Zmeny v Technických pravidlách pre sezónu 2014

ČASŤ PRVÁ
Karosárske zmeny a trendy vo vývoji

Obrázok

Pravidelné úpravy pravidiel sú dôležitou a nevyhnutnou súčasťou vysoko konkurenčného dynamického prostredia, ktorého podstatou je vývoj, neustále napredovanie a posúvanie hraníc možného. Raz sú terčom kritiky a inokedy zas uniknú mainstreamovým médiám bez väčšieho povšimnutia. Tohtoročným novým pravidlám však nedostatok záujmu rozhodne nehrozil. Dlho očakávané a diskutované zmeny ktoré prinášajú, pútajú zaslúženú pozornosť, keďže svojou výnimočnosťou sú porovnateľné len s niekoľkými míľnikmi v histórii šampionátu.

Obsah

  1. ÚVOD
  2. PREDNÁ ČASŤ
  3. 2.1 Nosový kužeľ
          2.1.1 Nosový kužeľ s „prstom“
          2.1.2 Dvojitý nosový kužeľ
          2.1.2 Nosový kužeľ s „∩“ špičkou
    2.2 Šasi
          2.2.1 S-potrubie
    2.3 Predné krídlo
    2.4 Kryty predných TV kamier

  4. STREDOVÁ ČASŤ
  5. ZADNÁ ČASŤ
  6. 4.1 Výfukové potrubie
    4.2 Zadné krídlo
          4.2.1 DRS
          4.2.2 Spodné krídlo
          4.2.3 Stredová časť a kaskádové krídlo
          4.2.4 Nosné prvky
    4.3 Difúzor


Napriek tomu, že mnohé radikálne návrhy do finálnej verzie pravidiel nakoniec zapracované neboli, rozsah zmien je skutočne významný a aj keď niektoré tímy by asi nesúhlasili, zo športového a hlavne z technického hľadiska snáď ani nemohli prísť vo vhodnejší čas. Prichádzajú po ôsmych sezónach jedného motorového formátu a zároveň po piatich rokoch určitej dizajnovej kontinuity – éry dominancie jedného tímu, ktorý dokázal z pozoruhodnej stability a prirodzenej evolúcie solídneho konceptu vyťažiť maximum.

Posledná komplexnejšia výzva tímy preverila v príprave na sezónu 2009, kedy aerodynamici doslova začínali s čistým listom papiera a motorári v podstate ešte len poznávali hybridné technológie. V tomto roku zmeny z pohľadu karosérie síce nie sú tak radikálne, avšak sú spojené s revolúciou v pohone monopostov. Po štvrťstoročí od skončenia prvej turboéry atmosférické motory nahradili hybridné pohonné jednotky, ktorých srdcom je preplňovaný zážihový motor.

Sme svedkami ďalšej kapitoly histórie Formuly 1 a toto všetko sú novinky zavedené v prvom roku novej éry…

Obrázok 2

Predná časť

Snáď nikomu nemohlo pri prezentáciách nových monopostov uniknúť, že sú navonok i zvnútra veľmi odlišné od toho, na čo sme boli v posledných rokoch zvyknutí, pričom zmeny sa najviditeľnejšie prejavili v ich prednej časti. Jej dizajn samozrejme podlieha celému radu rôznych predpisov a obmedzení, no tými podstatnými, ktoré si viac-menej vyžadujú tvary viditeľné aj na obrázkoch v tomto článku a prednú časť vozidla (vynímajúc predné krídlo) definujú, sú v zásade nasledujúce štyri parametre: maximálna výška šasi, maximálna výška predného čela šasi a poloha a obsah prierezu špičky nosového kužeľa.

Nosový kužeľ

Obrázok 3

Nové pravidlá majú opäť zvýšiť bezpečnostné štandardy a FIA preto ďalej pokračuje v snahe, ktorej cieľom je od roku 2012 zastaviť trend zvyšovania špičky nosového kužeľa. Jej výška od začiatku 90. rokov minulého storočia a Poslethwaiteho Tyrrellu 019 pomaly narastala, až s poslednou generáciou monopostov dosiahla nebezpečne vysokú úroveň – hrozilo, že pri bočnom náraze nosový kužeľ jedného vozidla prenikne do oblasti kokpitu druhého vozidla. Predvlani bol tento problém vyriešený ustanovením maximálnej výšky nosového kužeľa na hodnotu 550 mm nad referenčnou rovinou (ďalej len „RR“).

Pre tento rok sa zaviedla druhá etapa spomínanej iniciatívy. Táto je prevenciou pred ďalším nebezpečným druhom kolízií medzi dvoma vozidlami, pri ktorých je monopost po kontakte so zadnou pneumatikou pred ním idúceho vozidla vymrštený do vzduchu. Stred špičky nosového kužeľa (alebo presnejšie zvislého priečneho rezu vedeného 50 mm za najprednejším bodom nosového kužeľa) nesmie po novom ležať nad úrovňou 185 mm nad RR, čo predstavuje len tretinovú výšku v porovnaní s doterajšími vysoko-položenými nosmi.

Okrem toho, že teraz vyvstáva otázka o bezpečnosti nového riešenia pri čelnom náraze do zadnej časti iného monopostu, je zmena výzvou hlavne pre dizajnérov.

