Aërodynamica in de F1: de vleugels
Door Ramses Bossuyt, 24 November 2003
Zoals in de vorige feature verduidelijkt werd, creëren F1-wagens bij hoge snelheden downforce. Deze downforce wordt ontwikkeld door een precies uitgedokterde stroming onder de wagen, vleugels en andere aërodynamische addenda. Laten we het in deze feature hebben over de laatste twee, de vleugels en konsoorten.
Vleugels spelen een belangrijke rol in aërodynamica van de F1-wagens. De reden is dat ingenieurs de vleugels van de wagen in een wip kunnen aanpassen, in tegenstelling tot de onderkant van de wagen. Ook kan men vrij makkelijk een hele vleugel verwisselen met een andere vleugel. Vleugels zijn m.a.w. de flexibele werkpaarden van de aërodynamica van de huidige F1-wagens.
Hoe ziet een vleugel er nu uit? Het principe is hetzelfde als een vliegtuigvleugel. Enkel moet een vliegtuigvleugel lift genereren en een F1-vleugel downforce. Een F1-vleugel is dus in feite een omgekeerde vliegtuigvleugel (zie schets). De luchtstroming moet onderaan een grotere afstand afleggen dan bovenaan, zodat er onder een kleinere druk als boven ontstaat. En zo wordt de vleugel en dus heel de auto naar beneden gedrukt.
Laten we even de grootste van alle vleugels, namelijk de achtervleugel, onder de loep nemen. De achtervleugel bestaat in feite meestal uit drie vleugels, die de ingenieurs op elke circuit anders afstellen om zo het optimale compromis tussen downforce en drag te bereiken. De achtervleugel is de belangrijkste vleugel, omdat hij de meeste downforce genereert, maar dus jammer genoeg ook veel drag kan veroorzaken. Vandaar dat dit typisch de vleugel is waaraan je kunt zien of de ingenieurs voor een hoge topsnelheid dan wel voor een hoge bochtensnelheid hebben gekozen. Als de vleugel vlak staat, is er weinig downforce, maar ook weinig drag, wat resulteert in een hoge topsnelheid, maar minder grip in de bochten. Kun je de reclame op de achtervleugel zeer goed lezen dan creëert hij veel downforce, maar ook veel drag. De wagen zal veel grip hebben in de bochten, maar zal moeten inboeten aan topsnelheid.
Zullen we nu de voorvleugel van dichterbij bekijken. Deze bestaat uit twee opeengestapelde vleugels om zoveel mogelijk downforce te kunnen creëren. Een van beiden is vaak afstelbaar om gedurende race nog een kleine wijziging aan te brengen. Dit gebeurt tijdens een pitstop, de mecaniciens wijzigen met een sleutel de helling van een van de voorvleugel. Aan het uiteinde van de voorvleugel zit een eindplaat, deze verhindert dat de luchtstroming van de hoge druk aan de bovenkant naar de lage druk aan de onderkant stroomt. Dit zijn de zogenaamde vortices (de grote witte pijl op de schets). Deze voritces kun je op een regenachtige of besneeuwde dag zien als een vliegtuig landt, het zijn die rondraaiende wervelingen aan het einde van de vleugels. Soms kun je op een vochtige dag ter hoogte van de achtervleugel van een F1 ook vortices zien. Deze vortices moeten vermeden worden, want ze verminderen de downforce en verhogen de drag. Vandaar dat men eindplaten plaatst op de vleugels.
In de huidige Formule 1 hebben deze eindplaten nog een extra functie. Ze moeten er namelijk ook voor zorgen dat de wielen de stroming omheen de voorvleugel niet verstoren. Want een ronddraaiend wiel ontwikkeld op zijn beurt een stroming die vaak gepaard gaat met een grote turbulentie. Daarenboven creëert een ronddraaiende wiel dat zich vrij in een luchtstroming bevindt, een lift. Vandaar dat de huidige eindplaten een gebogen vorm hebben en er nog kleine vleugeltjes opstaan. Dit allemaal ten einde de invloed van de wielen op de voorste vleugel te verminderen.
Buiten de vleugels zijn er nog belangrijke aërodynamische addenda op een F1-wagen, bijvoorbeeld de in 1999 omstreden barge boards. Deze hebben tot doel de ‘propere’ luchtstroming die van onder de neus naar de onderkant van de wagen gaat, te scheiden van de ‘vuile’ turbulente stroming die van de wielen en de ophanging komt. Ondanks het feit dat de ophanging een gestroomlijnd profiel heeft wordt er ter hoogte van de ophanging turbulentie ontwikkeld. De barge boards zijn naar hun einde toe minder hoog, opdat er nog voldoende lucht door de radiatoren kan stromen. Dit komt omdat de koeling van een F1-motor gebeurt via de luchtstroming door de radiatoren, dus moet er natuurlijk nog voldoende lucht doorheen de sidepods kunnen stromen.
Naast deze drie belangrijke aërodynamische hulpmiddelen, staan er her en der op een F1-wagen nog enkele ‘kleine’ middeltjes om de stroming omheen de wagen te optimaliseren. Zo zijn er de krullen voor de achterwielen om ervoor te zorgen dat de achterwielen minder lift en minder turbulentie creëren. Ook de kleine vleugeltjes op de sidepods kunnen gebruikt worden om de stroming te beïnvloeden. Allemaal kleine zaken om de stroming te optimaliseren. Maar zoals geweten, in de F1 telt elke duizendste van een seconde, dus alle beetjes helpen.
Buiten al de vleugels aërodynamische hulpmiddeltjes, kan er ook downforce gecreëerd worden door het grondeffect en de stroming onder de wagen. Maar dat komt u te weten 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!
