Tech analyse: Het startpunt van de F1-dominantie van Mercedes

Het Mercedes F1-team is al jaren de dominante factor in de Formule 1 en dat lijkt voorlopig ook nog wel even zo te blijven. De W11 van het merk was misschien wel de beste auto uit de geschiedenis van de sport en het merk weet van geen ophouden. Het startpunt van die dominante lag aan het begin van het hybride-tijdperk, de Mercedes W05 was een sterk en betrouwbaar wapen. In deze analyse bekijken we hoe Mercedes meteen het juiste recept te pakken had.

Tech analyse: Het startpunt van de F1-dominantie van Mercedes

De Formule 1-wagen van de toekomst zal door de reglementswijzigingen waarschijnlijk niet meer zo snel zijn als de W11. Voor de start van het Mercedes-succes moeten we terug naar 2014, toen het merk met de eerste turbo hybride op de proppen kwam: de W05. Vanaf het eerste moment was deze wagen ontzettend snel en behoorlijk betrouwbaar. De basis daarvoor lag in 2014, toen Mercedes vol inzette op de ontwikkeling van de nieuwe wagen. Ook was meteen duidelijk hoe doordacht het concept was. De verschillende belangrijke facetten van de wagen – het chassis, de aerodynamica en de aandrijftrein – werkten allemaal moeiteloos samen. Dat is de afgelopen jaren een hoeksteen in het succes van Mercedes gebleken.

In het hart van de W05 lag zo’n beetje het grootste wapen: de PU106 powerunit. Deze krachtbron was in de eerste fase veel te sterk voor de concurrentie, de Zilverpijlen pakten met die machine een voorsprong waar de andere fabrikanten nog lange tijd achteraan zouden hollen. Het meest opvallende onderdeel van de PU106 is wel de gesplitste turbo met de compressor aan de ene kant van de krachtbron terwijl de turbine zich aan de andere kant bevindt. Hiermee wordt niet alleen de temperatuurbeheersing van de turbo in de hand gehouden, maar daardoor kon ook de MGU-H ertussen geplaatst worden.

Hoewel er behoorlijk wat haken en ogen aan dit systeem zaten, zag de motorafdeling Mercedes HPP (High Performance Powertrains) dit als een grote uitdaging die veel op zou leveren op andere vlakken. Zo konden ook andere aspecten van de krachtbron op een andere manier ontworpen worden, al bracht dit ook weer complicaties met zich mee. Zo moest de olietank herzien worden om de compressor van de turbo een plek te geven aan de voorkant van de krachtbron. Mercedes koos er daarom voor om een zogenaamde ‘chargecooler’ te gebruiken in plaats van een ‘intercooler’. Klantenteams opteerden daarentegen wel voor het conventionele systeem en dat zijn ze tot op de dag van vandaag blijven doen.

Bij het verpakken van een complex systeem als een powerunit in een Formule 1-wagen komen veel zaken kijken. Zo moet de gewichtsdistributie kloppen en is de aerodynamica belangrijk. Ook moest het pakket zorgvuldig samengesteld worden om de luchtstroom vanuit de sidepods op een goede manier te laten stromen. Ook moest rekening gehouden worden met de warmte van de verschillende secties en welke gevolgen dat had voor de nabije onderdelen.

Onderstaande foto laat zien hoe de ERS en de koelingselementen van de versnellingsbak geplaatst zijn. Deze zitten achter de powerunit en ontvangen koele lucht via de airbox aan de bovenkant van de auto. Daarnaast had Mercedes nog twee luchtinlaten aan weerszijden van de airbox. Ook is de vormgeving van het spruitstuk zichtbaar. De bouwers van de krachtbronnen gaven hiermee wat vermogen prijs, maar het was compromis om tot een mooi compact pakket te komen. Het laat zien hoe Mercedes beslissingen nam die in het belang waren voor de gehele auto, in plaats van het kiezen voor een agressieve strategie op de verschillende vlakken.

