De FIA heeft sinds de Grand Prix van Singapore een aanpassing in het technisch reglement doorgevoerd met betrekking tot de flexibiliteit van de vleugels. Of beter gezegd, het inperken hiervan. Waarom zijn F1-teams zo naarstig op zoek naar de grenzen van het toelaatbare op gebied van bewegende vleugels? Techniekexpert Rob van den Heijkant legt het haarfijn uit.
Basis aerodynamica
Laten we eerst eens beginnen met de basis: hoe werken de vleugels op een Formule 1-auto? Heel simpel gezegd zijn het in principe omgekeerde vliegtuigvleugels. Waar bij een vliegtuig de zuiging aan de bovenkant van een vleugel wordt gecreëerd waardoor het toestel omhooggaat, gebeurt dat hier aan de onderkant. De wagen wordt hierdoor naar de grond gedrukt waardoor er meer druk op de banden komt te staan, dit levert vervolgens meer grip op en je kunt harder door de bochten rijden.
Steek maar eens je hand uit het raam terwijl je in een rijdende auto zit. Je zult merken dat deze in horizontale positie mooi door de lucht glijdt, maar verticaal veel weerstand opwekt.
Bij de huidige Formule 1-auto’s genereren de vleugels zo’n veertig procent van de totale downforce. De downforceverdeling over de vleugels is ongeveer gelijk, dus zo’n twintig procent downforce per vleugel. De overige zestig procent wordt door de vloer van de auto gecreëerd. Deze bestaat ook uit een soort vleugel die de auto naar de grond trekt.
Goed om te weten is dat de druk bij een hogere snelheid exponentieel toeneemt. Hierdoor is bij een lage snelheid de aerodynamica nog niet zo dominant aanwezig. Ga je sneller, zeg tweehonderd kilometer per uur, dan heb je vier keer zoveel neerwaartse kracht dan bij honderd kilometer per uur. Bij driehonderd kilometer per uur is dit zelfs negen keer zoveel. Kortom, er komen dus behoorlijk wat krachten op de vleugels te staan op hoge snelheid.
De achtervleugel
Met de achtervleugel stel je met name de luchtweerstand van de auto af. Je bepaalt hiermee hoeveel snelheid je op het rechte stuk wilt hebben en hoeveel in de bochten. Stel je de achtervleugel zo verticaal mogelijk af, dan wek je meer downforce op en kun je snel door de bochten rijden. Het nadeel is dat dit een remmende werking heeft op het rechte stuk en je daar dus snelheid moet inleveren. Wil je dus sneller op het rechte stuk gaan, dan moet je je achtervleugel vlakker afstellen. En je snapt het al, dan verlies je snelheid in de bochten.
Per circuit zijn de teams op zoek naar de juiste afstelling van de achtervleugel. In Monaco zul je dus zien dat deze zo rechtop mogelijk wordt afgesteld en op een hogesnelheidscircuit als Monza zo vlak mogelijk. Dit zijn natuurlijk uitzonderingen, op andere circuits is de juiste balans lastiger te vinden tussen de snelheid op het rechte stuk en de bochtensnelheid.
De voorvleugel
De voorvleugel is los van de downforce met name nuttig om de aerodynamische balans van de auto op orde te krijgen. Deze balans zorgt ervoor dat je op de voor- en achterkant van de auto de juiste druk op je banden krijgt. Wanneer de balans te veel aan de voorkant zit, krijg je overstuur en breekt de auto aan de achterkant uit. Wanneer deze te veel aan de achterkant zit, krijg je onderstuur en stuurt je auto niet goed in omdat je voorbanden te weinig druk krijgen.
Wat teams vaak doen is op voorhand bepalen hoeveel downforce ze willen bereiken op een circuit, daar stellen ze de achtervleugel op af, en met de voorvleugel stellen ze de auto verder af om de balans op orde te brengen. De voorvleugel heeft namelijk ook een effect op de achtervleugel. Zet je deze meer omhoog, dan heeft dit een negatief effect op de achtervleugel. Je stuurt immers de luchtstroom meer omhoog waardoor er minder bij de achtervleugel terechtkomt en deze minder downforce kan genereren.
Omgedraaid geldt hetzelfde. Wanneer je de voorvleugel vlakker zet, gaat er meer lucht, die tevens ook minder turbulent is, naar de achtervleugel waardoor je daar juist meer neerwaartse druk creëert. Verlies je twee procent downforce aan de voorkant, dan komt er twee procent aan de achterkant bij. In totaal verschuift de aerodynamische balans dan met vier procent naar achteren, en zo kun je hier dus een beetje mee spelen.
Nut flexibele vleugels
Tot zover de basiswerking van de vleugels. Waarom zou je als team flexibele vleugels op de auto willen hebben? Kijk naar het effect van het Drag Reduction System, ofwel DRS, wat tegenwoordig op de Formule 1 auto’s zit. Door dit systeem klapt een deel van de achtervleugel open, hierdoor wordt de downforce verlaagd en gaat de snelheid op het rechte stuk omhoog. Met een flexibele achtervleugel kun je dit ook deels nabootsen. En elke paar kilometer per uur die je kunt winnen door deze iets te laten verbuigen, is natuurlijk een bonus. Het verschil is alleen dat DRS wel is toegestaan en een flexibele vleugel niet, maar sommige knappe koppen bij een aantal teams hebben manieren bedacht om dit te omzeilen.
