule 1, maar vinden de dag van vandaag nog steeds toepassingen in de racerij en op sommige productiewagens. De reden waarom dit effect zo populair is, ligt hem in de efficiëntie van het systeem. In plaats van een object door de lucht te moeten slepen, maken ground-effects gebruik van het Venturi-effect. Dit beschrijft hoe gassen en vloeistoffen moeten versnellen om door een benepen ruimte te kunnen passeren aan een constant debiet. Door deze snelheidsverhoging, ontstaat op die plek een drukverlaging.
Bij een auto werkt dat als volgt: door de ruimte tussen de weg en de bodem van de wagen klein te houden -en de bodem van de wagen te verzegelen en glad te maken-, moet de lucht door een benepen ruimte onder de wagen passeren. Zoals het Venturi-effect ons leert, versnelt de lucht hierdoor en verlaagt de druk. Hierdoor wordt de wagen naar de grond toe gezogen. Die lucht ontsnapt langs achter, maar moet onmiddellijk weer in volume en druk toenemen. Door oplopende tunnels in de vlakke vloer van de wagen aan te brengen, krijgt de lucht sneller en geleidelijker de kans weer terug te keren naar een hogere druk en volume.
Dat versoepelt de doorstroming van lucht onder wagen, waardoor het debiet verhoogt. Hoe meer lucht kan passeren op dezelfde tijd, hoe sneller de lucht gaat stromen en hoe meer downforce er gegeneerd wordt. Deze tunnels zijn bijna nergens meer toegelaten, maar in wedstrijden met een open reglement (zoals time-attack) kennen ze grote successen. Een veel voorkomender alternatief -zoals we ook dikwijls op productiewagens zien- is de diffuser. Deze versoepelt enkel de overgang tussen lage druk en hoge druk aan het uiteinde van de wagen, maar is nog steeds behoorlijk efficiënt in combinatie met een vlakke vloer.
En daar komen we bij een teer punt: diffusers op productiewagens werken zelden of nooit. Op de voorbeeldtekening zien we een Toyota GT86, welke van de fabriek uit een diffuser aangemeten krijgt. Echter, zonder vlakke vloer en beperkte grondspeling, kan deze geen enkel nut hebben. De hoek van de diffuser is ook zodanig groot, dat deze zelfs met een vlakke vloer niet efficiënt zou zijn. Er zijn wel productiewagens die downforce genereren, maar nooit genoeg om ook bij rationele snelheden een verschil te maken. Op dat vlak zijn alle downforce-technieken gelijk voor de wet: ze zijn afhankelijk van de snelheid van de wagen. Begin dus nog niet te investeren in een windtunnel voor je DRIVR.
