Downforce είναι η κάθετη συνιστώσα των αεροδυναμικών δυνάμεων που ασκούνται στο μονοθέσιο. Στα ελληνικά μπορεί να τη συναντήσουμε με διάφορες ονομασίες: αεροδυναμικό φορτίο, αρνητική άντωση, κάθετη δύναμη… Καθώς το μονοθέσιο ταξιδεύει στον αέρα, η κάθετη δύναμη το ωθεί προς το έδαφος.
Όσον αφορά την αεροδυναμική του μονοθεσίου, υπάρχουν στην πραγματικότητα τρεις δυνάμεις: η downforce είναι η κάθετη δύναμη, η αντίσταση (ή οπισθέλκουσα) είναι η διαμήκης ενώ υπάρχουν επίσης και οι πλευρικές δυνάμεις, με τρεις ροπές που λειτουργούν γύρω από αυτούς τους άξονες.
Η κάθετη δύναμη είναι αναμφίβολα η πιο σημαντική όσον αφορά την απόδοση του μονοθεσίου, καθώς όσο περισσότερο καταφέρουν οι ομάδες να το «πιέσουν» προς το έδαφος, τόσο πιο γρήγορα διανύει τις στροφές παρουσιάζοντας καλύτερη συμπεριφορά. Όταν τα επίπεδα αεροδυναμικού φορτίου αλλάζουν, οι οδηγοί μπορούν να το αισθανθούν στο μονοθέσιο.
Μείωση της αρνητικής άντωσης προκαλεί περισσότερη ολίσθηση του μονοθεσίου, το πίσω μέρος είναι λιγότερο σταθερό, αλλά δημιουργείται επίσης λιγότερη αντίσταση στις ευθείες. Με υψηλότερα επίπεδα κάθετης δύναμης, το αυτοκίνητο δίνει την αίσθηση ότι είναι πολύ πιο σταθερό στο έδαφος, αλλά στις ευθείες, η αίσθηση είναι σαν να έχεις στο πίσω μέρος ένα ανοιχτό αλεξίπτωτο που σε επιβραδύνει.
Φορτίο τριών τόνων
Για να δώσουμε μία τάξη μεγέθους του αεροδυναμικού φορτίου που αναπτύσσουν τα σύγχρονα μονοθέσια της F1, αξίζει να αναφερθεί ότι περίπου στα 150 χλμ./ώρα, ισοδυναμεί με το βάρος τους, που είναι οριοθετημένο από τους κανονισμούς στα 798 κιλά. Μέχρι το τέλος της ευθείας, όπου το μονοθέσιο κινείται με τη μέγιστη ταχύτητά του, είναι πιθανότατα τρεις ή τέσσερις φορές υψηλότερη από το βάρος του μονοθεσίου.
Θα υπέθετε κανείς ότι όσο πιο γρήγορη είναι η στροφή, τόσο πιο σημαντική είναι η κάθετη δύναμη, καθώς εκεί το φορτίο είναι υψηλότερο. Αλλά επειδή τα μονοθέσια περνούν τόσο πολύ χρόνο σε αργά και μέσης ταχύτητας κομμάτια, εκεί είναι που υπάρχει η μεγαλύτερη απώλεια χρόνου στην πίστα. Επομένως, εκεί είναι που στην πραγματικότητα η αρνητική άντωση είναι πιο σημαντική. Εάν μία ομάδα μπορείτε να «πιέσει» το μονοθέσιο περισσότερο προς το έδαφος σε αυτά τα δύσκολα, αργά τμήματα, τόσο καλύτερη πρόσφυση θα έχει στην είσοδο και την έξοδο των στροφών.
Το μεγαλύτερο μέρος του αεροδυναμικού φορτίου που αναπτύσσει το μονοθέσιο προέρχεται από το δάπεδο, αλλά υπάρχει επίσης μεγάλη συνεισφορά από την εμπρός και την πίσω αεροτομή. Αυτά στοιχεία του αυτοκινήτου είναι πιο εύκολο να ρυθμιστούν όσον αφορά το επίπεδο φορτίου που παράγουν, επειδή οι ομάδες έχουν τη δυνατότητα να αλλάξουν τη γωνία πρόσπτωσης των πτερυγίων ή το «βάθος» τους (χορδή) στην πίσω αεροτομή, για την επίτευξη διαφορετικών επίπεδων κάθετης δύναμης.
Ωστόσο, ενώ αυτά είναι τα προφανή αεροδυναμικά στοιχεία, ολόκληρο το μονοθέσιο παράγει αρνητική άντωση. Κάθε επιφάνεια και κομμάτι που αγγίζει ο αέρας, παράγει κάποια μορφή αερουδυναμικού φορτίου. Το ζητούμενο για τους αεροδυναμιστές είναι να τα κάνουν όλα να λειτουργούν αρμονικά, για να προσφέρουν τη μέγιστη απόδοση.
Εξέλιξη
Το πρώτο βήμα για την εξέλιξη ενός αεροδυναμικού πακέτου που απαιτείται από τους τεχνικούς, είναι να αρχίσουν να σκέπτονται ποιες δομές ροής αέρα θέλουν να δημιουργήσουν γύρω από το μονοθέσιο, ώστε είτε να βελτιώσουν την απόδοση, είτε να στοχεύσουν σε καλύτερη απόδοσης στα χαρακτηριστικά μιας συγκεκριμένης πίστας.
