Prísavný efekt (3): Lotus 79 – monopost, ktorý naplno využil potenciál

Už predchodca Lotusu 79 mal vyhrať šampionát. Hoci mal model 78 príšernú povesť kvôli obrovskému zadnému krídlu, o titul ho pripravil poruchový, špeciálne upravovaný motor Cosworth. Colin Chapman však nový koncept pretekárskych áut vyvíjal ďalej a v roku 1978 nasledovala dominancia v šampionáte so sofistikovanejším monopostom, prvým, ktorý naplno využíval potenciál prísavného efektu.

Tento článok je súčasťou série o prísavnom efekte. Predchádzajúce časti nájdete tu:

• Prísavný efekt (1): Kľukatá cesta do Formuly 1
• Prísavný efekt (2): Lotus 78 – monopost, ktorý zohral kľúčovú úlohu

Na úvod možno nebude na škodu objasniť tvrdenia, podľa ktorých bol model 79 prvým monopostom Formuly 1 navrhnutým pomocou aerodynamického tunela a počítačového programu. Pravdou je, že dizajn nového auta vznikal podobne, ako u jeho predchodcu na základe teórií a skúseností. Koncom sedemdesiatych rokov 20. storočia si tímy skutočne začali uvedomovať potenciál počítačov. Pravdou je aj to, že Peter Wright sa dostal k počítaču Hewlett Packard a naučil sa ho programovať. Dokonca napísal svoj vlastný program pre letecký simulátor, aby mohol pokračovať v rozvoji pochopenia dynamiky vozidla. V tom čase však už bol typ 79 navrhnutý, vyrobený a pretekal.

Všetci tí, ktorí sa podieľali na vývoji modelu 79, sa zhodujú, že na to, aby ste mohli pochopiť jeho fungovanie, musíte najskôr porozumieť Lotusu 78. Rozhodnutie jazdiť s veľkým zadným krídlom na type 78 nebolo len kvôli chýbajúcemu prítlaku na zadnej náprave, ale jeho funkciou bolo aj spomaliť vzduch nad hornou časťou auta, čím malo viac vzduchu smerovať k podlahe. Bernoulliho princíp bol v tomto prípade aplikovaný len na vzduch, jeho meniacu sa rýchlosť a tým aj meniaci sa tlak v rámci toho istého prietokového poľa. Inými slovami, keď auto preráža vzduch, čím vytvára prúdenie v rovnakom smere, možno na toto prúdenie použiť Bernoulliho teóriu.

Vzduch, rovnako ako iné tekutiny, sleduje cestu najmenšieho odporu. Preto ak sa použije zadné krídlo na spomalenie vzduchu nad hornou časťou auta, viac vzduchu bude prúdiť pod ním. Medzný bod, nachádzajúci sa pred nosom auta, je miesto, v ktorom sa prúdenie vzduchu rozdeľuje smerom nad alebo pod auto. Spomalením vzduchu nad ním sa viac vzduchu dostane dole, čo v konečnom dôsledku vedie k zvýšeniu prítlaku. Rozdiel medzi tlakom vzduchu pod podlahou a oveľa vyšším tlakom voľne prúdiaceho vzduchu nad autom znamenal, že monopost bol efektívne prisávaný k zemi.

„S krídlami sa hráte a určujete, kam ide vzduch. Veľkým problémom modelu 78 bolo, že sme nemali strmý difúzor a veľa prítlaku pôsobilo vpredu a málo vzadu – preto sme mali veľké zadné krídlo, takže maximálne rýchlosti boli dosť nízke. Bolo treba nájsť správnu rovnováhu,“ vysvetľuje Peter Wright dôvody, pre ktoré sa v Lotuse rozhodli postaviť úplne nový model monopostu.

