Háttér: mi és miért változik a 2019-es F1-es autókon

Eltérő véleményen vannak a csapatok és az F1 vezetői az úgynevezett előzéskönnyítő 2019-es újításokról. Alább ezek mélyére ásva elmagyarázzuk, a módosítások mögött rejlő elgondolást, hogy mi miért és hogyan változik, milyen hatással lehet az autók teljesítményére, és miért fontos a mostani korrekció a hosszabb távú jövő szempontjából.

Grafika: Mercedes

Előzéskönnyítő változásokként szokás emlegetni a 2019-es új aerodinamikai szabályokat. Léptéküket tekintve kisebb módosításokról van szó, mégis az autó áramlástani sajátosságainak újragondolására sarkallják a mérnököket, és a versenygépek teljesítményére is komolyabb hatással lehetnek. A fő cél, hogy az autók közelebbről kisebb teljesítményvesztéssel tudják követni egymást, s ezáltal az eddiginél könnyebben bocsátkozhassanak csatákba a versenyzők.


Az új szabályokat nevezhetjük a 2017-es aerodinamikai megújulás korrekciójának is, hiszen az akkori regulák éppen azzal a területtel nem törődtek, amelyre ezen újítások törekszenek. Miközben az autó több területét is érintik, e változtatások mindegyike azonos elvet követ: elsődlegesen tisztítani kívánják velük az autók mögött keletkező negatív hatású turbulenciát, bónuszként pedig csökkentik velük az autók erre való érzékenységét is.


 


Az alapprobléma: előzést gátló autók


Mint azt a törekvés mutatja, az előzési probléma a keltett turbulenciában gyökeredzik. A versenyautók aerodinamikáját a tiszta levegőben történő autózáshoz fejlesztik, és a mérnökök eközben nincsenek tekintettel arra, hogy megoldásaik milyenné teszik az autóról lelépő áramlatokat, sem arra, milyen hatást gyakorolnak a mögöttük haladóra.


Az utóbbi években a teljesítmény javításának legfőbb módját a hátsó szárny és a diffúzor hatékonyságának növelése jelentette, amihez az odáig eljutó légáramlatok megtisztítása vezet. A bökkenőt az elöl keletkező zavarok jelentik. Az első kerekek forgása turbulenciát kelt, és az elsődleges feladat, hogy ezeket eltávolítsák a kocsitesttől és a diffúzortól. Ehhez már az első szárny apró elemeivel oldalra, az autó mellé terelik a levegőt, emellett finom megoldásokkal szándékosan különböző örvényeket keltenek, hogy jobban irányíthassák a folyamatot. Ennek köszönhetően alakultak ki egyre összetettebb és kifinomultabb első szárnyak, melyek feladata a kedvező és káros áramlatok szétszortírozása volt.




Kimi Räikkönen, Max Verstappen és Lewis Hamilton austini versenyfutása (Fotó: XPB) Fotó: XPB


„A jó csapatok bizonyos fokig tisztán tudják tartani a hátsó kerék környékét, és megakadályozzák, hogy a zavaró áramlatok az autó alá kerülve rontsák a diffúzor vagy az oldalsó légterelők teljesítményét” – magyarázta Nikolasz Tombazisz, az FIA technikai igazgatója. „A kerekekről lelépő levegőt sok örvény segítségével irányítják, amiket különböző eszközökkel, véglapokkal, az első szárny elemeivel, a fékhűtés elemeivel generálnak. Ezek együttesen nagyon bonyolult áramlási struktúrát eredményeznek, amely kifelé szorítja a lelépő levegőt.”


Minél jobb hatással volt mindez az autók aerodinamikájára, annál rosszabbá tette a mögöttük haladó helyzetét, hiszen nem elég, hogy azok eleve turbulens légáramlatokba hajtanak bele, így a rajtuk elhelyezett, kifinomult áramlat-félreterelési trükkök sem működnek megfelelően. 2018-ban előfordult, hogy már másfél másodperces tempókülönbség is kevés volt a hátulról érkezőnek ahhoz, hogy egyáltalán támadást indítson. Ördögi kör állt elő: a romló aerodinamikával csökkent a leszorítóerő, nőtt a csúszkálás mértéke, ez túlhevítette az érzékeny Pirelli-gumikat, melyek tapadást vesztettek, és már vissza sem nyerték azt.


