Experimental aerodynamic analysis of a formula-style multi-element front wing

Abstract

This work investigates the aerodynamic forces on a Formula 1-inspired multielement front wing operating within the Low Reynolds Number regime. Through an experimental approach using a scale prototype produced via additive manufacturing and tested in a wind tunnel with a rolling road, the study explores the intricate interplay between ground effect, angle of attack, and flow velocity. Central to this analysis is the "Cascade Effect," a critical mechanism for high-lift generation, whose efficacy is rigorously examined under varying conditions. The results unveil a non-linear landscape of aerodynamic performance, challenging classical assumptions regarding ground proximity and revealing the susceptibility of high-camber profiles to abrupt stall phenomena when the cascade mechanism falters. Ultimately, this research highlights the delicate equilibrium required to maximize aerodynamic efficiency (lift-drag ratio), demonstrating that best operating point is achieved not through the maximization of individual parameters, but through the precise tuning of geometric and flow constraints.

Este trabajo investiga las fuerzas aerodinámicas sobre un alerón delantero multielemento inspirado en la Fórmula 1, operando dentro del régimen de Bajo Número de Reynolds. A través de un enfoque experimental utilizando un prototipo a escala producido mediante fabricación aditiva y probado en un túnel de viento con tapiz rodante (cinta rodante), el estudio explora la compleja interacción entre el efecto suelo, el ángulo de ataque y la velocidad del flujo. Central en este análisis es el "Efecto Cascada", un mecanismo crítico para la generación de alta sustentación, cuya eficacia es rigurosamente examinada bajo condiciones variables. Los resultados revelan un panorama no lineal del rendimiento aerodinámico, desafiando suposiciones clásicas sobre la proximidad al suelo y revelando la susceptibilidad de los perfiles de alta curvatura a fenómenos de estol abrupto cuando falla el mecanismo de cascada. Finalmente, esta investigación destaca el delicado equilibrio requerido para maximizar la eficiencia aerodinámica (relación sustentación-resistencia), demostrando que el mejor punto de operación no se logra mediante la maximización de parámetros individuales, sino a través del ajuste preciso de las restricciones geométricas y de flujo.