O Gurneyho klapce se velmi často zmiňujeme zejména v článcích o nových dílech. Co to je, jak to funguje a jaká je historie tohoto jednoduchého ale přesto převratného vynálezu?
Daniel Sexton Gurney (*1931) je považován za jednoho z nejlepších amerických jezdců své generace. Stál u zrodu tradice sprchy šampaňským a neztratil se ani jako konstruktér, když ještě v průběhu aktivní jezdecké kariéry spolu s Carrollem Shelbym založil tým All American Racers. Gurneyho největším přínosem je však bezpochyby geniálně jednoduchý vynález nesoucí jeho jméno.
Daniel Sexton Gurney, autor: Lothar Spurzem, CC-BY-SA-2.0-de
Psal se listopad roku 1970 a s blížícím se koncem posledního třetího testovacího dne na trati v Phoenixu začínal být tým bezradný. Nový Eagle-Offenhauser 71, pilotovaný Bobbym Unserem, byl prostě pomalý.
V tom si Gurney vzpomněl na první aerodynamické pokusy, které odpozoroval během svého působení v Evropě – nechal mechaniky odříznout tenký pás hliníku, ohnout ho v pravém úhlu a pěti šrouby připevnit na odtokovou hranu zadního křídla.
Do hodiny byl monopost zpět na trati, ale časy na kolo byly stále mizerné. Zdálo se, že klapka nic nezměnila. Unser byl ale novinkou nadšený. Přetrvávající pomalé časy vysvětlil tím, že auto mělo najednou tolik zadního přítlaku, až se stalo příliš nedotáčivým.
Gurneyho klapka je ve své podstatě velmi jednoduché zařízení. Jak již bylo zmíněno, skládá se z obyčejného tenkého pásu materiálu pevně připevněného kolmo k odtokové hraně na tlakové straně křídla (pokud je řeč o autech využívajících křídla na tvorbu přítlaku, tlakovou stranou rozumíme pochopitelně tu horní). Na obrázku výše je vidět ukázkovou aplikaci dvojice Gurneyho klapek na předním křídle.
Klapka je velmi malá, zpravidla dosahuje rozměry jen do 4% délky tětivy křídla, díky čemuž může být „potopena“ v mezní vrstvě (jinými slovy v tenké vrstvě vzduchu blízko u povrchu karoserie, kde v důsledku viskozity vzduchu a drsnosti povrchu vzniká tak velký aerodynamický odpor, až dochází k výraznému zpomalení či dokonce zastavení proudění). Samotný odpor Gurneyho klapky je proto téměř zanedbatelný.
Zato přírůstek přítlačné síly může být velmi významný. Klapka totiž „ohýbá“ proud vzduchu v okolí křídla takovým způsobem, že to se pak chová jakoby mělo jinou velikost či tvar. Jednoduché křídlo působí jako podstatně komplexnější a výkonnější – bez nutnosti cokoliv redesignovat – takže jde o levné, jednoduché a funkční řešení.
Na následujících řádcích si přiblížíme základy teorie, díky které to celé funguje v praxi ...
1. Na tlakové straně křídla dochází ke zvýšení tlaku
Před Gurneyho klapkou je tok vzduchu nucen zpomalit, přičemž přetlak na horní straně křídla narůstá. Část proudění se hromadí v dutině před klapkou, kde cirkuluje a nepravidelně proniká přes klapku.
2. Na sací straně křídla dochází ke snížení tlaku
Za Gurneyho klapkou zas vzniká dvojice navzájem protisměrně rotujících víření, které se střídavě odtrhávají a zvětšují podtlak pod křídlem. Díky tomu se proudění vzduchu lépe „přisaje“ ke spodnímu povrchu křídla a nehrozí jeho předčasné odtržení. Správné přilnutí proudění je totiž pro tvorbu přítlaku naprosto klíčové.
Kombinací obou těchto efektů se zvětšuje přítlačná síla, respektive zdvih, pokud jde o křídlo letadla. Podle některých studií se v některých specifických případech podařilo zvýšit maximální koeficient zdvihu o více než 20%. Zajímavé vlastnosti naznačují široké možnosti využití.
Prvním a dodnes nejrozšířenějším využitím Gurneyho klapky je její nasazení na zadní křídlo vozidla. U monopostů formule 1 se ke karoserii připevňuje lepicí páskou, aby mohla být v případě potřeby snadno odstranitelná. Pokud situace vyžaduje například změnu vyvážení, na kterou nestačí jen jednoduché přenastavení předního křídla, Gurneyho klapka se během zastávky v boxech z křídla strhne.
Podle technických pravidel smí mít Gurneyho klapka na zadním křídle velikost maximálně 20 milimetrů. Podobné rozměry má i volný prostor nad difuzorem. Existuje tam totiž víceméně neregulovaná oblast s výškou 25 milimetrů, která je široká a dlouhá jako samotný difuzor a týmy ji samozřejmě s oblibou využívají ke zvýšení jeho výkonnosti.
Jelikož fyzické rozměry difuzoru jsou velmi přísné ohraničené, jedinou možností jak zmíněnou oblast zužitkovat je přidání zařízení, jehož účinkem se bude difuzor chovat jako by měl větší objem. A na to je Gurneyho klapka ideální. Ještě více zredukuje tlak v oblasti nízkého tlaku za difuzorem, čímž pomůže „vytáhnout“ zpod podlahy více vzduchu.
Nicméně má své limity a pomalu ji vytlačují další účinnější řešení. Na obrázku výše je vidět difuzor Lotusu E22 s Gurneyho klapkou ve tvaru křídlového profilu oddělenou od odtokové hrany difuzoru štěrbinou.
Foto: Williams
Také stále rozšířenější jsou Gurneyho klapky umístěné po obvodu výstupních otvorů v zadní části vozu. Podobně jako v případě difuzoru, Gurneyho klapka sníží tlak za výstupem systému chlazení, čímž pomáhá „vytáhnout“ horký vzduch ven z karoserie. Když je třeba marginálně zvýšit kapacitu chladicího systému, je to často vhodnější a aerodynamicky efektivnější než přidávání nových otvorů.
Krása Gurneyho objevu však spočívá v tom, že nachází využití i mimo závodní tratě. Již od počátku zaujal letecký sektor jako jeden z mála vynálezů pocházejících z automobilového světa. Známé je využití Gurneyho klapky na letadlových křídlech, v rámci vztlakové mechanizace letadel, či na ocase vrtulníků, ale například i na listech rotorů větrných turbín a v různých turbínových strojích.