Analyse: Kan de Formule 1 in 2030 echt zonder windtunnels?

Bestaat er een Formule 1 zonder windtunnels, met enkel virtuele simulaties met geavanceerde simulatieprogrammatuur? Het is de hoop van velen om vanaf 2030 geen gebruik meer te maken van de windtunnels. Eind vorig jaar werd er een verkennende stemming gehouden over het plan. Acht van de tien teams schaarden zich achter het idee. De intentieverklaring lijkt nu nog een ‘ver-van-het-bed’-show, maar dergelijke ingrijpende veranderingen gaan niet over één nacht ijs. Daarom is het nu al een onderwerp dat regelmatig ter tafel komt.

Het idee van een verbod op de windtunnels komt tot op zekere hoogte voort uit de aanpak van het ter ziele gegane Virgin F1 Team. De kleine renstal ontwikkelde de bolide voor 2010 volledig op basis van CFD (Computational Fluid Dynamics). De resultaten van die wagen zijn nou niet echt het perfecte reclamepraatje om iedereen binnen de Formule 1 over te halen om afscheid te nemen van de dure en complexe windtunnels. Sindsdien is de technologie echter enorm ontwikkeld. Raceauto’s uit andere kampioenschappen worden al volledig op basis van CFD gecreëerd. 

De Formule 1-organisatie schaart zich volledig achter het idee om windtunnels af te schaffen. De eigen engineers focusten zich op CFD toen de regels voor 2022 geschetst moesten worden. Het voordeel was wel dat zij zich niet aan de FIA-beperkingen voor CFD-gebruik hoefden te houden. De F1-teams mogen maar tot op zekere hoogte het simulatieprogramma gebruiken.

Timo Glock, Virgin VR-01 Cosworth

Foto: Charles Coates / Motorsport Images

Waarom zou F1 afscheid willen nemen van windtunnels?

Er zijn twee belangrijke redenen om de windtunnels in de ban te doen. Ten eerste het milieuaspect: een windtunnel verbruikt nogal veel stroom. Naar schatting loopt de jaarrekening voor energie per team op tot meer dan een miljoen euro. Doe dat keer tien en je snapt waarom de bazen van de sport, en ook diverse teams, voorstander zijn. Met name Mercedes, dat zich op allerlei vlakken hard maakt voor het gebruik van duurzame energie, ziet dit plan wel zitten. Het is ook logisch dat de ambitie is om per 2030 geen gebruik meer te maken van de windtunnels, dat is namelijk ook het jaar waarin de Formule 1 CO2-neutraal wil zijn. 

Buiten het duurzaamheidsprobleem zijn de kosten op zichzelf ook significant. Het budgetplafond wordt de komende jaren nog verder verlaagd. De teams kijken naar alle mogelijke manieren om hun uitgaven te beperken, zonder aan snelheid in te boeten. Schrap het windtunnelgebruik en je bespaart direct een aanzienlijk bedrag. De kosten voor een windtunnel draaien niet alleen om de energierekening, ook het personeel dat nodig is om hem te gebruiken en bij te houden is een flinke kostenpost. En dan heb je nog de afdeling die de schaalmodellen voor de tunnels moet maken, inclusief salarissen, materiaal en productiekosten. 

F1-teams willen zo min mogelijk financiële cijfers naar buiten brengen om de concurrentie niet wijzer te maken, maar naar schatting is er minimaal vijf miljoen euro per jaar nodig om een windtunnel te kunnen laten draaien. En wie geen eigen tunnel heeft maar er eentje moet huren, is per dag meer dan 25.000 euro kwijt. Dat is dan nog zonder de kosten voor het schaalmodel. CFD-supercomputers verbruiken ook veel energie en hebben veel koeling nodig, maar nog altijd minder dan de windtunnels. 

