Miért rondák a Forma-1-es autók?

Ábrák segítségével magyarázzuk el, hogy a mérnökök miért voltak kénytelenek torzszülötteket kotyvasztani dollártízmilliós boszorkánykonyháikban. Az év eddigi legérdekesebb technikai újításait vizsgáljuk meg közelebbről.

Rajz és szöveg: Putz Patrik

Aki bármiféle előismeret nélkül pillantotta meg az idei Forma-1-es autók valamelyikét, azt hihette, különös járvány kezdett terjedni a mérnökök körében. A McLarenen kívül az összes csapat új modellje törött orral gurult a nyilvánosság elé, elborzasztva az "ami szép, az gyors" elmélet hívőit. Az egybeesés azonban nem véletlen, hanem egyszerűen egy új, a versenyzők biztonságát szolgáló szabálymódosítás következménye. Az autók így első látásra talán ízlésficamosnak tűnnek, de idővel alighanem éppúgy hozzászokunk majd a látványukhoz, mint 2009-ben, amikor kiszélesítették az első vezetőszárnyat, és megemelték, valamint elkeskenyítették a hátsót, sokak szerint hókotrók versenyévé silányítva az F1-et.

A csapatok amúgy a télen folytatták örökös küzdelmüket a tizedmásodpercekért, szokás szerint tovább csiszolva a technológiájukon, s közben előállva néhány látványos ötlettel is. Ezek közül veszünk közelebbről szemügyre néhányat.

Kacsacsőr vagy vasalódeszka?

Nem aratott osztatlan sikert az a 2012-es szabálymódosítás, amely az orrkúpok magasságát korlátozza. Az előírás alapjaiban jó, de mivel mindössze két síkon szabta meg a maximális magasságokat, nem törődve ezek összekötésével, elkerülhetetlenné lett a gnómok születése.

Fent a Red Bull, lent a McLaren válasza az autó elejét érintő szabályváltoztatásokra (a képek kattintva nagyíthatók)

Miért jutottak a mérnökök arra, hogy a lépcsős orr a legjobb? Először is, az orr alatt a padlólemez alá áramló levegővel lehet fokozni a leszorítóerő mintegy harmadáért felelős diffúzor hatékonyságát, ehhez azonban az utascellának elöl a lehető legmagasabban kell kezdődnie. A cella keresztmetszetének az első kerék vonalában van egy kötelező minimális magassága, 27,5 cm, mégpedig azért, hogy legyen elég hely a pilóta lábainak a pedáloknál. A cellát minél magasabbra tervezik. A teteje éppen eléri az engedélyezett maximumot, a 62,5 cm-t, így alatta máris kialakították a lehető legnagyobb nyílást a levegő számára. Ám itt jön a gond: idéntől az orrkúpnak (ez az a rész, amivel együtt a versenyen fel-le szerelik az első szárnyat) az első kerék vonala előtt maximum 55 cm magasnak szabad lennie. Az orrkúp alatt rendkívül fontosak az áramlások, ezért ott egyenes (vagy enyhén görbe) vonallal folytatják a cella aljának az ívét, míg a tetejénél nyugodt szívvel megtörhetik a levegő útját. Ezért az orrkúp tetejét végig az 55 cm-es maximum közelében tartják. Ott pedig, ahol össze kell kötni a kúpot az utascellával, a mérnököknek vízszintesen kb. 15 centijük van arra, hogy ezt a kétféle magasságot valamilyen elegáns - vagy kevésbé elegáns - megoldással összekössék.

Charlie Whiting, a Nemzetközi Automobil Szövetség (FIA) technikai főnöke szerint ezért az esztétikátlan koncepcióért a csapatokat kell okolni. "Mi a váz elejét is lejjebb akartuk vinni, hogy mérsékeljük a kockázatokat az oldalirányú ütközések során" - mondta az Auto Motor und Sportnak. "Egyes mérnökök azonban arra panaszkodtak, hogy emiatt teljesen új autókat kellene építeniük, mert kénytelenek lennének átrendezni az (első) felfüggesztés elemeit. Ezért döntöttünk úgy, hogy az új maximális magasságot csak az orrkúpra vonatkozóan tesszük kötelezővé, a váz elejére nem."

