Formula 1 predstavlja največji presežek v primerjavi z ostalimi dirkalnimi serijami ravno v segmentu oprijema dirkalnika. Oprijem dirkalnikov se deli na dva bistvena segmenta: aerodinamični in mehanski oprijem.
Aerodinamični oprijem
Kot pravi že sama beseda in si vsak od nas laično to prav dobro predstavlja, aerodinamični oprijem predstavlja pritisk zraka na dirkalnik, ki ga dirkalnik spremeni v podtlak. Žal se v Formuli 1 stvari drastično zapletejo, saj moštva raziskujejo tovrstno znanost do njenih skrajnih meja. Moštva so v zadnjih desetletjih vložila ne samo milijone, temveč tudi milijarde sredstev v to, da bi iz dirkalnikov iztisnila največ. Moštva so tako svoj denar vložila v velike zračne tunele, kjer preizkušajo model dirkalnika v velikosti 60 % pravega dirkalnika. V zadnjih letih pa so, zaradi pomanjkanja testiranj in posledično preverjanja učinkovitosti dirkalnika v polni velikosti ter v naravnem okolju, veliko investirala v virtualni svet. Tako so dinamiko razvoja prevzele računalniške CFD simulacije, ki pa so v zadnjih letih precej točno določene s strani FIA. Moštva imajo tako precej natančno določeno katere procesorje lahko uporabljajo, s katerimi matičnimi ploščami, ter koliko ur in izračunov lahko pri tem naredijo.
Aerodinamični oprijem na dirkalniku začne biti aktiven nekje pri 70 ali 80 km/h, pri hitrosti med 120 in 130 km/h pa dirkalnik Formule 1 že izniči lastno težo in aerodinamika začne ključno učinkovati na hitrost dirkalnika; bodisi na ravnini ali ovinkih. Steze kjer se dirkalniki Formule 1 vozijo, praviloma nimajo dolgih ravnin, zato moštva ogromno svojih sredstev in časa namenjajo vožnji dirkalnika skozi ovinke. Tu pridemo do prve občutljive teme pri aerodinamičnem oprijemu, in sicer voznosti dirkalnika pri visokih ovinkih.
Prvi večji “problem”, s katerim se inženirji Formule 1 soočajo pri izdelovanju aerodinamike dirkalnika Formule 1, je faktor CofP (Center of Pressure). Inženirji v tem delu skušajo čim bolj aerodinamično uravnotežiti pritisk in prehod zraka skozi dirkalnik. Napačno izračunan faktor se bo odražal v drastičnem pre/podkrmarjenju dirkalnika skozi hitre ovinke, čeprav morda mehansko s tem nima težav.
Naslednji velik izziv inženirjev je ustvarjanje podtlaka, ki ga angleško imenujemo “downforce”. V preteklosti stvar ni bila tako zapletena, saj so bili pogonski sklopi dirkalnikov tako močni (ali pa med njimi ni bilo bistvenih razlik), da so moštva zasledovala le najvišjo vrednost »downforce« izračuna. Danes je stvar mnogo bolj zakomplicirana, saj če, recimo, dirkalnik proizvaja preveč podtlaka in ga žene prešibak motor (oziraje na konkurenco), dirkalnik ni hiter, saj motor potiska dirkalnik skozi preveliko težo zračnega pritiska.
Zračni tok
Poglejmo nekaj osnovnih idej kako zračni tok po dirkalniku prehaja v zadek dirkalnika:
Prva se srečata z zrakom prednje krilce ter nos dirkalnika. Dimenzija sprednjega krilca je določena s pravilnikom Formule 1, enako velja za nos. Trend zadnjih let je nizek nos (da bi preprečili tovrstne nesreče) in prednje krilce, ki je omejeno pri širini in togosti. Krilce se namreč ne sme preveč upogibati, ker če bi se, bi moštvo zelo hitro, zaradi aktivne aerodinamike, pridobilo sekundo ali dve – na krog. Zato FIA izvaja zelo stroga preverjanja z utežmi, s katerimi obremenijo krilca kadar dirkalnik preverjajo. Vseeno inženirji pogosto ta pravila obidejo in po TV zaslonih kljub temu vidimo upogibanje prednjih krilc pri visokih hitrostih, čeprav moštva teste pri FIA naredijo. Formula 1 v športnem smislu ne pozna dopinga, ampak če bi lahko ta šport primerjali z drugimi športi, bi lahko rekli, da je največja siva cona Formule 1 ravno raziskovanje togosti krilc na dirkalniku Formule 1.
