Aerodynamica in de Formule 1: hoe luchtstroom snelheid en prestaties beïnvloedt

Het vermogen van een auto om in de lucht te manoeuvreren heeft een aanzienlijke invloed op zijn snelheid en prestaties in de Formule 1.

Het is dus cruciaal om een ​​auto te ontwerpen met de best mogelijke aerodynamica als je competitieve rondetijden wilt neerzetten.

Aerodynamica heeft naast de snelheid in rechte lijn een aanzienlijke invloed op de algehele stabiliteit, het bochtenvermogen en de bandenslijtage van de auto.

Door de juiste balans te vinden tussen aerodynamische efficiëntie en de andere prestatie-elementen die bijdragen aan het succes van een Formule 1-auto, is het uiteindelijke doel om de totale prestatie te maximaliseren.

Aerodynamische onderdelen van een Formule 1-auto

Hier is een kort overzicht van de verschillende aerodynamische componenten waaruit een Formule 1-auto bestaat:

Voorvleugel

Een van de meest cruciale onderdelen van een F1-auto is de voorvleugel.

Om zog (langzaam bewegende lucht) te verminderen en de prestaties te verbeteren, speelt het een belangrijke rol bij het genereren van neerwaartse druk en het richten van de luchtstroom rond de auto, met name rond de voorbanden.

De auto kan met hogere snelheden rijden en kan beter bochten nemen dankzij de draaikolken die de uiteinden van de vleugelstukken creëren.

Achtervleugel

Samen met de voorvleugel balanceert de achtervleugel de aerodynamica van de auto door downforce te produceren.

Voor optimale prestaties produceren deze onderdelen in combinatie met de diffusor de meeste neerwaartse druk.

Het Drag Reduction System (DRS), dat ook in de achtervleugel is ondergebracht, kan de pieksnelheid verhogen en de weerstand verminderen wanneer het is ingeschakeld, waardoor bestuurders een betere kans krijgen om langzamere voertuigen te passeren.

zijpods

Om de auto zo strak mogelijk in te pakken en radiatoren en spruitstukken te huisvesten om de weerstand te verminderen, zijn sidepods nodig.

Hun lay-out en opstelling helpen ook bij het koelen van de aandrijfeenheid, waardoor oververhitting van de motor van de auto en andere onderdelen wordt voorkomen.

De voorvleugel en sidepods werken samen om de luchtstroom naar de diffusor te leiden, die het grootste deel van de neerwaartse druk van de auto produceert.

Verdeler

Het grootste deel van de neerwaartse druk die door de onderkant van het voertuig wordt geproduceerd, wordt geproduceerd door de diffusor, die zich aan de achterkant van de auto bevindt.

Om lagedrukgebieden te creëren die downforce produceren, werkt het door de luchtstroom onder het voertuig te versnellen.

Een effectieve luchtstroom wordt gegarandeerd door een goed ontworpen diffusor, die ook de prestaties van het voertuig als geheel aanzienlijk verbetert.

Oponthoud

De ophanging regelt hoe de auto reageert op de weg en de input van de bestuurder als schakel tussen de auto en zijn wielen.

Het is essentieel om een ​​auto in balans te houden, stabiliteit te garanderen en topprestaties te garanderen.

Doorgaans bevat een Formule 1-auto zes structurele componenten per wiel, die helpen de auto te stabiliseren en schokken op te vangen, waardoor de ideale omgeving wordt gecreëerd voor een goede aerodynamica.

Vloer

Om de downforce te maximaliseren, concentreren teams zich nu op de onderkant van de auto als gevolg van de Formule 1-reglementen van 2022.

De herziene eisen laten nu meer variatie toe in de geometrie van de ondervloer, waardoor ontwerpers meer vrijheid hebben om de algemene vorm van de vloer en de overgang van het referentievlak te variëren.

Om de stroming door de gebouwde ‘tunnel’ te reguleren, is de Red Bull RB18 als voorbeeld gebruikt, met een duidelijke kromming over alle oppervlakken en een gebeeldhouwde afwerking van het overgangsgebied en het getrapte bootstaartgedeelte.

Teams hebben zich ook geconcentreerd op de rand van de vloer en hebben gedurende 2022 grote middelen geïnvesteerd in ontwikkeling, ondanks de wetten die de mogelijkheden van de ontwerpers op dit gebied gedeeltelijk beperken.

