디퓨저(자동차)

상단: 측면도, 빨간색 원은 프론트 에어 댐/스플리터 및 리어 디퓨저를 표시한다. 아래쪽: 뒤.

자동차 맥락에서 디퓨저는 자동차 뒤쪽의 형상을 한 부분으로, 자동차 밑의 높은 속도 공기 흐름과 주변 대기의 훨씬 느린 프리스트림 공기 사이의 전환을 강화하여 자동차의 공기역학적 특성을 개선한다. '웨이크 인필(wake infill)' 또는 보다 정확하게 압력회복을 제공함으로써 과도한 흐름 분리 및 드래그 현상을 일으키지 않도록 차체 하부 기류가 감속 및 팽창할 수 있는 공간(부피에서 밀도가 일정하다고 가정함)을 제공하는 것이다. 디퓨저 자체는 그 앞의 흐름을 가속시켜 다운포스 생성을 돕는다. 이것은 갈퀴 각도를 주어 확산기 아래 흐르는 공기의 속도에 변화를 일으켜서 달성되며, 갈퀴 각도는 압력 변화를 생성하여 하향력을 증가시킨다.

개요

디퓨저를 사용하면 자동차의 앞쪽에서 공기가 차체로 흘러 들어가 가속과 압력을 감소시킨다. 평평한 바닥과 디퓨저의 전이에는 흡입 피크가 있다. 이 전환은 일반적으로 가장 낮은 압력이 위치하는 곳으로 디퓨저의 목이라고 불린다. 그런 다음 디퓨저는 이 고속 공기를 정상 속도로 되돌리고 또한 차 뒤의 영역을 채우는 데 도움을 주어 차체의 드래그를 줄임으로써 차체 하체를 더욱 효율적으로 다운포스 생산하게 한다. 디퓨저는 또한 공기에 상승 모멘텀을 전달하여 힘을 더욱 감소시킨다.

디퓨저의 후행 또는 선행 가장자리에는 놀더(정확한 작은 입술, 돌기 또는 날개)가 제공되어 성능을 향상시킬 수 있다.

작동(리어 디퓨저)

차 밑의 뒤쪽 부분은 보통 후방 디퓨저가 있는 곳이다. 그것은 자동차 밑의 공기 흐름의 속도를 가속화함으로써 작동한다. 디퓨저 출구 스테이션에서 공기 흐름은 주변과 동일한 압력과 속도로 이루어지는데, 그 기하학적 구조가 후방 지역을 확장하고 있기 때문에 출구 영역이 흡입구보다 훨씬 크기 때문에 질량 원리의 보존을 위해 공기 흐름은 디퓨저 입구에서의 속도 및 차체 전체에서 훨씬 더 큰 속도를 가질 것이다. 유속 증가의 결과는 베르누이의 원칙에 따른 압력 감소다.^[1] 차 밑의 압력이 측면과 차 위보다 낮기 때문에 올바르게 시행되면 하강이 발생한다.

전방 디퓨저도 존재하지만(특히 르망 프로토타입이나 이와 유사한 자동차) 주행할 것이 없기 때문에 공기와의 모멘텀 교환으로 순수하게 다운포스를 발생시킨다. 제대로 설계되지 않은 전방 디퓨저는 차량 앞쪽을 향해 저압 부위가 생성될 수 있어 뒤쪽 공기가 느려지고 차체 하체의 나머지 부분의 효과가 떨어질 수 있다. 앞쪽 디퓨저는 보통 공기를 차로부터 멀리 보내 나머지 차체 밑 부분에 영향을 주지 않도록 한다. 공기는 채널을 통해 배출되거나 앞바퀴 근처에서 배출될 수 있다.

배기가스를 리어 디퓨저에 주입하는 것도 차량 아래쪽에서 공기를 빼내는 데 도움이 될 수 있다. 배기 가스는 효과적으로 경계층에 에너지를 공급하여 저압의 빠르게 움직이는 기류의 압력을 디퓨저 출구에서 주변 대기압으로 다시 상승시키는 것을 돕는다. 이 빠르게 움직이는 공기는 디퓨저를 더 빨리 배출하는데 도움을 주고, 이것은 하체의 압력을 떨어뜨리는 데 도움을 준다. 그러나, 이것은 디퓨저를 엔진 속도에 다소 민감하게 만든다. 운전자가 스로틀을 들어 올리면 배기 흐름이 크게 감소해 디퓨저의 효력이 떨어져 차량 다운포스(downforce)를 강탈한다. 따라서 취급은 부정적인 영향을 받는다.

