Análise do comportamento aerodinâmico de asas frontais de carros de F1

Abstract

Este trabalho teve como objetivo determinar a configuração ideal de posicionamento dos elementos de uma asa frontal de Fórmula 1, utilizando análise numérica bidimensional através de CFD (Computational Fluid Dynamics). A configuração da asa foi composta por dois aerofólios idênticos, posicionados com ângulos de ataque de 5° e 10° para o primeiro e segundo aerofólios, respectivamente. As variáveis geométricas analisadas incluíram a distância do solo, a distância vertical e a distância horizontal entre os aerofólios, cada uma avaliada em três níveis. O estudo foi conduzido sob duas condições de operação: reta (velocidade de 90 m/s) para análise de arrasto (Cd), e curva (velocidade de 30 m/s) para análise de downforce (Cl). A partir dos resultados, foi observado que a distância do solo tem uma influência significativa no comportamento aerodinâmico, maximizando o downforce conforme essa distância diminui. A distância vertical também se mostrou determinante, apresentando maior impacto sobre os coeficientes Cl e Cd do que a horizontal. A melhor configuração foi aquela que apresentou uma combinação de grande distância do solo, grande distância vertical e pequena distância horizontal, equilibrando baixo arrasto na reta e alto downforce na curva. Embora o estudo tenha se concentrado em uma análise simplificada, ele estabelece diretrizes aplicáveis ao desenvolvimento aerodinâmico de asas frontais de Fórmula 1, oferecendo pontos relevantes sobre o efeito solo e a interação entre aerofólios em diferentes condições operacionais.

This work aimed to determine the optimal configuration for positioning the elements of a Formula 1 front wing, using two-dimensional numerical analysis through CFD (Computational Fluid Dynamics). The wing configuration consisted of two identical airfoils, positioned with angles of attack of 5° and 10° for the first and second airfoils, respectively. The geometric variables analyzed included ground clearance, vertical gap, and horizontal gap between the airfoils, each evaluated at three levels. The study was conducted under two operating conditions: a straight line (90 m/s speed) for drag analysis (Cd), and a curve (30 m/s speed) for downforce analysis (Cl). From the results, it was observed that ground clearance significantly influences aerodynamic behavior, maximizing downforce as this distance decreases. The vertical gap also proved to be a determining factor, having a greater impact on the Cl and Cd coefficients than the horizontal gap. The best configuration featured a combination of high ground clearance, a large vertical gap, and a small horizontal gap, balancing low drag on the straight and high downforce in the curve. Although the study focused on a simplified analysis, it establishes applicable guidelines for the aerodynamic development of Formula 1 front wings, offering relevant insights into ground effect and airfoil interaction under different operating conditions.