Špička nosového kužeľa sa nachádza v tesnej blízkosti predného krídla a celý nosový kužeľ tak predstavuje vážny problém v snahe aerodynamikov o vedenie maximálneho možného množstva vzduchu pod podlahu, keďže je masívnou blokádou v citlivej oblasti. Pravidlá robia okrem zlepšenia bezpečnosti aj maximum pre to, aby obmedzili aerodynamický prítlak. Nové monoposty sú značne limitované dosiahnuteľným prítlakom v zadnej časti, takže optimálny tvar nosového kužeľa bude taký, ktorý umožní zásobovať podlahu dostatočným množstvom vzduchu. Snahou tímov bude čo najviac sa priblížiť podmienkam, ktoré dobre poznajú, a aby mohli využiť znalosti nadobudnuté pri vývoji poslednej generácie monopostov a prinavrátiť tak stratený prítlak, budú musieť blokádu v prednej časti auta minimalizovať a ponechať z nej len to nevyhnutné kvôli dodržaniu znenia pravidiel.

Týmto sa dostávame k ďalšiemu zo štvorice parametrov, ktorý má najväčší podiel na celkovej podobe nosového kužeľa – a to k ploche priečneho rezu jeho špičky. Podľa znenia Článku 15.4.3 „musí mať jediný priečny rez v bode ležiacom 50 mm za najprednejším bodom [prednej nárazovej štruktúry] plochu väčšiu ako 9000 mm2 a žiadna časť tohto rezu sa nesmie nachádzať vo výške viac než 250 mm a menej ako 135 mm nad RR.“ V praxi to znamená, že špička nosového kužeľa môže byť veľmi malá (napríklad 9×10 cm) a jej úlohou je len „zlegalizovanie“ vysoko-položených nosových kužeľov. Tie si totiž môžu stále zachovávať pomerne značnú výšku, aj keď pravidlá v súčasnosti vyžadujú, aby sa po celej svojej dĺžke zvoľna znižovali až na úroveň špičky.

Nosový kužeľ s „prstom“

Obrázok 4: McLaren MP4-29

Na obrázkoch vidno jedno z optimálnejších riešení, ktoré je v súlade s pravidlami a zároveň bráni prístupu vzduchu smerujúcemu k podlahe len minimálne. Tento prístup je založený na tom, že štandardne široká časť nosového kužeľa siaha stále pomerne vysoko, no jej dĺžka nesmie presiahnuť ďalej, práve kvôli vyššie spomínaným predpisom o pozvoľnom znižovaní. Aby bolo znenie pravidiel naplnené, k vysokému nosovému kužeľu sa pripája „prst“, ktorý plynule klesá až na úroveň 185 mm nad RR a po celej dĺžke si zachováva minimálne možné rozmery dané plochou priečneho rezu s veľkosťou 9000 mm2. Priestor určený prúdeniu smerujúcemu pod podlahu je vďaka tomu neporovnateľne väčší ako priestor, ktorý by ponúkal oveľa elegantnejší nosový kužeľ, napríklad v štýle Brawn BGP001.

Dvojitý nosový kužeľ

Obrázok 5: Lotus E22

Iná pomerne neortodoxná interpretácia pochádza z dielne Lotusu. Je odkazom na „mroží“ nosový kužeľ Williamsu FW26, a na rozdiel od nosového kužeľa s „prstom“, ktorý blokádu uprostred prednej časti vozidla len minimalizuje, toto riešenie blokádu úplne odstraňuje. Umožňuje to vďaka rozdvojeniu nosového kužeľa, ktorý namiesto toho, aby bol zakončený jednou vycentrovanou špičkou, končí dvojicou špičiek nerovnakej dĺžky. Asymetria nie je dizajnovým prvkom, ale nutnosťou, nakoľko špička, tak ako ju popisujú pravidlá, smie byť len jedna – v tomto prípade tá dlhšia z dvojice. Aby druhá špička nebola považovaná za špičku a nosový kužeľ bol legálny, musí byť o viac ako 50 mm kratšia od tej prvej. Daňou za výhody voľnejšieho prúdenia je však celkovo mohutnejší nosový kužeľ s vyššou hmotnosťou.

Nosový kužeľ s „∩“ špičkou

Obrázok 6: Mercedes F1 W05

Obrázok 7: priečny rez 50 mm za najprednejšou časťou nosového kužeľa (teoretický koncept)

Základom nosového kužeľa so špičkou v tvare obráteného písmena „U“ sú boky, ktoré tvoria väčšinu z minimálneho obsahu priečneho rezu. Vezmime si teoretický model tohto konceptu. Bod, ktorý je stredom rezu, bude ležať na úrovni 185 mm (maximum pre stred špičky) a teda celý rez bude pre dosiahnutie maximálnej výšky siahať od 135 mm do 235 mm nad RR. Potom boky tvoriace obsah prierezu budú mať výšku 100 mm a šírku 45 mm. Aby však mohli byť dva boky navzájom oddelené priestorom medzi nosníkmi predného krídla považované za jediný prierez, je nutné ich spojiť a podľa možnosti čo najtenším kusom karosérie, ktorý ovplyvní polohu stredu prierezu len zanedbateľne. V ideálnom prípade by ich bolo možné prepojiť úsečkou, ktorá stred ani obsah neovplyvní vôbec.

Pochopiteľne, pravidlá sú z pohľadu predného previsu pomerne otvorené a poskytujú istý priestor pre kreativitu a rôzne interpretácie. Väčšina z nich však bude kvôli nie zrovna najšťastnejšiemu zneniu predpisov značne rozporuplná.

FIA je s niektorými z nich vyslovene nespokojná a 30. januára vydala technickú normu, prostredníctvom ktorej si od tímov vyžiadala špecifikovanie konštrukcie nosových kužeľov v bodoch 50 mm, 100 mm a 150 mm za ich najprednejšou časťou.