Om de prestaties zowel direct als indirect te verbeteren, hebben de teams uitsparingen en vloergeometrie gebruikt.

De getrapte bootstaartoplossing en de “ijsschaats” -oplossing, die een fysieke limiet stelt aan het gebied van de vloer naarmate de rijhoogte afneemt en tegelijkertijd aerodynamische ondersteuning biedt voor de rivaliserende stroomstructuren die naar dat gebied vloeien, zijn door andere teams overgenomen. Red Bull is bijzonder innovatief geweest in zijn ontwerpbenadering.

De impact van aerodynamische voorschriften op Formule 1-ontwerpen

De regels die de aerodynamica in de Formule 1 beheersen, zijn in de loop der jaren verschillende keren herzien.

Het doel is om het competitieniveau van de sport op peil te houden en nauwere races aan te moedigen, wat het totale spektakel voor de toeschouwers zal verbeteren.

Teams worden gedwongen hun voertuigen aan te passen en te verbouwen als de regelgeving verandert om de prestaties te maximaliseren en tegelijkertijd aan de nieuwe richtlijnen te voldoen.

Aerodynamische methoden en componenten zijn geavanceerder geworden als gevolg van deze voortdurende cyclus van uitvindingen en aanpassingen.

De wetenschap achter aerodynamica: computationele vloeistofdynamica

Formule 1-teams gebruiken vaak computational fluid dynamics (CFD) om te analyseren hoe de wind rond de auto zich gedraagt ​​tijdens het ontwerp- en ontwikkelingsproces.

Bij het maken van een F1-auto moet een zorgvuldig evenwicht worden gevonden tussen theorie, experimenteren en oefenen.

Teams kunnen CFD-simulaties gebruiken om beter te begrijpen hoe de aerodynamica van de auto zal veranderen als gevolg van verschillende ontwerpwijzigingen, wat de prestaties rondom zal verbeteren.

Teams kunnen de ideale combinatie van snelheid en stabiliteit bereiken door CFD-analyse toe te passen op het ontwerp en de aerodynamica van de auto te verfijnen.

Actieve aerodynamica in de Formule 1: DRS en F-ducts

In de Formule 1 is actieve aerodynamica een relatief nieuw idee.

Het Drag Reduction System (DRS), dat een beweegbare achtervleugel toevoegt om inhalen te vergemakkelijken, is een opmerkelijk voorbeeld van actieve aerodynamica.

De DRS-technologie geeft de auto een voorsprong bij het inhalen van het voertuig van een concurrent door de luchtweerstand te verminderen.

Het F-duct is een systeem dat de luchtstroom door een verstelbaar kanaal aanpast om de luchtweerstand op de voorvleugel te verminderen, waardoor de aerodynamische efficiëntie van de auto verder wordt verbeterd, en is een ander beroemd voorbeeld van actieve aerodynamica.

De balans tussen aerodynamica en andere prestatiefactoren

Hoewel aerodynamica een grote rol speelt in de prestaties van de Formule 1, is dit niet het enige aspect dat van invloed is op het succes van een auto.

Factoren zoals het motorvermogen, de grip van de banden, de gewichtsverdeling en de vaardigheid van de bestuurder zijn allemaal essentieel voor het bereiken van de perfecte balans voor winnende prestaties.

Bovendien vragen de uitdagingen van de verschillende circuits op de Formule 1-kalender om verschillende aerodynamische setups, wat betekent dat het bereiken van de perfecte balans een voortdurende strijd is gedurende het hele seizoen.

De toekomst van aerodynamica in Formule 1-races

De toekomst van aerodynamica in de Formule 1 zit vol mogelijkheden.

Naarmate technologieën vooruitgaan en nieuwe innovaties worden geïntroduceerd, zal de sport de grenzen van prestaties blijven verleggen.

Recente ontwikkelingen zijn onder meer de introductie van grondeffectaerodynamica, een concept dat in het verleden is gebruikt en mogelijk terugkeert in de 2022-regelgeving, om het genereren van downforce verder te verbeteren.

Bovendien konden we de implementatie zien van vormveranderende aerodynamische onderdelen, die zich on-the-fly aanpassen aan veranderende baanomstandigheden en eisen.