A modern Forma-1-es autók inkább hasonlítanak egy vadászrepülőgépre, mint egy normál utcai autóra. Az aerodinamika tudománya lett az egyik kulcsfontosságú terület, melyre a csapatok dollármilliókat költenek minden évben, a fejlesztés és a tökéletesítés nem állhat meg.

A szakemberek megoldásainak három, egymásnak látszólag ellentmondó alapfeltételnek kell megfelelniük: egyrészt a lehető legnagyobb leszorító erőt kell termelniük, ugyanakkor a lehető legkisebb légellenállású formát kell megtalálniuk, és nem utolsó sorban a karosszériáról leváló turbulens áramlásokat kell minimálisra csökkenteniük, amik lassítanák az autót.

A versenyautókon a szárnyak a 60-as évek végén jelentek meg, és pontosan azt a feladatot töltik be, mint a repülőgépeken, csak ellentétes irányú hatást fejtenek ki. Alapvetően két áramlástani alaptételt használnak ki a szárnyak. Egyrészt a folytonosság törvényét, mely szerint, ha két részecske egymás mellett haladt az áramlásban, akkor egy testet megkerülve a kilépési ponton ismét egymás mellett kell, hogy továbbhaladjanak. Másrészt Bernoulli törvénye is érvényes, miszerint a nagyobb sebességgel áramló közegben alacsonyabb nyomás mérhető.

Mivel a szárnyak profilja mentén a részecskéknek két különböző hosszúságú utat kell befutniuk, ezért az alsó részen az áramlás felgyorsul, így a profil alatt a nyomás lecsökken, tehát az eredő erő az útfelület felé fog mutatni, amit leszorító erőnek nevezünk. A repülőgépeken fordított a szárnyak elhelyezése, ezért ott felhajtóerő keletkezik. A Forma-1-ben szereplő mai versenyautók a normál nehézségi erő 3,5-szeresével megegyező leszorító erőt termelnek.

A korai időkben számtalan kísérleti megoldás születet (mozgatható szárnyak, az autók különböző pontjain rögzített szárnyak), de miután néhány súlyos baleset történt, 1970-től a szabályokban kikötötték a szárnyak rögzítési helyeit és maximális méreteit. Az idők folyamán ez a szabály folyamatosan változott, egyre szigorúbb lett.

A csodabogárnak egy futamot engedélyeztek

A 70-es évek közepén a szakértők felfedezték az autó alváza és a föld között keletkező szívóhatást, ami szintén a leszorító erőt növeli. Az autók alváza és a föld között a levegő a szűk helyen extrém mértékben felgyorsul, ami a nyomás csökkenését eredményezi, vagyis leszorító-, egészen pontosan szívóerő keletkezik. A Lotus mérnökei úgy gondolták, hogy az autó alvázát úgy alakítják át, hogy az egy hatalmas szárnyprofilt képezzen, ezzel segítve a még nagyobb leszorító erő termelését.

Az effektust a végsőkig Gordon Murray, a Brabham BT46B nevű modell tervezője használta ki. Az autó kerületén körben egy "szoknyát" engedett le a földig, így elkerülhette a nyomáskiegyenlítődést, továbbá az autó hátuljára egy nagy ventillátort illesztett, amivel kiszívta a levegőt az autó alól, tovább csökkentve ott a légnyomást. Ezen két megoldás eredményeként óriási leszorító erőt produkált az autó. Csak egy versenyen alkalmazták, a szabályokat szinte azonnal megváltoztatták. Korlátozták a szoknya-hatást kiváltó elemek használatát, mindenek előtt az autó kerületén körbefutó szoknyákét, majd az egész alváz kialakítási lehetőségeit is szabályozták.

A mérnökök manapság is egy lépéssel a szabályalkotók előtt

A szárnyállások módozatai

Ugyan napjainkban a csapatok szinte kivétel nélkül rendelkeznek olyan szélcsatornákkal, ahol akár életnagyságú modelleket is tesztelhetnek, valamint hihetetlen kapacitású számítógépes háttér áll rendelkezésükre a modellezésre, a feladat mit sem változott: a lehető legnagyobb leszorító erőt kell elérniük a lehető legkisebb légellenállás mellett. Az első és hátsó szárnyak az autón leginkább szembeötlők, ezeket különböző kialakítással és állásszöggel használják minden versenypályán.

Szűk és lassú pályákon - például Monacóban - nagyon meredek szögbe állítják a szárnyakat, továbbá a hátsó szárnyakon két különálló elemet, úgynevezett pengét használnak. A hátsó szárnyon maximum 2 vízszintes elemet lehet elhelyezni. A rendkívül gyors pályákon, például Monzában teljesen ellentétes a kiépítettség, a lehető legtöbb szárnyfelületet igyekeznek a csapatok elhagyni (laposabbra állítják az állásszöget), hogy csökkentsék a légellenállást, a minél nagyobb végsebesség elérése érdekében.

A mai versenyautók minden egyes eleme - a kerékfelfüggesztés csakúgy, mint például a versenyző sisakja is - aerodinamikai tervezésen és tesztelésen esik át. Minden olyan ponton, ahol az áramlás elválik a karosszériától, turbulencia keletkezik, ami egyúttal légellenállást is jelent, ami lassítja az autót. Megfigyelhetjük a szárnyprofilok függőleges lezáró elemeit, amik segítenek az alacsony és magas nyomású terek elkülönítésében, ezáltal a nyomáskiegyenlítődést akadályozzák meg.

Minden autó hátsó részén megtalálható a diffúzor, ami egy nagyjából kúp alakú áramlástechnikai eszköz (az autó hátsó része felé bővül). Segítségével az autó alatt áramló levegő kilépésekor a nyomás később egyenlítődik ki, így nagyobb leszorító erő érhető el. A tökéletes áramlási viszonyokat azonban nem lehet elérni, mert ez esetben egy teljesen zárt, tökéletes csepp alakú formát kellene létrehozni, ami már csak azért sem lehetséges, mert többek között a motor számára hűtőnyílásokat kell nyitni a kasztnin.

Az utóbbi években a csapatok általában az először a Ferrari által alkalmazott "keskenyvégű" karosszériát használják, az autó hátsó részét olyan keskenyre próbálják szabni amennyire csak lehetséges. Ez a megoldás nagyban csökkenti a légellenállást és növeli a hátsó szárnyakra jutó levegőmennyiséget. További kis méretű szárnyakat helyeznek el az oldaldobozok tetejére, amikkel egyrészt minimalizálni próbálják a turbulenciát, másrészt további leszorító erőt remélnek.

2005-ben az FIA felülvizsgálta az aerodinamikai szabályokat, a fő célja a változtatásoknak a sebesség csökkentése volt. Megváltoztatták az első szárnyak befoglaló méreteit, a hátsó szárnyat a kocsi orra felé kellett eltolni, tovább a hátsó diffúzor alakját is módosították. A tervezők azonban hamarrájöttek, hogy miképpen nyerhetik vissza az elvesztett leszorító erőt, ilyen megoldás például a McLaren MP4-23-on alkalmazott hídszerű első szárny, amelyet azóta már több csapat is "átvett".

(forrás: f1hirek.hu)