Avšak vzhľadom na to, že v súčasnosti je už na akúkoľvek zmenu v tomto smere príliš neskoro a niektoré tímy by boli takým zásahom vážne znevýhodnené, FIA všetky predné previsy považuje za legálne. Sľubuje však zmeny v pravidlách pre sezónu 2015, prostredníctvom ktorých chce účinne zabrániť obchádzaniu pôvodného zámeru.

Šasi

Ďalšou zmenou, ktorá mala primárne pomôcť zlepšiť viditeľnosť z kokpitu, no nakoniec len dva tímy rešpektovali pôvodný zámer FIA, je zníženie predného čela šasi. To teraz môže siahať len do výšky 525 mm nad RR (namiesto pôvodných 625 mm), avšak keďže väčšina tímov sa nechcela počas tvorby pravidiel vzdať svojich geometrií zavesenia predných kolies, maximálna výška šasi zostala nezmenená (625 mm nad RR). To otvorilo možnosti pre vznik ostrých kontrastov v podobe „schodu“ tesne za predným čelom šasi, kde sa jeho horná strana musí na krátkej vzdialenosti znížiť o celých 10 cm. Iba tak možno pod prednou časťou vozidla maximalizovať objem priestoru využiteľného na smerovanie vzduchu pod podlahu a k difúzoru. V porovnaní s neslávne známymi schodmi spred dvoch rokov sú tieto ešte výraznejšie, aj keď tímy využívajú možnosť prekryť ich zvrchu neštrukturálnym krytom.

Obrázok 8: progresívne sa zvažujúca predná časť vozidla

Obrázok 9: predná časť šasi využívajúca maximálnu výšku
(kliknite na obrázok pre podrobnosti)

S-potrubie

Problém so schodom má však aj iné alternatívne riešenia. Zaujímavou voľbou je napríklad takzvané S-potrubie, ktoré za účelom vyhladenia schodov v roku 2012 navrhol Sauber a od minulej sezóny používal aj Red Bull. S-potrubie umožňuje obísť zákaz pridávania otvorov do nosového kužeľa a pomáha tak upraviť distribúciu vzduchu nad a pod prednou časťou auta. Vstupný otvor S-potrubia na spodnej strane nosového kužeľa odoberá časť prúdenia, čím umožňuje znížiť tlak vzduchu a obmedziť nárast medznej vrstvy pod prednou časťou vozidla. Vzduch je potom potrubím vedený k výstupnému otvoru na vrchnej strane nosového kužeľa, kde pomáha zabrániť odtrhnutiu prúdenia od horného povrchu šasi pri prechode cez schod.

Obrázok 10: S-potrubie

Od roku 2015 bude medzera v pravidlách, ktorá takého ostré prechody v prednej časti monopostu umožňuje, definitívne uzatvorená a celá predná časť vozidla sa bude od otvoru kokpitu až k špičke nosa plynule zvažovať (Obrázok 8).

Predné krídlo

Obrázok 11

Z vizuálneho hľadiska je zúženie predného krídla o 7,5 cm z každej strany relatívne nepatrná zmena, ktorú však na trati určite veľmi ocenia jazdci bojujúci koleso na koleso. Kto ale túto zmenu prijal s nemilosťou, sú aerodynamici zhodujúci sa v tom, že práve táto drobná zmena bola jednou z najväčších výziev. Prinútila ich totiž vrátiť sa späť k základom a dívať sa na prúdenie v okolí vozidla z novej perspektívy.

Zúženie nepredstavuje ani tak problém preto, že uberá krídlu plochu využiteľnú na generovanie prítlaku, nakoľko to je dnes schopné bez väčších problémov vyvážiť prítlak pôsobiaci na zadnú nápravu a aj po zmenšení je viac než dostatočne výkonným nástrojom. Zmena je problematická skôr preto, že ovplyvňuje všetky časti karosérie nachádzajúce sa za predným krídlom. Podstatná časť moderného predného krídla má za úlohu zmierňovať či odstraňovať negatívne účinky úplavu predných kolies na prúdenie okolo zvyšku karosérie a kým okraje doterajších 1800 mm širokých predných krídel presne lícovali s vonkajšími okrajmi predných pneumatík, bočnice nových predných krídel širokých 1650 mm sa nachádzajú priamo pred prednými pneumatikami. To výrazne mení podmienky, v ktorých krídlo funguje, no na druhej strane, kde vznikajú nové problémy, otvárajú sa nové možnosti.

Obrázok 12

Pri dizajne koncových častí predného krídla existujú v zásade dva prístupy k riešeniu problému smerovania prúdenia vzduchu a vírových štruktúr okolo predných kolies – inwash (smerom dnu okolo vnútornej strany kolesa) a outwash (smerom von okolo vonkajšej strany kolesa).

Inwash bol až do roku 2009 v podstate jediným rozšíreným konceptom, keďže v tej dobe s rozpätím nie väčším ako priestor medzi prednými kolesami to bola pochopiteľne logická voľba. Dnes, po menšom zúžení predných krídel, sa nad týmto prístupom začalo opäť vážne uvažovať ako o možnom riešení nedostatku prúdenia vzduchu smerujúceho pod podlahu, no vzhľadom na to, že zásadným spôsobom mení súčasné zaužívané konvencie a prináša so sebou rad nových problémov sa zdá, že nevýhody takéhoto prístupu tímy od úvah o smerovaní prúdenia okolo vnútornej strany predného kolesa dávno odradili.

