Pitotova trubice - levné zařízení, bez kterého monoposty Formule 1 neopustí garáže během závodů ani během testů. K čemu slouží a jak fungují?
Aerodynamika tvoří hlavní rozdíly ve výkonnosti mezi monoposty F1 a je hlavní oblastí jejich vývoje. Pro měření její efektivity a zrychlování monopostů jsou důležité různé měřicí přístroje, které se nacházejí v různých částech vozu.
My se dnes zaměříme na Pitotovy trubice, které jsou klíčové pro posuzování toho, jak aerodynamika funguje. Jejich sady se používají v různých místech (za předními či zadními koly, pod zadním křídlem atd.) při testech, na vozech jsou přítomny i během závodu.
Pitotova trubice na McLarenu Lewise Hamiltona během závodního víkendu v Monze(foto: McLaren Mercedes)
O co se jedná? Pitotova trubice je měřící zařízení, kterým se určuje rychlost proudění tekutin na základě rozdílu mezi statickým a dynamickým tlakem. V F1 se využívá zejména pro měření rychlosti, ale jak si ukážeme dále, má z hlediska aerodynamiky i další význam.
Pitotova trubice je dílem francouzského inženýra italského původu - Henriho Pitota, jenž s ní přišel už na počátku 18. století a v polovině 19. století byla vylepšena francouzským vědcem Henrym Darcym.
Pro zjednodušení budu v článku dále používat pouze pojem Pitotova trubice, byť se v F1 využívají na závodních monopostech častěji spíše trubice Prandtlovy - princip je u obou stejný, liší se pouze výstupem: u Prandtlovy trubice jím je už přímo dynamický tlak (statický je eliminován uvnitř sondy).
Schéma Pitotovy trubice
Pitotova trubice měří tlak vzduchu na dvou místech - jeden z otvorů je namířený proti proudění vzduchu a druhý měří statický tlak. To umožňuje získat hodnoty pro aktuální dynamický tlak vzduchu. Dvěma kanálky uvnitř trubice jsou svedeny k čidlu tlaku vzduchu, jehož výstupem je elektrický signál zaznamenávaný standardní řídicí jednotkou (ECU). Typické čidlo měří tlak vzduchu v rozmezí 14 kPa, což odpovídá rychlosti vozu přes 600 km/hod za standardních atmosférických podmínek.
Důležité je pro přesné měření umístění Pitotovy trubice na voze mimo zvířený vzduch. Pohybující se monopost generuje turbulence, což je při jeho výběru nutno brát v potaz. Obvykle se s Pitotovými trubicemi setkáváme na horní straně nosu před kokpitem, při testech na zvláštním stojánku nad horním ochranným obloukem, aby byla co nejdál od karosérie a rušivých vlivů.
S jejich nasměrováním proti proudění vzduchu nebývá problém, jelikož jsou Pitotovy tribuce obvykle kalibrovány tak, aby zachovaly přesnost +/- 0,5 % při natočení až o 12 °C, což obvykle stačí pro vertikální pohyby monopostu při brzdění/akceleraci, při smyku či při bočních větrech.
Pitotovy trubice na voze Ferrari F2012 během testů v Magny-Cours, dvojice trubicv horní části pro případ, že by jedna z nich selhala (foto: Scudria Ferrari)
Nyní k těm zajímavým aplikacím: naměřené hodnoty je možné porovnávat s očekávaným dynamickým tlakem získaným propočtem z rychlosti otáčení kol, což je možné díky Bernoulliho rovnici (dynamický tlak P = 1/2p * V2), a zjistit tak vliv čelního/zadního větru na přilnavost a výkonnost vozu.
Dynamického tlaku je možné využít také pro určení aerodynamických sil působících na vůz pomocí vzorce: síla = čelní plocha x koeficient vztlaku x dynamický tlak. Pokud známe koeficient vztlaku (což je jedno z nejpřísněji střežených čísel týmy), pak je pomocí dynamického tlaku odečítaného z Pitotovy trubice možné určit, jak velký přítlak působí během jízdy po okruhu na monopost.
Pomocí těchto dat, společně s informacemi z inerciálních snímačů a snímačů ze zavěšení, je pak možné rozklíčovat aerodynamické a setrvačnostní síly působící na monopost. Jedná se však už o trochu složitější aplikaci, protože je třeba provést některé úpravy (korekce vertikálního/podélného zrychlení, korekce síly působících klesnutí či zdvižení).