Ďalší problém bol so zadným odpružením, ktoré síce bolo mierne upravené, aby umožňovalo čistejšie prúdenie vzduchu zo zadnej časti bočníc, no stále bolo priamo v dráhe vystupujúceho vzduchu. To ovplyvňovalo stabilitu zadnej časti monopostu a spôsobovalo jeho pretáčavosť. Napriek svojim nedostatkom model 78 napokon v necelých dvoch sezónach vyhral sedem veľkých cien. Fungoval zároveň aj ako pojazdné laboratórium, pretože využíval poznatky z experimentov v aerodynamickom tuneli. Konštruktérskemu tímu ukázal, ako sa tieto poznatky dajú využiť v reálnom svete.

Pred sezónou 1978 opustili konštruktérsky tím Lotusu skúsenejší dizajnéri, vrátane Tonyho Southgatea, ktorý sa vrátil do tímu Shadow už v polovici roku 1977. Ralph Bellamy bol veľmi kompetentný, metodický a pedantný inžinier, ale s Colinom Chapmanom si príliš nerozumel. Intenzívne pracoval na type 79 v jeho raných fázach, ale potom prešiel do brazílskeho tímu Copersucar, kde pokračoval vo vývoji prísavného efektu s Ricardom Divilom.

Tím, ktorý mal na starosti nový Lotus 79, tak pozostával z Martina Ogilvieho, ktorý sa zameral na odpruženie a brzdy, Geoff Aldridge sa sústredil na podvozok, palivový systém a letecké simulácie; Peter Wright viedol program vývoja aerodynamiky a trojicu doplnili začínajúci dizajnéri Mike Cooke a Keith Lane ochotní držať sa Chapmanovej filozofie.

Počas zimy 1977/78 Lotus už horúčkovito pracoval na dokončení nástupcu modelu 78. Nový monopost vznikal podobne ako jeho predchodca priamo v sídle tímu v Ketteringham Hall. Sem boli premiestnení vývojoví zamestnanci z Potash Lane v Hetheli, kde mal Lotus testovací okruh. Tu mal Colin Chapman veľkú kanceláriu s výhľadom na jazero. V menšej vedľajšej kancelárii sedela jeho sekretárka a v bývalej oranžérii za krátkou chodbou sídlila projekčná kancelária. Malo to svoje výhody v tom, že komunikácia so šéfom tímu a rozhodovanie bolo rýchle a efektívne.

Keďže Colin Chapman si uvedomil, že to nebolo ani tak obrátené krídlo, ktoré generovalo všetok prítlak, ale skôr rýchlejšie prúdenie vzduchu v úzkych častiach Venturiho tunela, pustil sa tím do kompletného redizajnu monopostu. Hlavným cieľom bolo nájsť chýbajúcich 25 percent prítlaku. Pri type 79 bol preto tento princíp rozšírený na celé auto.

Prúdenie vzduchu do bočníc bolo zjednodušené vďaka oveľa čistejšej prednej časti auta. Samotné bočnice boli v zadnej časti plynule začlenené do hlavnej karosérie, k čomu prispelo aj kompletné prepracovanie zadného zavesenia a bŕzd, aby vzduch mohol z bočníc vystupovať čo najlepšie. Nový model posunul prísavný efekt na novú, dovtedy nepoznanú úroveň. Nielenže bol koncept Venturiho trubice do monopostu vynikajúco implementovaný, ale dôraz na ideálne prúdenie vzduchu tiež určoval čisté línie. Lotus 79 bol neskutočne krásny a čoskoro získal svoju nesmrteľnú prezývku – black beauty – čierna kráska. Dodnes je mnohými považovaný za najelegantnejší monopost v histórii.

Prvou výraznou zmenou bol samotný monokok. Ten pôvodný v type 78 mal jeden horný konštrukčný panel, ktorý obopínal nohy vodiča. Bol ľahký, extrémne tuhý a v prednej prepážke a bočných plášťoch používal hliníkovú voštinovú konštrukciu. Podľa Geoffa Aldridgea však bola práca s voštinovou konštrukciou mimoriadne náročná a jej pevnosť závisela skôr na zručnosti výrobného tímu a zároveň aj na správnom spájaní jednotlivých dielov. Táto zložitosť bola jedným z kľúčových dôvodov, prečo sa tím vrátil ku konvenčnejšiemu nitovanému hliníkovému monokoku a na type 79 ostala voštinová len podlaha.