Οι αεροδυναμιστές ξεκινούν με τη χρήση CFD (Υπολογιστική Δυναμική Ρευστών) για να προσπαθήσουν να πετύχουν αυτές τις δομές ροής αέρα, επαναλαμβάνοντας μερικές διαφορετικές γεωμετρίες και βλέποντας τι ήταν επιτυχές. Στη συνέχεια, αν επιτευχθούν τα αποτελέσματα που αναζητούν στο CFD, θα αποφασίσουν τι θα κατασκευαστεί με τρισδιάστατη εκτύπωση για να δοκιμαστεί (συνήθως σε κλίμακα 60%) στην αεροδυναμική σήραγγα.
Στη σήραγγα, το μοντέλο του μονοθεσίου είναι ακίνητο. Αυτό που κινείται είναι το κυλιόμενο δάπεδο κάτω από το μοντέλο και o αέρας «τραβιέται» από πάνω του. Αυτό προσομοιώνει την ίδια σχετική κίνηση μεταξύ του μονοθεσίου, της ασφάλτου και του αέρα στην πίστα. Δεδομένου πόσο περιορισμένες είναι οι δοκιμές σε πίστα στη σύγχρονη F1, η αεροδυναμική σήραγγα είναι ένα εργαλείο ζωτικής σημασίας.
Ώρες μελέτης
Ωστόσο, λόγω των αεροδυναμικών περιορισμών της F1, ο χρόνος που μπορεί η κάθε ομάδα να χρησιμοποιήσει το CFD και την αεροδυναμική σήραγγα, εξαρτάται από την κατάταξη στο Πρωτάθλημα. Αν κάποια ομάδα τερματίσει ψηλότερα στη βαθμολογία, θα έχει λιγότερο χρόνο για αεροδυναμικές δοκιμές, σε σύγκριση με τις χαμηλότερες θέσεις.
Οι περιορισμοί χωρίζονται σε δύο εξάμηνα σύμφωνα με την κατάταξη στη βαθμολογία την 1η Ιανουαρίου και την 1η Ιουλίου. Μόλις ένα εξάρτημα δοκιμαστεί με επιτυχία στην αεροδυναμική σήραγγα, το αναλαμβάνει στη συνέχεια το κατασκευαστικό τμήμα της για να το παραδώσουν για χρήση στην πίστα.
Εξωτερικοί παράγοντες
Μια βασική εξωτερική επιρροή στην αεροδυναμική απόδοση του μονοθεσίου είναι οι καιρικές συνθήκες και ιδιαίτερα η ένταση του ανέμου. Η αεροδυναμική είναι πολύ ευαίσθητη, οπότε οι αλλαγές στην κατεύθυνση ή την ταχύτητα του ανέμου μπορούν να επηρεάσουν τον τρόπο με τον οποίο συμπεριφέρεται το μονοθέσιο.
Αν ένα μονοθέσιο εισέρχεται σε μια στροφή με αντίθετο άνεμο, πλησιάζει τη στροφή πιο αργά, αλλά έχει περισσότερη αρνητική άντωση, καθώς ο άνεμος «πιέζει» το αυτοκίνητο περισσότερο στο έδαφος, οπότε μπορεί να στρίψει πιο γρήγορα. Αντιθέτως, ο ούριος άνεμος θα σπρώξει το μονοθέσιο ταχύτερα προς τη στροφή, αλλά θα έχει λιγότερη κάθετη δύναμη, οπότε θα δίνει ελαφρύτερη αίσθηση, καθώς υπάρχει λιγότερος αέρας να το «πιέζει» προς τα κάτω.
Υψόμετρο
Άλλος ένας σημαντικός παράγοντας είναι το υψόμετρο, καθώς επηρεάζει την πυκνότητα του αέρα και την ποσότητα των μορίων του αέρα. Σε μια τοποθεσία όπως το Μεξικό, το υψόμετρο είναι πολύ μεγάλο, οπότε υπάρχει χαμηλή πυκνότητα αέρα, πράγμα που σημαίνει λιγότερα σωματίδια αέρα για να «σπρώξουν» το μονοθέσιο προς το έδαφος.
Έτσι, στο Μεξικό οι ομάδες εφαρμόζουν στο μονοθέσιο τη μεγαλύτερη πίσω αεροτομή (που χρησιμοποιείται στο Μονακό ή τη Βουδαπέστη), αλλά θα παράγει παρόμοια επίπεδα κάθετης δύναμης με αυτά της Monza, καθώς και τις υψηλότερες τελικές ταχύτητες της σεζόν. Επομένως, το μονοθέσιο θα έχει ελαφρώς διαφορετικές επιδόσεις στο Μεξικό και οι οδηγοί θα το αισθάνονται αυτό στο cockpit.
Είναι επίσης μια πρόκληση για το σύστημα απαγωγής θερμότητας, επειδή περνάει λιγότερος αέρας από τα ψυγεία και τους αεραγωγούς, ώστε να μειωθούν οι θερμοκρασίες των βασικών συστημάτων, όπως η μονάδα ισχύος και τα φρένα. Κατά συνέπεια, στο Μεξικό χρησιμοποιούνται συνήθως μεγαλύτερες διατάξεις απαγωγής θερμότητας, με πιο τονισμένες οπές εισαγωγής (φρένα) ή εξαγωγής (κάλυμμα κινητήρα) αέρα.
