קצת נתונים כלליים לרנו R25 מעונת 2005:
0-100 קמ"ש 1.9 שניות.
0-200 קמ"ש 3.9 שניות.
0-300 קמ"ש 8.4 שניות.
אבל זו לא החוכמה, רכבי דראג אמריקאיים מגיעים ל-100 קמ"ש בכחצי שניה אבל לא יכולים לפניות אפילו כמו המשפחתית שלכם. אנחנו כבר מבינים שהאצה בקו ישר זה נחמד אבל עלמנת לנסוע באמת מהר בפניות אנחנו צריכים לעזרתינו את הכוחות האוירודימים, מעבר לשלדה מתאימה היכולה לשאת בכוחות הפיתול או דיפרנציאלים מוגבלי החלקה שיאפשרו להעביר מקסימום כוח מבלי שהצמיגים יגיעו למצב של החלקה. כולם מכירים את האימרה הישנה (שהיא נכונה תיאורטית) שאומרת שרכב פורמולה 1 מסוגל לנסוע על תקרה הפוך מכיוון שכוח ההצמדה שלו גדול ממשקל הרכב. מקדם גרר טיפוסי לרכב פורמולה-1 הוא לא פחות מ-0.7 – 1.1 לשם השוואה לפיג'ו 407 יש מקדם גרר של 0.29.
בשל התקנות ההולכות ומחמירות, בתחום המנועים לא נשאר הרבה לפתח או לשפר וההבדלים בין הקבוצות בתחום זה זניחים, לכן עיקר ההבדל הוא בתחום האוירודינמיקה. מעל ל-100 מתכננים עובדים במחלקת האוירודינמיקה של קבוצת פורמולה אחת גדולה. כל עיצוב וכל רכיב דורשים המון שעות CFD , בניית דגמים וניסויי מנהרות רוח שמסתכמים במליוני דולרים. רק בכדי להבין עלויות, דגם בגודל מלא, לניסוי במנהרת רוח, הכולל מאות חישני לחץ יכול לעלות כמליון דולר למרות שהתקנות החדשות מאפשרות כיום לבנות מודלים בגודל של עד 60% מהגודל המלא ומהירות הרוח בנהרה לא תעלה על 50 מטר לשניה (180 קמ"ש לעמות התקנות הקודמות 288 קמ"ש). כיום עם כוח המחשוב יש קבוצות שכלל לא משתמשות במנהרות רוח אלא רק ב-CFD למרות שעדיין אין תחליף ליעילות של ניסוי במנהרת רוח, בעיקר לבחינת שינויים וקבלת תוצאות מיידית.
החוק הבסיסי ביותר באוירודינמיקה הוא כאשר אוויר נמצא בתנועה הלחץ הדינאמי עולה והלחץ הסטטי יורד זה העקרון הכי בסיסי שנגזר מחוק ברנולי, שימור אנרגיה המשוואה אומרת כך:
(לחץ סטטי) + 0.5*(הצפיפות)*(מהירות)^2 = קבוע
(כל זאת בתחומי האוירודינמיקה הבלתי דחיסה שמתאימה למהירויות של רכבי פורמולה-1 למרות שהחישובים האמיתיים נעים גם עבור זרימה דחיסה וגם זרימה צמיגה)
מכאן אנו למדים שהכל תלוי במהירות ואת זה אנו יכולים לנצל כמובן לטובתינו. עד שנות ה-70 כמעט ולא הייתה התייחסות של ממש לאוירודינמיקה בתחום רכבי הפורמולה-1 עיקר ההתייחסות הייתה למזער את כוח הגרר ולהשיג מהירות גבוהה בקו ישר. עד שמספר מהנדסים השכילו להבין שאת עיקר היתרון ניתן להשיג דווקא בפניות תוך שימוש באותו חוק בסיסי ליצירת כוח הצמדה גדול שיאפשר מהירות פנייה גדולה בהרבה ממה שהיה מוכר.
רוב הסיבות שרכבי הפורמולה-1 נראים כפי שהם נראים כיום זה בשל תקנות שעיקר תפקידן הוא לייצר אחידות כך שעיקר תשומת הלב תופנה לאיכות הנהג, והרי אנו מעריצים נהגים ופחות רכבים, יחד עם האפשרות לשלוט בביצועי המכוניות בכדי לייצר עניין רב יותר בתחרות עצמה ולא דומיננטיות של קבוצה אחת או שתיים עם תקציבי עתק.