Fent a tavalyi, lent az idei Red Bull orra, hasonló szögből. A különbség látványos

Eddig egyedül a McLaren autója nem kacsacsőrű, de ők hagyományosan eltérő filozófiával terelik a levegőt az orrkúp alatt. Már harmadik éve csinálják így, és elégedettek az eredménnyel, ezért nekik csak egészen picit kellett ereszteniük a tavalyi orrkúp ívén, hogy beférjen az idei szabályok adta keretek közé. Ez akár előnyt is jelenthet számukra, hiszen biztosak lehetnek benne, hogy a koncepciójuk működik. A többiek a Red Bull által még a 2009-es RB5-tel indított trendet követve tértek át a magas orrokra.

A Ferrari vonórudas első felfüggesztése

Vonórudat, angol nevén pullrodot jó tíz éve nem alkalmaztak F1-es kocsik első felfüggesztésénél - éppen Alonso első autója, a 2001-es Minardi volt az utolsó ilyen rendszerű. Míg a nyomórudas felfüggesztésnél a kereket ért ütést egy meredeken felfelé álló rúd (jobbra, pirossal jelölve) továbbítja az utascella elejében található himba és az ahhoz csatlakozó rugó és lengéscsillapítók felé, addig a vonórúdnál egy laposan álló rúd vezet az első kerék tetejétől a cella aljáig. Az eleve meredeken álló lengőkarok miatt berugózásnál a kerék kifelé mozdul, és magával húzza a rudat is (zölddel jelölve), ami ezt a mozgást elvezeti az alul elhelyezett himbához és lengéscsillapítókhoz.

Bal oldalon az idei Ferrari vonórudas, jobb oldalon a tavalyi autójuk hagyományos, nyomórudas első felfüggesztése látható. Az előbbi húzza, az utóbbi nyomja a himbát, amikor a kerék felfelé mozdul (kattintva nagyítható)

Ennek az elrendezésnek az előnye, hogy mivel a vonórúd rövidebb, kisebb a légellenállás, valamint a mélyebben elhelyezett rugózó elemek jótékonyan hatnak az autó súlyelosztására. Ezekkel önmagukban nem lehet sokat nyerni, de az a tény, hogy mégis áttervezték az első futóművet emiatt, jelzésértékű: a Ferrari azt üzente vele, hogy tavalyi ígéretét beváltva valóban vállalja a kockázatot a teljesítmény fokozása érdekében.

Pat Fry, a Ferrari 2011-ben előléptetett technikai igazgatója elárulta, hogy már előző csapatánál, a McLarennél is foglalkoztatta a vonórudas felfüggesztés ötlete, mivel azt tartotta a legelegánsabbnak. A 2011-es autóhoz még azért nem tudtak ilyet készíteni, mert "a tervei már előrehaladott állapotban voltak, és nem találtunk olyan megoldást, amely ne növelte volna jelentősen a tömeget. Márpedig a KERS visszatérése miatt ez fontos szempont volt. Akkoriban még aerodinamikai téren sem tudtunk jelentős előnyhöz jutni vele, így a nagyobb súly nem érte meg."

A Ferrari idén hátul is áttért a vonórudas futóműre. Fent a tavalyi nyomórudas, lent az új vonórudas geometria látható

A vonórudas rendszernek persze hátrányai is vannak. Nehezebben szerelhető, ugyanis bajosabb hozzáférni a lejjebb elhelyezett alkatrészekhez, s mint minden új rendszernél, adódhatnak vele kellemetlen meglepetések. Mivel idén, a mezőny nagy részéhez képest legalább egyéves késéssel a Ferrari végre a hátsó futóműnél is vonórúdra váltott, beletelhet egy kis időbe, mire megtanulják tökéletesen kezelni az új rendszereket. Egyébként nincs új a nap alatt: a vonórudas felfüggesztést a Brabham legendás mérnöke, Gordon Murray találta ki még az 1970-es évek végén, majd széles körben el is terjedt a használata, de az utóbbi években megszokott magas orrokhoz nehéz volt alkalmazni, ezért átmenetileg kiment a divatból.