Práca s takýmto monokokom a zároveň aj jeho stavba bola oveľa jednoduchšia, a preto sa mohol urýchliť aj vývoj. Navyše bol aj ľahší a štíhlejší, čo pre Chapmana, doslova posadnutého hmotnosťou, bol jedným z rozhodujúcich dôvodov pri jeho použití.

Napriek tomu, že konštrukčný tím hľadal väčší prítlak, podcenil jeho pôsobenie. To sa ukázalo po sezóne, keď v tíme robili údržbu monopostov. Pri demontáži podlahy sa zistilo, že vnútorné oceľové konzoly na mnohých miestach praskli. Dobre si na túto situáciu pamätal aj Peter Wright: „Vtedy sme si pomysleli — počkať, toto je úplne iné prostredie. Nerozumeli sme silám, ktoré tu pôsobili. Bola to veľmi strmá krivka učenia.“ Keďže prísavný efekt fungoval čoraz lepšie, zaťažoval auto stále viac. Preto bolo potrebné použiť aj tuhšie pružiny.

Zmeny sa udiali aj pod karosériou. Tri samostatné palivové nádrže typu 78 nahradila jedna s objemom 178 litrov, čo umožňovali nové predpisy, za ktorých zmenu loboval aj Colin Chapman. „Pamätám si, ako sa Chapman vrátil z Paríža a bol skutočne šťastný, že sa mu podarilo presvedčiť FIA, aby akceptovala pravidlo jednej palivovej nádrže,“ povedal neskôr hlavný mechanik Glenn Waters. „Už mal navrhnuté auto s jednou nádržou a dúfal, že dokáže FIA ​​presvedčiť, že jedna nádrž je bezpečnejšia ako tri.“

Umiestnená bola medzi kokpitom a motorom, čím sa ťažisko presunulo bližšie do stredu auta, vďaka čomu sa zlepšili jeho vlastnosti pri zatáčaní a brzdení. Veľká palivová nádrž spôsobila, že jazdec sedel viac vzpriamene, ale oblasť nad jeho nohami bola príliš nízka, čo počas sezóny spôsobovalo problémy hlavne vyššiemu Ronniemu Petersonovi, ktorý mal málo miesta na kolená.

Zmena predpisov tiež znamenala, že podlaha za chladičmi, kde boli v type 78 nádrže, mohla byť lepšie tvarovaná. Nádrže na olej a vodu mohli byť efektívnejšie umiestnené a rovnováha auta bola počas pretekov rovnomernejšia.

Nové auto bolo opäť poháňané osemvalcovým motorom Ford Cosworth DFV. Motor bol úplne zakrytý panelmi karosérie a uzavretá bola pôvodne aj zadná časť auta. Výfukové plyny boli vyvedené do dvoch potrubí, ktoré boli sústredené tradične pod podlahou okolo zadných kolies. Blok motora a prevodovky, na ktorú bolo uchytené zadné zavesenie bol priskrutkovaný na zadnú časť monokoku. Zadné odpruženie pozostávalo z dvojitých priečnych ramien, vinutých pružín, vstavaných tlmičov a stabilizátora.

Azda jediná časť, ktorá sa oproti typu 78 nezmenila, boli chladiče umiestnené do nábežnej hrany bočníc – vodný vpravo a olejový vľavo. Olejový chladič bol však uložený vzpriamene, zatiaľ čo vodný bol naklonený strmšie. Oba chladiče pôvodne dodával Marston, ale neskôr boli nahradené modelmi Serck. V novom aute boli prichytené priamo na monokok, keďže monopost už nemal bočné nádrže.