자동차의 차체도 디퓨저를 통한 흐름과 상호작용을 한다. 앞날개와 코는 다운포스(downforce)를 만드는 것 외에도 '깨끗한 공기'가 주변을 흐르게 하고, 더 중요하게는 차 밑을 흐르게 하려고 한다.^[2] 차 밑의 깨끗한 공기는 디퓨저에서 유량 분리가 발생하는 것을 막아 성능을 크게 떨어뜨릴 수 있다. 뒷날개는 디퓨저에도 영향을 미친다. 날개가 디퓨저에 낮고 가까이 장착되면 날개 아래의 저기압이 디퓨저를 통해 공기를 빨아들이는데 도움을 준다. 도요타 이글 Mk와 같은 자동차들III와 재규어 XJR-14는 이 효과를 높이기 위해 2단 날개를 채용했다. 비교적 깨끗한 공기를 맞기 위해 한 프로파일이 높게 장착되었다. 다른 프로파일은 섀시 뒤쪽의 차체 구조와 거의 같은 높이로 장착되었다. 이 날개의 프로파일은 디퓨저를 구동하는 데 사용되며, 저압 영역을 생성하여 하체로부터 공기를 이동시키는 데 도움을 준다. 토요타 이글 Mk의 공기역학자인 히로 후지모리씨에 의하면III 프로젝트, 이 양면 날개는 일반 날개와 같은 드래그에 대해 18% 더 많은 다운포스를 생성했다.^[3] 반대로, 이 "붉은 남작" 날개와 함께 현저하게 감소된 드래그에 대해 동일한 다운포스 수준을 얻을 수 있었다.

멀티덱 디퓨저

2009년 포뮬러 원 그리드는 논란에 휩싸였다. 범인은 브레인 GP, 윌리엄스F1, 도요타 레이싱 등이 처음에는 도입했지만, 이후 모든 팀에서 사용하게 된 이른바 2층 디퓨저였다. 이 세 팀은 디퓨저에 더 많은 양을 허용하는 규칙의 허점을 이용했다. 규칙은 디퓨저가 후방 바퀴의 중심선에 정렬된 지점에서 출발해야 한다고 명시했다. 이 구멍은 주 디퓨저 위에 있는 디퓨저 채널을 공급한 기준면에 수직인(직접 위에서 볼 때 구멍으로 보이지 않음) 하체에 구멍을 낼 수 있게 했다. Mike Gascoyne에 따르면, 이것은 이용 가능한 다운포스를 크게 증가시켰고, 한 바퀴에 0.5초 정도의 가치가 있었다고 한다.^[4] 그 팀들은 2010년에 다시 이층 디퓨저를 허용하기로 결정했다. 그러나 2011년 포뮬러 1 기술 작업 그룹은 멀티덱 디퓨저를 금지하기로 결정했다.^[5]

스플릿터

포르쉐 RS 스파이더 에보는 다이빙 비행기와 결합된 전면 스플리터를 사용한다.

자동차 앞부분이 디퓨저 없이 공기를 느리게 하기 때문에 이곳은 흡입구로 이상적인 곳이다. 스플리터는 자동차 앞부분의 다운포스 양을 증가시키는 역할을 하는 이곳에서 흔히 사용된다. 기류는 공기댐에 의해 분쇄기 위로 정체되어 고기압의 영역을 일으킨다. 스플리터 아래로 공기가 정체구역을 벗어나 방향을 바꿔 가속돼 압력이 떨어진다. 이것은 스플리터 위의 높은 압력과 결합하여 다운포스를 만든다. 스플리터 면적이 클수록 다운포스(downforce)가 더 많이 발생한다. 대부분의 폐쇄형 휠 레이스 카에서는 스플리터의 하부가 언더트레이와 부드럽게 통합되어 리어 디퓨저에 의해 구동되는 하나의 큰 평면을 만든다. 도요타 GT-One과 같은 일부 경주용 자동차는 실제로 더 많은 다운포스를 만들기 위해 스플리터 바로 뒤에 있는 추가 디퓨저를 사용한다.^[6] 이 디퓨저에 의해 추출된 공기는 사이드팟의 통풍구를 통해서나 조종석 주위의 차 위로 소진된다.