فرمول یک ایران – اگرچه مقررات کاملا جدید آیرودینامیکی فرمول یک که قرار بود در فصل 2021 اجرا شوند، برای یک سال به تعویق افتاد و این قوانین قرار است از فصل 2022 به مرحله اجرا برسند اما برای فصل بعد تغییری ظاهری در خودرو ها خواهیم داشت که تاثیر آیرودینامیکی عمیقی ایجاد می کند.
این تغییرات در هندسه کف خودرو ها و داکت ترمز عقب و ناحیه دیفیوزر صورت خواهند گرفت بدین صورت که برای کاهش میزان نیروی رو به پایین یا داون فورس (در حدود 10 درصد)، قسمت انتهایی سینی کف خودرو ها با برشی به صورت مورب قرار خواهد گرفت و تغییراتی دیگر در نواحی ذکر شده صورت خواهد گرفت. اما چرا این تغییر صورت گرفته و همچنین چه تاثیری بر تیم ها خواهد داشت؟
ببینید؛ تغییرات قوانین فرمول یک 2021
تحلیل تغییر ایجاد شده در کف
در خودروهای فصل 2020، سینی کف به صورت مستقیم و صاف از ناحیه مجاور کاکپیت راننده آغاز شده و تا جلوی تایرهای عقب امتداد می یابد. از فصل آینده اما، لبه کف خودرو در ناحیه جلویی تایر های عقب باید به میزان 10 سانتی متر درون رفتگی داشته باشد بدین صورت که با نگاه به لبه انتهایی کف از بالا، کف خودرو به صورت اُریب دیده خواهد شد. این تغییر موجب حذف قسمت قابل توجه و مهمی از کف خودرو خواهد شد. اما چرا این ناحیه برای طراحان مهم است؟
مقایسه ناحیه کف خودروی فصل 2020 و 2021
شاید در مقاله های فنی وبسایت فرمول یک ایران به خصوص در مقالات بروز رسانی های تیم ها، شکاف ها و شیار هایی که طراحان در این قسمت از خودرو تعبیه می کنند را دیده باشید.
اما اصلا چه شد که طراحان به استفاده از این شکاف ها روی آوردند؟
دلیل اصلی آن، تغییرات قوانین در سال 2017 و افزایش ابعاد خودرو ها بود. با افزایش ابعاد خودرو ها و بالمال ابعاد دیفیوزر و پایین آوردن ارتفاع بال عقب، قانون گذاران به دنبال کاهش داون فورس تولیدی از طریق بال عقب و افرایش داون فورس تولیدی توسط دیفیوزر بودند. به این دلیل که داون فورس تولیدی بال عقب دارای درگ یا نیروی مقاومت هوای بسیاری می باشد و این مورد خودرو های عقبی را تحت تاثیر قرار داده و در نهایت عمل سبقت گیری را فوق العاده سخت می کند. بنابراین هدف اصلی قانون گذاران، سهولت و افزایش سبقت در مسابقات بود. هدفی که هیچ گاه حتی پس از تغییر دوباره خودرو ها در فصل 2019 محقق نشد.
قطعه گمشده روی خودروی لوییس همیلتون در استرالیا 2019، اهمیت این شکاف ها را بیش از پیش نشان داد
اما طراحان و مهندسان تیم ها که دیگر همانند گذشته قادر به استفاده موثر از بال عقب برای تولید داون فورس نبودند، ناگزیر به کار کردن روی ناحیه دیفیوزر شدند و سعی کردند با نوآوری هایی حتی الامکان این ناحیه را از هوای کثیف ایجاد شده توسط تایر ها و خودروی جلویی مصون بدارند تا دیفیوزر در عمل تولید داون فورس با مشکل مواجه نشود ( چرا که بیشترین مقدار داون فورس عقب از همین ناحیه بود). یکی از این نوآوری ها، استفاده حداکثری از ناحیه بیرونی کف خودرو با شکاف های طولی و مورب پیچیده بود. به طور کلی طراحان در این ناحیه از دو نوع شکاف استفاده می کنند:
شکاف های طولی به موازات لبه کف (Longitudinal Slats): این شکاف ها با ایجاد یک سپر آیرودینامیکی، از جریان هوای زیر کف خودرو در مقابل هوای متلاطم ایجاد شده توسط تایر های جلو محافظت می کنند. شکاف های طولی و زاویه دار مقابل تایر های عقب موسوم به Tyre Squirt Slots: این شکاف ها موجب آزاد کردن فشار هوای ایجاد شده در لبه کف خودرو که ناشی از چرخش تایر می باشد، می شوند. در اثر برخورد هوای به جهش درآمده توسط تایر ها با هوای کف خودرو که در حال گذر به سمت دیفیوزر می باشد، اثر موج قوسی (Bow Wave Effect) ایجاد می شود (برای درک اثر موج قوسی، موجی که روی آب در اثر حرکت کشتی یا قایق ایجاد می شود را در نظر بگیرید). این مورد، جریان هوای تزریقی به دیفیوزر را خراب کرده و موجب کاهش عملکرد آن و بالمال کاهش داون فورس تولیدی می شود. بنابراین این شکاف ها با پرتاب هوای متلاطم به ناحیه ای دیگر هوای تزریقی به دیفیوزر را دست نخورده نگه می دارند.