כיום האוירודינמיקה אחראית ל 66% מהביצועים של רכב פורמולה-1. נסקור כעת את הרכיבים הלוקחים חלק במשוואה הזו ובהמשך נסקור כל רכיב בנפרד ובהרחבה:
הצמיגים: אחד הסימנים המוכרים של רכבי פורמולה-1 אלו הצמיגים החשופים, אך למעשה זה בניגוד לכל הגיון אוירודינמי. הצמיגים לא רק שלא מייצרים כוח הצמדה (למעט משקלם) אלא מייצרים עילוי וגרר רב. יש לכך לא מעט סיבות הסטוריות, אך עם הזמן הדבר הפך לחלק מהתקנות וחל איסור לכסות את הגלגלים. לכן על הכנף הקדמית קיימים התקנים אוירודינמייפ
כנפיים: הכנפיים כיום אחראיות לכ-2/3 מסך כוח ההצמדה שמיצרת מכונית פורמולה-1. זאת לאחר שינוי התקנות ב-81 בהן אסרו על חצאיות בתחתית הרכב אשר היו מיצרות פי-3 כוח הצמדה ממה שהיה מוכר עד שנת 1970 בה נעשה השימוש הראשון באפקט הקרקע ע"י לוטוס. כל כנף מורכבת מכה פרופילים להשגת מקסימום כוח הצמדה במינימום גרר אפשרי.
הכנף הקדמית: מייצרת קרוב ל-33% מסך כוח ההצמדה. הכנף הקדמית היא דואלית, מצד אחד היא הכרחית בכדי לייצר כוח הצמדה בגלגלים הקדמיים האחראים על יכולת הפניה, אך מצד שני היא יוצרת מערבולות רבות בזרימה שמייצרת גרר. לכן הכנף הקדמית היא מאוד מורכבת ובנויה מלא מעט חלקים שכל תפקידם לישר את הזרימה ולהפחית כמה שאפשר את הגרר. רק נמנה חלק מהתפקידים שלה: לקרר את הבלמים הקדמיים, לאפשר לזרימה לאכוף כמה שאפשר את הצמיגים, להכניס את הזרימה למנהרה התחתונה ועוד.
הכנף האחורית: מייצרת קרוב ל-33% מסך כוח ההצמדה הכנף האחורית המודרנית צרה הרבה יותר מזו שהייתה מותקנת לפני מספר שנים וכעת מורכבת רק משני פרופילים ולא שלושה. גם כאן תפקידה לייצור כוח הצמדה ובנוסף להרחיק לאחור עד כמה שאפשר את המערבולות הנוצרות בזרימה העוזבת את הכנף על מנת להפחית את הגרר. בפורמולה-1 התקנות קובעות במדוייק את מיקום הכנף האחורית ביחס לציר האחורי, אך למי שזוכר את המרצדס CLK-GTR המעופפת, אחת הסיבות שתרמו לכך היה מיקום לא נכון של הכנף האחורית יחד עמובן עם בעיות נוספות בתכנון.
תחתית הרכב: כיום התקנות אוסרות לעצב את החלק התחתון להוסיף חצאיות להגברת אפקט הקרקע או צינורות ונטורי, אך עדיין ניתן להוסיף מפצל זרימה (דיפיוזר) מהציר האחורי עד לקצה הגלגלים האחוריים, מפצל זרימה זה אחראי לכ-25% מכוח ההצמדה.
גוף הרכב: התקנות מגבילות את הגודל הכללי של הרכב ומספר פרטים נוספים בו. לעיצוב הגוף מספר תפקידים מעבר לקבלת מינימום והוא מייצר בסך הכל כ-11% מסך כוח ההצמדה. חלק ניכר מעיצוב גוף הרכב הוא לאפשר זרימה לקירור המנוע והנוזלים ולכך ישנם 3 פתחים. עליון לקירור ישיר של המנוע ושניים בצידי הרכב לקירור הנוזלים. בנוסף על הגוף עצמו מותקנים כנפונים שתפקידם לא לייצר כוח הצמדה (הפרופיל שלהם סימטרי-כלומר לא מייצר עילוי). אלא ליישר את הזרימה בין אם לפני הכנף האחורית או המתלים. חלקו האחורי של הרכב הולך ונהייה צר עלמנת ליצור כמה שפחות מערבולות העוזבות את הרכב.
סרטון הסבר כללי על האוירודינמיקה של רכב פורמלה אחת
בהמשך המאמרים נדבר על כל רכיב באופן נרחב.