Az FIA törekvése


E folyamat jó ideje problémát jelent, a 2017-ben kiszélesített autók pedig csak tovább erősítették, hiszen egyfelől nagyobb „lyukat” vágnak a levegőben, és nagyobb örvényt keltenek, másfelől a szárnyaik elhelyezkedése is úgy módosult, hogy érzékenyebbé tették az autót.


Tombazisz kiemelte, a 2019-es módosítások nem a végleges megoldást vették célba, csupán a helyzet romlását próbálták vele sürgősen megállítani, de legalábbis lassítani. „A 2017-es szabályváltozások elérték a céljukat, azaz javultak a köridők, de közben 2016-hoz viszonyítva nehezebb lett követni a másik autót. Szembesültünk azzal, hogy négy éven át a helyzet csak romlani fog, egészen addig, míg 2021-ben érkezik a nagy megoldás. Amikor munkába álltam az FIA-nál, az első dolgom az volt, hogy beszéltem Jean Todt elnökkel, és egyetértettünk abban, hogy nem várhatunk négy évet tétlenül. Kevés időnk volt lépni, közbeavatkozni pedig nem tudtunk jelentősen.”




Nikolasz Tombazisz (Fotó: XPB) Nikolasz Tombazisz (Fotó: XPB)


Az új szabályokat április 30-áig kellett elfogadtatni, és noha a csapatok egy része komoly ellenállást mutatott, a Mercedes és a Ferrari az utolsó pillanatban a „sportág érdekében” beadta derekát, és megszavazta a megújulást, amivel meglett a szükséges többség.


Fontos megjegyezni, hogy miközben a 2021-es kutatásokat a Liberty Pat Symonds által vezetett mérnökcsapata végzi, a 2019-es újítások a velük együttműködő FIA kezdeményezései voltak.


Mi változik?


A 2019-es szabályváltozások a fenti szempontok alapján az autó azon részeit érintik, melyek a mögötte keletkező zavaros légáramlatokat befolyásolják. A zavaró áramlatok kifelé terelésének folyamata a vezetőszárnnyal kezdődik. Ezt 25 milliméterrel előrébb hozták, magasságát 20 milliméterrel növelték, azzal a céllal, hogy az első szárny máshogyan és máshol találkozzon az elöl haladó autóról lelépő áramlatokkal. A felületnöveléssel valamennyi visszanyerhető abból a leszorítóerőből, ami a hatékonyság csökkenése miatt elvész.


Az autó körüli áramlatokat több módon próbálják javítani. A szárny véglapja kisebb mértékben, csak 15 fokban irányulhat kifelé, emellett egyszerű lappá válik. Ugyancsak egyszerűsítés, hogy a szárny felső részét megtisztították az örvénygenerátorként funkcionáló apró légterelőktől és kiegészítő szárnyaktól, és az alján is kettőre csökkentették a levegő kifordítását célzó terelőlapok oldalankénti számát.




Elsőként a Haas mutatta meg 2019-es fejlesztésű első szárnyát (Fotó: XPB) Elsőként a Haas mutatta meg 2019-es fejlesztésű első szárnyát (Fotó: XPB)


Mivel az első fékhűtés eddig nagyban rásegített az első szárny működésére, az FIA itt is közbelépett. A kialakítás pontos szabályozásával csökkentette az aerodinamikai hatásfokot, emellett a levegő kerekeken történő keresztülvezetését is betiltotta, mely ugyancsak a kifelé terelést segítette.


A hátsó szárny változása két célt kapcsol össze. Egyfelől javítja az autó mögött keletkező áramlatokat, amit a szárny magasságának 20 és szélességének 100 milliméterrel történő növelése, valamint a véglapok vagdosásának és lyuggatásának tilalma szolgál. Másfelől az autók közelebb kerülését is segíti azzal, hogy növeli a DRS hatékonyságát a féklap nyitásakor keletkező rés 20 milliméterrel történő növelésével.