Tímy sa jednoducho rozhodli pokračovať vo výskume terajších outwash riešení a vyvinú ešte väčšie úsilie, aby prinútili koncové časti a kaskádové prvky predného krídla fungovať správne. Ako už bolo spomenuté, outwash koncepcia je zameraná na reguláciu nestáleho odtrhávajúceho sa prúdenia v okolí rotujúcich predných kolies, ktoré je významným zdrojom aerodynamického odporu a nepriaznivo pôsobí na štruktúry prúdiace k zadnej časti vozidla. Na rozdiel od prvého spomínaného konceptu dáva outwash k dispozícii oveľa viac priestoru na prácu s prúdením, pričom nijak neobmedzuje priestor medzi prednými kolesami, a čo je najdôležitejšie, je to dobre preskúmaná a fungujúca metóda.

Čo ak by sa ale niektorý z tímov rozhodol vrátiť predné krídlo do presne rovnakej pozície vzhľadom na predné kolesá ako v predchádzajúcej sezóne? Riešením by bolo zúženie rozchodu predných kolies o rovnakých 15 cm, o ktorých sa zužuje samotné krídlo. Možno to znie ako radikálny krok, avšak aj tento má svoj precedens. V rokoch 2008 a 2009 totiž inžinieri, aby mohli vonkajšie strany ráfikov predných kolies zakryť aerodynamicky tvarovanými krytmi, museli rozchod predných kolies monopostov skrátiť v niektorých prípadoch až o 10 cm, nakoľko kryty ráfikov nesmeli rovnako ako všetky časti karosérie presahovať maximálnu šírku vozidla. Určitou nevýhodou v skrátení rozchodu predných kolies bolo zvýšenie prenosu zaťaženia v priečnom smere. Ako sa však nakoniec v praxi ukázalo, nevýhody boli prevážené ziskom cenných bodov prítlaku.

Kryty predných TV kamier

Hoci majú kryty televíznych kamier zdanlivo aerodynamicky neutrálny tvar, aerodynamicky neutrálne pôsobia len v izolácii nezávisle od vplyvu iných častí vozidla a ako je všeobecne známe, aerodynamika monopostov je založená práve na takýchto interakciách. Kryty predných kamier sa vďaka tomu stali obľúbeným nástrojom na menšie zmeny vyváženia prítlaku. Často sme mali možnosť vidieť tímy experimentovať s ich polohou po stranách nosového kužeľa v rôznych vzdialenostiach od ramien zavesenia predných kolies, v niektorých prípadoch sa umiestňovali až na špičku nosového kužeľa, či dolu za neutrálnu stredovú časť predného krídla.

Obrázok 13: priestor na umiestnenie kamier

Po novom musia ležať po stranách nosového kužeľa v zóne definovanej Článkom 20.3.4: „Pri pohľade zboku musí celá kamera (alebo kryt kamery) ležať vo vnútri oblasti vymedzenej dvoma zvislými čiarami 150 mm a 450 mm pred osou prednej nápravy a dvoma vodorovnými čiarami 325 mm a 525 mm nad RR.“

Obrázok 14: nadrozmerné úchyty TV kamier

Ani zďaleka to však neznamená, že tímy sa ich účinku hodlajú vzdať. Mercedes objavil medzeru v Článku 20.3.2, vďaka ktorej mohol kryty predných TV kamier pripevniť k nosovému kužeľu prostredníctvom nadrozmerných súčiastok pripomínajúcich „slonie uši“, známe z éry voľnejších karosárskych predpisov. Zhodou okolností aj pri ich prvom zavedení v roku 2007 stál tento tím, vtedy ešte pod hlavičkou Hondy.

20.3.2 Každá súčiastka, ktorú poskytuje súťažiaci za účelom správneho umiestnenia kamery alebo krytu kamery do pozícií 2 alebo 3, bude považovaná za časť kamery alebo krytu za predpokladu, že bude pripevnená za týmto jediným účelom.

Ako vidno už na prvý pohľad, pravidlá nijak bližšie nedefinujú, čo si pod účelom správneho umiestnenia kamery predstaviť a hlavne nie sú schopné rozlíšiť, čo už jediným účelom nie je. Tento článok zastrešujúci úchyty kamier je vlastne jednou veľkou medzerou, keďže umožňuje nosový kužeľ doplniť o časti karosérie, ktoré nijak nepodliehajú predpisom o nosovom kuželi a bude zaujímavé sledovať, kam až budú tímy schopné vďaka tejto šedej zóne zájsť.

Stredová časť

Pravidlá síce žiadne výraznejšie zmeny v oblasti bočníc nezavádzajú, no zabudovanie nového pohonného ústrojenstva so zvýšenou požiadavkou na chladenie, väčšie úložisko energie a o tretinu menšia palivová nádrž spoločne predstavujú obrovskú revolúciu pod kapotou volajúcu po čerstvom prístupe k rozvrhnutiu vnútorného rozloženia auta.

Obrázok 15: systém ochrany pri bočnom náraze

Avšak popri všetkých spomínaných požiadavkách má na tvar prednej časti bočníc najväčší vplyv čosi úplne odlišné.

Je to nový štandardizovaný systém ochrany pri bočnom náraze, ktorý výrazne rozširuje nábehové hrany bočníc a pozdvihuje úroveň bezpečnosti pri istých špecifických typoch kolízií.

