Aerodynamika závodních vozů kategorie T1 Dakar Rally

Zajímá vás, jak se Shrek stal tak rychlým? O kolik procent se podařilo snížit aerodynamický odpor? Podívejte se na příběh aerodynamické optimalizace tohoto speciálu!

Všechny články Poptat řešení

Úvod

Dakar Rally 2024 je minulostí a závodní týmy nabírají sílu na vývoj vozu pro další sezónu. Pro některé týmy to byl pouze vývojový závod, jehož účelem bylo odhalit nedostatky vozu. Jiné týmy měly vozy doladěné do nejmenších detailů, za volantem ty nejlepší piloty a zadání zvítězit. Poté tu jsou týmy, které vlastní vůz nevyvíjí a místo toho si ho zakoupily či pronajaly. Stejně jako se liší podstata týmu, liší se i technika a vlastnosti závodních speciálů.

Posádky speciálů na zahajovací ceremonii.png

Posádky speciálů na zahajovací ceremonii

Do první skupiny lze zařadit výrobce vozů kategorie Rally Raid, kteří se specializují pouze na tento typ závodních vozů a většinou mají s vývojem a výrobou letité zkušenosti. Jde například o značku Century nebo Bahrain Raid Xtreme (BRX). Jejich cílem je vytvořit spolehlivý, jednoduchý a samozřejmě rychlý vůz s co nejmenší cenovkou pro potenciální zákazníky, kteří se chtějí účastnit závodů. Druhou skupinou účastníků jsou tovární týmy. Ty financují velké značky produkčních vozů, například Ford, Toyota, Audi, Mini nebo v minulosti Peugeot. Tovární týmy mívají velký rozpočet a dle posledních ročníků mají největší šanci na výhru.

Shrek pronásledovaný jedním z nejrychlejších Dakar speciálů.png

Shrek pronásledovaný jedním z nejrychlejších Dakar speciálů

Ani do jedné z těchto skupin nelze zařadit český tým MP-Sports závodící s vozem “Shrek”, na jehož vývoji jsme se jako firma Techsoft podíleli. Oproti zmíněným skupinám účastníků Dakar Rally se jedná o malý tým s menšími finančními prostředky, který svůj závodní speciál vyvíjí sám. Mezi silné stránky týmu patří především bohaté zkušenosti s Dakar Rally, profesionalita a velké srdce, díky čemuž se jim podařilo v minulých ročnících dosáhnout na TOP10 a přímo tak konkurovat vozům továrních značek.

Tým MP-Sports na Dakar Rally 2024.png

Tým MP-Sports na Dakar Rally 2024

Jak vypadá závod?

Etapa Dakar Rally se skládá z měřeného a neměřeného úseku. Vozy každý den vyjedou z bivaku na start (neměřený úsek), odkud v určitém intervalu a pořadí startují na měřený úsek, kterým je vede sada navigačních instrukcí. Na letošním Dakaru se po dobu 14 dní konalo celkem 12 etap s průměrnou délkou 388 km měřených a 250 km neměřených úseků a vozy najely celkem 7834 km. Tyto vlastnosti předurčují důležitý znak Dakar Rally. Faktor posádky vozu je na Dakar Rally větší než u jiných motorsportů. Rychlost vozu není tak podstatná podmínka pro výhru jako u okruhových závodů, závodů do vrchu, nebo rally. Naopak je to cit pilota pro trať a pro odolnost vozu, který udává tempo. Najít správný kompromis mezi vysokým a opatrným tempem dokáží jen ty nejlepší a nejzkušenější piloti. Velký vliv na výsledek má v neposlední řadě komfort posádky a řiditelnost vozu na limitu kvůli délkám jednotlivých etap. I díky těmto vlastnostem Dakar Rally se týmu MP-Sports podařilo v minulosti hned několikrát umístit v TOP10, kde jsou zpravidla vozy továrních značek.

Shrek procházející pravidelným servisem v bivaku.png

Shrek procházející pravidelným servisem v bivaku

Historicky trasa Dakar Rally vedla z Paříže do senegalského Dakaru. Kvůli nebezpečí teroristických útoků bylo konání v roce 2009 přesunuto do Jížní Ameriky a od roku 2020 se koná v Saudské Arábii. Trasy v Saudské Arábii nejsou technické tak jako ty v Jížní Americe a už se nelze setkat se střídáním ročních období. Naopak radikálně stoupla průměrná rychlost a nechybí náročný terén, mezi který patří kamenitý povrch, náročný na pneumatiky a podvozkové díly, nebo duny, náročné na pilota a motor. Jako každý motorsport, i Dakar Rally se každým rokem vyvíjí: pravidla se mění, vozy jsou rychlejší a odolnější, jednotlivé trasy jsou obtížnější a piloti s navigátory jsou zkušenější. A se zvyšující se rychlostí se vyvíjí i aerodynamika jednotlivých vozů.

Kamenitý povrch a duny.png

Kamenitý povrch a duny

Dakar Rally a aerodynamika

Zatímco v ostatních disciplínách motorsportu jsou aerodynamické vlastnosti mnohdy prioritou, u Dakar Rally tomu tak nebylo a v porovnání s ostatními disciplínami dodnes není. Ale od dob přesunu konání závodu z Jižní Ameriky do Saudské Arábie se vliv aerodynamiky zvětšil, a to především její podélné složky, aerodynamického odporu. Příčinou je zvýšení průměrné rychlosti v etapách vysoko nad 100 km/h. Vozy s nízkým aerodynamickým odporem poté dosahují vyšších rychlostí, lépe zrychlují, mají menší spotřebu paliva a důsledkem nižší spotřeby mají i nižší hmotnost (menší nádrž/méně paliva). Další oblastí, která je aerodynamikou přímo ovlivněna, je chlazení, kdy posádka a závodní technika je zatížena vysokými teplotami a silným sluníčkem pouště.

