กราวด์เอฟเฟค

แนวคิดผลกระทบจากพื้นดินปี 2021 F1 รถ

หลักการอากาศพลศาสตร์ที่เรียกว่า "กราวด์เอฟเฟกต์" ช่วยให้รถแข่งฟอร์มูล่าวันสร้างแรงกดลงได้โดยการปรับรูปทรงของพื้นที่ใต้พื้นรถ รถยนต์ที่มีโครงสร้างใต้ท้องรถที่ออกแบบมาอย่างเหมาะสม จะมีลักษณะคล้ายปีกเครื่องบินกลับหัว โดยจะดึงดูดตัวเองเข้าหาพื้นถนนผ่านบริเวณความดันต่ำที่เกิดขึ้นใต้ตัวถัง ปรากฏการณ์แรงกดจากพื้นถนน (Ground effect) เป็นเอกลักษณ์ของรถโลตัสในช่วงปลายทศวรรษ 1970 ถูกห้ามใช้หลังปี 1982 และกลับมาใช้อีกครั้งภายใต้กฎระเบียบปี 2022

ปรากฏการณ์ Ground Effect ในฟอร์มูล่าวันคืออะไร?

ปรากฏการณ์กราวด์เอฟเฟกต์คือแรงกดลงที่เกิดจากอากาศที่เคลื่อนที่เร็วขึ้นใต้ตัวรถ หลักการของเบอร์นูลลีกล่าวว่า เมื่ออากาศเคลื่อนที่เร็วขึ้น ความดันของอากาศจะลดลง หากใต้ท้องรถถูกออกแบบมาเพื่อเร่งการไหลของอากาศใต้ท้องรถ ความดันใต้ท้องรถจะลดลงต่ำกว่าความดันบรรยากาศ และความแตกต่างระหว่างความดันบรรยากาศเหนือรถกับความดันต่ำใต้ท้องรถจะดูดตัวถังรถทั้งหมดลงสู่พื้นถนน แรงในแนวดิ่งนั้นคือแรงกดลง โดยไม่มีผลเสียต่อแรงต้านอากาศอย่างมีนัยสำคัญ

โลตัสและยุคเริ่มต้นของการออกแบบตัวรถโดยใช้หลักการแอโรไดนามิกส์แบบพื้นดิน (ground-effect) ตั้งแต่ปี 1977 ถึง 1982

รถ Lotus 78 ของ Colin Chapman นำเสนอแนวคิดนี้ในปี 1977 โดยออกแบบใต้ท้องรถให้เป็นรูปทรงคล้ายปีกเครื่องบินกลับหัว รถรุ่นต่อมาอย่าง Lotus 79 ก็ครองความยิ่งใหญ่ในปี 1978 แผ่นกันกระแทกที่ติดตั้งตามขอบของท้องรถช่วยปิดกั้นบริเวณที่มีแรงดันต่ำไม่ให้สัมผัสกับพื้นถนน ทีมคู่แข่งต่างออกแบบรถในแนวทางที่ดุดันยิ่งขึ้น ความเร็วในการเข้าโค้งและแรง G ที่กระทำต่อคนขับเพิ่มสูงขึ้นจนทำให้ FIA ตื่นตระหนก และเทคโนโลยีนี้จึงถูกห้ามใช้โดยกำหนดให้ใช้พื้นรถแบบเรียบในปี 1983

การกลับมาของปรากฏการณ์กราวด์เอฟเฟ็กต์ในปี 2022

หลักการแรงกดจากพื้นดิน (Ground effect) กลับมาเป็นหัวใจสำคัญของกฎระเบียบด้านอากาศพลศาสตร์ปี 2022 โดยได้รับการปรับปรุงให้เข้ากับยุคสมัยใหม่ด้วยรูปทรงอุโมงค์เวนทูริที่บังคับใช้ และไม่มีแผ่นบังลมด้านข้าง ประมาณ 60 เปอร์เซ็นต์ของเครื่องบินสมัยใหม่ F1 แรงกดลงของรถมาจากพื้นรถและ... diffuserเป้าหมายที่ระบุไว้คือการลดการสูญเสียจากอากาศเสียและทำให้รถยนต์สามารถวิ่งตามกันได้ใกล้ขึ้น และการเปลี่ยนแปลงนี้ก็ช่วยปรับปรุงการแซงโดยไม่ทำให้ความสำคัญของอากาศบริสุทธิ์ลดลง