Prednje krilce in nos določita način prehoda zraka skozi dirkalnik zato spadata med ključne dele dirkalnika, ki jih moštva posodobijo večkrat na leto. Za boljše razumevanje si bomo sposodili Ferrarijevo analizo sprednjega krilca iz leta 2014:
Dirkalnik Formule 1 se sooča z več izzivi. En problem je, kot že rečeno, da je njegova oblika določena s pravilnikom in drugi, da ni prav aerodinamično prijazen. Zato morajo inženirji dobro premisliti, koliko čistega zraka bodo spravili pod dirkalnik in od tam preko krilc sredine dirkalnika v zadek, kjer se zbira največ podtlaka. Zelo dobro je potrebno premisliti tudi, kaj bodo naredili z zavrtinčenim zrakom in koliko jim poseg v ta del dopuščajo pravila, ki se na tem področju vsako leto precej menjajo.
Kljub vsemu so zadnja leta moštva z raznoraznimi zarezami v prednje krilce (št. 7 na sliki) začela povezovati zavrtinčen zrak, ki potuje ob dirkalniku, s čistim, usmerjenim zrakom. Tako se je, spet v zadnjih letih, pri prednjem krilcu izkazalo za ključni del ustvarjanje ti. “Y250 vortex” vrtinca. Za boljše razumevanje priporočam vsaj tri (odlične) videe:
Potrebno je razumeti tudi kontekst razvoja, saj se pravila spreminjajo iz leta v leto in kar je danes popularno, bo lahko že kmalu izginilo iz dirkalnikov Formule 1. Velja tudi obratno, stvari pridejo hitro nazaj in melos menjanja delov skupaj z razvojem, ki ga povzročata razvoj in pravilnik na dirkalniku Formule 1, je posledično iz sezone v sezono izjemen.
Naslednji pomemben del pridobivanja podtlaka predstavlja prehod zraka skozi prednje krilce v nos dirkalnika, ki potem pomakne zrak nad dirkalnik. Za sezono 2019 so se ravno v tem delu prednjega krilca zgodile drastične spremembe.
Ni nam treba prav daleč po dirkalniku, da pridemo že do naslednjega aerodinamičnega dela, ki pomaga usmerjati zračni tok po dirkalniku. To so prednji zračniki zavor, ki skupaj s prednjo osjo, skušajo vnesti čim več zavrtičenega zraka, ki se skuša potem vključiti v proces pridobivanja podtlaka:
Tovrstna rešitev ponuja še eno veliko boniteto v obliki hlajenja zavor. Slaba stran tovrstne rešitve pa je v tem, da so pištole za privijanje pnevmatike postale zelo komplekse, kar zelo pogosto občuti marsikatero moštvo pri menjavi pnevmatik med dirko. Tu je svojo skodelico pristavilo moštvo Williams, ki se je zavestno odpovedalo temu sistemu vpihavanja zraka v prednjo os dirkalnika. Posledično so izdelali zelo stabilen in hiter sistem za menjavanje pnevmatik, zato so v zadnjih letih praktično nepremagljivi v hitrosti postankov med dirko.
S tistim, kar ustvarita in usmerita prednje krilce in nos dirkalnika, se nato srečajo ti. “bargeboard” krilca, si se nahajajo nekako v sredini dirkalnika. Ta krilca neposredno razdelijo zrak po dirkalniku naprej: nekaj ga gre tudi za namen hlajenja, večina pa ga je dovedena proti zadku dirkalnika.
V zadnjih letih moštva Formule 1 zasledujejo cilj, da je zadek dirkalnika čim manjši oziroma stisnjen. Tako se pojavljajo okoli zadkov dirkalnikov imena “size zero” ali “Coke bottle”, ipd.
Več zraka kot prihaja v zadnje krilce, večji bo potisk k tlom in dirkalnik bo imel boljši oprijem. V tej fazi se za zelo pomembnega izkaže tudi dno dirkalnika, saj inženirji skušajo tudi s te strani potegniti v zadnje krilce čim več zraka. Za dirkalnik Formule 1 velja, da sprednje in zadnje krilce doprineseta do 60% celotnega podtlaka, pri čemer za vse ostalo poskrbi dno dirkalnika.
