- Forside
Optakt 2008: Aerodynamik
Hvert år skydes der millioner og atter millioner af dollers i udviklingen af nye aerodynamiske komponenter, der kan give teamet lige den ekstra lille fordel over konkurrenterne.
Af: (@bmf1.dk) d. 8/3 2008 klokken 07:03
En moderne Formel 1 racer, har næsten lige så meget til fælles med et jagerfly, som med en ganske almindelig gadebil.
Det handler ikke udelukkende om at bygge nogen vinger på bilen, og så ellers trykke speederen i bund. Der er to hoved-elementer at tage hensyn til: For det første gælder det om at skabe den alt nødvendige downforce. Den hjælper bilens dæk med at blive presset ned mod vejbanen og dermed give bedre greb og samtidig hjælpe med at dreje i sving.
For det andet gælder det om at minimere den turbulens der dannes omkring bilen, og som kan nedsætte bilens samlede hastighed. Derudover er frontvingen med til at gøre den luft der rammer bilen, mere blød og tilgivende.
Til sidst er frontvingen også med til at dirigere en del af luften mod bremserne, så de ikke bliver overophedede og mister deres egenskaber. Frontvingen står for 25% af den samlede downforce på en moderne Formel 1 bil.
Det noget specielle barge board på RA108´eren
Bagvingen står for 35% af den samlede downforce og fungerer mere som et ror i vinden. De sidste 40% står diffuseren for. Dens funktion er at lede vinden der kommer på undersiden af bilen opad, så det maksimale vacuum skabes. Dffuseren er i virkeligheden en del af bunden af bilen samt den bagerste aerodynamik.
En yderst vigtig del som især har afgørende betydning i svingene, hvor den fordeler vinden og øger stabiliteten. Uden diffuseren vil bilen opføre sig nervøst, når køreren angriber "curb'ene" (kantstenene).
Udviklingen af vinger begyndte i slutningen af 1960´erne. Den første til at introducere vinger på en Formel 1 bil, var den legendariske grundlægger af Lotus-teamet, Colin Chapman. I 1968 satte han en beskeden frontvinge og spoilere på Graham Hill´s Lotus 49B. Hill vandt mesterskabet det år.
Vinger på en Formel 1 bil virker på samme måde som en flyvinge, bare med omvendt fortegn. Luften der passerer en vinges to sider, rejser med to forskellige hastigheder, da oversiden er anderledes end undersiden. Derved skabes en difference i trykket. Dette kaldes Bernoullis Princip. Når trykket forsøger at balancere, vil vingen forsøge at bevæge sig mod det lave tryk. Fly bruger dette tryk til at skabe løft, mens en Formel 1 bil bruger trykket til at skabe downforce.
Når luften når bagenden, er det diffuseren der sørger for, at skabe det rette tryk kontra greb. Her er det Toyota TF108.
En moderne Formel 1 racer, kan skabe op til 3,5 G i sideværts påvirkning, alene på grund af downforcen. Teoretisk kan en Formel 1 racer køre på hovedet, men indtil videre er dette dog ikke forsøgt bevist!
Tidlige forsøg med bevægelige vinger placeret højt over bilens for og bagende, skabte interessante biler, men også meget farlige situationer og spektakulære uheld. da 1970 sæsonen startede, var der indført nye regler, der begrænsede vingernes størrelse og placering, og med få undtagelser er disse regler stadig gældende i dag.
I midten af 1970´erne, var de såkaldte "ground effect" biler blevet udviklet. Ingeniører fra Lotus teamet opdagede, at hele bilen kunne opføre sig som en vinge, hvis en gigantisk vinge blev påsat under bilen, og derved suge bilen til asfalten. Skørter blev påsat rundt om bilen, og med undtagelse af fronten, skrabede hele bilen faktisk asfalten.
Den bil med mest succes på det område, var Brabham BT46B, designet af Gordon Murray. Man tog en stor ventilator og sugede luften ud under det tilskørtede område under bilen, hvilket gav enorm downforce. Bilen blev trukket tilbage efter blot et enkelt løb, da flere teams ville benytte sig af lignende opfindelser. Samtidig kom en række regelændringer, der begrænsede fordelene af "ground effects."
