Flexibilní křídla: Co a jak dělá Red Bull lépe?

Přední křídlo je první částí vozu, která přichází do kontaktu se vzduchem - je proto klíčovým aerodynamickým prvkem vozu. Zvládnutí oddělování vzduchu a směrování jeho proudu dále směrem k zadní části vozu je velmi důležité - pokud není něco v pořádku s předním křídlem, doplácejí na to všechny ostatní části monopostu přes bočnice až po difuzor a zadní křídlo.

Čím je křídlo níže, tím více přítlaku díky přísavnému efektu (ground effect) vytváří. FIA se samozřejmě snaží tuto oblast regulovat, proto stanovila minimální výšku křídla nad referenční rovinou vozu (tedy nikoliv nad vozovkou, jak se někteří mylně domnívají) na 75 mm a aplikuje zátěžové testy, které mají zamezit jeho nadměrnému prohýbání. Ty byly loni zpřísněny na 100kg zátěž po obou stranách, přičemž se prvek nesmí prohnout o více než 2 cm.

V čem je Red Bull dobrýTo, v čem je Red Bull lepší než ostatní týmy je to, že se mu podařilo omezit negativní vliv prohýbání na zbytek vozu, zejména ve vnější oblasti před předními koly. Pokud se vám nepodaří zvládnout oddělení proudění vzduchu v této oblasti, přítlak se stává proměnlivý. Pokud se začne takto neposlušně chovat přední křídlo, celé auto může poskakovat nahoru a dolů.

Když se křídlo dostává níže k zemi, odděluje se proudění vzduchu a přítlak klesá. Auto se v důsledku zvedá a dochází znovu ke spojení proudů vzduchu. Na předním křídle stoupá generovaný přítlak, díky němuž je vůz znovu přisáván k zemi. Tomuto jevu se říká poskakování (porpoising) - právě s ním měl McLaren velké problémy v minulém roce i letos.

Přední křídloPokud se říká, že aerodynamika tvoří 90 % výkonnosti auta, pak na vrub předního křídla z toho připadá 60 - 70 %, protože tato část naráží do vzduchu jako první a určuje, jak bude proudit kolem zbytku vozu. Každý díl za ním je optimalizován, aby pracoval v prostředí zvířeného vzduchu a drobných turbulencí, které každé přední křídlo vytváří. Pokud je zvíření správné, pak může být veškerá následná aerodynamická plocha vykonávat větší práci a celý balík pak může vytvářet celkově větší přítlak.

Pokud vozu schází rychlost, nestačí proto jen vylepšení předního křídla - to musí být v souladu se zbytkem vozu a takové vyladění rozhodně nepatří do kategorie rychlých řešení.

Jak dosáhnout flexibility křídla?Red Bullu se podařilo velmi chytře zoptimalizovat technologii práce s uhlíkovými vlákny. Uhlíkové vlákno je něco jako provaz - čím více chcete, aby unesl, tím musí být silnější. Existuje mnoho forem uhlíkových vláken, které mohou být navíc vrstveny libovolným způsobem. Zarovnáte-li vrstvy podél vláken, budou ohromně pevná při napínání; zarovnáte-li je  v určitém úhlu vůči zátěži, budou se pod tlakem prohýbat, ačkoli mají vrstvy stejnou pevnost. Dalším činitelem by mohly být ty správné odchylky při "pečení" v autoklávách při jemně odlišných tlacích, teplotách či čase.

Zarovnat vrstvy a upéct křídlo správně tak, aby prošlo zátěžovým testem FIA, a přitom se pod aerodynamickým tlakem při vyšších rychlostech dále prohýbala, není jednoduchým úkolem. Je to však možné, proto Red Bull zaměstnává vysoce ceněné výzkumníky, kteří dokáží nelézt řešení tohoto problému.

Nejedná se však o exkluzivní záležitost Red Bull - ohýbají se křídla všech týmů. Záleží však na tom, do jaké míry - a to v tomto případě jablkem sváru.