Ide o výsledok ročnej spolupráce medzi Inštitútom FIA a tímami (Marussia, McLaren, Mercedes a Red Bull Racing), pričom cieľom spoločného projektu bol vývoj bočných deformačných štruktúr fungujúcich spoľahlivo bez ohľadu na uhol nárazu, na rozdiel od doterajších systémov, ktoré boli síce veľmi účinné pri bežných priamych nárazoch, no boli náchylné na odlomenie pri pôsobení veľkej tangenciálnej sily počas prvých milisekúnd nárazu pod uhlom.

Vedúci projektu Andy Mellor vysvetľuje: „Vrátili sme sa späť k základom, aby sme zistili, čo je vlastne úlohou nárazovej štruktúry v rôznych typoch nehôd. Referenciou nám bola havária Roberta Kubicu v Montreale, keďže išlo o veľký náraz pod ostrým uhlom.“

Finálny produkt vychádzajúci z počiatočných návrhov inžinierov Marussie bol odborníkmi Red Bullu podrobený optimalizácii materiálov, vnútornej a vonkajšej geometrie a orientácie jednotlivých vrstiev uhlíkových vlákien, vďaka čomu sa podarilo dosiahnuť zlepšenia v rozptýlení kinetickej energie a kontrolovanom spomalení vozidla. Počas testovania boli tieto štruktúry schopné absorbovať takmer 40 kJ energie nárazu ako v priamom, tak i v šikmom smere, čo je oproti doterajším riešeniam výrazný pokrok. Na dosiahnutie tohto cieľa musia byť štruktúry a ich upevnenie k šasi schopné ustáť obrovské sily – viac ako 15 ton v tlaku a 11 ton v ťahu.

Tímy po novom dostávajú k dispozícii pre každé vozidlo dvojicu takýchto identických štandardizovaných nárazových štruktúr, čím ich FIA po prvýkrát odbremenila od návrhu vlastných systémov na ochranu pri bočnom náraze. Doteraz každý používal dva páry nárazových štruktúr vyrábaných podľa vlastného návrhu pripevnených po stranách šasi v oblasti nábehových hrán bočníc. Poloha nových nárazových štruktúr je takisto do veľkej miery regulovaná predpismi a v tomto smere sa oproti predchádzajúcim rokom nedajú očakávať žiadne zásadné zmeny. Zmenila sa ale ich šírka, a to pomerne výrazne – zväčšila sa až na hraničných 35 cm (pozri Obrázok 15), čím diktuje tvar prednej časti bočníc a bráni extrémnym dizajnom v štýle Sauberu C32 alebo Red Bullu RB9.

Okrem zvýšenia bezpečnosti by mal nový systém pomôcť aj pri znižovaní nákladov: „Jednou z hnacích síl tohto vývoja bol zámer ušetriť tímom náklady za proces testovania systému. Za predpokladu, že každý má monokok dostatočne silný na to, aby odolal zaťaženiu pri statických testoch, automaticky ušetril peniaze, pretože už nie je povinný absolvovať dynamické nárazové skúšky,“ vysvetľuje šéfinžinier Red Bullu, Paul Monaghan.

„Na jednej strane síce odpadá povinnosť podstúpiť nárazový test, no na strane druhej sa sprísňujú podmienky, pri ktorých sú vykonávané statické testy monokoku, ktoré majú za úlohu preveriť silu montážnych bodov systému ochrany pri bočnom náraze,“ dodáva Nick Chester, technický riaditeľ Lotusu.

Zadná časť

Kým doteraz bola reč o zmenách zavedených v prvom rade z bezpečnostných dôvodov, nové obmedzenia v zadnej časti monopostov by sa dali stručne charakterizovať ako zmeny zacielené na redukciu prítlaku.

Výfukové potrubie

Obrázok 16

Výfukové technológie v aerodynamike sa po znovuzavedení v roku 2010 veľmi rýchlo stali charakteristickou črtou uplynulej éry. Umožnili totiž excelovať tam, kde klasická aerodynamika sotva začína účinkovať – pomáhali tvoriť prítlak v nízkych rýchlostiach.

V priebehu posledných troch rokov prešla táto technológia rapídnym vývojom a podliehala početným reštrikciám zo strany FIA, čo malo za následok prechod od plnohodnotných fúkaných dvojitých difúzorov podporených agresívnymi mapovaniami motorov k nepriamemu studenému fúkaniu s využitím Coandovho efektu. Tímom sa dlho darilo odolávať obmedzeniam a vždy si našli cestu ako za pomoci výfukových plynov utesniť okraje difúzora, až doteraz. So zavedením preplňovaných motorov, ktoré samotné odoberú výfukovým plynom väčšinu ich energie a s pravidlami, ktoré spravili maximum pre to, aby tímy pripravili o prítlak generovaný za pomoci výfukov, FIA jasne demonštrovala svoj dlhodobý zámer vytlačiť výfukové technológie na okraj záujmu aerodynamikov.

Niektorých to zasiahlo viac, iných zas menej, avšak vačšine tímov prišla zmena vhod, keďže išlo o veľmi nevyspytateľné riešenie, ktoré bolo nesmierne komplikované simulovať a testovať v aerodynamickom tuneli. Už len samotné napodobenie prúdu spalín v rámci testovacieho modelu je veľmi náročné, nakoľko nestačí docieliť iba zodpovedajúcu rýchlosť a energiu spalín, veľmi dôležité je dosiahnuť s týmto prúdením teploty, aké dosahujú skutočné výfukové plyny. A pretože aerodynamické tunely majú uzavretý okruh, horúce výfukové plyny pri testovaní veľmi rýchlo zvýšia celkovú teplotu vzduchu natoľko, že ďalšie spoľahlivé testovanie je možné až po opätovnom vychladení vzduchu. Toto je len jedno z mnohých úskalí, ktorým tímy pri vývoji výfukových technológií za posledné tri roky čelili.