Først kom et forbud mod skørterne, der blev brugt til at begrænse det lufttomme rum, senere kom en regel der pålagde, at man skulle installere et såkaldt trappegulv. Trappegulvet tillod mere luft at passere gennem en diffuser, der omvendt skilte sig hurtigere af med luften, hvilket gav mere downforce.
De grundlæggende principper for aerodynamik eksisterer stadig, på trods af den tekniske udvikling med computere, CADI, vindtunnel-tests og meget andet. Det handler stadig om at skabe maksimal downforce, men minimal turbulens eller drag, som det kaldes.
Vindtunneller er et meget vigtigt redskab i Formel 1
Front og bagvinger er monteret med forskellige typer profiler, alt afhængig af hvilken bane der bliver kørt på. Disse profiler tillader ingeniørerne at yderligere indstille vingerne til den absolut optimale position nødvendig, for det pågældende løb.
På en smal og snørklet bane som Monaco, er det vigtigt med høj downforce, for at skabe så meget greb som muligt og samtidig tillade bilerne at komme godt rundt i de skarpe sving. I Monaco ser man typisk bagvinger med to blade, det maksimale tilladte.
På Monza, en højhastighedsbane, ser man til gengæld kun et enkelt blad på bagvingen, som er indstillet til minimal downforce, der vil øge topfarten og minimere turbulens. En bagvinge har 20 instillinger, mens en frontvinge har 100.
Alle dele, alle overflader på en Formel 1 bil til kørerens hjelm, er udtænkt med de aerodynamiske principper i mente. Intet er overladt til tilfældighederne. Kig på en F1 racer i dag og læg mærke til de mange små ekstra profiler der er påsat. Nogle har valgt smalle og lange barge boards, andre vælger højere og tykkere.
Detalje fra den nye MP4-23. Læg mærke til hullet lige under luftindtaget
Et eksempel er den nye McLaren-Mercedes MP4-23. Lige over kørerens hoved, sidder luftindtaget. Sidste års model var en enkel udformning, der ledte luften forbi kørerens hoved og direkte ind i luftindtaget, så motoren kunne blive afkølet. dette års model er bygget på samme princip, men med en forskel.
I stedet for at det er en solid konstruktion under luftindtaget, er dr bygget et lille gab inde i konstruktionen. Dette vil bevirke, at den luft der rammer det område, vi kunne føres videre hvor det skal, på en mere effektiv måde. En lille, men vigtig forskel.
Honda´s nye RA108´ er et andet godt eksempel. Hvor man i de sidste 5-6 år har bevæget sig mod et blødere design og mere rundede former i stort set alle dele af konstruktionen, har Honda valgt den direkte modsatte vej. Deres nyeste racer, RA108, er et sammensurium af skarpe vinkler, herunder nogle meget specielle barge boards. frontvingen er ganske enkelt enorm og beholder den skarpe profil. Det skal blive interessant at se, hvordan bilen vil reagere.
Nogen teams fravælger bestemte typer winglets, de små vinger påsat rundt omkring bilen, for i stedet at lave ændringer til undervognen. Samtidig med at ingeniørerne udtænker nye og innovative planer for at øge downforcen og minimere turbulensen, er det samtidig ekstrem vigtigt, at balancen i bilen opretholdes og at grebet ikke forværres.
Den meget karakteristiske frontvinge på RA108
Det er ikke svært at lave en bil der kan køre 400 km/t, ja endnu hurtigere, men den vil være et mareridt at få rundt i et sving. Det man henter i ren topfart, koster i kørerens sikkerhed og bilens greb.
Gennem de seneste 10 år, har Formel 1 bilerne gennemgået en revolution i designet næsten hver sæson. Fra de skarpe, kasselignende biler fra 90´erne til de mere bløde og organiske former vi ser i dag. Fra de brede bagender til de smalle ender vi ser i dag. Luftindtagene i 90´erne var kasseformede og klodsede, i dag er de små og forfinede, ja nærmest raffinerede.
Kigger man på en bil fra midten af 90´erne og på en moderne F1 racer, kan vi se at fronten er hævet ganske betragteligt. Dette skyldes en regelændring fra FIA, der ønskede lavere hastigheder. Downforcen led under den hævede front, og det betød at bagvingen rykkede en anelse frem på bilen. Designerne indhentede dog hurtigt det tabte og man har set de såkaldte bullhorns på McLarens MP4-20 og Twin Towers på BMW-Sauber raceren.
