Aerodynamika: Které díly vytvářejí nejvíce přítlaku?

Aerodynamika vozů F1 patří k okouzlujícím vědním disciplínám a společně s motory je hlavním diferenciátorem výkonnosti mezi jednotlivými vozy. Týmy jejímu studiu a vylepšování věnují mnoho času a zdrojů. Jak se jednotlivé části podílejí na tvorbě přítlaku a kterými díly se má cenu nejvíce zabývat?

Obrázek níže (založen na datech z vozu z roku 2009) ukazuje, kolik přítlaku a odporu vytvářejí hlavní skupiny dílů. Jak můžete vyčíst z grafu, některé produkují dokonce vztlak, nikoliv přítlak, tedy sílu tlačící vůz dolů k vozovce.

Je to patrné například u předního zavěšení - vytváří sice vztlak, ale kdyby ho týmy přepracovaly tak, aby bylo z pohledu přítlaku neutrální, pak by celkový přítlak auta poklesl. Jednotlivé součástí jsou ve velmi úzké interakci a fungují jako celek.

Tento poměr se u každého monopostu liší, k největším změnám ale dochází při celkových změnách v přítlaku, jak k tomu dochází například v Monze - na velmi rychlém okruhu, kde se vyplácí jezdit s nižším odporem.

Jak se aerodynamika vozu díky vývoji v průběhu sezóny zlepšuje, tak stoupá podíl přítlaku, který vytváří podlaha. Ta je společně s předním křídlem u vozů F1 efektivním tvůrcem přítlaku.

Když týmy chtějí zlepšit celkovou aerodynamickou efektivitu (poměr přítlaku k odporu), pak se obvykle zaměřují na tyto efektivnější prvky. Pro inženýry pak jde o obvyklou vývojovou strategii: jak můžeme dostat více čistějšího vzduchu o vyšší energii k tomuto dílu?

 

Interakce proudění: auto bez zadního křídla neovladatelné

Zadní křídlo je například přímo zodpovědné za 25 % přítlaku a téměř 30 % odporu. Pokud byste ho ale dali pryč (nebo o něj přišli při nehodě), pak by byl celkový dopad kvůli zmíněné vzájemné interakci proudění ještě vyšší: auto by přišlo až o 34 % přítlaku a 40 % odporu, protože by se změnilo celé pole toku kolem něj.

Pokud bychom zadní křídlo odstranili, pak by stoupl přítlak na přídi, což z větší míry souvisí s efektem mechanického přenosu zátěže, protože přední křídlo se nachází před osou předních kol. Přítlak na zádi by samozřejmě dramaticky poklesl. Když pilot přijde o křídlo na dráze, pak kvůli velkému nevyvážení téměř s jistotou končí ve smyku a s nehodou. Většina jezdců tvrdí, že taková ztráta činí auto neovladatelným.

Na druhou stranu je chování vozu bez předního křídla při nedotáčivosti mnohem předvídatelnější a lépe zvládatelnější, a piloti jsou obvykle schopni se s takovým vozem dostat zpět do boxů, pokud toho není poškozeno více. Následuje výměna nosu, což týmy běžně zvládají do 10 sekund.

 

Jak řídit proudění za přísných omezení pro aerodynamiku?

Pravidla jsou nyní navržena tak, aby omezovala množství přítlaku, který jsou vozy F1 schopné vytvářet. To znamená, že aerodynamikové musí pracovat s méně přímými způsoby, jak řídit proudění vzduchu pro dosažení svých cílů. Jedním z těchto cílů je dostat spoustu vzduchu o vysoké energie k dílům, které vytvářejí přítlak nejefektivněji.

Dalším může být smísit proudění tak, aby se vzduch o vysoké energii, který by normálně procházel pod vozem či nad ním bez vykonání jakékoliv práce,  dostal do kontaktu s povrchy, jež z něj mohou dostat nějakou výkonnost.

Obrázek výše zobrazuje vírové struktury zbarvené dle celkového tlaku nebo energie kolem Sauberu C32 z roku 2013. Tyto aerodynamické struktury nahrazují fyzická zařízení, která by týmy využily, pokud by jim to pravidla umožňovala.

 

Praktická ukázka: BMW Sauber F1.06

Na posledním obrázku je zachycen Nick Heidfeld se Sauberem F1.06 ve Velké ceně Francie 2006. Dvě vertikální křidélka na horní straně nosu neboli "dvojčata," jak je nazýval tým, přesměrovávala vzduch o vysoké energii, který by jinak opustil zadní část vozu bez většího užitku, směrem k místům, kde jej jiné prvky přeměnily v přítlak.

I tehdy již pravidla omezovala umísťování prvků tam, kde by produkovaly přítlak. Toto řešení bylo využito pouze v jednom závodě - v těch dalších již bylo z bezpečnostních důvodů (výhled pilota) zakázáno.