Se pa ožji zadnji del dirkalnika pozna tudi na ostalih mehanskih delih dirkalnika na tem območju, ki so pogosto oblike, ki je prilagojena zgolj aerodinamiki. Velikost menjalnika sodobnega dirkalnika Formule 1 je posledično ekstremno majhna, menjalnik pa s svojimi 500 sestavnimi deli ne preseže 40 kg teže. Vzmetenje dirkalnika se pogosto močno prilagaja aerodinamični obliki dirkalnika, tudi posegi v motor niso redki.
Tako, sedaj imamo vsaj približno predstavo o tem, kako potuje zrak skozi dirkalnik Formule 1 in kje je trend pridobivanja podtlaka v zadnjih letih. Slednji je v osnovi povezan predvsem s pravilnikom Formule 1.
Mehanski oprijem
Mehanski oprijem pri dirkalniku Formule 1 ni tako izrazito pomemben, saj ni veliko stez na katerih bi prišel do izraza. Vseeno skrbi za voznost dirkalnika v nizko hitrih ovinkih ali dežju, kjer je oprijem dirkalnika ustvarjen predvsem z vzmetenjem. V Formuli 1 sta se skozi zgodovino obnesli dve vrsti vzmetenja: “pull-rod” in “push-rod“.
Nobeno vzmetenje ni boljše, gre samo za vrsto oziroma za način vpetja v dirkalnik, ki je v osnovni podrejen aerodinamični zasnovi dirkalnika. V grobem velja, da “pull-rod” zagotavlja dirkalniku nižje težišče, kar je sicer ugodno za dirkalnik, ampak lahko po drugi s strani zmoti zračni tok. Obraten problem ima “push-rod” sistem, ki se poleg vsega sooča tudi z večjimi obremenitvenimi silami. Na svetovnem spletu se pogosto vijejo težke debate o učinkovitosti enega ali drugega sistema, trend sodobnega dirkalnika pa je, da pogosto spredaj uporablja eno vrsto vpetja, zadaj pa ima drugo vrsto vpetja. Moštva lahko med leti tudi prestopajo iz sistema na sistem, kot že rečeno, pa se vse prilagaja na aerodinamiko dirkalnika.
Za konec
Pogosto se meni, da če neko moštvo razvije nek nov aerodinamični ali mehanski del, da ga bodo ostala moštva lahko enostavno skopirala. Upam, da ste ugotovili, da je delovanje dirkalnika Formule 1 preveč zapleteno, da bi se to lahko naredilo tako enostavno. Najbolj pomemben je koncept dirkalnika in teh jih imamo v Formuli 1 kar nekaj, povsem različnih.
Nesporno pa je, da ima Formula 1 v sodobni zgodovini človeka, ki razume aerodinamiko boljše od ostalih. Njegovo ime je Adrian Newey. Brez kančka dvoma je Adrian s svojim delom v Formuli 1 že sedaj pustil velik pečat, saj je v veliki meri najzaslužnejši za vse štiri Red Bullove naslove med leti 2010 in 2013. Pa ne samo to, naslove je dobil tudi z McLarnom in Williamsom, zaradi njega so se spremenili zvoki motorja in spreminjala aerodinamična pravila.
Skoraj enako je trenutno cenjen tudi James Allison, ki pri aerodinamiki sicer ne blesti tako kot Newey, so pa dirkalniki izpod njegovih rok vedno odlično vozni in lepo prehajajo iz mehaničnega v aerodinamični oprijem, pri čemer se motorji nikdar ne pregrevajo (nekaj kar za radikalnega Neweyja ne bi mogli trditi). Visoke ocene dobiva tudi zaradi tega, ker študentom, ki delujejo pod njegovim okriljem, vedno pušča proste roke. Tako je leta 2011 v F1 pod njegovim okriljem prišla v veljavo ena najbolj norih idej, ko so v Lotus Renault R31 implementirali izpušno cev tako, da je le-ta obšla dirkača. Ob vpihavanju motorja v zadnjih difuzor je dirkalnik ponujal resnično izjemen zvok. Odlične šasije je v zadnjem obdobju izdeloval tudi James Key, kar je kronal s prihodom v McLaren za leto 2019.
Velik pečat v Formuli 1 pa so pustili tudi Aldo Costa (naslov s Ferrarijem in MB-jem), Gordon Murray (Brabham “fan car”), Patrick Head (naslovi z Williamsi), Rory Byrne (glavni dizajner pri Ferrariju v letih Michaela Schumacherja), Colin Chapman (talni efekt), John Barnard (izdelava karbonske šasije), John Cooper (postavitev motorja za dirkača) in še bi lahko naštevali.
Kerim Vodnik
