V technickém článku se s pomocí technického ředitele Williamsu Pata Symondse podíváme na to, co dělá aerodynamiku závodních monopostů Formule 1 tak složitou i krásnou zároveň. Jak inženýři využívají víry, matice kol a jak eliminují úplavy? Co pomáhá zvyšovat celkovou efektivitu?
Co přesně je vír?Aerodynamici se budou o přesnou definici přít, ale jednoduše jde o souvislý rotační tok tekutiny kolem jádra s nízkým tlakem. Vír vidíme pokaždé, když voda vytéká ze umyvadla, zatímco satelitní fotografie tropických bouří dokládají sílu víru.
Proč jsou tak důležité?Protože vír představuje proud vzduchu o vysoké energii, může být využit pro řízení menších toků vzduchu. Jednou ze silných stránek řízení toku víru je skutečně to, že můžete využít kombinaci vírů pro vytvoření čistého proudění odlišným směrem.
Například si představte, že byste dokázali vytvořit vír, který by se točil proti směru hodinových ručiček, a o něco níže by se druhý točil ve směru hodinových ručiček. Tam, kde by se dva otáčející se toky setkaly, tam by mezi oběma víry putovaly stejným směrem, podobně jako dvě ozubená kolečka, a proto by okolní vzduch tlačili tímto směrem.
Co děláte pro to, aby se vír otáčel určitým směrem?Vzduch je líný a vždy si vybere tu nejsnazší cestu ke stabilnímu stavu. Představte si letadlo letící vzduchem. Je podporováno tím, že má pod křídlem vyšší tlak než nad ním. Na špičce křídle se chce vzduch o vyšším tlaku zakroutit, aby se připojil ke svém kamarádům s nižším tlakem.
Video: Vzdušné víry vznikající na špičkách křídel dopravních letadel(zdroj: youtube.com)
Pokud se bavíme o pravém křídle, pak při pohledu zezadu vzduch putuje proti směru hodinových ručiček zespoda nahoru přes špičku křídla. Ale letadlo se samozřejmě pohybuje směrem dopředu, proto je tento jednoduchý tok proti směru hodinových ručiček kvůli relativnímu pohybu křídla vůči okolnímu vzduchu zdeformován do tvaru vývrtky.
Proto se nám (při pohledu zezadu) vytváří vír otáčející se proti směru hodinových ručiček. A naopak na levé straně křídla tok rotuje ve směru hodinových ručiček, když se díváme zezadu.
Můžeš vysvětlit rozdíl mezi úplavem a vírem?Vír (anglicky vortex) jsme si definovali výše jako souvislý rotační tok. Pole proudění víru se v čase relativně moc nemění, dokud se nakonec nerozplyne. Když vezmete v potaz kondenzační čáry vznikající na špičkách křídel u letadel ve vzduchu, tak jsou docela předvídatelné.
A úplav (anglicky wake) je na druhou stranu mnohem chaotičtější pohyb vzduchu. Způsobuje ho vzduch řítící se do nízkotlakého prázdna vznikajícího za pohybující se překážkou. Zatímco vír se dá využít pro vylepšení aerodynamiky, tak úplav má téměř vždy destruktivní účinek.
Co vede k tvorbě úplavů a vírů?Úplav je vytvářen pevnou překážkou pohybující se ve vzduchu, a čím je větší, tím je větší úplav. Vír je na druhé straně vytvářen rysem objektu, který se pohybuje vzduchem a má na něm odlišné tlaky.
Souvisí veškerá ta složitost předních křídel s úplavy a víry?Opravdu ano. Samozřejmě, že prvky předního křídla fungují konvenčním způsobem jako křídlo, ale mnoho plošek a zahnutých profilů, stejně jako spodní strana bočnic, jsou navrženy pro tvorbu vírů, aby upravili tok vzduchu z křídla směrem dozadu.
Pravidla vyžadují, abychom u předních křídel navrhovali 500mm širokou prostřední část, která je aerodynamicky neutrální. Tam, kde se napojuje na prvky vytvářející přítlak, vzniká velmi silný vír. Je známý jako vír Y250, protože se nachází ve vzdálenosti 250 mm od středové osy ve směru Y. Jde zřejmě o tu nejdůležitější tokovou strukturu celého vozu, protože se využívá k tomu, aby za předními koly zamezila destruktivnímu vlivu úplavu na aerodynamiku pod podlahou.
Věřte nebo ne, moderní přední křídlo se skládá téměř z 300 oddělených komponentů, které jsou spojeny dohromady. Navíc je k výrobě křídla zapotřebí téměř 200 forem. Jakmile jsou všechny části vyrobeny, potřebujete k jeho správnému sestavení stolici skládající se z 350 dílů. Teď chápete, proč výroba křídla trvá přes 4 týdny a proč je to tak frustrující, když tak často vidíte jejich poškozování.
Proč je úplav pro aerodynamiku tak destruktivní?Aerodynamici chtějí, aby proudění směřující ke všem povrchům bylo čisté, s minimální intenzitou turbulence. S takovým stavem se náběžná hrana předního křídla opravdu setkává v aerodynamickém tunelu nebo na dráze, když se nenachází těsně za druhým autem.