Designere og ingeniørere er konstant i færd med at udvikle indenfor dette område. Der bliver påsat nye dele hele tiden, ikke bare under løb, men også i test. Udviklingen indenfor aerodynamik er det område der udvikles mest på og designerne skal hele tiden være ét skridt foran deres konkurrenter.
Jacques Villeneuve BMW Sauber F1.06, Frankrig 2006
Det handler ikke udelukkende om at bygge nogen vinger på bilen, og så ellers trykke speederen i bund. Der er to hoved-elementer at tage hensyn til: For det første gælder det om at skabe den alt nødvendige downforce. Den hjælper bilens dæk med at blive presset ned mod vejbanen og dermed give bedre greb og samtidig hjælpe med at dreje i sving.
For det andet gælder det om at minimere den turbulens der dannes omkring bilen, og som kan nedsætte bilens samlede hastighed. Derudover er frontvingen med til at gøre den luft der rammer bilen, mere blød og tilgivende.
Til sidst er frontvingen også med til at dirigere en del af luften mod bremserne, så de ikke bliver overophedede og mister deres egenskaber. Frontvingen står for 25% af den samlede downforce på en moderne Formel 1 bil.
Bagvingen står for 35% af den samlede downforce og fungerer mere som et ror i vinden. De sidste 40% står diffuseren for. Dens funktion er at lede vinden der kommer på undersiden af bilen opad, så det maksimale vacuum skabes. Dffuseren er i virkeligheden en del af bunden af bilen samt den bagerste aerodynamik.
En yderst vigtig del som især har afgørende betydning i svingene, hvor den fordeler vinden og øger stabiliteten. Uden diffuseren vil bilen opføre sig nervøst, når køreren angriber "curb'ene" (kantstenene).
Udviklingen af vinger begyndte i slutningen af 1960´erne. Den første til at introducere vinger på en Formel 1 bil, var den legendariske grundlægger af Lotus-teamet, Colin Chapman. I 1968 satte han en beskeden frontvinge og spoilere på Graham Hill´s Lotus 49B. Hill vandt mesterskabet det år.
Vinger på en Formel 1 bil virker på samme måde som en flyvinge, bare med omvendt fortegn. Luften der passerer en vinges to sider, rejser med to forskellige hastigheder, da oversiden er anderledes end undersiden. Derved skabes en difference i trykket. Dette kaldes Bernoullis Princip. Når trykket forsøger at balancere, vil vingen forsøge at bevæge sig mod det lave tryk. Fly bruger dette tryk til at skabe løft, mens en Formel 1 bil bruger trykket til at skabe downforce.
En moderne Formel 1 racer, kan skabe op til 3,5 G i sideværts påvirkning, alene på grund af downforcen. Teoretisk kan en Formel 1 racer køre på hovedet, men indtil videre er dette dog ikke forsøgt bevist!
Tidlige forsøg med bevægelige vinger placeret højt over bilens for og bagende, skabte interessante biler, men også meget farlige situationer og spektakulære uheld. da 1970 sæsonen startede, var der indført nye regler, der begrænsede vingernes størrelse og placering, og med få undtagelser er disse regler stadig gældende i dag.
I midten af 1970´erne, var de såkaldte "ground effect" biler blevet udviklet. Ingeniører fra Lotus teamet opdagede, at hele bilen kunne opføre sig som en vinge, hvis en gigantisk vinge blev påsat under bilen, og derved suge bilen til asfalten. Skørter blev påsat rundt om bilen, og med undtagelse af fronten, skrabede hele bilen faktisk asfalten.
Den bil med mest succes på det område, var Brabham BT46B, designet af Gordon Murray. Man tog en stor ventilator og sugede luften ud under det tilskørtede område under bilen, hvilket gav enorm downforce. Bilen blev trukket tilbage efter blot et enkelt løb, da flere teams ville benytte sig af lignende opfindelser. Samtidig kom en række regelændringer, der begrænsede fordelene af "ground effects."
Først kom et forbud mod skørterne, der blev brugt til at begrænse det lufttomme rum, senere kom en regel der pålagde, at man skulle installere et såkaldt trappegulv. Trappegulvet tillod mere luft at passere gennem en diffuser, der omvendt skilte sig hurtigere af med luften, hvilket gav mere downforce.