Het Formule 1-veld maakt zich op voor de start

Foto: Steve Etherington / Motorsport Images

Waarom het niet veel eerder kan dan in 2030

Vele jaren hadden de teams de vrijheid om de verdeling tussen CFD en windtunnel zelf te bepalen. De huidige Aerodynamic Testing Restrictions zoals omschreven in het FIA sportief reglement stellen vandaag de dag zeer duidelijke eisen aan het gebruik van beide componenten. Op basis van de uitslag in het kampioenschap mag een team meer of minder runs draaien. Deze regels zijn simpel aan te scherpen om de balans meer richting computersimulaties te laten verschuiven. Maar kan de FIA de teams verplichten om uiteindelijk alleen nog maar CFD in te zetten?

De sleutel zit hem in een zeer lastige voorspelling: waar staat deze technologie in 2030? En daarnaast de vraag in hoeverre de kracht van de computers in de komende jaren toeneemt. Dat proces draagt ook bij aan lagere kosten. De prijs voor de bouw van een geheel nieuwe windtunnel, die volledig voorzien is van de nieuwste technologie, zal alleen maar hoger worden. 

Teams zijn begrijpelijk bezorgd over een totaal verbod op het gebruik van windtunnels. Een lange aanlooptijd geeft hen echter wat houvast. “Ik denk dat alle teams open staan voor deze discussie”, zegt Ferrari-teambaas Mattia Binotto. “En dat alle teams open staan om het uiteindelijk te accepteren, want het is nog ver weg. Zijn we vandaag de dag klaar om afscheid te nemen van de windtunnel? Nee, totaal niet. Qua kostenbeperkingen hebben we het aantal uren in de windtunnel al teruggebracht. Dat is een stap in de goede richting. Als je nu de windtunnel zou willen verbieden, moet het testwerk op de baan plaatsvinden en dat is nog veel duurder. Dus ik denk niet dat dit het juiste moment is om zo’n besluit door te voeren.”

Schaalmodel in de windtunnel

Foto: Lotus F1 Team

“Het risico is dat je de correlatie met het circuit verliest”, vult Alpine-topman Marcin Budkowski aan. “De windtunnel speelt hierin een belangrijke rol. De F1 houdt van een uitdaging. Als je nu zegt dat we over tien jaar geen gebruik meer maken van iets wat nu essentieel is voor de ontwikkeling, omdat we ons veel meer focussen op simulaties, dan denk ik dat dat haalbaar is.”

Red Bull Racing blies discussie nieuw leven in

Een van de grote voorstanders voor een overstap naar CFD is Red Bull Racing, een team dat bekendstaat om haar aerodynamische kwaliteiten. Ontwerper Adrian Newey staat volledig achter een eventueel verbod: “Windtunnels zijn geweldig, maar ze hebben hun doel gediend.” Ook teambaas Christian Horner ziet de verandering graag plaatsvinden: “Dit onderwerp heb ik een aantal maanden geleden ter tafel gebracht. Een windtunnel is nou niet echt efficiënt, het is niet milieuvriendelijk. CFD ontwikkelt zich razendsnel. De Valkyrie heeft tijdens de gehele ontwikkelingsfase geen moment in een windtunnel gestaan. Als we tien jaar verder zijn is het heel goed voor te stellen dat deze dinosaurussen van machines, die enorm veel energie en stroom verbruiken, tot het verleden behoren. De F1 hoort de nieuwste technologie te gebruiken. Als het nog een jaar of tien weg is, dan weten alle teams dat het eraan zit te komen en dan pas je je investeringen daar op aan.”

Dat laatste is een belangrijk punt. Sommige teams hebben een relatief nieuwe windtunnel of hebben het recent een grote opknapbeurt gegeven, waardoor er de komende jaren geen grote investeringen meer nodig zijn. Anderen, zoals Aston Martin en McLaren, hebben plannen om een gloednieuwe faciliteit te bouwen die nu een relatief korte levensduur hebben. “Het is heel lastig en ongemakkelijk”, erkent Williams-teambaas Simon Roberts. “Zodra die discussie begint, is het heel erg lastig om zo’n grote investering te doen want waarom zou je? Het rendement neemt af. Maar tien jaar is ver genoeg weg, de meeste bezittingen schrijf je in tien jaar af.”