Obrázok 17: žltá – poloha zadného obvodu koncovky výfuku, červená – oblasť za koncovkou výfuku so zákazom umiestnenia karosérie

Odteraz pravidlá vyžadujú, aby malo výfukové potrubie len jednu koncovku umiestnenú relatívne vysoko nad podlahou (pozri Obrázok 17). Aby sme boli celkom presní, posledných 150 mm výfukového potrubia musí ležať v rozmedzí 350 až 550 mm nad RR, vo vzdialenosti 170 až 185 mm za osou zadnej nápravy a mieriť nahor pod uhlom 0 až 5°. Čo sa týka uloženia výfuku v osi Y, pravidlá umožňujú okrem logickej voľby, kedy os výfuku je zhodná so stredovou osou vozidla, uložiť výfuk asymetricky. Môže byť odsadený až o 100 mm od stredovej osi a mieriť do strán pod uhlom najviac 5°. Priemer koncovky je stanovený medzi 98 mm a 134 mm.

Z pochopiteľných dôvodov je zakázané umiestnenie akejkoľvek časti karosérie za koncovku výfuku v oblasti vymedzenej pomyselným valcom s priemerom o 30 mm väčším ako je priemer koncovky výfuku (pozri Obrázok 17). Samozrejme nič nebráni pridaniu karosérie okolo tohto valca, a teda v praxi je možné zvyšnú energiu výfukových plynov použiť v kombinácii s kaskádovým krídlom napríklad na zefektívnenie fungovania zadného krídla.

Je to však len veľmi malá kompenzácia za stratu 60 bodov prítlaku predstavujúcich 10 až 15 percent z celkového prítlaku alebo v prepočte na čas zhruba dve sekundy na kolo. Aj keď väčšinu z toho veľmi rýchlo nadobudnú späť vývojom v iných oblastiach, prítlak v nízkych rýchlostiach bude chýbať.

Zadné krídlo

Obrázok 18: priestor pre umiestnenie prvkov zadného krídla,
sivá – 2013, žltá – 2014

Aby toho nebolo málo, o 20 mm sa znížil pravidlami vymedzený pomyselný kváder, do ktorého sa musí zmestiť horná klapka a hlavný profil zadného krídla. Znamená to, že prvky krídla museli zmeniť tvar buď zmenšením klenutia, uhlu nábehu, alebo dĺžky, čo samozrejme implikuje nižšie úrovne prítlaku a aerodynamického odporu. Pre ilustráciu, ak by bolo zadné krídlo jednoduché jednoprvkové, táto zmena by predstavovala zníženie uhlu nábehu o zhruba 3 stupne.

Spomedzi všetkých zmien v zadnej časti vozidla je vplyv tejto takmer zanedbateľný, keď uvážime, že tímy zasiahne iba na tratiach vyžadujúcich maximálnu úroveň prítlaku.

DRS

Veľkosť medzery medzi hlavným profilom a klapkou s aktivovaným DRS sa zväčšuje bezmála o tretinu. Netreba to však hneď brať ako snahu spraviť systém na redukciu aerodynamického odporu účinnejším. FIA je s doterajšou situáciou ohľadom tohto systému spokojná, a keďže simulácie ukázali, že na zachovanie účinku DRS u nových monopostov produkujúcich výrazne menej aerodynamického odporu je zmena nutná, pristúpili k zväčšeniu z doterajších 50 mm na 65 mm. Aerodynamici teraz musia opäť zvládnuť výzvu v podobe dosiahnutia správneho znovupriľnutia prúdenia vzduchu po deaktivácii systému, čo v raných fázach vývoja DRS spôsobovalo niektorým tímom veľké problémy.

Spodné krídlo

Odstránenie spodného krídla ako nevyhnuteľný vedľajší dôsledok premiestnenia výfukového potrubia znamená ďalšie masívne zníženie aerodynamickej výkonnosti a stratu prítlaku.

Úlohou spodného krídla bolo sprostredkovanie prepojenia prúdových štruktúr difúzora a zadného krídla. Svojou činnosťou prispievalo k účinnosti nielen týchto dvoch, ale všetkých dôležitých prvkov zadnej časti vozidla a hlavne udržiavalo konzistentnú úroveň prítlaku. Bez spodného krídla je veľmi náročné zabezpečiť správne fungovanie všetkých spomínaných súčastí. Zvlášť problematická je stabilita zadnej časti vozidla, pretože úroveň prítlaku sa v takom prípade dramaticky mení so zmenami svetlej výšky najmä pri prejazdoch cez nerovnosti.

Tímy sa preto výhod, ktoré spodné krídlo prinášalo, nehodlajú len tak ľahko vzdať a našťastie pre nich existuje niekoľko šikovných riešení umožňujúcich účinok spodného krídla do určitej miery napodobniť.

Mini spodné krídlo

Obrázok 19

Plne kompenzovať stratu nedokáže, ale pre začiatok môže byť dobrým základom nového riešenia spodného krídla. Reč je o mini spodnom krídle, ktoré možno vidieť na obrázku vyššie, rovnako ako na prvých renderoch modelu Williams FW36. Zmenšená verzia spodného krídla je rešpektujúc znenie Článku 3.9.2 legálna vo oblasti pod úrovňou 15 cm nad RR. Je nutné dodať, že mini spodné krídlo nie je pre tímy žiadnou novinkou a mohli sme ho pozorovať už vlani u Lotusu a Red Bullu a v minulosti tiež napríklad na monopostoch Toyoty, či Williamsu.

