فرمول یک ایران – در چند فصل اخیر، دو فلسفه طراحی خودرو در فرمول یک همواره بر سر زبان ها بوده است. فلسفه ردبول با زاویه ریک بالا و فلسفه مرسدس با زاویه ریک پایین یا فاصله زیاد بین دو محور خودرو.
همواره بحث های زیادی پیرامون این که کدام فلسفه مناسب ترین و بهترین رویکرد طراحی است، وجود داشته و تاکنون با توجه به موفقیت های مرسدس در کسب چندین قهرمانی با فلسفه طراحی ریک پایین، به نظر می رسید که برنده مرسدس باشد.
اما برای فصل پیش رو با تغییراتی که فدراسیون جهانی اتومبیل رانی (فیا) در جهت کاهش داونفورس تولیدی خودرو ها انجام داد و با توجه به نتایج حاصل شده از تیم ها در تست ها به نظر می رسد که برای این فصل ماجرا کمی متفاوت باشد.
دو تیم مرسدس و استون مارتین که فلسفه ای مشابه با یکدیگر دارند، به نظر می رسد که بیشترین ضرر را از تغییرات قوانین برای فصل جدید داشته اند و عملکرد آن ها تا اینجا باعث شگفتی شده است. البته که فصل طولانی در پیش است و تیم ها با فهمیدن بهتر خودروهایشان می توانند در ادامه فصل عملکرد بهتری در توسعه خودرو داشته باشند اما از طرف دیگر این مشکل به طراحی خودرو مربوط شده و با توجه به متوقف شدن توسعه خودرو ها برای این فصل به احتمال زیاد حل این مشکل، مسئله ای سخت برای این دو تیم خواهد بود.
ریک چیست؟
زاویه کف خودرو نسبت به سطح زمین (Rake)، اختلاف فاصله سینی کف خودرو در جلو و انتها کف خودرو نسبت به زمین است. این زاویه بسته به نوع طراحی در خودرو های مسابقه ای مختلف مقادیر متفاوتی دارد. این زاویه در فصل ۲۰۱۰ و در زمانی که آدرین نیویی، نابغه فرمول یک سیستم دیفیوزرهای دمنده را تکمیل و وارد مسابقات کرد مطرح شد.
مقایسه زاویه ریک مرسدس و ردبول فصل 2021
با تمرکز بر منظر آیرودینامیکی و در صورت وجود شرایط ایده آل، خودروی طراحی شده با زاویه ریک بالا می تواند منجر به تولید داونفورس بیشتر در ناحیه انتهایی خودرو شود. البته که باید شرایط دیگر را نیز در نظر گرفت اما به طور کلی علت این است که با طراحی کف خودرو با ریک بالا، زاویه یا شیب قرارگیری دیفیوزر نیز افزایش یافته و گلویی ایجاد شده توسط دیفیوزر در زیر کف نیز تنگ تر شده و با خلایی که دیفیوزر در زیر خودرو ایجاد می کند، حجم هوای بیشتری لازم است تا این خلا را پر کند. علاوه بر این از آنجا که سرعت جریان هوا با فشار رابطه معکوس دارد، با افزایش سرعت هوا (به جهت پر کردن فضای خلا ایجاد شده توسط دیفیوزر) فشار در زیر خودرو تا حد بسیار پایینی کاهش می یابد و گرادیان فشار ایجاد شده موجب تولید داونفورس و چسبندگی آیرودینامیکی بیشتر می شود. به زبان ساده تر، ریک بالای ردبول به طور بالقوه موجب افزایش حجم دیفیوزر و عملکرد آن می گردد.
در طرف مقابل، مرسدس فلسفه مخالف ردبول یعنی ریک پایین را انتخاب کرده و خودروی خود را با افزایش فاصله میان دو اکسل (محور) آن طراحی می کند. این طراحی برای افزایش حجم و کارایی دیفیوزر، فضای بیشتری را در قسمت جلوی دیفیوزر در اختیار آن قرار می دهد. با این حال اگر شما نتوانید به طور موثر کف خودرو را از هرگونه جریان ناخواسته و مشوش مصون نگه دارید یا به اصطلاح کف را Seal کنید، به طور بالقوه بخش بسیار زیادی از داونفورس تولید شده توسط دیفیوزر را از دست می دهید و حتی در شرایطی ممکن است دچار عوارض جانبی ناخواسته ای نیز شوید.
محاسبات نشان می دهد که ریک بالای خودروی ردبول موجب افزایش بالقوه ای 25 درصدی در حجم کارکردی دیفیوزر نسبت به مرسدس می شود. پس با در نظر گرفتن نکات بالا و مقوله مصون نگه داشتن کف خودرو از جریان ناخواسته، می توانیم علت افزایش داونفورس در ریک بالا را متوجه شویم.
شکاف های کف خودرو و شیار موسوم به Tyre Squirt
تا قبل از تغییر قوانین در فصل 2021، تیم ها برای مصون نگه داشتن کف خودرو از جریان ناخواسته، از شکاف هایی روی کف خودرو استفاده می کردند. این شکاف ها با ایجاد گردابه و جریان های پر انرژی فشار بالا، موجب عدم تداخل هوای مشوش با هوای سرعت بالای کف خودرو می شدند.