Všechny povrchy za předním křídlem čelí určité úrovni turbulence, což snižuje předvídatelnost aerodynamické výkonnosti. Je to také důvodem, proč to je pro vozy F1 tak těžké jezdit těsně za sebou. Úplav prvního vozu má totiž velký dopad na tok vzduchu, který naráží na auto jedoucí za ním.
Jak do toho zapadá foukaná matice?Cílem pole proudění předního křídla je vytlačit jeho úplav do stran, aby měl menší vliv na karosérii a zadní křídlo. Foukané matice umožňují průchod energického vzduchu přední poloosou a pomáhají s tímto vymývacím efektem.
Pokud jsou přední kola tak důležitá, jak je v aerodynamickém tunelu simulujete?Ve skutečnosti jsou z pohledu aerodynamiky důležitá přední i zadní kola. I jednoduché věci, jako je opotřebení pneumatik, má významný dopad na schopnost vozu vyvíjet přítlak. V aerodynamickém tunelu testujeme s modelem na pohyblivém pásu, který roztáčí kola a reprezentuje ten správný tok vzduchu pod vozem.
Pneumatiky na modelu představují velmi precizní reprezentaci skutečné pneumatik. Konstrukce je navržena tak, aby napodobovala zdeformovaný tvar skutečné pneumatiky, když je vystavena zátěži. Tímto způsobem můžeme vyvíjet aerodynamiku s využitím všeobecně správného tvaru pneumatiky - i když kdokoliv někdy sledoval zpomalené video vozu F1, tak ví, že se tento tvar neustále mění.
Lewis Hamilton odstartuje v Sepangu z první řady vedle Maxe Verstappena. Brit vysvětlil, že Ferrari před kvalifikací provedlo poslední změnu nastavení, která podle něj trefila ideální kompromis a pomohla stáhnout ztrátu na Red Bull.
Aston Martin v Sepangu překvapil a poprvé v sezoně dostal oba vozy do Q2. Fernando Alonso navíc vybojoval 12. místo, což je jeho nejlepší kvalifikační výsledek roku. Lance Stroll skončil čtrnáctý a tým tak po dlouhé době získal důvod k optimismu.
Max Verstappen získal v Sepangu první pole position sezony a Red Bull potvrdil svou rychlost. Lewis Hamilton skončil druhý, třetí Isack Hadjar ale kvůli penalizaci klesne na roštu. Kimi Antonelli se tak posune vpřed, zatímco George Russell byl až osmý.
Kimi Antonelli ovládl třetí trénink v Malajsii a vrátil Mercedes na čelo. Max Verstappen zaostal téměř o tři desetiny, zatímco George Russell skončil čtvrtý. McLaren zůstal v kontaktu, Norris však zajel nejlepší čas na medium pneumatikách.
Páteční tréninky v Sepangu ukázaly, že rozhodovat nebude jen rychlost na jedno kolo, ale hlavně práce s pneumatikami. Vysoká degradace může výrazně ovlivnit nedělní závod, v němž bude důležitou roli hrát také správně zvolená strategie.
Mercedes přivezl do Sepangu rozsáhlý balík novinek, ale první den neproběhl podle představ. George Russell upozornil na výraznou degradaci pneumatik, která Mercedes v náročných podmínkách trápila. Tým proto čeká přes noc práce na nastavení vozu, aby se přiblížil Red Bullu, Ferrari a McLarenu.
Lewis Hamilton se po druhém tréninku v Sepangu musel zpovídat sportovním komisařům kvůli incidentu s Gabrielem Bortoletou. Jezdec Ferrari dostal za překážení varování, zatímco jeho tým obdržel pokutu 10 000 eur.
Charles Leclerc ovládl druhý trénink na Velkou cenu Bahrajnu v Sepangu. Jezdec Ferrari porazil Isacka Hadjara a Landa Norrise. Max Verstappen skončil čtvrtý, zatímco George Russell a Kimi Antonelli doplatili na nepovedené pokusy na měkkých pneumatikách.
Max Verstappen ovládl úvodní trénink na Velkou cenu Bahrajnu v Sepangu. Red Bull ukázal rychlost i přes výrazná vylepšení Mercedesu. Druhý skončil George Russell, třetí místo obsadil Verstappenův týmový kolega Isack Hadjar.
Max Verstappen se znovu vrátí za volant Mercedesu-AMG GT3. V Portimau ho čeká tříhodinový závod, do kterého nastoupí kvůli problémům Verstappen Racingu se sestavou. Nizozemec tak znovu spojí formuli 1 se závody GT3.
Mercedes po téměř čtyřech měsících nasadí výraznější technické novinky. Toto Wolff potvrdil nový balíček pro Sepang, kde chce tým ověřit, zda mu vylepšení pomohou znovu bojovat o přední příčky.
Lewis Hamilton se zastal Freda Vasseura, jehož budoucnost ve Ferrari je v posledních týdnech předmětem spekulací. Britský jezdec upozornil na problémy s výkonem pohonné jednotky a zdůraznil, že za současnou situaci týmu nelze vinit pouze šéfa stáje.