Analýza: Takto Mercedes znižuje svetlú výšku

Víkend v Austine patrí debate o zadných závesoch a difúzore, no najmä o riešení Mercedesu, ktoré strieborným šípom na rovinkách pomáha výrazne predčiť konkurenciu. Vďačí za to šikovnému systému, ktorého zákaz však nečakajte. Tímy ho využívajú už celé roky, Mercedesu sa len podarilo dotiahnuť ho do väčšieho extrému.

Predstavitelia Red Bullu si v uplynulých týždňoch poriadne posvietili na Mercedes. V Turecku upozornili na rýchlosť súpera na rovinkách a vyhlásili, že odhalia trik strieborných šípov. A vďaka palubným záberom z monopostu Lewisa Hamiltona ho aj odhalili a predstavili ho celému svetu.

Christian Horner sa o znižovaní svetlej výšky na rovinkách rozhovoril počas piatkových tréningov. On sám neoznačil “systém, ktorý teraz zvyknú aktivovať” v Mercedese za nelegálny, no jeho slová stačili na rozpútanie veľkej diskusie o tom, čo týmto trikom vlastne Mercedes získava a či je to vôbec v súlade s pravidlami.

Tota Wolffa v rozhovore pre Sky Sports pobavilo, že je okolo zadných závesov jeho tímu také haló. “Sú to pekné príbehy a krásne vystavaný naratív. Myslím si, že všetci pracujú na závesoch najlepšie, ako vedia. A my toto robíme už dlho.”

Čo vlastne tímy robia už dlho?

Na palubných záberoch z Turecka sme mohli vidieť, že monopost Lewisa Hamilton si na rovinkách nedrží stabilnú svetlú výšku v zadnej časti, ale na jej začiatku si “sadne”. Vďaka tomu sa zmenší čelný prierez monopostu, a teda aj veľkosť aerodynamického odporu.

Ako sme však poznamenali v piatok, deje sa aj niečo iné. Ako dobre vieme, podlahy všetkých monopostov v F1 majú istý sklon, vďaka ktorému v spolupráci s difúzorom generujú prítlak. Avšak v momente, keď sa podlaha dostane do horizontálnej polohy, sa prúd vzduchu odtrhne. Podlaha s difúzorom zrazu prestáva generovať prítlak, ale zmenší sa aj odpor.

A presne o to Mercedesu ide; znížiť svetlú výšku zadnej časti auta tak, aby sa odtrhol prúd vzduchu obtekajúci difúzor, a tým sa na rovinkách zbavil zbytočného odporu. Otázkou už len bolo, ako to Mercedes dokázal, ak sú zakázané aktívne prvky zavesenia? Dá sa to dosiahnuť čisto mechanicky a zároveň zabrániť tomu, aby sa tento “systém” aktivoval v zákrutách, kde pilot tento extra prítlak potrebuje?

Môžeme prikývnuť. Tímy to vedia zariadiť s pomocou tzv. tretej pružiny (heave spring). Na animácii (z dielne Mercedesu) nižšie môžeme vidieť prácu zadného zavesenia v zákrutách. Všimnime si, že na oboch stranách máme tlmič. Ak auto prechádza ľavotočivou zákrutou, tlmič na pravej strane sa stlačí, zatiaľ čo tlmič na ľavej strane sa predĺži. Avšak tretia pružina, ktorá spája obe strany, v tomto momente nepôsobí proti žiadnej sile.

Situácia sa zmení, keď sa auto dostane na rovinku. V tej chvíli sa tlmiče na oboch stranách začnú stláčať, no zároveň s nimi aj tretia pružina (animácia nižšie). Tá má za úlohu pôsobiť proti prítlačnej sile, a tým pádom udržiavať svetlú výšku zadnej časti auta.

Čím ide monopost rýchlejšie, tým väčšia sila pôsobí na tretiu pružinu. Platí totiž, že veľkosť prítlaku sa zväčšuje s druhou mocninou rýchlosti. Ak teda auto zrýchli zo 100 km/h na 200 km/h, má až štyrikrát viac prítlaku.