De grundlæggende principper for aerodynamik eksisterer stadig, på trods af den tekniske udvikling med computere, CADI, vindtunnel-tests og meget andet. Det handler stadig om at skabe maksimal downforce, men minimal turbulens eller drag, som det kaldes.
Front og bagvinger er monteret med forskellige typer profiler, alt afhængig af hvilken bane der bliver kørt på. Disse profiler tillader ingeniørerne at yderligere indstille vingerne til den absolut optimale position nødvendig, for det pågældende løb.
På en smal og snørklet bane som Monaco, er det vigtigt med høj downforce, for at skabe så meget greb som muligt og samtidig tillade bilerne at komme godt rundt i de skarpe sving. I Monaco ser man typisk bagvinger med to blade, det maksimale tilladte.
På Monza, en højhastighedsbane, ser man til gengæld kun et enkelt blad på bagvingen, som er indstillet til minimal downforce, der vil øge topfarten og minimere turbulens. En bagvinge har 20 instillinger, mens en frontvinge har 100.
Alle dele, alle overflader på en Formel 1 bil til kørerens hjelm, er udtænkt med de aerodynamiske principper i mente. Intet er overladt til tilfældighederne. Kig på en F1 racer i dag og læg mærke til de mange små ekstra profiler der er påsat. Nogle har valgt smalle og lange barge boards, andre vælger højere og tykkere.
Et eksempel er den nye McLaren-Mercedes MP4-23. Lige over kørerens hoved, sidder luftindtaget. Sidste års model var en enkel udformning, der ledte luften forbi kørerens hoved og direkte ind i luftindtaget, så motoren kunne blive afkølet. dette års model er bygget på samme princip, men med en forskel.
I stedet for at det er en solid konstruktion under luftindtaget, er dr bygget et lille gab inde i konstruktionen. Dette vil bevirke, at den luft der rammer det område, vi kunne føres videre hvor det skal, på en mere effektiv måde. En lille, men vigtig forskel.
Honda´s nye RA108´ er et andet godt eksempel. Hvor man i de sidste 5-6 år har bevæget sig mod et blødere design og mere rundede former i stort set alle dele af konstruktionen, har Honda valgt den direkte modsatte vej. Deres nyeste racer, RA108, er et sammensurium af skarpe vinkler, herunder nogle meget specielle barge boards. frontvingen er ganske enkelt enorm og beholder den skarpe profil. Det skal blive interessant at se, hvordan bilen vil reagere.
Nogen teams fravælger bestemte typer winglets, de små vinger påsat rundt omkring bilen, for i stedet at lave ændringer til undervognen. Samtidig med at ingeniørerne udtænker nye og innovative planer for at øge downforcen og minimere turbulensen, er det samtidig ekstrem vigtigt, at balancen i bilen opretholdes og at grebet ikke forværres.
Det er ikke svært at lave en bil der kan køre 400 km/t, ja endnu hurtigere, men den vil være et mareridt at få rundt i et sving. Det man henter i ren topfart, koster i kørerens sikkerhed og bilens greb.
Gennem de seneste 10 år, har Formel 1 bilerne gennemgået en revolution i designet næsten hver sæson. Fra de skarpe, kasselignende biler fra 90´erne til de mere bløde og organiske former vi ser i dag. Fra de brede bagender til de smalle ender vi ser i dag. Luftindtagene i 90´erne var kasseformede og klodsede, i dag er de små og forfinede, ja nærmest raffinerede.
Kigger man på en bil fra midten af 90´erne og på en moderne F1 racer, kan vi se at fronten er hævet ganske betragteligt. Dette skyldes en regelændring fra FIA, der ønskede lavere hastigheder. Downforcen led under den hævede front, og det betød at bagvingen rykkede en anelse frem på bilen. Designerne indhentede dog hurtigt det tabte og man har set de såkaldte bullhorns på McLarens MP4-20 og Twin Towers på BMW-Sauber raceren.
Designere og ingeniørere er konstant i færd med at udvikle indenfor dette område. Der bliver påsat nye dele hele tiden, ikke bare under løb, men også i test. Udviklingen indenfor aerodynamik er det område der udvikles mest på og designerne skal hele tiden være ét skridt foran deres konkurrenter.