Az elmélet a változások mögött


A fenti újítások összességében nemcsak kevésbé zavarossá teszik az autóról lelépő áramlatokat, de – főként a hátsó szárnynak köszönhetően – még kevésbé zavaró irányba is irányítják őket. Mert nemcsak a mértéke, a lelépő áramlatok alakja is számít. Ezen örvények mostantól elméletben jobban középre összpontosulnak, továbbá magasabbra is emelik őket. „Így egy gombaforma keletkezik” – magyarázta Tombazisz. „Ez a gomba azért előnyös, mert a zavaros légáramlatot, ami középen és alacsonyan helyezkedik el, egyből fölfelé nyomja, magasra. A keletkező űrt pedig friss, kívülről érkező levegő tölti fel, így a hátul haladó autó sokkal tisztább áramlatokkal találkozik.”


Tulajdonképpen ez jelenti a 2019-es változtatások kulcsmozzanatát. „A 2021-es kutatásaink során azt állapítottuk meg, hogy minél inkább befelé terelődik a lelépő áramlat, annál hatékonyabban be lehet húzni a gombába. Ha viszont jobban kifelé irányulna, ugyan be lehetne húzni, de fölemelni már nem tudnánk, vagyis az áramlat továbbra is negatív hatású lenne” – avatott be a görög mérnök.


Így fest az autóról lelépő levegő:




A gombaforma következtében a hátul haladó autó az elgondolás szerint jobban tudja kezelni a káros áramlatokat, ebben pedig az első szárny kiszélesítése is segít, hiszen több felület áll rendelkezésre a leszorítóerő termeléséhez a középső zavaros résztől (azaz az autó orrától) távolabb. Ráadásul mivel a kerekek külső falával megegyező síkba kerül az első szárny véglapja, a szárnynak nem is kell annyira kifelé fordítania a levegőt.


A változtatások hátránya, hogy az autó sokat veszít a leszorítóerőből, légellenállása pedig valamelyest nő. Előbbit az FIA ezt a szárnyfelületek növelésével próbálta ellensúlyozni, utóbbira pedig az üzemanyaglimit 5 kilogrammal történt növelése jelenthet megoldást.


Hogy fog működni a gyakorlatban?


Ez volt az FIA által kigondolt elmélet – a megvalósítás viszont már a velük ellentétes érdekektől vezérelt csapatok feladata lesz. Andy Green, a Racing Point technikai igazgatója elismerte, hogy a változtatások elsőre komoly visszaesést jelentettek. Őket például valósággal sokkolták az első szimulációk, melyek jelentős – az FIA által előzetesen jósolt 1,5 másodpercesnél lényegesen nagyobb – lassulást sugalltak, valamint az autó aerodinamikai egyensúlyának teljes felborítását. „Több másodperces veszteségről volt szó. De a fejlődési görbe nagyon meredek. Hosszú küzdelemre számítok, és mihelyst kezdetét veszi a szezon, a mérnököket már az fogja érdekelni, hogy a riválisok milyen megoldásokat találtak.”


Hozzátette: „Az összes változtatás nagyjából két évvel veti vissza a fejlődést.”


A tél folyamán a tervezők ezen károkat igyekeztek semlegesíteni, mit sem törődve az FIA szándékaival. Ahogy az élcsapatoktól hallani, sikerrel is járnak, hiszen leszorítóerő terén a tavalyihoz hasonló szinttel tervezik kezdeni az idei évet. Tegyük hozzá, ez még így is komoly veszteség, hiszen az a nyereség, amit változások nélkül értek volna el, semmissé vált.


Green szerint bármennyire is megkötötték a kezüket, a törekvéseik nem változtak. „Sok olyan eszközt elvettek tőlünk, amellyel a turbulenciát tudjuk befolyásolni. Mi továbbra is a kerekek külső oldala felé próbáljuk terelni a levegőt, miközben az FIA igyekszik belül tartani azt. A céljaink ezzel teljesen keresztezik egymást” – mutatott rá a két fél érdekellentétére.




A Force India már tavaly tesztelte az új első szárnyat a Hungaroringen (Fotó: XPB) A Force India már tavaly tesztelte az új első szárnyat a Hungaroringen (Fotó: XPB)


A szakember az egyes változtatások hatásairól is beszélt. A szélesebb első szárnyról elmondta, a legfőbb hátránya az lesz, hogy gyakrabban fog törni a kiszélesedése miatt. „A versenyzőnek tudatában kell lennie, hogy az első szárny véglapjai kijjebb vannak. Több problémára számítunk emiatt, meg is fogjuk erősíteni a szárny rögzítéseit. Azért is, hogy a kerékvetőkön történő áthajtást is kibírják.”