Tvarovanie prvkov zavesenia zadných kolies
Druhou možnosťou, ktorá je už istý čas takisto všeobecne známa, môže byť usporiadanie prvkov zavesenia zadných kolies. Pri nich síce rovnako ako pri krytoch TV kamier platí, že v izolácii sú aerodynamicky neutrálne, no správnym kaskádovitým rozložením a tvarovaním niektorých týchto prvkov sa dá vytvoriť efekt viacprvkového krídla. Okrem zrejmých rozmerových obmedzení je takéto riešenie limitované len symetrickým profilom prvkov a maximálnym uhlom nábehu 5 stupňov.

Obrázok 20: McLaren MP4-29
(kliknite na obrázok pre podrobnosti)

McLaren prišiel s inováciou, ktorá posúva možnosti tohto riešenia do extrému. Inžinieri z Wokingu zahodili všetky konvencie, na ktoré boli doteraz zvyknutí pri návrhu prvkov zavesenia kolies, a to platí hlavne pre zadnú časť spodného ramena a vzperu zbiehavosti. Pozdĺžny rez oboma týmito súčiastkami pripomína písmeno „T“ obrátené o 90 stupňov (Obrázok 21). Dĺžka ich profilov je 100 mm (maximálna povolená veľkosť v hlavnej osi), pričom výška sa zdá byť veľmi podobná. Znamená to, že pomer strán profilov je približne 1:1, čo je podstatne menej ako maximálne povolených 3,5:1. Aby mohli byť prvky nápravy celkom v súlade s pravidlami, musí byť splnená ešte jedna podmienka – musia byť štrukturálne, pretože v opačnom prípade by bola akákoľvek časť pripevnená k prvkom zavesenia kolies považovaná podľa Článku 10.3.4 za karosériu a ako pohyblivá časť karosérie v rozpore s Článkom 3.15.

Keďže profil musí byť podľa pravidiel symetrický, aerodynamicky zaujímavými sa spomínané časti zavesenia zadných kolies stávajú po otočení hlavnej osi o 5 stupňov, vďaka čomu môžu pôsobiť ako spodné krídlo.

Obrázok 21: pozdĺžny rez zadnej časti spodného ramena a vzpery zbiehavosti

Pred zvislými časťami oboch prvkov zavesenia kolies vzniká stagnačný bod a za nimi protismerne rotujúce vírenia, rovnako ako v prípade Gurneyho klapky. Medzera medzi prvkami nápravy potom pomáha zvírenému prúdeniu v zadnej časti indukovať vzostupný prúd (upwash) znižujúci tlak v tejto oblasti, čo zlepšuje fungovanie difúzora a zvyšuje hmotnostný prietok vzduchu pod podlahou. Ak prax korešponduje s teóriou, difúzor pracuje v spojení so zadným krídlom a hlavne v širšom rozsahu svetlej výšky.

Napriek tomu, že riešenie spĺňa všetky predpisy a jeho legalita sa zdá byť úplne nespochybniteľná, bola predsalen predmetom sporu. Zástup technických riaditeľov pred kanceláriou FIA po prvom výjazde MP4-29 na trať hovoril za všetko. Zástupcovia konkurenčných tímov spochybňujú systém zavesenia zadných kolies McLarenu na základe starších technických noriem, ktoré FIA vydáva za účelom objasnenia pravidiel a ktoré podľa nich určujú, čo je v tomto smere prípustné. Podľa názoru FIA je všetko v poriadku, no v tejto veci ide len o názor a nie konečné stanovisko. Posledné slovo budú mať technickí delegáti v Melbourne, kde sa môže spor ešte vyostriť a aj v prípade, že MP4-29 prejde technickou previerkou, je možné proti rozhodnutiu namietať formou formálneho protestu. Protest by mohol byť v tomto prípade pre mnohých prijateľnejší ako snaha o kopírovanie. Ak si totiž odmyslíme nevyhnutné zmeny a optimalizácie v dôsledku odlišných aerodynamických a mechanických vlastností takejto zadnej časti monopostu, prispôsobenie riešeniu McLarenu by si vyžadovalo rozsiahlu prestavbu zadnej časti auta a okrem redizajnu samotného spodného ramena a vzpery zbiehavosti aj novú prevodovú skriňu s odlišnými montážnymi bodmi pre prvky zadnej nápravy.

Karoséria medzi zadnými kolesami
Ak by sa niekto rozhodol zájsť ešte ďalej, vytvoriť v zadnej časti auta plnohodnotné spodné krídlo, má k dispozícii celú výšku a šírku karosérie medzi kolesami využiteľnú na vytvarovanie krídla prekrývajúceho niektoré z prvkov zadnej nápravy. Na rozdiel od vlaňajších krytov hnacích hriadeľov, ktoré boli tvorené prvkami zavesenia a teda podliehali vyššie zmieneným obmedzeniam, by bolo takéto krídlo statickou karosériou pripevnenou k šasi takže jeho tvarovanie by bolo voľné – až na jednu vec. Od roku 2009 je v platnosti pravidlo pokrývajúce oblasť bočníc a krytu motora známe pod označením R75, ktoré zabraňuje pridávaniu rozličných krídeliek, lopatiek komínov a iných aerodynamických prvkov. Podľa tohto článku „každý zvislý priečny rez karosériou musí na vonkajšom povrchu vytvárať len jednu spojitú krivku, ktorá nesmie mať nikde polomer menší než 75 mm.“ Zjednodušene to znamená, že ak by aj spodné krídlo bolo súčasťou karosérie bočníc a krytu motora, muselo by byť pomerne mohutné s výraznými zaobleniami na spojoch so zvyškom karosérie a v miestach, kde by si tímy obvykle želali ostré hrany. Pravidlá sú teda stále limitujúcim faktorom, ale aj napriek tomu by mohlo podobné riešenie ponúkať zaujímavé výhody.

