ما هي دَوّامة طرف الجناح الخلفي في سيارة الفورمولا واحد وكيف تتشكّل؟

المهندس بول الجاموس

تُعتبر هذه التيارات الهوائيّة المتدفقة من لوحة الجناح الخلفي مدهشة للغاية ولكن هل تساءلت يومًا عن سبب تشكّلها؟

سنسلّط الضوء في البداية على القليل من المفاهيم العلميّة الأساسيّة المفيدة لفهم طريقة تشكّل دَوّامة طرف الجناح الخلفي في سيارة الفورمولا واحد.

تولّد أجنحة سيارة الفورمولا واحد الارتكازيّة ويتحقق ذلك كونها مُصممة بحيث يتم إنشاء منطقة ضغط منخفض أسفل محيط الجناح بينما تتشكّل منطقة ضغط مرتفع فوقه.

ونظرًا لأنّ الغازات تميل بشكل طبيعي إلى التدفق من مناطق الضغط المرتفع إلى مناطق الضغط المنخفض يتم إنشاء قوة دفع تُعرف أيضًا بالارتكازيّة.

كما يظهر في هذا الرسم التوضيحي أدناه ينفصل التيار الهوائي المتلامس مع لوحة الجناح الخلفي ويولد هذين التدفقين من الضغوط المختلفة:


تيار هوائي منخفض الضغط باللون الأخضر
تيار هوائي مرتفع الضغط باللون الأزرق

يصل الهواء الذي يتدفّق في الأسفل ويلتقي مع التيار الهوائي الآخر في منطقة طرف الجناح.

ونتيجة التقاء هذين التيارين تتشكّل منطقة ذات ضغط منخفض جدًا تسمى الدوامة الهوائيّة والتي تخرج بعد ذلك من طرف الجناح متبعة نمطًا حلزونيًا.

تخلق هذه الدوامات لحظة تشكلها مناطق ذات مستويات مرتفعة للغاية من الطاقة ممتدة خلف السيارة.

 تحدد كمية الطاقة المقدار الذي يُمكّن هذه الدوامات من الاستمرار في الدوران قبل استقرارها في التدفق الطبيعي للهواء خلف السيارة.

المفهوم مشابه تمامًا لأجنحة الطائرات ولكن العكس هنا هو الصحيح: عملية تشكيل الدوامات هي نفسها على الرغم من أنّها تتحرك صعودًا في سيارات الفورمولا واحد ونزولًا في الطائرات والأسباب واضحة للغاية في هذا المجال كون سيارات التسابق تعمد إلى توليد الارتكازيّة فيما تولّد الطائرات قوة الرفع.

ما الذي يُحدد فرصة رؤية هذه الدوامات بالعين المجردة؟ الأمر يعتمد بالمقام الأول على العوامل المناخيّة المحيطة.

تدور نواة الدوامات بسرعات عالية جدًا وكما ذكرنا من قبل فهي مناطق ذات مستويات طاقة مرتفعة وضغط منخفض. تتبادل هذه المناطق القليل جدًا من الحرارة مع المناطق المجاورة (بالنسبة إلى خبراء الفيزياء تكون عملية التبادل ثابتة حراريًا)، وبالتالي تنخفض درجة الحرارة في هذه المناطق أيضًا.

 إذا كانت درجة الحرارة في تلك المنطقة التي تدور فيها الدوامات المتولّدة عند أطراف الجناح الخلفي أقل من درجة الحرارة النسبية في الهواء لبدء تكاثف المياه سنتمكن حينها من رؤية تلك الدوامات بالعين المجردة.

نقطة التكاثف أو الحرارة النسبية في الهواء لبدء تكاثف المياه هي قيمة درجة الحرارة التي تضمن انتقال جزيئات بخار الماء الموجودة في الهواء من الغاز إلى السائل وبالتالي جعلها مرئيّة لنا.

Bookmark the permalink.