Proč a jak týmy snižují váhu vozů? Dopad na výkonnost, výška těžiště a závaží

O váze se ve zprávách pravidelně hovořilo v souvislosti s vozy pro rok 2014. Proč je v této sezóně váha tak důležitá?Pat Symonds: Mám-li být puntičkář, důležitá je vlastně hmotnost, jak na to poukázal Isaac Newton ve svém druhém pohybovém zákonu publikovaném v roce 1687. V něm uvedl, že hmotnost tělesa brání zrychlení.

Věřte nebo ne, vůz o pomyslné hmotnosti 650 kg bude na Interlagu vážit o 170 g méně než v Abú Zabí kvůli vyšší nadmořské výšce okruhu v Sao Paolu, která má vliv na gravitační tíhu působící na auto. K této změně u váhy dochází, i když se jeho hmotnost nemění.

Znamená to, že těžší auto zkrátka akceleruje pomaleji než to lehčí?PS: Ano, a to nejen v kontextu klasického zrychlení z 0 na 100 km/hod. Závodní vůz vždy akceleruje v tom smyslu, že se jeho rychlost neustále mění. Tímto nemyslím jen stoupající  rychlost na rovinkách - ke změně rychlosti dochází také při brzdění a při průjezdu zatáčkami.

Abyste projeli zatáčkou, musí vůz změnit svou rychlost v bočním směru. Akcelerace je definována jako změna rychlosti v jakémkoliv směru - ať už jde o boční, podélný, vertikální či jakoukoliv kombinaci těchto tří.

Mohl bys vyjádřit dopad v čase na kolo?PS: Pro předpovídání časů na kolo za různých podmínek používáme simulaci - díky ním můžeme odhadnout, jaký má na ně vliv hmotnost. Samozřejmě, že se odpověď bude trochu lišit pro každý okruhu v závislosti na povaze zatáček, ale dle hrubého odhadu 10 kg hmotnosti navíc vede ke zpomalení přibližně o 0,4 sekundy na kolo.

Pečlivá pozornost je věnována snižování neodpružené hmotnosti,návrhované díly jsou velmi komplexní (foto: Lotus F1 Team)

Ale všechny vozy jsou určitě na minimální váhové hranici, takže na jejich váze až tak nezáleží?PS: V určitém smyslu to je pravda a před nástupem KERSu bylo velmi jednoduché postavit vůz o minimální hmotnosti. Po zavedení KERSu s jeho těžkými bateriemi se to trochu ztížilo, ale určitě  nebylo nemožné dostat se na limit.

Důvodem, proč se o tom začalo více hovořit, jsou pohonné jednotky pro rok 2014, které jsou mnohem těžší než jejich předchůdci ze sezóny 2013. Najednou už není snadné dostat se na hranici minimální hmotnosti. Proto se nyní pozornost obrací k váze jezdců, jelikož jsou zahrnování do váhy vozů.

Když bylo relativně snadné dosáhnout váhový limit dříve, proč se kladl takový důraz na úsporu hmotnosti prostřednictvím složitých a spletitých návrhů?PS: Protože existuje další faktor, který ovlivňuje výkonnost, a tím je výška těžiště. Jeho dopad není tak výrazný jako u samotné hmotnosti, přesto snížení těžiště o 10 mm vylepšuje časy na kolo přibližně o desetinu sekundy.

I když se zdá, že to není hodně, může to v kvalifikaci dělat rozdíl několika míst na roštu. Nejsnadnějším způsobem snížení těžiště je snížení hmotnosti dílů vozu, abyste získali design, který je pod váhovou hranicí, a pak váhu zvyšovat pomocí závaží, které v šasi umísťujete co nejníže.

Takže utrácíte obrovské částky na snížení hmotnosti, jen abyste ji mohli znovu zvýšit pomocí těžkých dílů?PS: Ano. Zní to perverzně, ale ve skutečnosti tomu tak není, ačkoliv pohonné ústrojí má vlastně předepsanou výšku těžiště, aby se tyto rozpory eliminovaly.

Existovaly také doby, kdy jsme mohli závaží dávat na různá místa, abychom změnili zatížení předních či zadních pneumatik pro jejich lepší využití, ale v posledních několika letech jsme kvůli předepsaným pravidlům o tuto svobodu přišli.

Pravidla omezují rozložení hmotnosti - 46 % (+/- 0,5 %) jí musí připadat na přední nápravu (tj. nikdy ne méně než 314 kg vpředu a 369 kg - pozn. red.). K tomu došlo, aby se zabránilo drahým pokusům s divokými rozdíly ve vyvážení hmotností vozů.

Wolframové závaží se umístťuje například doprostřed do předního křídla (foto: Sahara Force India)

Co používáte pro závaží?PS: Používali jsme ochuzený uran, ale zdá se, ž e v těchto dnech se stal sociálně nepřijatelným. Nyní používáme spíše slitiny na bázi wolframu, které jsou o 50 % hustější než olovo, a je lze také snadněji umístit do úzkého prostoru v rámci vozu.

Jak potom snižujete hmotnost?PS: No, nejlepším způsobem je eliminace součástí. Pokud neexistují, pak nemůžou být lehčí. To je možné díky integrací funkcí různých dílů - například držák může sloužit více než jen jednomu účelu.

Pokud se nějaké části nedokážeme zbavit, pak pečlivě analyzujeme zatížení a tlaky, které na ní působí, což designérům umožňuje optimalizovat návrh pro minimální hmotnost. Moderní techniky analýzy k tomu významně přispívají a zároveň pomáhají zlepšit spolehlivost.

Také používáme některé docela exotické materiály, jako jsou kompozity z uhlíkových vláken, které nabízejí vysokou pevnost a tuhost v poměru k hmotnosti. U kovových dílů využíváme ty nejlepší slitiny oceli, titanu a hliníku, a pak z nich při obrábění dostáváme každý gram - často za velmi vysokých nákladů.

Zašli jste někdy kvůli úspoře hmotnosti do extrémů?PS: Vzpomínám si na jedno auto, na kterém jsem před mnoha roky pracoval. Kabely ve svazku byly tak tenké, že když jimi procházel proud k zadnímu světlu, tak zářily jasněji než to samotné světlo.