Aërodynamica in de F1: inleiding
Door Ramses Bossuyt, 17 November 2003
Aërodynamica is een van de belangrijkste factoren geworden in de huidige Formule 1. Voortdurend ontwerpen de ingenieurs nieuwe aërodynamische pakketten om de wagen nog competitiever te maken. Maar hoe zit die aërodynamica nu ineen, en wat komt er allemaal bij kijken? Dit zal ik in de komende features trachten uit te leggen.
In deze inleiding zal ik de voornaamste aërodynamische principes bespreken en wat zij juist komen doen op een F1-wagen.
Vooreerst bestaan er twee belangrijke aërodynamische krachten, namelijk de lift en de drag. De lift is een kracht die naar boven gericht is, terwijl de drag een kracht is die naar achter gericht is. Allemaal goed en wel denkt u nu waarschijnlijk, maar waarom spreekt men dan steeds van downforce? Downforce is een negatieve lift, m.a.w. een lift die naar beneden staat. Enkel klinkt het woord ‘lift’ in deze situatie meer zo goed, vandaar dat men de naam ‘downforce’ gebruikt.
Hoe ontstaat die lift? Dit valt best uit te leggen aan de hand van een vliegtuigvleugel. Zoals u op de schets kunt zien, heeft een vliegtuigvleugel een typische vorm. Deze vorm is zo gekozen dat de luchtstroming langs de bovenkant een langere weg moet afleggen als de luchtstroming langs de onderkant. Aangezien de stroming langs de bovenkant meer afstand moet afleggen als de stroming langs de onderkant, moet de lucht bovenaan sneller stromen als onderaan.
Ooit heeft er een zekere persoon, Bernoulli genaamd, aangetoond dat als de lucht sneller stroomt, de druk zal dalen. Zodus zal bij een vliegtuigvleugel de druk bovenaan lager zijn als onderaan. Dit zorgt ervoor dat de vliegtuigvleugel als het ware naar boven wordt gezogen. Deze kracht is de lift.
Zoals hierboven vermeld, werkt de drag in de tegenovergestelde richting als de richting waarin het voertuig rijdt. De drag is m.a.w. ‘slecht’. Er bestaan echter drie soorten drag. De eerste is de wrijving tussen de luchtdeeltjes en het voertuig, hierdoor wordt het voertuig lichtjes afgeremd. Ten tweede is er de drag die te maken heeft met de vorm van het voorwerp. Een bus is minder gestroomlijnd als een Porsche en zal dus meer drag creëren. Dit soort drag wordt veroorzaakt doordat er veel wervelingen ontstaan achter de bus. Door deze wervelingen wordt de druk achter de bus lager als voor de bus en zo wordt de bus als het ware naar achter getrokken. En als laatste is er ook de geïnduceerde drag. Deze drag hangt nauw samen met de lift en kun je niet vermijden.
Zowel lift als drag kunnen beschreven door een zelfde formule. Ik zal u deze besparen, maar ik ga toch even de verschillende parameters aanduiden waarmee je de lift en drag kunt beïnvloeden. Als eerste is er de snelheid. Het is logisch dat als het voertuig stilstaat er geen lift of drag kan zijn. Hoe sneller het voertuig rijdt hoe groter de aërodynamische krachten zullen zijn. Het is zelfs zo dat dit verband kwadratisch is. Dit wil zeggen dat als de snelheid twee keer zo groot wordt, de lift en drag vier keer zo groot worden!
Dan is er het frontaal oppervlak: hoe groter dit oppervlak is, hoe groter de plaats is waar de aërodynamische krachten op kunnen werken, en dus hoe groter de lift of drag zullen zijn. De derde parameter is de dichtheid van de lucht. In hoger gelegen streken en warmere streken is de dichtheid van de lucht kleiner, hierdoor verminderen ook de lift en drag. Last but not least, zijn er de liftcoëfficiënt en de dragcoëfficiënt. Zij drukken de invloed uit van de vorm van de vleugels en het voertuig.
Allemaal goed en wel, een leuke theorie, maar wat heeft dit met een F1-wagen te maken? Beeld nu even in dat er geen vleugels en aërodynamische hulpmiddeltjes op een F1-wagen zouden zitten, zodat enkel de kale auto overblijft. Zo ziet u op onderstaande schets dat de lucht bovenaan een grotere weg moet afleggen als onderaan.
M.a.w. een F1-wagen is in feite een soort vliegtuigvleugel en zal lift creëren. Dit is echter nefast voor de grip, want de banden zullen minder hard tegen het asfalt worden gedrukt.
Elke doordeweekse auto heeft hier ook last van. Vandaar dat men bij het ontwerpen van een auto ook aandacht schenkt aan aërodynamica. Zo hebben de meeste wagens een voorspoilertje of een gestroomlijnde achterpartij of eventueel zelfs een kleine achterspoilertje. Deze hebben echter maar een klein effect en kunnen de lift enkel verminderen, maar niet teniet doen. Bij een F1-wagen echter kan men de lift helemaal reduceren en zelfs beter doen, namelijk downforce creëren, zodat de wagen harder tegen de grond wordt gedrukt als hij sneller rijdt. Een F1-wagen gaat dus bij bijvoorbeeld 250 km/u harder tegen het asfalt worden geduwd dan wanneer hij stilstaat.
Hoe kan een F1-wagen nu die downforce verwezenlijken? Daarvoor maakt hij gebruik van vleugels en andere aërodynamische addenda, maar ook van een precies uitgedokterde stroming onder de wagen. Maar hier vertel ik meer over in een volgende feature…
Facebook
NuJij
eKudosF1 merchandise
Een hele winkel vol F1 modellen en spullen tegen scherpe en interessante prijzen. Kom zeker eens kijken!