Max Verstappen, Red Bull Racing RB16B

Foto: Steven Tee / Motorsport Images

Windtunnel nu nog belangrijker dan CFD

Ondanks het vooruitzicht dat een nieuwe windtunnel in minder dan een decennium niet meer gebruikt wordt, is Aston Martin van plan om de investering te doen. “We houden vast aan het plan om een tunnel te bouwen”, zegt teambaas Otmar Szafnauer. “Aerodynamica vormt nog steeds een grote differentiator in onze sport. Het is voordelig om een eigen tunnel te hebben, of het is nadelig als je geen eigen windtunnel hebt, misschien kan je het beter zo zeggen. Dus op dit moment overwegen we zeer serieus om een windtunnel te bouwen. Waarschijnlijk beginnen we daar al snel mee. Mocht het plan doorgaan in 2030, dan is er nog een redelijke periode waarin we hem kunnen gebruiken. Het is nu 2021, halfweg 2023 hebben we hem up en running. Dan heb je nog een jaar of zeven om te gebruiken. Dat is het wel waard.”

De vraag is in hoeverre teams als Aston Martin en McLaren die een nieuwe windtunnel bouwen in de seizoenen 2027 tot 2029 een aanzienlijk voordeel hebben omdat de concurrentie niet langer investeert in nieuwe technologie en de tijd uitzingen met ouder materiaal. Szafnauer verwacht dat tunnels nog aardig wat jaren van groot belang zijn: “Op dit moment kan CFD de windtunnel niet vervangen. CDF is geweldig als je eenvoudige aerodynamische problemen moet oplossen. Bij een F1-wagen heb je maken met zoveel interacties, dat kan een CFD op dit moment niet aan. Er zijn aspecten die je kunt verbeteren, maar CFD is niet zo goed als een windtunnel.”

Hij betwijfelt ook of het op financieel vlak veel oplevert: “Een windtunnel laten draaien kost niet zo veel. Het is puur de elektriciteit en wat onderhoud zo nu en dan. Het duurste aan het geheel is het produceren van de modellen en onderdelen voor in de tunnel. Dat is het duurste. Dus als je de windtunnel verbiedt, kan je zeker geld besparen. Daardoor ontstaan wel ongewenste gevolgen dat je onderdelen op de auto krijgt die niet precies werken zoals je wilt. Dat is niet goed en dan gooi je al die onderdelen weer weg. Voor je het weet doe je op de baan wat je nu in de windtunnel doet. Dat zijn onderdelen op ware grootte en die zijn duurder. Dus het is niet zo dat je al het geld van de tunnel bespaart.”

Otmar Szafnauer, teambaas en CEO Aston Martin F1, op de pitmuur

Foto: Glenn Dunbar / Motorsport Images

Anderen kaarten het veiligheidsaspect aan dat hiermee gepaard gaat, wanneer teams de modelfase overslaan en nieuwe componenten direct op de baan uittesten en daar pas achter bepaalde problemen komen. “Ik denk dat er in brede zin overeenstemming is dat dit op de lange termijn gaat gebeuren”, zei Mercedes-teambaas Toto Wolff na de stemming van vorig jaar. “Het is zo’n ingrijpende reglementswijziging dat er diverse veiligheidsaspecten aan gelieerd zijn. We moeten niet vergeten dat dit de snelste wagens op aarde zijn, met de meeste downforce. We willen niet live experimenteren met coureurs in wagens die op CFD gebaseerd zijn.”

De slimsten overwinnen

Een optie zou kunnen zijn om na 2030 een beperkt aantal uren in de windtunnel toe te staan, met name voor veiligheidsverificatie met 1-op-1 modellen. De Sauber-tunnel in Hinwil kan auto’s van dergelijke schaal kwijt. Een alternatief is de terugkeer van aerodynamische rechtelijntests met de echte auto, iets wat al een aantal jaar niet meer is toegestaan.

Met of zonder tunnel, aerodynamica blijft de komende jaren de voornaamste kostenpost voor Formule 1-teams. Enkel de slimste mensen met de beste ideeën zullen overwinnen. Het is enkel de vraag over welke tools zij kunnen beschikken.