Dvojice Pitotových trubic na Mercedesu F1 W03 Michaela Schumachera v Monze(foto: Mercedes AMG F1 Team)
Vozy jsou proto při testování vybaveny různými podivnými pomůckami a rameny s čidly, siloměry na zavěšení, laserovými snímači světlé výšky a senzory polohy tlumičů. Pro snadnější vizualizaci dat a odfiltrování nežádoucích částí se pak využívají pokročilé matematické funkce, které jsou dostupné ve vyspělejších balících software pro analýzu dat. Při aerodynamických testech na letištích to je jednodušší, není třeba provádět veškeré tyto korekce, protože se testování odehrává za ustálenějšího stavu.
S využitím Pitotových trubic lze vypočítat řadu dalších zajímavých parametrů, například efektivitu chladiče po změření rychlosti vzduchu na jeho čelní straně a porovnání s rychlostí nenarušeného proudění. Lze také zjistit, nakolik v nich klesá tlak vzduchu směrem k zadní části. Vysoký koeficient poklesu tlaku je obvykle vyžadován pro nejlepší výkonnost chlazení, designéři však musí brát do úvahy i aerodynamický odpor chladiče. To jsou již ale věci, které raději zkoumají ve svých aerodynamických tunelech.
O dalších pomůckách využívaných týmy F1 při testech si můžete přečíst zde.
Pod článkem si můžete prohlédnout snímky z Monzy s monoposty všech týmů s Pitotovými trubicemi na horní straně nosu.
Kimi Antonelli získal v Austinu pole position a může už v neděli slavit titul mistra světa Formule 1. K tomu potřebuje vyhrát Velkou cenu USA a George Russell nesmí skončit lépe než devátý. Max Verstappen odstartuje druhý, Isack Hadjar třetí.
Lewis Hamilton ovládl závěrečný trénink na Velkou cenu USA a zajistil Ferrari první místo ve všech třech přípravných jízdách. Druhý skončil Max Verstappen před Charlesem Leclercem. Isack Hadjar se navíc dostal do hledáčku sportovních komisařů kvůli incidentu s Alexem Albonem.
Kimi Antonelli upozornil na příčiny častého porušování traťových limitů v Austinu. Podle jezdce Mercedesu problém zhoršují široké asfaltové plochy, přilnavé výjezdy i náročný profil okruhu.
Charles Leclerc ovládl oba páteční tréninky na Velkou cenu USA. Ve druhém ho od Kimiho Antonelliho dělilo pouhých 0,042 sekundy, třetí skončil Max Verstappen. George Russell se po incidentu s Leclercem vyhnul penalizaci, týmy však řešily výrazné opotřebení pneumatik.
Charles Leclerc ovládl první trénink na Velkou cenu USA a zajistil Ferrari slibný vstup do závodního víkendu. Max Verstappen zaostal o pouhých 84 tisícin sekundy, třetí skončil Lando Norris. Kimi Antonelli obsadil páté místo.
Max Verstappen se po náročném začátku sezony vrátil do boje o vítězství a podle Jolyona Palmera budí u soupeřů respekt. Red Bull prošel výrazným výkonnostním obratem a před závěrečnými šesti závody může ještě zamíchat pořadím šampionátu.
Velká cena USA nabídne kromě soubojů na trati také přehlídku speciálních designů. Pět týmů Formule 1, konkrétně Haas, Cadillac, Mercedes, Aston Martin a Ferrari, připravilo pro závod v Austinu upravené lakování svých monopostů.
Prezident FIA Mohammed Ben Sulayem očekává, že se během několika měsíců podaří dohodnout základní podobu pravidel pro návrat osmiválcových motorů. Přestože se hovoří o roce 2030, definitivní termín zatím potvrzen nebyl. Klíčové bude také snížení nákladů.
McLaren přiveze na Velkou cenu USA menší vylepšení monopostu MCL40. Zaměří se především na brzdy a úpravy podlahy. Technický ředitel Rob Marshall věří, že Austinu bude vůz vyhovovat více a tým se po slabších výsledcích znovu přiblíží špičce.
Navzdory napjaté situaci na Blízkém východě pokračují přípravy na Velkou cenu Kataru podle plánu. FIA zatím počítá se závodem 29. listopadu, v případě zhoršení bezpečnostních podmínek by však mohla přijít na řadu náhradní varianta v podobě italské Imoly.
Lance Stroll věří, že Aston Martin dokáže před sezonou 2027 výrazně zlepšit svůj monopost. Největší obavy má ale z pohonné jednotky Honda, jejíž vývoj zatím zaostává za očekáváním. Ani letošní modernizace nepřinesly výrazný pokrok.
Mercedes představí při Velké ceně USA speciální zbarvení monopostů. Tradiční stříbrné plochy nahradí modrá barva v rámci spolupráce s programem MANUFAKTUR. Stáj z Brackley přitom upravila vzhled svých vozů už před dvěma závodními víkendy, tehdy na počest partnera Petronas.