Tu prichádza trik, ktorý tímy využívajú. Tretia pružina “vzdoruje” pôsobiacej sile len po istú hranicu. Keď ju dosiahne, pružina sa stlačí a prestane udržiavať svetlú výšku auta na pôvodnej úrovni. Presne v tomto momente si zadná časť auta “sadne”, ako vidíme na monoposte Lewisa Hamiltona.

Tretia pružina sa vráti do pôvodného stavu až pri brzdení, keď na zadnú časť auta prestane pôsobiť taká veľká prítlačná sila. Auto sa vráti do pôvodnej polohy, prúd vzduchu v oblasti difúzora sa upokojí a difúzor opäť začne generovať prítlak.

Ako vysvetľuje bývalý technický riaditeľ Jordanu Gary Anderson, tretiu pružinu si môžeme predstaviť ako plynovú vzperu kufra na klasickom aute. V momente, keď začneme zavierať kufor na aute, je treba vynaložiť istú silu na to, aby sa vzpery začali stláčať. V istej chvíli však sila, ktorá držala kufor otvorený a ktorú sa snažíme pretlačiť, povolí a odpor sa zmenší.

Keď monopost Lewisa Hamiltona ide po rovinke, postupne stláča tretiu pružinu. Keď naberie rýchlosť a na tretiu pružinu začne pôsobiť dostatočne veľká sila, tretia pružina sa “poddá” a zadná časť auta si “sadne” presne, ako keď sa zrazu začne kufor na aute zatvárať aj bez ďalšej pomoci.

Animácie vyššie sú len modelové. Treba si uvedomiť, že v skutočnosti aj počas prejazdu zákrutami pôsobí na tretiu pružinu istá sila. Inžinieri si preto musia dať pozor, aby správne nastavili tuhosť tretej pružiny a počítali aj s istou rezervou, aby sa náhodou nestlačila niekde medzi rýchlymi zákrutami. Platí preto, že čím rýchlejšie sú na okruhu zákruty, tým neskôr na rovinke si môže zadná náprava sadnúť.

Čo na to Medzinárodná automobilová federácia?

Na stretnutiach tímov a FIA sa o zákaze tohto triku diskutuje už dlho, no doposiaľ nikdy sa neobjavila dostatočne veľká vôľa na to, aby sa to dostalo aj do pravidiel. V menšej či väčšej miere preto takto navrhnutú tretiu pružinu využívajú všetky tímy už roky.

Rozlúčiť by sme sa s ňou mohli až v budúcej sezóne. V technických pravidlách pre rok 2022 sa totižto v súvislosti so zavesením objavila nová stať, ktorá hovorí o tom, že využitie efektu hysterézy bude akceptovateľné len v prípade, ak pôjde o náhodný vedľajší efekt.

Čo je to vlastne hysteréza a ako jej zákaz pokazí náladu Mercedesu? Hysteréza je vlastnosť systému, ktorého výstupná hodnota nezávisí len od vstupných hodnôt, ale aj od predchádzajúceho stavu.

Vysvetliť si to môžeme na tretej pružine. Keď na pružinu začne pôsobiť hraničná sila, stlačí sa a zadná časť auta si sadne. Následne ešte nejaký čas bude množstvo prítlaku rásť, a to až do momentu brzdenia.

Keď pilot zloží nohu z plynu a začne brzdiť, prítlačná sila sa začne zmenšovať. Avšak tretia pružina sa nevráti do pôvodného stavu okamžite, keď sa prítlačná sila dostane pod spomínanú hraničnú hodnotu. Spraví tak, až keď na ňu pôsobí oveľa menšia sila.

Nadnesene môžeme povedať, že pružina “si pamätá”, že je stlačená, no keď na ňu už dlho nepôsobí dostatočne veľká sila, tak na to “zabudne” a predĺži sa.

Toto Wolff má dôvod na radosť

Toto Wolff sa k vychytávke vrátil v piatok na tlačovej konferencii. “Podarilo sa nám pochopiť, ako nájsť to ideálne nastavenie monopostu,” komentoval aerodynamiku auta. “Získavame na rovinkách a myslím, že sme našli správny kompromis medzi odporom a prítlakom.”