کف خودروی فراری – شکاف های طولی روی کف و شکاف های جلوی تایر عقب
اما علاوه بر تغییری که قرار است بر روی کف خودرو ها صورت گیرد، قانون گذاران تصمیم گرفتند تا استفاده از این شکاف ها (هر دو نوع) را برای فصل بعد ممنوع اعلام کنند. بنابراین برای فصل 2022 کف خودرو ها باید عاری از هرگونه شکاف و شیار بوده و به صورت کاملا ساده باشد. به نظر می رسد این تغییرات به همراه تغییرات مربوط به ترکیبات تایر ها، موجب کندتر شدن خودرو ها به میزان 0.5 ثانیه خواهند شد.
در نتیجه طراحان و مهندسان دیگر قادر نخواهند بود تا برای افزایش بهره وری آیرودینامیکی کف خودرو روی این شکاف ها حساب باز کنند. همچنین آن ها باید با دیگر تغییراتی که برای فصل 2021 تصویب شده نیز خود را سازگار کنند. با این حال اما، آن ها هنوز قادر به توسعه بال ها، نواحی سایدپاد ها و دیفیوزر خواهند بود. پس چه بسا ممکن است برای فصل بعد شاهد نوآوری های جالب و بزرگی از سوی تیم ها برای فائق آمدن بر این تغییرات باشیم.
چرا این تغییر در کف خودرو صورت گرفت و استفاده از این شکاف ها ممنوع اعلام شد؟
از آن جایی که قرار بود در ابتدا (قبل از ماجراهای کرونا) برای فصل 2021 از تایرهای 18 اینچی استفاده شود اما استفاده از آن ها و قوانین جدید به فصل 2022 موکول شد، لذا تصمیم بر این شد تا برای سومین فصل متوالی یعنی در فصل 2021 نیز تیم ها همچنان از تایر های فعلی 13 اینچی در خودرو های خود استفاده کنند. لذا این مورد احساس شد که تیم ها همچنان افزایش داون فورس تولیدی این ناحیه از خودرو را در دستور کار خود قرار داده و این مورد می تواند شرایطی را ایجاد کند که تایر ها قابلیت تحمل این بار آیرودینامیکی را نداشته و فشار بیش از حد توانشان به آن ها وارد شده و عملکردشان تحت الشعاع قرار گیرد. بنابراین کاهش داون فورس خصوصا در پیچ های سرعت بالا لازم بود تا بدین وسیله تایرها بتوانند در محدوده عملیاتی خودشان کار کنند.
شکاف های جلوی تایر عقب در خودروی هاس VF-20
مسلما مانند همیشه تیم ها راهی برای غلبه بر این محدودیت پیدا خواهند کرد و به نوعی خود را با این مورد وفق خواهند داد اما این محدودیت بر کدام تیم ها تاثیر بیشتری خواهد گذاشت یا به عبارت دیگر چه تیم هایی نیاز دارند تا کار بیشتری بر روی خودروی خود انجام دهند؟
در برآورد اولیه انتظار می رود خودرو هایی که از فلسفه زاویه ریک بالا (همانند ردبول) استفاده می کنند نسبت به تیم هایی که از فلسفه طول بیشتر خودرو و زاویه ریک پایین (همانند مرسدس و ریسینگ پوینت) استفاده می کنند بیشتر تحت تاثیر این محدودیت قرار گیرند. اما این نکته بسیار مهم را به یاد داشته باشید که داون فورس تولیدی توسط ناحیه زیرین خودرو، محصول مساحت کف و فشار هوای منفی ایجاد شده در این ناحیه می باشد.
بیشتر بخوانید؛ تفاوت در طراحی سه خودرو برتر فرمول یک
زاویه ریک و ویل بیس ماشین های فرمول یک 2018
خودرو های طراحی شده توسط فلسفه زاویه ریک پایین (مثل مرسدس)، از طول بیشتر خصوصا در ناحیه کف خودرو برخوردارند چرا که به دلیل سطح صاف تر کف نسبت به زمین فشار هوای منفی ایجاد شده در هر اینچ مربع کمتر می باشد پس باید طول افزایش یابد و همچنین محدود کردن دست طراحان در استفاده از شکاف ها، فشار هوای منفی ایجاد شده در کف خودرو را کاهش می دهد. پس می توان نتیجه گیری کرد که این محدودیت به نوعی هر دو فلسفه را درگیر می کند اما تیم هایی که از فلسفه ریک بالا استفاده می کنند باید کار بیشتری روی طراحی خودرو انجام دهند.