Sklon vozuPokud si srovnáte fotografie Red Bullu RB7 s jiným vozem z posledního závodu v Číně, můžete si všimnout, že jeho přední křídlo se zdá být mnohem blíže k zemi. Zatímco soupeři uvádějí, že to je výsledkem nadměrné flexibility, Red Bull argumentuje tím, že to je dáno sklonem jejich vozu, resp. že RB7 má vpředu přibližně stejnou světlou výšku jako ostatní, ale že je kvůli zvýšení aerodynamické efektivity vzadu mnohem výše. Následkem toho je přední křídlo blíže k zemi, protože se nachází před osou předních kol.

Sklon vozu je z pohledu aerodynamiky fundamentální záležitostí. Auto, které je vzadu výše, může mít aerodynamické těžiště (střed působení aerodynamický sil) při nižších rychlostech více vpředu, což pomáhá omezit nedotáčivost v pomalejších zatáčkách. Jak vůz zrychluje, záď klesá a pokud difuzor funguje správně, pak se aerodynamické těžiště posouvá dozadu. Následkem toho je auto stabilnější v rychlých zatáčkách.

Nastavení optimálního sklonu se okruh od okruhu liší. Obecně se vůz chová lépe při změně světlé výšky vozu vpředu:vzadu v poměru 1:3 (jinými slovy, pokud se vůz v důsledku tlaku sníží o 1 cm, vzadu by měl klesnout o 3 cm) či menším. Dá se tomu trochu pomoci tvrdším nastavením zavěšením, tím je ale obětována mechanická přilnavost a funkčnost systému zavěšení jako celku. Na to loni McLaren doplácel, když musel být vzadu velmi tvrdě nastaven, protože mohutný dvojitý difuzor byl velmi citlivý na změnu světlé výšky (vzpomeňte třeba na velké problémy a ztrátu, kterou MP4-25 nabíral v hrbolaté nové pasáži v Bahrajnu).

Pokud by například světlá výška Red Bullu a McLarenu vpředu činila 25 mm a vzadu u Red Bullu 75 mm a u McLarenu 50 mm, rozdíl ve sklonu by byl 25 mm. Při rozvoru kol kolem 3 m by rozdíl ve výšce předního křídla, které je přibližně 1 m před osou předních kol, činil kolem 8 mm (křídlo Red Bullu by bylo o 8 mm níže než křídlo McLarenu). Díky tomu by monopost rakouské stáje mohl generovat při nižších rychlostech vyšší přítlak v přední části.

Pokud by Red Bull jezdil s výše zmíněným poměrem pevnosti 1:3 a McLarenu kvůli své menší výšce vzadu s poměrem 1:2, pak by se přední křídlo při vyšších rychlostech nacházelo přibližně ve stejné výšce. Red Bull by však díky lépe zvládnutému procesu vrstvení uhlíkových vláken měl výhodu v širokém spektru rychlosti.

Proč to ostatní neokopírují?Pro soupeře není jednoduché okopírovat křídlo Red Bullu a dosáhnout toho, aby hned byli o několik desetin sekundy na kolo rychlejší. Pokud by ho nasadili na svůj vůz, určitě by výkonnost jejich vozu šla dolů.

To proto, že rychlost Red Bullu nedělá pouze samotné přední křídlo. V případě aerodynamicky nejlepšího vozu v letošním startovním poli se jedná o celkovou filozofii aerodynamiky, která musí být v souladu s ostatními částmi.

Návrháři a inženýři jsou dostatečně inteligentní a sami to dobře ví - proto se zatím nikdo nepokusil okopírovat Red Bull. Samotné zvednutí vozu vzadu nic neřeší - může docházet ke stallingu difuzoru a kolísání přítlaku, což by monopost učinilo v nestabilním a velmi těžko ovladatelným - bez ohledu na to, že by si v něj piloti velmi těžko budovali důvěru.

Jak z toho venVšechny testy FIA prokázaly, že přední křídlo Red Bullu je přes neustálé protesty soupeřů naprosto legální. FIA by musela buď dále zpřísnit testy, které neodpovídají silám působícím na křídlo na dráze (až 500 kg). To je vzhledem k nedávné úpravě zátěžových testů ale nepravděpodobné. Ostatní týmy se budou tedy zřejmě muset spokojit s faktem, že Red Bull v oblasti aerodynamiky a předního křídla odvádí lepší práci než oni.