Aerodinamika

Aerodinamika vált a siker kulcsává a sportban és a csapatok dollármilliókat költenek kutatásra és fejlesztésre az egész évben.

A mérnököknek 2 alapvető dolguk van: leszorító erő teremtése, hogy segítse az autó tapadását az aszfalthoz, és javítsa a kanyarodási erőket; és az ellenállás csökkentése, amely turbulenciát okoz és lassítja az autót.

A csapatok kísérletezni kezdtek az 1960-as évek végén a ma ismert szárnyakkal.  A versenyautó szárnyai pontosan ugyanazon az elven működnek, mint a repülőgép szárnyai, csak fordítva. Légáramlatok eltérő sebességgel áramlanak a szárny két oldalai fölött (különböző távolságokat kell megtenniük a körvonalaik fölött) és ez eltérő nyomást teremt, a Bernoulli-elv szerint (Bernoulli észrevette, hogy minél gyorsabban mozog a levegő, annál kisebb nyomás nehezedik arra a tárgyra, amely mellett elhalad. A repülőgépek szárnya a tetején görbült, ezért a fölötte elhaladó levegőnek hosszabb utat kell bejárnia, mint a szárny alattinak. Mivel a szárny alatt és felett elsuhanó levegőnek a maga útját azonos idő alatt kell megtennie, a szárny felett elhaladó levegőnek gyorsabban kell mozognia. Amikor az alul lévő levegő a szárnyat nagyobb erővel nyomja, mint a szárny fölött lévő levegő, a repülőgép felszáll.). Ez a nyomás megpróbálja kiegyenlíteni, a szárnyak pedig megpróbálják hajtani az alacsony nyomás irányába. A repülők a szárnyaikat emelkedésre használják, a versenyautók leszorító erőt teremtenek velük. Egy modern forma 1-es autó képes 3.5 g oldalsó kanyarodó erő „előhívására” (3.5-szöröse a saját súlyának) köszönhető az aerodinamika leszorító erőnek. Ez azt jelenti, hogy elméletileg magas sebességnél képesek lennének fejjel lefelé vezetni.

Korai kísérletek a mozgatható szárnyakkal és felszerelésekkel sok látványos balesethez vezetett, és az 1970-es szezon szabályi megmutatták a szárnyak helyére és méretére vonatkozó korlátokat. Kialakulásuk óta ezek a szabályok többnyire még manapság is léteznek.

Az 1970-es éveke közepe óta a „talaj-hatás” leszorító ereje eltűnt. A Lotus mérnökei kitalálták, hogy az egész autó működhet úgy mint egy szárny egy óriási szárny teremtésével az alsórészén ami segít az autót az aszfalthoz szívni. Az utolsó példa erre az elgondolásra a Brabham BT46B volt (Gordon Murray tervezésével), amely valójában egy hűtő készüléket használt a levegő eltávolítására az autó alatt levő kivezető területről, hatalmas leszorító erőt csinálva. Más csapatok technikai kihívásai után ez visszavonulás volt az egyszerű versenyek után. A szabályváltoztatásokat a „talaj-hatás” hasznának csökkentése követte –először a kivezetők használatának tiltása, mely tartalmazza az alacsony nyomású terültet, később a „stepped-floor után.

A forma 1 aerodinamikájának alapvető elvei még érvényesek: maximum leszorító erő létrehozása minimális ellenállással. Az elsődleges szárnyakat előre és hátra ültették be felszerelve különböző beállításokkal, amely a különböző pályák leszorítóerő- követelményeitől függ. Szűk, lassú pályák, mint Monaco megkövetelnek nagyon agresszív szárnybeállítást –láthatod, hogy az autók a hátsó szárnyon 2 elválasztott szárnyelemmel mennek (2 a maximálisan megengedett). Ellenben, a nagy sebességű pályákon, mint Monza, megfosztják a kocsit a lehető legtöbb szárnytól, hogy csökkentsék az ellenállást és növeljék a sebességet a hosszú egyenesekben.

Egy modern forma 1-es autó felszíne, a felfüggesztés alakjától kötődik a pilóta sisakjához –amelynek fontos aerodinamikai hatása van.

Nézd meg a mostani autókat és láthatod, hogy majdnem annyi erőfeszítést tesznek az ellenállás csökkentéséért mint a leszorítóerő növeléséért –a függőleges hátsó lemezekkel felszerelt szárnyak meggátolják a hátra alacsonyan beültetett  diffúzor lemezei által kialakult örvényléseket, amik segítenek újra kiegyenlíteni a gyorsan beömlő levegő nyomását, hogy elhaladjon az autó alatt és másképpen csináljon hátrahúzva kisnyomású „lufit”. Ezek ellenére a tervezők nem csinálják az autókat túl „csúszósra”, a jó légáramlat-ellátás biztosítja a forma 1-es motor által termelt óriási mennyiségű forróság szétáramlását.

Mostanában a legtöbb csapat megpróbál versengeni a Ferrari „szoros derekú” dizájnjával, ahol az autó hátulja olyan keskenyre és alacsonyra van csinálva amennyire csak lehet. Ez csökkenti az ellenállást és növeli a rendelkezésre álló levegő mennyiségét a hátsó szárnyaknál. Az „uszály-lemezzel” oldalt mindinkább felszerelt autóknak tehát segít formálni a levegő beömlését és minimalizálja a turbulencia mennyiségét.

A 2005-ös szabályok a tervezőket sokkal jobb ötletekre kényszerítették. A sebességek csökkentésével az FIA egy nagy adag leszorító erőtől fosztja meg az autókat; megemelve az első szárnyakat, a hátsó szárnyakat előrébb viszik, és a módosítják a hátsó diffúzor profilját. A tervezők gyorsan visszaszerezték a veszteség nagy részét bonyolult változtatásokkal és szokatlan megoldásokkal  mint például a McLaren MP4-20-on levő „agancs”.  

Fordította: Marcsi