A McLaren kipufogóbuborékja

A befújt diffúzorok használatát az FIA folyamatosan igyekszik megakadályozni különféle szabálymódosítások révén. 2011-re megtiltották, hogy az erre kialakított réseken keresztül az autók alá vezessék a kipufogógázt, erre a csapatok (élükön a Red Bull-lal) a diffúzor szélére irányították az égésterméket. Válaszként idéntől már nem engedélyezik, hogy a padlólemez közelében lehessen a kipufogó. Sőt nemcsak a helyét szabták meg, hanem előírták azt is, hogy nem fordulhat lefelé a cső vége, s hogy nem szabad semmilyen gyűjtőcsatornába vezetni az égésterméket, valamint az áramlása útjába sem helyezhető el semmilyen karosszéria-elem. A kipufogónyílásnak láthatónak kell lennie bizonyos irányokból is.

A McLaren kipufogóbuborékja ravaszul a padlólemez széle felé irányítja a csóvát (a kép kattintva nagyítható)

A legtöbb csapat beletörődött az elkerülhetetlenbe, de a Ferrari és a McLaren még próbál trükközni. A McLaren megoldása a szabályok betűje szerint legálisnak számít, hiszen nem próbálják meg eltéríteni a gázáramlást azzal, hogy valamit az útjába tesznek, de egy másfajta megoldással így is elérték, hogy lefelé fújjon a kipufogó, mégpedig oda, ahol tavaly is végződött. A cső az oldaldobozra tett "buborékban" végződik (lásd a nagyított ábrán), egy olyan, felülről nyitott csatornában, amelynek az alja ívesen van kiképezve (szaggatott vonallal jelölve). Az áramlások szeretnek a határoló felületekhez tapadva mozogni (bizonyos mértékig persze), ezért a kipufogógáz ahelyett, hogy egyenesen felfelé elröppenne, az alsó ívhez tapadva lekanyarodik, és éppen a diffúzor belső sarkához fúj. Ezzel a megoldással a diffúzor hatékonyságát növelik, ami így a szokásosnál nagyobb hasmagassággal is működhet. Ráadásul kissé előredönthetik az autót, ezért eleve mélyebben lóghat az első szárny is - az elmúlt években ez fontos szempont volt, ahogy azt a Red Bull és a Ferrari hajlékony, olykor még az aszfaltot is súroló légterelőjének példájából is láthattuk.

Mi a diffúzor?

A diffúzor az első és a hátsó vezetőszárnyak mellett a leszorítóerő növelésének legfontosabb eszköze, és a szerepe különösen jelentős, mert azokkal ellentétben nincs kedvezőtlen hatással a légellenállásra. Ez az aerodinamikai eszköz voltaképpen nem más, mint a padlólemez különleges kialakítású, függőleges elválasztókkal több csatornára osztott része az autó hátuljánál. A működési elve a Bernoulli-törvényre épül: minél nagyobb a gáz áramlási sebessége, annál kisebb a nyomása. A csatornák megfelelő kiképzése révén kiszívja a levegőt a padlólemez alól, és a nyomás csökkenése az aszfalthoz préseli az autót. Nem mellesleg a diffúzor biztosítja a megfelelő átmenetet is az autó alatti gyors, illetve a körülötte haladó lassabb áramlások találkozásánál. Manapság már nemcsak a formaautókra, hanem szinte minden nagy teljesítményű versenyautóra szerelnek ilyet.

Kezdetben nem volt egyértelmű, hogy a McLaren buborékkipufogója szabályos-e, de a jerezi teszt zárónapján mind az ő megoldásukat, mind a Ferrariét jóváhagyta az FIA.

Több más csapathoz hasonlóan a Sauber is különféle elrendezésű kipufogókkal kísérletezett a jerezi teszten. Fent egy teljesen hagyományos, lent egy fokkal fantáziadúsabb megoldást látunk. A kék matricák a lengőkarokon hőmérő szenzorok