Stredová časť a kaskádové krídlo

Ako už naznačil Obrázok 18, oblasť pod zadným krídlom, ktorá sa rozprestiera okolo stredovej osi auta a umožňuje pridávanie častí karosérie označovaných ako kaskádové krídlo (v angl. monkey seat), sa rozšírila z 15 cm na 20 cm.

Okrem toho, že pravidlá po novom umožňujú tieto kaskádové krídla zväčšiť o celú jednu tretinu, novým postavením koncovky výfukového potrubia z nich robia výborného kandidáta na znovuvyužitie prúdu výfukových plynov. Viac k tejto problematike v sekcii Výfukové potrubie.

Nosné prvky

Strata spodného krídla znamená okrem iného aj problém pre štrukturálnu integritu sústavy zadného krídla, keďže doteraz boli spodné krídla prispôsobené na to, aby mohli niesť a prenášať zaťaženie pôsobiace na zadné krídlo.

Náhradu zatiaľ väčšina tímov vidí v zvislých nosníkoch umiestnených vo vyššie spomínanej voľnej stredovej sekcii pod zadným krídlom. Takéto nosníky podopierajúce stred hlavného profilu krídla boli v minulosti často využívané ako nosné prvky, až kým sa vývoj nezačal zameriavať viac na kvalitu ako kvantitu prítlaku. Na účinnosť krídla majú totiž zásadný vplyv akékoľvek obštrukcie na jeho spodnej strane.

Časom sa pravdepodobne tímy rozhodnú prejsť k riešeniu spojenia zadného krídla len s podlahou tak, ako to spravil napríklad tím Toro Rosso.

Difúzor

Obrázok 22: zadná časť monopostu Red Bull RB8 (otvor pre štartér vyznačený žltou farbou)

Posledná drobná zmena, ktorá sa týka otvoru pre externý štartér, zostala prakticky úplne nepovšimnutá, no pozornému oku určite neuniklo, že na nových monopostoch tento otvor už nie je viditeľný. FIA sa totiž rozhodla definitívne uzatvoriť medzeru v predpisoch definujúcich difúzor.

Otvor pre štartér bol často využívaný nad rámec svojho primárneho účelu, a preto už v roku 2010 boli prijaté prvé opatrenia, ktoré mali obmedziť nadrozmerné a aerodynamicky tvarované otvory v prostrednej časti difúzora.

Od aktuálnej sezóny bola zmienka o otvore pre štartér úplne vypustená z pravidiel, čo jednoducho znamená, že pri pohľade zospodu už nesmie byť v difúzore viditeľný žiadny takýto otvor.

3.12.7 Žiadna karoséria viditeľná pri pohľade zospodu, ktorá leží medzi osou zadných kolies a bodom 350 mm za ňou nesmie byť viac ako 125 mm nad referenčnou rovinou. S výnimkou otvoru opísaného nižšie musí každý priesečník povrchov v tejto oblasti s priečnou alebo pozdĺžnou zvislou rovinou tvoriť jednu súvislú krivku viditeľnú pri pohľade zospodu.

Otvor pre umožnenie prístupu zariadeniu opísanému v Článku 5.16 je na tomto povrchu povolený. Tento otvor ale nesmie mať plochu väčšiu ako 3500 mm2 pri premietnutí na samotný povrch a žiadny bod otvoru nesmie byť vzdialený viac ako 100 mm od iného bodu otvoru.

Karoséria v tejto oblasti navyše musí tvoriť rovnomerný, pevný, tvrdý, súvislý (žiadne plne uzavreté otvory), neohybný (žiadny stupeň voľnosti vzhľadom na jednotku telo/šasi) a odolný povrch za všetkých okolností.

Porovnanie minuloročnej a aktuálnej verzie Článku 3.12.7
(zmeny: odstránenie, doplnenie)

Väčšina tímov sa s týmto zákazom vyrovnala obyčajným prekrytím spomínaného otvoru záklopkou, ktorá otvor za normálnych okolností uzatvára, no po odklopení stále umožňuje prístup k prevodovej skrini. Avšak napríklad Mercedes tento zákaz obišiel šikovným tvarovaním stredovej časti difúzora, vďaka ktorej môže vzduch aj naďalej voľne prúdiť otvorom pre štartér a zároveň nie je viditeľný pri pohľade zospodu.

Obrázok 23: zadný pohľad na difúzor Mercedesu F1 W05 (stredová časť v tvare písmena „U“ slúži na prekrytie otvoru pre štartér tak, aby nebol viditeľný pri pohľade zospodu)

Reklamy

Pridaj komentár

Zadajte svoje údaje, alebo kliknite na ikonu pre prihlásenie:

WordPress.com Logo

Na komentovanie používate váš WordPress.com účet. Odhlásiť sa / Zmeniť )

Twitter picture

Na komentovanie používate váš Twitter účet. Odhlásiť sa / Zmeniť )

Facebook photo

Na komentovanie používate váš Facebook účet. Odhlásiť sa / Zmeniť )

Google+ photo

Na komentovanie používate váš Google+ účet. Odhlásiť sa / Zmeniť )

Connecting to %s