DRIVR

Techtalk: Mercedes F1’s F-Duct Front Wing

Hoe streng het F1-wetboek ook geworden is, ieder jaar vindt wel één constructeur een achterpoortje om extra prestatiepotentieel te ontgrendelen in de schemerzone van de reglementen. In 2009 was dat Brawn GP met de dubbele diffuser, in 2010 McLaren met het F-Duct, en in 2011 (vooral) Red Bull met de geblazen diffuser. Dit seizoen lijkt het de beurt aan Mercedes, dat een legale variant op het inmiddels verboden F-Duct ontwikkeld heeft, die niet de achter- maar de voorvleugel beïnvloedt.

Waarom?

Zoals je in dit artikel rond aerodynamica kan lezen, werken de vleugels op een F1-bolide precies hetzelfde als die op een vliegtuig – maar dan ondersteboven. Door de lucht onder de vleugel te versnellen, ontstaat daar een lagere druk dan boven de vleugel, waardoor de wagen ter hoogte van de voor- en achterwielen tegen de grond gedrukt wordt. Hoe hoger de snelheid, hoe groter de downforce.

Nu is die enorme neerwaartse druk vooral nuttig om de grip in de bocht te vergroten. Op de rechte lijn, waar de snelheid veel hoger ligt maar minder downforce nodig is, remt de werking van de vleugels de wagen vooral af. McLarens F-Duct uit 2010 counterde dat probleem door, via een manuele handeling van de piloot, extra lucht naar flapjes onder de achtervleugel te kanaliseren. Die verstoorde zo de onderdruk onder de vleugel, wat zijn werking annuleerde en bijgevolg de luchtweerstand verminderde. Zowel de benodigde flapjes op de achterspoiler als aerodynamische ingrepen door de piloot zijn inmiddels echter verboden.

De enige uitzondering op die regel vormt het in 2011 ingevoerde DRS (Drag Reduction System), dat op commando van de piloot een deel van de achtervleugel plat legt om precies hetzelfde doel te bereiken: de topsnelheid verhogen om inhalen te vergemakkelijken. Alleen zorgt dat systeem voor een onbalans in de wagen: de achterkant verliest downforce, terwijl de voorkant steeds harder tegen het asfalt geduwd wordt. Dat levert moeilijk corrigeerbaar overstuur op wanneer het DRS gebruikt wordt in een snelle bocht. Mercedes heeft een oplossing bedacht voor dit probleem: niet alleen de werking van de achtervleugel, maar ook die van de voorvleugel verminderen op de rechte lijn.

Hoe?

Vorig jaar testte het team daarom al een simpel kanaaltje dat lucht vanuit een inlaat in de neus naar de voorvleugel geleidde, om hem bij hoge snelheid te stallen – precies zoals het F-Duct dat in 2010 deed bij de achtervleugel. Dat systeem was echter niet uitschakelbaar en werkte dus niet alleen wanneer het DRS geactiveerd was – dat mag tijdens de race immers maar zeer beperkt gebruikt worden. Het resultaat was dus vooral een neiging tot onderstuur in snelle bochten. Er moest dus gezocht worden naar een oplossing die het aanblazen van de voorvleugel zou koppelen aan de activatie van het DRS.


Het systeem dat Mercedes eind vorig seizoen testte, met gematigd succes.

Gezien die DRS-achtervleugel het enige aerodynamische element op de wagen is dat mag bewegen tijdens de race, was enige inventiviteit noodzakelijk. De Mercedes-ingenieurs bedachten hier het volgende op: ze bevestigden aan elke zijde van de beweeglijke DRS-flap een verticale endplate, die in gesloten toestand een opening aan de binnenkant van de rechtopstaande zijkant van de achtervleugel afdekt. Wordt de DRS-vleugel opgelicht, dan komt die opening vrij, waardoor de hogedruklucht bovenaan de achtervleugel er vrij kan instromen.


Het luchtkanaal is nog net zichtbaar aan de binnenzijde van de verticale wand.

Die luchtstroom wordt via een kanaal door de zijkant van de achtervleugel naar onderen geleid, om vervolgens door de uitgeholde bevestigingsas naar het midden van de wagen geloodst te worden. Van daaruit duikt het luchtkanaal langs het motorcompartiment en de cockpit naar de neussectie, waar het een bocht van 90° neerwaarts maakt om zo de voorvleugel aan te blazen. Resultaat: een wagen die te allen tijde in perfecte balans is. En een verschroeiend tempo tijdens de kwalificaties, want dan staat er geen limiet op het gebruik van het DRS-systeem.


De luchtstroom verdwijnt via de dwarsbalk onder de motorkap…


… en volgt daar een buis naar de voorkant van de wagen.

Simpel maar geniaal, en bovendien moeilijk te kopiëren, want het F-Duct zit vervat in het ontwerp van het monocoquechassis, dat na de start van het seizoen niet zonder nieuwe crashtests en homologatie mag gewijzigd worden. Meteen de reden waarom sommige teams al klacht indienden bij het FIA – tevergeefs, want volgens de letter van de reglementen is Mercedes’ oplossing volstrekt legaal. Ze maakt immers wel gebruik van een handeling van de piloot, maar die heeft als primair doel de opening van de DRS-vleugel en kan dus niet verboden worden op basis van de huidige reglementen. Dat kan alleen als secundaire effecten van de DRS-bediening expliciet verbannen worden.

Er zijn overigens bronnen die beweren dat er nog bijkomende componenten horen bij het systeem, zoals het extra luchthappertje in de neus. Dat was misschien de reden waarom Michael Schumacher na zijn uitschuiver tijdens de oefenritten in Melbourne de onderkant van de neus zo angstvallig probeerde af te schermen voor de fotografen (zie bovenstaande video). Zonder veel succes, overigens…

[Met dank aan de technische inzichten van Craig Scarborough]

Share Button

One Response

  1. Mee says:

    Duidelijk uitgelegd!

Leave a Reply