关于失去的动力

轮胎造成的动力损失;空气阻力……有不同的摩擦因数会显著降低发动机产生的动力传递到车轴上。让我们分析它们的影响并了解如何将它们最小化

图片[1]-关于失去的动力-模拟第一站

每台发动机都有一个净功率,以马力表示,它产生一定的推力(曲轴上的功率)。然而,实际上,它与一系列限制和阻止卡丁车运动的力量发生冲突。
最著名的是根据动力学第一定律基于重量的对抗:a=F/M,其中 a 是加速度,F 是发动机扭矩产生的推力,M 是卡丁车加上车手的质量。但是还有其他因素会对抗推进力。
一、摩擦,各机械部件在相对运动中的阻力:如后轮辋的轴承、车轴和轮毂,链条在链轮上的摩擦。

还有就是由轮胎滚动引起的摩擦,这是由于轮胎与沥青接触造成的,最重要的是,由于滚动运动造成的车身变形,这是阻碍卡丁车前进的重要力量。最后,必须考虑空气动力阻力,这是一个与车辆速度密切相关的因素,也与其空气动力学形状密切相关。
因此,简而言之,摩擦损失(机械和空气动力学)可分为底盘机构(轴承和传动链)、轮胎和空气动力学的摩擦功率损失。

图片[2]-关于失去的动力-模拟第一站
车辆移动时轮胎和地面会产生阻尼

图片[3]-关于失去的动力-模拟第一站
滚动系数F和卡丁车V的速度之间的关系,F为一个相对恒定的值,在传统轮胎约 60 公里/小时,子午线轮胎约110 公里/小时以内都保持一个相对较低的F值随后,该关系变为平方指数,两个轮胎的F突然相似的增加。

在上述摩擦因素中,轴承和链条相关的摩擦因素是难以计算的。一般来说,对于轴承,这取决于轴承的类型、直径和轴承载荷。后一个参数近似于单个后轮(用于轴承)和前轮的负载系数。由于车轮的变形性,更难以评估滚动阻力造成的损失,但在这种情况下,可以通过汽车界的实验数据来改进计算。轮胎造成的动力损失可能源于两个因素:滚动阻力和胎面与沥青之间的滑动。


在大多数卡丁车比赛的条件下,90% 的阻力来自机械阻尼,而只有 10% 来自其他阻尼。因此,很明显,对于卡丁车来说,需要更彻底地分析的是机械阻力。

由于轮胎与沥青接触时的重量,它们会变形并形成一定厚度的接触面。轮胎和沥青之间的垂直压力在运动方向上更大。

考虑垂直力 N 和滚动系数 f,可以通过实验计算与滚动相反的总力。反过来,后者可以根据许多参数进行实验计算,例如卡丁车速度 V、轮胎充气压力、垂直车轮载荷、轮胎尺寸、轮胎的径向或常规结构、胎面材料、温度和赛道沥青的状况,以及加速和制动过程中的侧面力、弯道力和纵向力。所有这些参数都在上一张图表中进行了分析。

图片[8]-关于失去的动力-模拟第一站
垂直力 N 将车轮推向与滚动运动相反的方向。

空气动力学阻力

我们仍然需要分析空气动力阻力的方面,卡丁车本身是不太符合空气动力学的结构 , 这是过去在卡丁车被忽略的参数(它的值取决于超过 100 公里/小时时的速度范围)。

然而,近年来趋势发生了变化,所有最重要的公司都开发了相应的空力套件,不仅是为了防止撞击,

也是为了减少空气动力阻力。现在卡丁车的包围套件目的是控制来自前轮和车手的气流,这些因素会产生较大的气流湍流,因此会产生更大的阻力。
根据车辆的形状,通过将各种参数乘以 Cd 系数(称为空气动力学或形状系数)来计算阻力,其值是通过实验获得的。卡丁车没有 Cd,其值可以通过将卡丁车加车手的形状与其他具有已知系数的车辆的形状进行比较来推断。

与交叉层轮胎相比,子午线结构轮胎将滚动系数降低 20%

图片[9]-关于失去的动力-模拟第一站
滚动系数 f 可以根据路面类型进行调整,添加一个常数参数 f0,其值已通过实验获得。

所有卡丁车底盘和整流罩制造商都明确考虑了功率损失方面。正如我们在轴承和链条方面看到的那样,车手和机械师的干预非常有限。
然而,轮胎会受到许多变数的影响,除了理论之外,经验使我们能够根据情况、赛道类型和橡胶做出最佳决定。
最后,关于空气动力学,可以说这是近几年来研究最多的方面。有些人选择使用风洞,有些人则依赖 CFD 软件进行计算流体动力学模拟,许多制造商已投入时间和资源来建造可优化性能的前扰流板、机头和侧吊舱。在某些情况下,除了降低空气动力阻力外,前扰流板还增加了前轮(副翼类型)的垂直力,优化了弯道,尤其是高速弯道。当一辆卡丁车跟在它前面的另一辆卡丁车时,它在弯道时往往表现更差,前轮胎的磨损增加,这与一级方程式大致相同。

快速提示

轮胎气压越高,滚动阻力越小。

现代整流罩,尤其是扰流板,降低了空气动力阻力,在某些情况下,提高了在高速弯道上的表现。

子午线轮胎比交叉轮胎提供更低的滚动阻力。


图片[10]-关于失去的动力-模拟第一站
车辆Cd 系数参考
THE END
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