تحلیل تغییرات ایجاد شده در داکت عقب و دیفیوزر
داکت ترمز – بالچه های پایین خط قرمز باید به میزان 40 سانتی متر از طولشان کاهش یابد
از دیگر تغییرات آیرودینامیکی صورت گرفته برای فصل 2021 که در همکاری با کف جدید باعث کاهش داون فورس تولیدی خودرو ها می شوند، کاهش طول بالچه های مورد استفاده در نصفه پایینی داکت های ترمز عقب به میزان 40 سانتی (طول نهایی باید 80 سانتی متر باشد) و کاهش 50 میلی متری طول پره های دیفیوزر می باشد.
چندین سال است که داکت های ترمز چه جلو و چه عقب دیگر فقط وظیفه خنک سازی دیسک های ترمز را ایفا نمی کنند بلکه مهندسین از آن ها برای اهداف آیرودینامیکی نیز استفاده می کنند. در قسمت عقبی خودرو، یک سری پره های افقی متصل به داکت عقب با هدف ایجاد ماکزیمم داون فورس روی محور عقب در این ناحیه قرار داده می شود تا در هنگام پیچ ها خودرو همواره از بیشترین چسبندگی برخوردار باشد. در تصویر زیر کاملا مشخص است که برای فصل بعد طول پره های نصفه پایینی داکت باید به میزان 40 سانتی متر کاهش پیدا کند.
در ناحیه دیفیوزر نیز پره های آویزان در ناحیه داخلی کانال های دیفیوزر باید به میزان 50 میلی متر از طول آن ها کاهش پیدا کند. این دو تغییر به همراه تغییرات ایجاد شده در کف باید به اندازه ای باشند که 10 درصد از داون فورس تولیدی خودرو ها برای 2021 کاهش یابد.
مقایسه تغییرات دیفیوزر در 2020 و 2021
تیم ها چگونه می توانند بر این محدودیت ها غلبه کنند؟
در طول فصل 2020، بسیاری از تیم ها در جلسات تمرینی برخی از مسابقات، قطعات مربوط به محدودیت های فصل 2021 را مورد آزمایش آیرودینامیکی قرار دادند تا از این طریق بتواند اطلاعات مورد نیاز را جمع آوری کنند.
مشخص است که به نسبت فصل گذشته داون فورس عقب به میزان زیادی کمتر خواهد شد و چالش اصلی تیم ها برای فصل جدید باید ابتدا ایجاد تعادل میان داون فورس جلو و عقب باشد تا خودرو دچار مشکلاتی از قبیل بیش فرمانی و کم فرمانی در پیچ ها نشود.
تیم هایی نظیر مک لارن، فراری، ردبول، رنو و ویلیامز در طول فصل 2020 با تلاشی سخت و تست قطعات و همچنین کف جدید در صدد جمع آوری اطلاعات بیشتر از رفتار واقعی عناصر جدید در پیست بودند. شگفت انگیز و جالب ترین نکته در میان تمام تیم های فرمول یک، تیم مرسدس بود که عملا هیچ گونه تست آیرودینامیکی جدیدی را در پیست ها انجام نداد (خودشون هم میدونن فصل بعد قهرمانن :)) )
اثر این تست ها را می توانیم در خودروی جدید ردبول یعنی RB16B ببینیم که این تیم با قرار دادن بالچه ای در جلوی چرخ های عقب در صدد ایجاد تاثیری همانند تاثیر شکاف های Tyre Squirt است. ردبول مشابه این بالچه را در جلسه تمرینی مسابقه ابوظبی تست کرده بود.
بالچه های روی کف ردبول RB16B
به طور خلاصه چالش اصلی تیم ها در این فصل تولید داون فورس عقب و تعادل در برقراری داون فورس جلو و عقب خواهد بود. با محدودیت های جدید بر خلاف گذشته دیگر تیم ها کنترل زیادی بر جریان های هوایی وارد شده بر قسمت عقبی و ناحیه دیفیوزر نخواهند داشت و تولید داونفورس به دلیل نبود کنترل زیاد بر هوای کثیف وارد شده به زیر کف خودرو و ناحیه دیفیوزر به شدت تحت الشعاع قرار خواهد گرفت و مثل همیشه، فقط مسابقات مشخص خواهند کرد که چه تیمی بهتر و موثر تر از بقیه موفق خواهد شد تا خود را با شرایط و محدودیت های جدید تطبیق دهد.