Predné vnútorné odpruženie pozostávalo zo širokého spodného priečneho ramena umiestneného v predných čapoch, zahnutého horného vahadla a z vnútorných vinutých pružín so vstavanými tlmičmi umiestnenými na bokoch trupu. Ramená predného zavesenia boli priamo v dráhe prúdenia vzduchu pod autom a mohli spôsobiť jeho rušenie. Napriek tomu aerodynamicky tvarované predné a zadné priečne ramená začal tím skúšať až v druhej polovici sezóny 1978.

Predné kotúčové brzdy s vnútorným chladením a horčíkovými strmeňmi boli namontované na koniec zavesenia na tenké nosiče, ktoré boli v jednej rovine s odsadením diskov kolies a brzdové hadičky boli prevlečené cez duté spodné priečne ramená. Zadné vnútorné kotúčové brzdy boli umiestnené na lícnice prevodovky. Toto riešenie sa neskôr ukázalo ako nie príliš šťastné. Hlavne, keď auto jazdilo za iným monopostom, sa brzdy nedostatočne chladili, a to aj napriek tomu, že mali brzdové chladiace kanáliky v tvare lievika.

„Problém s konštrukciou bŕzd bol v tom, že Chapman v rámci úspory materiálu urobil z vnútornej časti strmeňa bočnicu prevodovky, takže všetko teplo prevodovky sa prenášalo do brzdovej kvapaliny a tá sa začala variť,“ objasňuje neskoršie problémy s brzdami tímový inžinier Nigel Bennett.

Navyše horčíkové strmene pri vysokých teplotách reagovali s brzdovou kvapalinou, čo spôsobovalo ich oxidáciu. Dôvodom pre takéto riešenie bola aj možnosť odsadiť zadné kolesá na diskoch Speedline, čo jazdci využívali pri nastavovaní auta. Podpera však zaberala väčšinu priestoru v kolese a pre brzdy už nezostal priestor. Zaujímavé je, že rovnako boli umiestnené zadné brzdy už v type 77, ale ako v tíme pochopili až neskôr, v dva roky starom aute boli brzdy priamo v prúde vzduchu obtekajúcom auto, a preto netrpeli rovnakými problémami s prehrievaním.

Chapman bol odhodlaný pokračovať v experimentovaní s prevodovkou so sekvenčným radením, ktorú tím vyvíjal so spoločnosťou Getrag. Bola úzka, elegantná a zodpovedala celkovej koncepcii auta. Ukázala sa však ako nespoľahlivá, keď nedokázala prenášať krútiaci moment motora a ako neskôr spomínal Nigel Bennett, mala za následok oneskorenie vývoja celého auta: „Som si celkom istý, že sme pri testoch nikdy neodjazdili celý deň. Testy zakaždým zastavila porucha prevodovky.“

„Bola veľmi malá,“ pokračoval Bennett v objasňovaní problémov s prevodovkou. „Príliš malá. Colin nezohľadnil zvýšenie prítlaku a priľnavosti. Jej prevodové kolieska boli tenké.“

Najväčšia pozornosť však bola zameraná na tunely pod autom v tvare Venturiho trubice a to tak, aby sa dosiahlo rovnomerné rozmiestnenie oblasti nízkeho tlaku pozdĺž celej spodnej časti podlahy medzi nápravami.

Karoséria monopostu bola rozmerovo na hranici predpisov (2146 mm), pretože dizajnéri sa snažili využiť prúdenie vzduchu nad a pod karosériou. Kvôli tomu bola predĺžená až medzi zadné kolesá, čo umožnilo, aby spodná tvarovaná časť podlahy mohla byť pretiahnutá viac dozadu, namiesto toho, aby končila pred zadnými kolesami ako pri type 78. To viedlo k tomu, že prítlak sa generoval po celej dĺžke auta, a nie v jeho prednej časti. Nový Lotus 79 mal celkovú dĺžku 4420 mm, takže oproti typu 78 bol kratší o 127 mm. Naopak, jeho výška narástla o 51 mm na celkových 965 mm a o 25 mm sa predĺžil aj rázvor medzi osami predných a zadných kolies (2743 mm). Napriek snahe o čo najmenšiu hmotnosť však Lotus 79 oproti svojmu predchodcovi pribral 32 kilogramov, takže jeho celková váha bola 610 kilogramov.

