A lo largo de la última década se ha visto un incremento sostenido en lo referente al paquete del que se valen los ingenieros dedicados a la aerodinámica para lograr obtener un mayor entendimiento de cómo interactúan aire y vehículo. Y no es que el resto de áreas estén relegadas o aletargadas, simplemente sus formas no están tan expuestas (aunque igual de interesantes).
Se omitirán las descripciones de túnel de viento y CFD por considerárseles herramientas enormemente divulgadas con el correr de los años, pero si tiene alguna duda se le invita a leer los artículos del Ing. Briet Blanes:
• Simulación CFD y túnel de viento
• Problemas de una simulación CFD
- Rastrillo de sondas (aero-rake):
Con este conjunto de sondas se busca conocer presión, temperatura (anexando termocuplas) y dirección del flujo. El tipo de sonda empleado puede ser tanto Pitot como Kiel (aunque no los únicos), pero se prefiere la 2º por su menor sensibilidad al ángulo de incidencia del flujo sobre la misma gracias al “capuchón” que le cubre; con una tolerancia de hasta +/-65º en algunos modelos frente a los +/-15º que suelen tener de cota las Pitot.
La disposición puede ser estática (foto siguiente) o bien variable, realizando barridas con una única fila de sensores. Así se logra un mapeo de las condiciones en la zona de estudio, las que tras ser analizadas permitirán obtener conclusiones sobre lo que corregir/desarrollar.
MP4/31 con aero-rake en los tests de pretemporada
Aero-rake sobre la confluencia de flujos de rueda y difusor
- Mástil Pitot:
Dispuesto sobre la toma de admisión superior, sirve como referente de las velocidades a que circula el vehículo dada la posibilidad de que corrientes de aire se crucen con el mismo en diversas direcciones, provocando lecturas poco certeras sobre la velocidad a la que se encuentra sometida la carrocería (particularmente útil en una etapa tan delicada como la pretemporada). Tesitura que se presenta en la sonda Pitot que va delante del piloto (lo que no significa que no sirva).
En consecuencia, la lectura de velocidad obtenida dirá los parámetros por los cuales se regirán los ingenieros a fin de realizar los cálculos aerodinámicos, y no la velocidad con que globalmente se esté desplazando el vehículo, o demás razonamientos como velocidad en curva (y recta), distancia de frenado, etc.
Disposición de sondas Pitot; el mástil sólo se permite en tests
- Aceite (con colorante):
Por otro lado, suele ser común la necesidad de ver el flujo de aire, ya sea en las superficies, como su entorno, por ello resulta relevante el uso de diferentes métodos de visualización, como el de óleo sobre perfiles, pontones y demás ubicaciones específicas. Su ventaja frente a otros métodos es la de emplearse en pista, a diferencia de la línea de humo y otros medios que se limitan al túnel de viento.
En cualquier caso existe el inconveniente de que las partículas del aceite son distintas a las del aire (lo mismo pasa con la línea de humo), por tanto el comportamiento de la capa límite puede verse comprometido (particularmente en zonas críticas como la de transición) si no se logra una viscosidad adecuada, razón por la que se requiere de contrastes entre métodos.
Oleo en el RS16 tras una vuelta a Montmeló
- Cámaras:
Varían de acuerdo a lo que se quiera estudiar, pero en normas generales son para obtener detalles específicos, como lo puede ser la deformación de un neumático, parte de una pieza, o el rango de temperaturas de cierta región. Por más simple que parezca el uso de este instrumento, su aporte ha llegado a cambiar el enfoque de diseño y entendimiento de zonas críticas del vehículo (como el difusor y el ala delantera).
Cámara sobre el fondo plano del MP4/31 apuntando a la rueda trasera
Cámara montada sobre morro del MP4/31 para medir flexión de flaps en ala delantera
- Infrarrojos:
A diferencia de las cámaras térmicas, aquí se cuenta con una mayor precisión ya que no es una visualización de tal parámetro, sino que a partir de un abanico de lasers se llega a crear todo un espectro de puntos que agregar al listado de datos a releer según se empleen las distintas configuraciones. Así mismo un infrarrojo es el que mide la velocidad e inclinación del monoposto al emitir pulsos contra la pista (esta vez de un único haz).
Volviendo al aspecto de la temperatura, es posible lograr una sinergia interesante entre los datos recopilados por el abanico de infrarrojos y lo expuesto por la cámara térmica. Y se remarca que ello no es sólo aplicable a los neumáticos.