การกระโดดขึ้นลงของปลาและการแลกเปลี่ยนระหว่างผลกระทบจากพื้นดินกับปรากฏการณ์ดังกล่าว

รถยนต์ที่ใช้หลักการแรงกดจากพื้น (ground-effect) มีความไวต่อความสูงของตัวรถอย่างมาก หากพื้นรถอยู่ใกล้พื้นมากเกินไป การไหลของอากาศจะหยุดนิ่ง แรงกดจะลดลง รถจะเด้งขึ้น แรงกดจะกลับมา และวงจรก็จะวนซ้ำ การแกว่งตัวนั้นเรียกว่า... ปลาโลมา และกำหนดรูปแบบการแข่งขันในฤดูกาล 2022 บังคับให้ทีมต่างๆ ต้องเพิ่มความสูงของตัวรถและเสริมความแข็งแรงของพื้นรถ สหพันธ์ยานยนต์นานาชาติ (FIA) ได้ออกข้อกำหนดทางเทคนิคเพื่อควบคุมผลกระทบดังกล่าว และได้เข้มงวดกฎเกณฑ์เกี่ยวกับความแข็งแรงของพื้นรถมากขึ้นเรื่อยๆ นับตั้งแต่นั้นเป็นต้นมา

คำถามที่พบบ่อยเกี่ยวกับปรากฏการณ์กราวด์เอฟเฟกต์

ปรากฏการณ์ Ground Effect ใน F1 คืออะไร?

ปรากฏการณ์กราวด์เอฟเฟกต์ คือแรงกดที่เกิดจากการไหลของอากาศที่เร่งตัวขึ้นใต้ท้องรถ ทำให้เกิดบริเวณความดันต่ำที่ดูดตัวถังรถลงสู่พื้นถนน

ทีมใดเป็นผู้บุกเบิกปรากฏการณ์กราวด์เอฟเฟกต์?

Lotus เป็นผู้บุกเบิกแนวคิด Ground Effect สมัยใหม่ด้วยรถ Lotus 78 ในปี 1977 และ Lotus 79 ในปี 1978 รถทั้งสองรุ่นใช้แผ่นปิดด้านข้างและแผ่นปิดใต้ท้องรถที่ออกแบบมาอย่างประณีตเพื่อปิดกั้นบริเวณที่มีความดันต่ำใต้พื้นรถ

เหตุใดเทคโนโลยี Ground Effect จึงถูกห้ามใช้ในปี 1983?

เนื่องจากความเร็วในการเข้าโค้งและน้ำหนักที่คนขับต้องรับขณะขับขี่นั้นสูงเกินกว่าระดับที่สหพันธ์ยานยนต์นานาชาติ (FIA) พิจารณาว่าไม่ปลอดภัย จึงมีการบังคับใช้ตัวถังรถแบบเรียบตั้งแต่ปี 1983 และห้ามใช้แผ่นปิดด้านข้างตัวถังรถ

โมเดิร์นเป็นอย่างไร F1 ใช้หลักการแรงยกตัวจากพื้นดิน (ground effect) หรือไม่?

กฎระเบียบปี 2022 ได้นำแนวคิดเรื่องผลกระทบจากพื้นดินกลับมาใช้ใหม่ โดยกำหนดให้ใช้รูปทรงอุโมงค์เวนทูรีใต้พื้นอาคาร ประมาณ 60 เปอร์เซ็นต์ของอาคารสมัยใหม่ F1 แรงกดลงพื้นของรถในตอนนี้มาจากพื้นรถ

การกระโดดแบบปลาโลมา (Porpoiling) คืออะไร?

การกระดอนขึ้นลงในแนวดิ่ง (Porpoising) เกิดขึ้นเมื่อพื้นรถที่ใช้หลักการแรงกดอากาศเข้าใกล้พื้นถนนมากเกินไป ทำให้แรงกดอากาศลดลง และรถกระดอนขึ้นด้านบน ก่อนที่วงจรจะวนซ้ำ นี่คือปัญหาทางเทคนิคที่สำคัญที่สุดของฤดูกาล 2022