Maximální rychlost vozů kvůli bezpečnosti je limitována na 170 km:h.png

Maximální rychlost vozů kvůli bezpečnosti je limitována na 170 km/h

V dnešní době jsou aerodynamické vlastnosti uvažovány už do základního konceptu, ve kterém je třeba vybalancovat parametry ovlivňující rychlost, řiditelnost, opravitelnost a odolnost vozu. Konkrétně jde o:

nízké těžiště
malou setrvačnost
přístupnou a odolnou konstrukci vozu a součástek
nízkou hmotnost
malou čelní plochu
optimální aerodynamický tvar

První ze zmíněných skupin, výrobci závodních speciálů, jsou svázány pouze příručkou pravidel FIA a mají tak výhodu oproti vozům továrních značek, které se musí podobat některému z produkčních vozů. Většinou jde o vozy kategorie pick-up (Ford, Toyota), které mají špatné aerodynamické vlastnosti už ze své podstaty: vysoké a široké vozy s korbou, tzn. mají velkou čelní plochu a oblast úplavu.

Shrek před aerodynamickou optimalizací - Dakar Rally 2022.png

Shrek před aerodynamickou optimalizací - Dakar Rally 2022

Aerodynamika Shreka – vozu

Příběh Shreka začíná v roce 2017, kdy MP-Sports obdržel sériový Ford Raptor F-150 s pohonnou jednotkou o objemu pěti litrů a osmi válci do V. Vůz byl upraven do podoby splňující regulace FIA kategorie T1.1 a poté každý rok vylepšován. Nyní se pod kapotáží z kompozitu skrývá rámová konstrukce, turbem přeplňovaný šestiválec uložený téměř uprostřed vozu, palivová nádrž na pět set litrů, chladicí systém navržený na extrémní podmínky pouště a dvě velké rezervní pneumatiky.

První verze Shreka na Dakar Rally 2017.png

První verze Shreka na Dakar Rally 2017

Před aerodynamickou optimalizací měl Shrek problémy typické pro třídu vozů pick-up. Jmenovitě je to velká čelní plocha vozu a velká oblast úplavu. Zatímco oblast úplavu lze zmenšit tvarem zadní části vozu, čelní plocha je téměř neměnná vlastnost, protože je vůz postaven na základě Fordu Raptor. Jedná se o větší třídu pick-upu, než například konkurence Toyota Hilux nebo Ford Ranger. Na druhou stranu podlaha vozu byla kapotována a bez větších nerovností. Úkolem těchto krytů podvozku byla spíše ochrana spodní části před nerovnostmi jednotlivých etap, ale kladný účinek mají i na proudění pod vozem. Před návrhem jednotlivých modifikací bylo třeba dodržet vnější rozměry vozu udávané předpisem FIA pro kategorii T1+.

Iso plochy celkového tlaku vozu před optimalizací, které označují oblast úplavu..png

Iso plochy celkového tlaku vozu před optimalizací, které označují oblast úplavu.

První a nejdůležitější úkol bylo zmenšit oblast úplavu na minimum. Prakticky to znamená změnit tvar zadní části tak, aby se co nejvíce podobala odtokové hraně křídla nebo kapce vody. Při příliš strmém sklonu zadní části může docházet k odtržení proudění, což zvyšuje odpor, nebo může taková plocha generovat vztlak. S problémem vztlaku se jeden z účastníků Dakaru setkal, a musel svůj speciál osadit zadním přítlačným křídlem, které vytváří kromě přítlaku také odpor. Pro tvorbu zadní části Shreka bylo využito metod CFD, které dokáží oba tyto jevy dobře předvídat. Oproti vysoké hmotnosti vozu byl generovaný vztlak v případě Shreka zanedbatelný a nemusel na něj být kladen velký důraz. Výsledný tvar byl modelován tak, aby nedošlo k odtržení proudu. Odpor vozu se touto změnou podařilo snížit až o 14 %.

Iso plochy vozu po optimalizaci naznačují radikální zmenšení úplavu.png

Iso plochy vozu po optimalizaci naznačují radikální zmenšení úplavu

Druhou nejvýraznější změnou byly přední blatníky vozu. Původní tvar způsoboval již zmíněné odtržení proudu, které je vidět na Iso ploše celkového tlaku před optimalizací. Pravidla přikazují minimální plochu, kterou blatníky musí pokrývat. Na základě toho byl vytvarován přední blatník s co nejmenším odporem. Výsledkem bylo snížení odporu o 6 %. V dalším kole úprav byly vybrány takové oblasti, kde bylo jednoduchou úpravou vozu dosaženo velké změny. Konkrétně jde o deflektor A sloupku a kryt rezervní pneumatiky, kdy každá z těchto změn snížila aerodynamický odpor o 4 %.

Celkové snížení odporu .png

Celkové snížení odporu po započítání všech definovaných prvků vychází dle CFD simulace na 29 %. Jde o radikální snížení odporu, které bylo dosaženo tvarově jednoduchými změnami bez zásadnějších modifikacích vozu. To byl také jeden z cílů a výsledek uspokojil nejen hlavního konstruktéra Ivana Matouška, ale i samotného pilota Martina Prokopa.