Disposición de sonda Pitot y sensor óptico destinado a inclinación y velocidad (saga 'Cutaway')
- Adhesivos:
Una alternativa a las termocuplas en zonas de complicado acceso y posibles altas temperaturas, es la de colocar pequeños retazos de 'cintas-térmicas', las cuales según sean expuestas a distintos grados de temperatura, tomarán diferentes aspectos (entiéndase el equivalente a los acelerómetros de impacto 'de burbuja'). Entonces si se encuentra una región crítica (en términos de temperatura) para los materiales empleados, con esto se podrá saber qué tan comprometida puede verse una zona (de allí que por ejemplo se usaran coberturas doradas para los brazos de suspensión trasera en el MP4/20).
Pero independientemente del tipo de sensor utilizado, resulta vital conocer las condiciones del entorno ('condiciones de contorno' para quienes tengan conocimientos matemáticos), ya que por muchos valores que se tomen, si no se conocen las del ambiente, será complejo obtener conclusiones fieles.
- Acelerómetros:
Si bien estos elementos no son considerados muchas veces como parte de la familia de dispositivos heredados de la aeronáutica, la realidad es que las implicaciones referentes al comportamiento de un monoplaza de competición son las mismas que las de una aeronave, sólo que con valores y entornos distintos. Así mismo, estos elementos además de servir a fines principalmente dinámicos, también permiten obtener información en caso de accidente.
Los principales acelerómetros se refieren a las reacciones sufridas por el vehículo según los ejes cartesianos (en realidad se producen 'momentos', que se correlacionan con el parámetro medido), pero bajo las denominaciones de 'yaw, pitch y roll' o 'guiñada, ángulo de ataque y rolido' según las respectivas rotaciones a los ejes vertical, transversal y longitudinal.
Esquema de ejes principales (y torques) en aeronave
Lo cual permite comprender los desplazamientos axiales que se tiene a lo largo de todo el trazado, e incluso percibir alguna tendencia (o vicio) particular en cuanto al comportamiento del monoposto, ya sea por consumo de combustible, desgaste de neumáticos (factor con el que se vincula a los excesos sobre algún eje, principalmente en guiñada) o reparto de frenos (conceptos vistos en 'mecánica analítica/racional'). Si bien esto puede ser empleado a lo largo de todo el año, una detección en pretemporada garantiza solventar posibles fallas de diseño con mayor antelación. Es aquí donde la división de campos se torna gris, si es que no lo era ya.
Todos los parámetros leídos por estos dispositivos contribuyen a lograr lo que se conoce como 'aero-map', una hoja de ruta sobre el comportamiento aerodinámico (y dinámico también) del auto conforme a los diferentes setups y elementos. Por ejemplo en Silverstone tradicionalmente fue requerida una suspensión muy dura (por sus curvas de alta velocidad), y si se conoce el trato que requieren los neumáticos (recordando la nube de puntos anterior), así como los valores de carga adecuados a la pista, los requerimientos del piloto y la respuesta del vehículo a ciertos niveles críticos de los distintos parámetros, se podrá tener una idea sobre el rango de valores en que se debe trabajar, ahorrando tiempo crucial durante el fin de semana de GP (o incluso en pruebas aisladas, de laboratorio y simulación).
Por último y tan (o más) importante como todo lo anterior; existen dos elementos indispensables para que todas los datos recogidos, los millones invertidos y las horas empleadas surtan efecto; el ingeniero y el piloto (ambos con el debido criterio).
- Ingeniero:
A pesar de la gran cantidad de datos y valores, sin alguien que les interprete correctamente de nada sirve el esfuerzo, pues se requiere de conocimiento y juicio acordes para comprender cuándo es que los dispositivos fallan o se descalibran, así como el porqué llegados ciertos puntos los patrones comienzan a variar. Es entonces que al dar validez a las lecturas e interpretarlas, esta persona produce el posterior análisis y desarrollo consecuente (además de sus implicaciones) para mejorar debidamente.
Guillaume Rocquelin y Sebastian Vettel
- Piloto:
Es aquel individúo que estará cotejando sensaciones, contrastando exposiciones previas e intentando percibir las pequeñas variaciones entre las distintas evoluciones a fin de asimilar que el cambio es bueno, regular o malo; todo mientras intenta ir tan rápida y consistentemente como le sea posible. De forma tal que con ayuda del ingeniero logren esa sinergia que permita encaminar el diseño de modo adecuado.
Daniel Ricciardo y Simon Rennie
Se agradece la gentileza de facilitar las correspondientes imágenes a Albert Fábrega y Cristóbal Rosaleny.