Prerobené muselo byť aj zadné odpruženie, aby neprekážalo prúdiacemu vzduchu opúšťajúcemu bočnice v zadnej časti. V dôsledku dodatočného prítlaku, ktorý vytvárala podlaha, mohlo byť použité menšie zadné krídlo s menším aerodynamickým odporom. Zaujímavý bol aj prvý návrh karosérie v oblasti okolo zadných kolies. Tá strmo stúpala hore a bočnice obchádzali kolesá v tvare fľaše od Coca-Coly, teda koncept, ktorý v plnej miere využil John Barnard o päť rokov neskôr. Po skúškach vo aerodynamickom tuneli bol však tento koncept vyhodnotený ako príliš zložitý, keďže auto aj tak generovalo dosť prítlaku.

Väčší prítlak v zadnej časti dosiahli konštruktéri pomocou strmého difúzora medzi zadnými kolesami. Dnes bežná vec, vtedy však išlo o absolútnu novinku. Vzduch sa po zrýchlení pod tvarovanou časťou podlahy dostal do difúzora, mal však nízky tlak a vysokú rýchlosť.

Cieľom difúzora je spomaliť tento vzduch bez toho, aby sa oddelil od stien tvoriacich Venturiho tunel. To by spôsobilo jeho zablokovanie, čím by sa znížil prítlak, zatiaľ čo odpor by sa prudko zvýšil bez ohľadu na rýchlosť vzduchu. Postupným zväčšovaním plochy prierezu difúzora sa vzduch smerujúci od podlahy zároveň postupne spomaľuje až k pôvodnej rýchlosti a tlaku voľného prúdu vzduchu nad autom.

Inštaláciou zadného obráteného krídla blízko výstupu difúzora je možné vytvoriť oblasť nízkeho tlaku, ktorá v podstate nasáva vzduch z difúzora a pomáha mu spomaľovať prúdiaci vzduch. Zadné krídlo tak môže mať funkciu vzduchovej pumpy. Kombinácia difúzora a zadného krídla umiestneného v určitej výške nad difúzorom tak umožňuje vyšší prietok vzduchu cez difúzor, čo má za následok vyšší prítlak na zadnú nápravu.

Upravené boli aj tesniace lišty pod bočnicami. Panel lišty bol pripevnený k vnútornej strane bočnice jednoduchým kusom polypropylénu, ktorý bol uložený v kovovom profile. Hmotnosť profilov zvyšovala silu smerujúcu nadol, čím sa optimalizoval kontakt s traťou. Profily v kombinácii s polypropylénom zároveň fungovali ako tesnenie, ktoré účinne zabraňovalo prenikaniu vzduchu s vysokým tlakom ponad hornú časť panelu lišty do oblasti s nízkym tlakom pod bočnice.

Mechanizmus dištančných pružín bol nahradený odpruženými pákovými ramenami, ktoré pôsobili na horné okraje líšt a tlačili ich smerom dole na dráhu. Celý systém sa tak zjednodušil, mal nízku hmotnosť a skôr sa ohýbal, ako hýbal, aby bol v súlade s literou predpisov. Kľúčom k ich fungovaniu totiž bolo, aby sa lišty vertikálne ohýbali a zabezpečovali efektívne tesnenie.

Tak sa zrodilo nové auto, ktoré nieslo oficiálne označenie John Player Special Mark IV. Dnes ho všetci poznáme pod názvom Lotus 79. Zaujímavosťou je, že ani jeden diel nebol opracovaný a všetko bolo vyrobené ručne. Monopost však ešte čakala dlhá cesta na pretekársku dráhu a tím ho nestihol pripraviť na začiatok sezóny.