A fékhűtés módosítása és a levegő keréken történő átvezetésének tilalma már nagyobb érvágást jelent. „A fő cél, hogy megszüntessék a levegő átirányítását a tengelyen keresztül kifelé. Ez a kerék által keltett zavar kontrollálásában is segített minket eddig, ilyen szempontból a fékhűtés eddig szorosan együttműködött az első szárnnyal. Az új szabályok ezt most elveszik tőlünk, így a teljesítmény jelentősen romlani fog.”


Szerinte a szárny és a fékhűtés együttes változása az orr és az alatta helyezkedő elemek kialakítására is hatással lesz. „Az egyik lehetőség arra, hogy a turbulenciát elirányítsuk az első kerekektől, ha az autó elején alulra fordítólemezeket helyezünk el. Ezen a téren biztosan eltérő fejlesztési irányok lesznek. Van rá esély, hogy a méretük fog növekedni, de az orrot is felhasználhatják arra, hogy kifelé szorítsák a levegőt.”


Az előrébb tolt, alacsonyabbá vált oldalsó légterelők ezzel szemben nem okoznak nagy fejtörést a csapatoknak. „Itt a megszokott fejlesztési folyamat megy végbe. Ezen a téren év elején nem számítok nagy változásokra. Már van pár új ötletünk, de előbb meg kell vizsgálnunk, hogy hogyan hatnak a teljes áramlási képre, ami a 2019-es szabályokkal kialakul.”




Fotó: XPB Fotó: XPB


A hátsó szárnyon Green szerint a DRS módosítása okozhat jelentős változást: nőni fog miatta a különbség az időmérős és a versenytempó között, ami kompromisszumra késztetheti őket. „Az időmérőn minden DRS-zónában nyithatod a DRS-t, ezért ott inkább a nagyobb leszorítóerő felé hajlunk majd, a versenyen viszont a kisebb felé. Pályától függ, melyik utat választod inkább, továbbá attól, mennyire jól tudsz előzni.”


De nem lesz-e baklövés a reform?


Ahogy az Green szavaiból kiderül, a csapatok továbbra is az autóik jobb teljesítményéért, így tulajdonképpen az FIA ellen dolgoznak. Nem meglepő, hogy sokan közülük teljesen szkeptikusan viszonyulnak a változtatásokhoz, előre fölöslegesnek és hatástalannak tartják őket. A Red Bull 15 millió eurós pénzkidobást emleget, a Renault és a Mercedes sem számít észrevehető különbségre, és Green is amondó, hogy a köridők ugyan rosszabbak lesznek, mint amilyenek a régi szabályok mellett lennének, az előzéshelyzet nem fog javulni. Az F1 vezetői erre csak annyit mondanak, már az előrelépés lenne, ha nem lenne további romlás.


Az is kérdéses, hogy az új regulák nem nyitnak-e meg kiskapukat, melyeken át a csapatok hamar agyonüthetik az FIA és az F1 törekvéseit. Tombazisz ennek kapcsán biztos a dolgában, és állítja, nem követték el újra a 2009-es hibát. Akkor az előzést segítő szélesebb első és magasabb, keskenyebb hátsó szárnyakat vezettek be, ám a szabályok nem voltak elég szigorúak, így a csapatok hamar elkezdték kifelé terelni a levegőt.


„Az Előzési Munkacsoport meghatározta a véglapok formáját, továbbá hogy bizonyos részeknek hol kell lenniük, de az eszközök formáját már nem szabta meg, így azok összetett geometriát kezdtek ölteni. Így a csapatok könnyen gyártottak hajlított, többelemű eszközöket, melyek nem segítettek. Ezenkívül ez pont abban az időszakban volt, amikor a CFD nagy fejlődésnek indult. Így hiába volt helyes a 2009-es szándék, a szabályok alkalmazásának módja miatt a célt nem sikerült elérni” – mutatott rá a tíz évvel ezelőtti próbálkozás és a mostani közötti különbségre.