“Na druhej strane sme boli veľmi rýchli vo vysokorýchlostných zákrutách, čo je dobré. V pomalých zákrutách sme boli na úrovni Red Bullu, takže auto je celkovo vyskladané lepšie,” usmieval sa Wolff.

Nakoniec poznamenal: “Najdôležitejší zisk spozorujete pri pohľade na porovnanie rýchlostí s Verstappenom v posledných zákrutách. Je to povzbudzujúce, pretože je jasné, že jazdia s väčším odporom. Potrebujú jazdiť s nastavením, ktoré má väčší odpor, no aj tak sme v zákrutách lepší.”

Mercedes je zrazu rýchly na rovinkách aj v zákrutách?

Vráťme sa na moment na začiatok leta a obdobie okolo Veľkej ceny Francúzska, keď Mercedes dostával jednu ranu za druhou. Vtedy ešte stále doplácal na to, že už dlhodobo vyznáva filozofiu malého sklonu podlahy. To preňho predstavovalo hendikep najmä po úprave pravidiel, ktoré zmenšili podlahu a zakázali isté prvky v oblasti podlahy a difúzora.

Tímy s opačnou filozofiou mali výhodu. Vďaka vyššie položenej zadnej časti dokázala ich podlaha s difúzorom generovať viac prítlaku, ktorý je efektívnejší ako prítlak zo zadného krídla. Ako cez leto načrtol Gary Anderson, zväčšiť prítlak o ekvivalent 30 kg vďaka zadnému krídlu je z pohľadu odporu monopostu rovnako dobré, ako zväčšiť prítlak vďaka difúzoru o rovných 100 kg.

Mercedes však cez leto nemal na výber. Ak sa chcel po stránke prítlaku vyrovnať Red Bullu a aspoň ako-tak mu stíhať v zákrutách, musel nasadiť veľké zadné krídlo. Za to však zaplatil na rovinkách.

V Silverstone sa ale niečo zmenilo. Mercedes priniesol balík vylepšení a odvtedy je Red Bullu čoraz vyrovnanejším súperom, či dokonca je pred ním. Môžeme len špekulovať, či sa v tejto chvíli strieborným šípom podarilo posunúť trik so sadaním zadnej nápravy na ďalšiu úroveň a v Turecku ho vyšperkoval do dokonalosti.

Uvedomme si, že teraz si Mercedes spokojne môže dovoliť nasadiť aj väčšie zadné krídlo. Na rovinkách to totižto hravo vykompenzuje tým, že si zadná náprava sadne a celkový odpor auta sa zmenší o hodnotu, ktorou prispieva difúzor.

Prečo sa Red Bull nepokúsi o to isté? Zatiaľ čo v úvode sezóny tím pod vedením Adriana Neweyho profitoval z toho, že má vyššie položenú zadnú časť, z pohľadu tohto triku je to preň veľký hendikep. Zadná časť podlahy je totižto tak vysoko nad zemou v porovnaní s prednou, že dostať ju do horizontálnej polohy a postarať sa o to, aby sa prúd vzduchu odtrhol od difúzora podobne ako pri Mercedese, by bolo bez zmeny filozofie len veľmi ťažké, možno až nemožné.

Mercedes je na správnej ceste za titulom

Toto Wolff v piatok pridal aj pár slov k spomínanému silverstonskému balíku. “Baví ma sledovať tieto rozumové úvahy v tíme ohľadom toho, ako nájsť ten optimálny bod. Samozrejme, v Silverstone sme predstavili vylepšenie a odvtedy každými pretekmi lepšie rozumieme tomu, ako z auta dostať maximum výkonu. V Soči, v Turecku a teraz tu sa ukazuje, že sme na správnej ceste.”

“Toto je šport, v ktorom sa tímy snažia zistiť, či existuje nejaký zázračný trik. Moje skúsenosti mi hovoria, že nič také neexistuje. Je to o tých drobných ziskoch, ktoré pridávame k nášmu výkonu. Snažíme sa lepšie pochopiť naše auto, zlepšovať jeho výkon bez toho, aby sme príliš sledovali ten šum okolo,” doplnil s odkazom na Red Bull.