Fordonsdynamiska effekter av en justerbar multi-element vinge jämfört med en single-element vinge för sportbilar - En teoretisk studie

Sammanfattning: Sportbilsbranchen har utvecklats i flera decennier och det råder en konstant efterfrågan för nya idéer och teknologier som kan förbättra sportbilar. Detta stämmer framförallt in inom superbilsbranchen, där det är en stor konkurrens mellan företag om vem som först utvecklar nya teknologier som gör deras bilar till de attraktivaste på marknaden.   Ett område inom fordonsutvecklingen är aerodynamik och dess användning för att förbättra fordons prestanda vid körning i raksträckor och i kurvor. Sportbilstillverkarnas mål är oftast att utveckla fordon till att accelerera snabbt, nå en hög topphastighet, kort bromssträcka samt att nå så hög hastighet som möjligt i kurvor utan att glida av vägen. Det finns flera metoder för att uppnå detta, men det sätt som behandlas i denna rapport är anvädningen av bakvingar.   Bakvingar förekommer i flera konfigurationer och modifikationer för att uppfylla användarens önskemål och krav. De vingkonfigurationer som behandlas i detta projekt är single- och multi-elementa vingar. Single-elementa vingar kännetecknas av att de består av en enkel vingarea. Fördelen med dessa konfigurationer är att de producerar låga luftmotstånd vid låga anfallsvinklar, vilket bland annat gör dem optimala för höga hastigheter. Multi-elementa vingar består av två eller fler vingareor. I och med detta kan en större negativ lyftkraft uppnås vilket gör dem optimala vid svängning. Multi-elementa vingar kan även användas vid högre anfallsvinklar med en minskad risk att turbulens uppstår.   Syftet i detta projekt var att ge en teoretisk analys av vad som kan uppnås om en single- och multi-element vinge kombineras i en och samma konfiguration. Tanken är att i praktiken har denna kombinerade vingkonfiguration en klaff som kan fällas ut för att kunna utnyttja båda vingkonfigurationernas fördelar och på så sätt förbättra sportbilars acceleration, topphastighet, bromsningsförmåga samt svängningshastighet.   Metoden bestod av att använda teoretiska beräkningar och analyser för att nå slutsatser om en sådan typ av vinge skulle vara fördelaktig, eller om de existerande konfigurationerna är tillräckliga. Detta gjordes genom att använda en tidigare analys som undersökte kraftskillnaderna hos en single- och multi-element vinge med samma dimensioner. Med vingarnas data kunde beräkningar genomföras på ett typfordon, där resultaten av vingarnas påverkan på fordonets topphastighet, acceleration, bromsning och kurvkörning samlades in och jämfördes. Med dessa jämförelser kunde en slutsats dras om vilka vingkonfigurationer som visade bäst resultat vid de olika situationerna.     Resultatet visar att en vinge som är en kombination av single- och multi-element kan vara fördelaktig över existerande konfigurationer. I och med att den single-elementa vingen har lägst luftmotstånd så passar den bäst vid acceleration vid hög hastighet samt för att uppnå höga topphastigheter. Vid acceleration i låga farter är den multi-elementa vingen mer fördelaktiga på grund av dess högre negativa lyftkraft. Den multi-elementa vingen passar även bättre för kraftigare bromsningsverkan samt högre svängningshastigheter.