McLaren je prekvapený, že žiaden ďalší tím neprišiel na trik s difúzorom. Čo vlastne vymyslel?

Cez víkend sa v padoku živo diskutovalo o technických vychytávkach z viacerých tovární. Azda najviac pozornosti sa však ušlo difúzoru McLarenu, ktorého riešenie prekvapilo nejedného konkurenta. Nuž a zaskočený zostal i samotný Woking. Z toho, že nikto zo súperov nepostupoval rovnako ako on. O čo tu vlastne ide? Na to sa pozrieme v tomto článku.

Ako už vieme, úlohou nových pravidiel pre rok 2021 sa stalo zmenšiť prítlak monopostov, a tak predísť problémom s pneumatikami. FIA to dosiahla zmenšením plochy podlahy, v ktorej navyše nesmú byť žiadne zárezy, ďalej skrátením lopatiek okolo zadných brzdových kanálikov a v neposlednom rade skrátením vertikálnych lopatiek difúzora.

Na čo sú vlastne také lopatky dobré?

Značnú časť prítlaku monopostu generuje podlaha v spolupráci s difúzorom. Na monopostoch F1 je povolené používať difúzory už od roku 1983 z jednoduchého dôvodu; ak by na nich neboli, ich podlahy by len sotva generovali prítlak, ba je možné, že by dokonca generovali vztlak.

Podlaha a difúzor generujú prítlak vďaka rozdielu v tlaku vzduchu nad podlahou (difúzorom) a pod ňou. Platí tu Bernoulliho rovnica, z ktorej možno (minimálne pre aplikácie vo Formule 1) odvodiť nasledovné: Ak okolo objektu prúdi tekutina rôznymi rýchlosťami, tak pomalšie prúdiaca tekutina bude mať v okolí objektu väčší tlak, a naopak.

Najlepšie to možno vidieť na profile krídla. V tomto prípade bude tekutinou vzduch, nuž a ten obteká ponad krídlo i popod neho, aby sa za ním opäť spojil. Všimnime si, že vzduch, ktorý obteká naše krídlo zospodu, musí prejsť väčšiu vzdialenosť, a preto tu bude prúdiť rýchlejšie. Z Bernoulliho zistení nám vyplynie, že tu bude tlak menší a nad krídlom (kde prúdi vzduch pomalšie) zas väčší. Výsledkom je, že krídlo je “vťahované” do oblasti s nižším tlakom, t.j. dolu, a my sa tešíme z prítlaku.

Podobne funguje aj podlaha na monoposte Formuly 1. Inžinieri sa snažia nájsť spôsob, ako urýchliť prúdenie vzduchu pod podlahou a vytvoriť tak pod ňou podtlak, ktorý bude auto pritláčať k zemi. Pri tomto boji im náramne pomáha zadný difúzor.

Na mieste, kde sa difúzor začína “otvárať”, sa prúd vzduchu prichádzajúci spod podlahy ešte väčšmi zrýchli. Práve tu vzniká najsilnejší podtlak, teda najviac prítlaku. Smerom dozadu sa priestor začína rozpínať a s ním postupne spomaľuje i prúd vzduchu z podlahy.

Cieľom difúzora je totižto okrem generovania prítlaku i spomaliť spomínaný prúd na rýchlosť, ktorá sa bude približne rovnať relatívnej rýchlosti vzduchu obtekajúceho auto. Ak sa mu to podarí, na úplnom konci difúzora nebude vznikať podtlak, ktorý by auto “ťahal” ešte aj smerom dozadu, a teda spomaľoval.

Vo všeobecnosti platí, že čím je difúzor väčší, tým ochotnejšie (rýchlejšie) bude vzduch prúdiť popod podlahu k difúzoru. Nuž a ako sme si už povedali, rýchlejší prúd sa pod podlahou rovná väčšiemu prítlaku.

Avšak, nie je to také jednoduché. V prvom rade preto, že rozmery difúzorov obmedzujú pravidlá. Okrem toho si musia inžinieri dávať pozor na to, aby sa prúd vzduchu prechádzajúci difúzorom neodtrhol od povrchu difúzora a tým nevytváral turbulencie a neznižoval celkovú účinnosť difúzora a podlahy.

Tu si aerodynamici pomáhajú spomínanými vertikálnymi lopatkami, ktoré majú za úlohu “vyčistiť” prúd vzduchu, nasmerovať ho, kam treba, aby sa spojil so vzduchom obtekajúcim auto. V neposlednom rade generujú silné víry, ktoré zväčšujú podtlak tým, že zvyšujú energiu prúdenia.

To je, prirodzene, ťažšie dosiahnuť, čím je difúzor vyššie od zeme. V dnešnej dobe naklonených podláh je preto veľmi dôležité mať čím dlhšie vertikálne lopatky, ktoré vedia ovplyvniť prúdenie vzduchu aj bližšie pri vozovke.

Žiadne také

Nuž a z tohto dôvodu sa FIA vlani rozhodla skrátiť práve tieto vertikálne lopatky a tým zmenšiť celkový prítlak monopostov.