A 2009-es megújulás is az előzésekért történt, ám célt nem ért, csak a szemet bántotta... (Fotó: XPB) A 2009-es megújulás is az előzésekért történt, ám célt nem ért, csak a szemet bántotta... (Fotó: XPB)


Az óvintézkedésük, hogy még konkrétabban határozzák meg, mit és hogyan lehet elhelyezni az autón. „A mostani kihívás abban áll, hogy a részleteket is megfelelővé próbáljuk tenni. Régen a szabályok arról szóltak, hogy valaminek kívül vagy belül kell esnie egy adott területbe, azóta viszont már inkább a formákról, görbületekről és védett területekről szólnak. A 2019-es szabályzat pedig egy újabb lépés ezen irányba, mert elkezdtünk a felületek irányával foglalkozni, például azzal, hogy a véglapok vagy a szárnyprofilok a viszonyítási síkhoz képest nem zárhatnak be bizonyos szögeket, nem irányulhatnak valamerre. Ezzel elérjük, hogy az első szárny véglapjai nem lehetnek annyira görbítettek, mint voltak, és a fő lapok sem szakadhatnak meg olyan hirtelen, hogy bizonyos részek örvényeket generáljanak.”


Azt azonban Tombazisz is elismeri, hogy egy probléma mégis adódhat a megújulással. „Ha egy csapat sokkal jobb munkát végez, mint a többi, és mondjuk hat tizeddel jobb lesz mindenkinél, akkor sajnos azt kell mondjam, hogy ez egy unalmas év lesz. Mert nem számít, mennyire közel tudsz kerülni a másik autóhoz, ha már egy kör után leszakadsz róla. Így nem lenne túl izgalmas.”


Teszt 2021-re


A változások miatt hőbörgő csapatok megnyugodhatnak, az FIA szerint 2020-ban nem terveznek újabb szabályváltozásokat a 2021-re időzített átfogó reformok miatt. Legfeljebb akkor, ha találnak valami nagy hiányosságot a mostani szabályzatban, amit Tombazisz azonban nem tart valószínűnek.


Előzésszám ide, erőviszonyok oda, akárhogy is sül el végül, a 2019-es szabályrendszernek hosszabb távon minden esetben lehet egy hosszabb távú haszna: irányt mutathat a 2021-es aerodinamikai szabályok előkészítésében. A Liberty ezt végző kutatócsapata ezért is állt egyből az FIA mögé. „Mindent megteszünk a dolgok javításáért, legyen szó akár gumikról, akár sportszabályokról, támadunk, ahol csak tudunk” – ígérte Tombazisz. „Ez egy fontos lépés 2021 felé, de még nem 2021. Reméljük, hogy lesz javulás, hiszem is, hogy lesz, ám ha mégsem, az még nem fogja azt jelenteni, hogy 2021-gyel le kell állnunk, és nem fog változni semmi. A mérnöki tudományban nem mindig találsz be elsőre, és amíg nem látjuk, hogy működik, nem vonhatunk le következtetéseket sem.”




Az F1 2021-es koncepciója (fotó: Formula1.com) Az F1 2021-es koncepciója (fotó: Formula1.com)


Az F1 sportigazgatója, Ross Brawn is ennek fontosságát emelte ki. „Amíg az autók nem versenyeznek, nem fogjuk tudni, hogy milyen megoldásokat alkalmaznak, de az előrejelzések húszszázalékos javulást jósolnak. Szóval a negyedénél járunk annak, amit el szeretnénk érni. De szó sincs arról, hogy csinálsz valamit, aztán többé hozzá sem nyúlsz semmihez.”


„Ha ezekkel a változtatásokkal nem érünk el minden célt, amit szeretnénk, akkor tanulni fogunk belőle, a tanulságot tovább fogjuk vinni a változtatások következő fázisába, és addig fogjuk ezt csinálni, amíg olyan autókat nem kapunk, melyekkel sokkal jobban lehet versenyezni, mint most. Fontos lesz látni, hogy a csapatok hogyan alakítják az autóikat, milyen irányokba indulnak el, mert ezt nem 2021-ben szeretnénk fölfedezni.”