Ook bij de voorvleugel kun je winst behalen met een bepaalde vorm van flexibiliteit. Het liefst wil je namelijk in een langzame bocht een steilere voorvleugel en in een snelle bocht een vlakkere vleugel. De steile vleugel zorgt dat de balans naar voren gaat en je hierdoor beter kunt insturen, maar in een snelle bocht wil je juist minder druk op je voorbanden en dat de balans naar achteren gaat. Dit effect krijg je als je je voorvleugel plat kunt klappen. Kortom, met een flexibele voorvleugel die onder hoge kracht buigt.
De beam wing, het horizontale onderste deel van de achtervleugel, is overigens ook interessant op dit gebied. Wanneer je deze kunt laten verbuigen zodat deze minder downforce oplevert, dan heeft dit effect op zowel je achtervleugel als de downforce die vanuit de vloer komt. Dan win je dus op twee plekken terrein.
Dit geldt overigens voor meerdere delen op een Formule 1-wagen en in principe hebben alle aerodynamische mechanismes invloed op elkaar. Zodra je dus een deel hiervan kunt verbuigen, kun je een hele keten in gang zetten. Als je deze keten goed op orde hebt, kun je met iets kleins wat je niet ziet, en wat de FIA eigenlijk niet mag zien, flink wat voordeel behalen.
Maatregelen FIA
Waarom heeft de FIA dan niet opgesteld dat de vleugels helemaal niet mogen bewegen? Simpel: dat is niet mogelijk. Er moet altijd een bepaalde vorm van flexibiliteit in de vleugels zitten, anders kunnen deze breken onder de grote druk waaraan ze worden blootgesteld. Dit heeft ook te maken met het feit dat deze van carbon zijn. Of je moet de vleugels van staal maken, maar dan worden de auto’s weer veel te zwaar.
De FIA staat daarom een zekere mate van flexibiliteit toe. Om te controleren of de teams zich hieraan houden, wordt er getest door een bepaalde druk uit te oefenen op verschillende delen van de auto. Het nadeel is dat de teams weten met hoeveel druk er wordt getest en waar op welke onderdelen. Als je hier misbruik van wilt maken, dan zou je er dus voor kunnen kiezen dat de vleugel pas gaat buigen onder een hogere druk dan tijdens de controletest. Of dat een onderdeel buigt op een ander gedeelte dan waar de test wordt uitgevoerd.
Kortom, het is voor de FIA dus heel lastig dit goed te controleren. Ze zijn echter wel getipt dat er teams zijn die hier misbruik van maken. Naar verluidt is dit onder anderen het geval geweest bij Aston Martin. De renstal van Lawrence Stroll zou na een waarschuwing van de FIA een aantal onderdelen hebben moeten aanpassen en is daardoor teruggevallen op de grid. De reden hiervoor is dat de hele auto is afgestemd op een bepaald gedrag van de aerodynamica. Dit gaat van de windtunnel naar de simulator en daar wordt de auto voor 99 procent afgesteld voor het circuit. De laatste kleine aanpassingen doen de teams op het circuit zelf. Wanneer je dus bepaalde aerodynamische onderdelen van de FIA moet aanpassen, dan klopt bovenstaand verhaal niet meer en moet alles worden aangepast. Je begint dan weer bij nul op gebied van het afstellen van de auto.
Aanpassing reglement
Om meer duidelijkheid te verschaffen, heeft de FIA sinds de Grand Prix van Singapore het reglement aangepast. Middels een zogeheten Technical Directive weten alle teams nu waar de grens ligt op het gebied van flexibele onderdelen. De teams moeten nu ter controle de ontwerptekeningen van de auto’s inleveren, zodat de FIA kan bekijken of alles binnen het reglement valt. Ook plakt de FIA nu stickers op het bodywork van de wagens zodat men met behulp van onboard camerabeelden kan controleren in hoeverre bepaalde onderdelen buigen tijdens een ronde over het circuit. In hoeverre dit een invloed gaat hebben op de pikorde van de teams, zullen we de komende Grands Prix merken.
Dit artikel verscheen in het vorige nummer van FORMULE 1 Magazine.
Vanaf nu ligt de speciale kampioensuitgave van FORMULE 1 Magazine in de winkel. Het magazine is echter nu al digitaal te bestellen, met gratis bezorging in heel Nederland! Lees alles over de bijzondere WK-trilogie van Max Verstappen, ook met unieke fotografie van onze huisfotograaf Peter van Egmond. Met in dit nummer verder o.a:
- Exclusief interview Oranje-bondscoach Ronald Koeman: ‘Max doet me aan Messi denken’
- Red Bulls teambaas Christian Horner blijft zich verbazen: ‘Alle superlatieven voor Max zijn op’
- Fotoserie: Verstappens snelle weg naar de derde wereldtitel
- Het uitgekiende F1-traject van Jan Lammers en zoon René
- Gallery: het allermooiste beeld van huisfotograaf Peter van Egmond
- Columns Noël Ummels en Nelson Valkenburg
- F1 Insider Graham Watson over FOM’s commerciële belang van een nieuwe superster
- En verder alles over Max Verstappens kampioensweekend in Qatar!