Tie lopatky, ktoré sa nachádzajú aspoň 250 milimetrov od stredovej roviny auta, musia byť aspoň 50 milimetrov nad najspodnejším bodom podlahy, tzv. referenčnou rovinou. Táto oblasť je na obrázku nižšie znázornená modrou. V tejto oblasti sa teda žiadna lopatka nesmie nachádzať.

Avšak, v žltej oblasti na obrázku vyššie, ktorú Technické pravidlá FIA špecifikujú v stati 3.7.10.c, sa FIA pokúsila odstrániť lopatky inou formuláciou. Podľa nej “všetky časti karosérie, ktoré je vidieť spod auta a sú menej ako 50 milimetrov nad referenčnou rovinou, najviac 250 mm od stredovej roviny auta a za líniou, ktorá je 175 mm pred stredovou rovinou zadných kolies, musia po reze s akoukoľvek horizontálnou rovinou vytvoriť spojitú čiaru”.

Čo to znamená v ľudskej reči? Jednoducho povedané, ak by sme oblasť difúzora v žltej oblasti horizontálne rozrezali, musíme dostať jednu spojitú, resp. súvislú krivku. Pekné ilustrácie k tomu nakreslil Craig Scarborough na Twittri.

Na prvom z dvojice tweetov vidíme dve žlté lopatky, ktoré pravidlám nevyhovujú. Ak vedieme horizontálny rez v tejto časti, dostaneme totižto tri nesúvislé čiary (červená). Avšak, riešenie McLarenu na spodných obrázkoch už vyhovuje. Po reze totižto dostaneme jednu súvislú krivku pripomínajúcu písmeno H. Scarborough zároveň predpokladá, že konkrétne tieto lopatky by mohli usmerňovať tok vzduchu v centrálnej časti difúzora a zároveň brániť tomu, aby ho rušili víry z jednotlivých strán.

Diera v pravidlách?

V pravom zmysle slova teda nejde o žiadnu dieru v pravidlách, čo napokon uznáva aj James Key, technický riaditeľ McLarenu. “Je to normálny návrh. V skutočnosti sme prekvapení, že sme azda jediný tím, ktorý to využil.”

Napokon sa zdá, že McLaren spravil dobre, ak na obrázkoch z predstavenia auta túto oblasť začierňoval. A aerodynamické oddelenie si od svojho šéfa vyslúžilo za inovátorský nápad pochvalu, hoci zdôrazňuje, že výhoda plynúca z takejto interpretácie pravidiel nebude až taká dramatická. Čakať scenár z roku 2009 je určite prehnané.

“Myslím si, že je vždy fajn, ak tím príde s novým nápadom, ktorý je jedinečný. Klobúk dolu pred naším aerodynamickým oddelením a chlapcami z pracovnej skupiny, ktorá rieši aerodynamiku v zadnej časti auta, za to, že si uvedomili, že je možné využiť pravidlá takto. Klobúk dolu,” pokračoval Key.

Vzápätí pokračoval: “Samozrejme, je fajn prísť s niečím, čo nám bude jedinečné. Očakávam však, že ide len o jednu z tých viditeľných vecí, o ktorých sa toho veľa povie, avšak ide len o jednu časť oveľa komplexnejšieho riešenia nášho auta. Som si istý, že sa na to o pár týždňov zabudne.”

Čo na to súperi?

Ďalšou otázkou je, ako rýchlo dokáže konkurencia skopírovať takéto riešenie? Na difúzore McLarenu si môžeme všimnúť, že okraje stredovej časti sú hranaté. Práve na tieto hrany nadväzujú inkriminované lopatky. Konkurencia sa však ubrala inou cestou, napríklad stredová časť difúzora Mercedesu sa zvažuje plynule.

“Prvá vec pri hodnotení nápadov, ktoré ste videli niekde inde, je pustiť sa do CFD,” opisuje postup, ktorý môže konkurencia aplikovať, James Key. “Myslím si, že v dnešných dňoch už takto viete vyskúšať riešenie, ktoré uvidíte u konkurenčného tímu, do jedného týždňa. Ak po tom týždni bude oň stále záujem — môže ísť o náš difúzor alebo hranu podlahy Mercedesu —, tak viete celú vec zhodnotiť pomerne rýchlo.”

“Potom ide o to, aby ste pochopili, ako to bude fungovať na vašom aute. To je kľúčové; môžete prísť s vlastnou verziou, pretože pochopíte princíp, ale musíte ho adaptovať tak, aby fungoval na vašom aute.”

“Následne by ste to nasadili vo veternom tuneli, čo by mohlo zabrať jeden alebo dva týždne. Potom to musíte vyrobiť. To je pomerne priamočiare, takže môžeme povedať, že od spravenia prvých fotiek až po nasadenie toho riešenia na auto to potrvá tri až päť týždňov, ak na to chcete naozaj zatlačiť,” vysvetlil technický boss tímu z Wokingu.