Tìm hiểu Khí động học

Khí động lực học (aerodynamic) là môn khoa học nghiên cứu về sự vận động của không khí và sự tương tác của không khí với vật thể di chuyển bên trong nó

Định nghĩa

Khí động lực học (aerodynamic) là môn khoa học nghiên cứu về sự vận động của không khí và sự tương tác của không khí với vật thể di chuyển bên trong nó. Trong môn đua xe, vật thể di chuyển trong dòng không khí chính là chiếc xe.

Khí động lực học là chuyên ngành phụ của môn Động lực học chất lưu và Động lực học chất khí.

Các chủ đề của khí động lực học (thường gặp trong đua xe)

-Lực cản (drag): Đây là loại lực dễ nhận biết nhất. Khi chúng ta đi xe máy (hoặc gió thổi vào khi chúng ta đứng yên) thì đều cảm nhận được lực cản của không khí. Để giảm lực cản không khí thì chúng ta thường cúi người xuống.

Lực cản không khí thỉnh thoảng cũng xuất hiện trong các bài tập vật lý phổ thông. Điều này vô tình lại khiến nhiều người hiểu lầm rằng khí động lực học chỉ có nghiên cứu lực cản không khí, nên cảm thấy khó hiểu khi nghe về lực downforce (lực nén không khí).

–Lực nén xuống (downforce) và lực nâng lên (lift): Tùy theo hình dạng vật thể, tốc độ vật và áp suất không khí mà lực downforce hay lực lift tác dụng lên vật thể nhiều hay ít.

Lực downforce được ứng dụng để giúp xe đua bám đường hơn. Còn lực lift giúp cho máy bay bay lên cao.

-Hình dạng vật thể: Như đã nói ở trên, người ngồi trên xe máy muốn giảm lực cản không khí thì họ có thể cúi người xuống (để thay đổi hình dạng). Còn với các vật thể như ô tô, máy bay, các kỹ sư thường tạo cho nó một hình dạng phù hợp (hình dạng khí động học) để tối đa hóa hiệu ứng khí động học, nghĩa là để giảm lực cản drag, tăng lực downforce (hoặc lift).

Với môn đua xe: Các vật thể có hình dạng khí động học (airfoil) là toàn bộ thân xe, cánh trước, cánh sau, bargeboard, fairing v.v…

Quy định chung của các thiết bị khí động học là chúng phải được gắn cố định vào xe, không được chuyển động. Các thiết bị khí động học được phép chuyển động (như DRS trên xe F1) phải có sự cho phép của luật

-Tốc độ: Hiệu quả khí động học sẽ phụ thuộc vào tốc độ của vật thể trong không khí (hoặc tốc độ không khí thổi qua vật thể đứng yên). Thường thì khi tăng tốc thì hiệu ứng khí động học cũng tăng. Nhưng đến một mức tốc độ nào đó thì hiệu ứng khí động học sẽ không tăng nữa dù có tăng tốc thêm.

-Áp suất không khí: Áp suất không khí còn phụ thuộc vào mật độ không khí. Không khí loãng thì áp suất thấp và ngược lại.

Ngoài ra do vật thể có hình dạng đặc biệt nên khi nó di chuyển trong dòng không khí sẽ chia không khí thành (ít nhất) hai phần. Các phần này có áp suất khác nhau. Từ đó tạo ra lực tác động khác nhau=>tạo ra downforce (lift) và tow (slipstream).

-Khí sạch (clean air): là vùng không khí trước khi có vật thể đi qua, chúng có chuyển động khá ổn định.

-Khí nhiễu (turbulance air) hoặc khí bẩn (dirty air): là vùng không khí vừa bị vật thể có tốc độ cao đi qua, chúng có chuyển động rất hỗn loạn, gây ảnh hưởng xấu đến các vật thể chạy gần phía sau.

-Xoáy không khí (vortex): Xoáy không khí là một biểu hiện đặc biệt của Khí nhiễu, chúng thường xuất hiện ở cạnh (đuôi vật thể). Vì vật thể làm cho không khí bị tách ra và có hướng di chuyển, vận tốc và áp suất khác nhau, nên khi chúng gặp lại với nhau (ở đuôi vật thể) sẽ xuất hiện hiện tượng xoáy không khí trong thời gian ngắn.

(Tiếp tục cập nhật)

Nguồn: Tổng hợp