یکی از مهم ترین جریان های ناخواسته، جریان مشوش تایر ها یا Tyre Squirt می باشد. به جریان ناشی از برخورد هوا با تایر های عقب و جلوی یک خودرو Tyre Squirt گفته می شود. از آن جا که این جریان یک جریان ناخواسته می باشد، بنابراین بر عملکرد المان های آیرودینامیکی خودرو تاثیر سو می گذارد. بنابراین هدف طراحان همواره در جهت حذف این عامل بوده است.
Tyre Squirt ایجاد شده توسط تایر های جلو بیشتر تمایل دارد تا به ناحیه کم فشار پشت تایر ها هدایت شده و وارد ناحیه کف خودرو شود. تیم ها با ایجاد گردابه قدرتمند Y-250 توسط بخش داخلی فلپ های بال جلو و افزایش قدرت آن توسط Cape زیر بال و بارج بورد، این جریان ناخواسته را از کف خودرو دور می کنند.
درباره گردابه ها در فرمول یک بیشتر بدانید؛ آیرودینامیک فرمول یک ؛ اصول پایه ای – قسمت دوم
گردابه Y250 در جهت دور کردن Tyre Squirt
اما در تایر های عقب این جریان بیشتر تمایل دارد تا به قسمت داخلی تایر ها هدایت شود و در اینجاست که وظیفه شیار های Tyre Squirt استفاده شده توسط تیم ها در فصول قبلی به چشم می آید. این شکاف ها موجب آزاد کردن فشار هوای ایجاد شده در لبه کف خودرو که ناشی از چرخش تایر می باشد، می شوند و با پرتاب هوای متلاطم به ناحیه ای دیگر هوای تزریقی به دیفیوزر را دست نخورده نگه می دارند.
شکاف های جلوی تایر عقب در خودروی هاس VF-20
اما در اثر تغییر قوانین در فصل 2021، استفاده از هر گونه شکاف در کف خودرو ممنوع شد و همچنین طول بالچه های مورد استفاده در داکت های ترمز که تاثیر بسیار زیادی در بیرون راندن جریان مشوش تایر ها از قسمت عقبی خودرو داشتند نیز مورد دستکاری قرار گرفت و تیم ها با چالش عظیمی روبرو شدند.
هدایت Tyre Squirt عقب در خودرو های جدید بدون شکاف روی کف
علت آسیب پذیر بودن خودرو های ریک پایین با قوانین جدید
زمانی که قوانین جدید کف خودرو های فصل 2021 اعلام و با برشی که در کف ایجاد شد و ممنوعیت استفاده از شیار های Tyre Squirt، حدس و گمان های اولیه این بود که این تغییر موجب آسیب رساندن به خودرو های ریک بالا مثل ردبول خواهد شد چرا که تلاش بیشتری برای مصون نگه داشتن کف خودرو از جریان ناخواسته در آن باید صورت گیرد.
اما نتایج تست های پیش فصل 2021 چیز دیگری را نشان داد و مشخص شد که توانایی تیم هایی که از ریک پایین استفاده می کنند در اثر تغییر این قوانین محدود شده و تیمی همانند مرسدس عملکرد مطلوبی ندارد.
در فصول گذشته تمامی تیم ها از این شکاف ها به شکل های مختلف در کف خودروی خود استفاده می کردند تا به این شکل بتوانند اثر ورود جریان ناخواسته به کف و ناحیه عملکردی دیفیوزر را از بین ببرند. استفاده از این المان ها، موجب گسترش ناحیه عملکردی دیفیوزر و به نوعی افزایش حجم آن برای کارکرد بیشتر آن می شد و چیزی که در حال حاضر بیشترین صدمه را به مرسدس زده است، از دست دادن چنین مزیتی می باشد.
بیشتر بخوانید؛ همیلتون و انتقاد از تغییرات هدف دار قوانین در فصل 2021
در کنار از دست دادن مزیت استفاده از شیار های Tyre Squirt، بررسی های اولیه نشان می دهد که مقوله افزایش 25 درصدی حجم بالقوه دیفیوزر در ریک بالا، مثمر ثمر بوده و تیم هایی نظیر ردبول و آلفاتائوری ضربه کمتری از قوانین جدید خورده اند چرا که این افزایش حجم کارکردی موجب افزایش حجم هوای پر شده از خلا ایجاد شده دیفیوزر شده و در صورت مصون نگه داشتن کف خودرو به شکل موثر می تواند کمبود داونفورس ناشی از قوانین جدید را برطرف کند.
همان طور که گفتیم این مشکل به طراحی خودرو مربوط شده و اگر مشخص شود که مرسدس در عملکرد مصون نگه داشتن کف خودرو از جریان ناخواسته موفق نبوده، صرفا پیشنهاداتی نظیر بالا بردن کف خودرو به منظور ایجاد ریک بالاتر کارساز نمی باشند. علت این است که کل طراحی آیرودینامیکی و نواحی سیستم تعلیق مرسدس مبتنی بر ریک پایین می باشد و بالا بردن عقب W12 صرفا باعث بروز مشکلات بیشتر در خودرو می گردد.