 

Meer informatievoorziening door complexe krachtbron

De F1-krachtbron was in korte tijd een ongelooflijk complex ding geworden. Ten opzichte van het V8-tijdperk hadden coureurs ineens veel meer informatie tot hun beschikking en konden ze veel meer parameters instellen om de machine zo goed mogelijk te laten werken. Mercedes introduceerde met de komst van de W05 een nieuw stuur, die voorzien is van een PCU-8D display. Leverancier McLaren had deze ontworpen voor de komst van de nieuwe motoren. Het LED-display is niet alleen veel groter, het kan ook zo’n honderd pagina’s aan informatie weergeven. Die informatie is allemaal aanpasbaar, wordt grafisch weergegeven en coureurs kunnen dit ook nog naar hun eigen voorkeuren in laten stellen.

Dat geldt overigens voor het volledige stuur. Ook de knoppen op de voorkant en de peddels op de achterkant worden naar voorkeur van de coureurs aangepast. Van Hamilton is bekend dat een kleiner hendeltje om terug te schakelen zijn voorkeur geniet. Uiteindelijk moet het stuurtje voor een coureur comfortabel zijn en moet het efficiënt werken, oftewel: de handen moeten niet te vaak van positie moeten wisselen op het stuur.

Ook een stap verder met aerodynamica en ophanging

De Mercedes W05 was bijzonder sterk, maar niet alleen op motorisch vlak hadden de Zilverpijlen een streepje voor op de concurrentie. Ook het ontwerp van de wagen bevat een aantal interessante en unieke aspecten als het gaat om de aerodynamica. Redelijk voor de hand liggende zaken werden aangepakt om de efficiëntie van de wagen te verbeteren.

Denk daarbij aan de lagere plaatsing van de wishbone (rode pijl op onderstaande foto). Die positie tussen de beide ‘stangen’ werd kleiner waardoor onderdeel eigenlijk functioneerde als een aerodynamische fairing. Hierdoor kon de luchtstroom van de voorvleugel op een goede manier doorgestuurd worden naar het middenrif van de wagen. Ondertussen werd ook de stuurstang op een andere positie geplaatst. Dat zorgde in combinatie met de bovenste wishbone ook voor een positieve invloed op de luchtstroom.

Met het gebruik van de zogenaamde ‘hoge neuzen’ haalden Formule 1-teams de afgelopen jaren veel aerodynamisch voordeel. De FIA wilde hier iets tegen doen, maar voor de teams was het belangrijk om de neus zo hoog mogelijk te houden. Mercedes kwam met zo’n beetje de meest succesvolle oplossing: een U-vormig gat waarmee voldaan werd aan de criteria. Het zag er misschien een beetje raar uit, maar de engineers van Mercedes konden de luchtstroom zo onder de auto sturen. Voor de lange termijn was dit geen houdbare oplossing en het merk kwam daardoor later met de zogenaamde ‘turning vane’ onder de neus van de wagen.  

In 2013 en 2014 begon Mercedes de turning vane al verder naar voren te brengen. De W05 werd voorzien van twee vleugels die in de vorm van een slagtand aan de onderkant van het chassis bevestigd werden. Dit resulteerde erin dat het onderdeel eerder invloed had op de luchtstroom. Het team bleef dit concept verder ontwikkelen en gedurende het seizoen voerde men nog een aantal veranderingen door. Uiteindelijk zaten er vier verticale elementen waardoor de slagtanden ook aangepast moesten worden.  

Al die veranderingen hebben ertoe geleid dat het team een nieuw vleugeltje toe kon voegen, de zogenaamde ‘Bat-Wing’. Ook hier was weer het doel om de luchtstroom van de wagen zo te vormen dat het voor het middendeel van de auto gunstiger zou zijn. Ook dit zou in de loop der tijd verder ontwikkeld worden. De bevestiging op het chassis werd uiteindelijk anders geregeld en ook werd er een sleufje uit de winglet gehaald.

De achterkant van de wagen

Ook over de achterkant van de wagen was goed nagedacht. Na het verdwijnen van de V8-motoren werd afscheid genomen van de dubbele uitlaat. Die werd vervangen door een enkele uitlaat die in het midden van de wagen geplaatst moest worden. Ook hier werd meteen weer aerodynamisch voordeel uit gehaald met de introductie van een Y150-winglet of de zogenaamde monkey seat. Ook hier was Mercedes ijverig. De formatie uit Brackley kwam, aangepast op de eisen van de circuits, met verschillende configuraties.

Afgezien van de configuratie werd de achtervleugel via twee verticale pilaren bevestigd op de wagen, dit ten behoeve van stabiliteit onder het nieuwe reglement. De endplates waren daarnaast zo vormgegeven met verschillende sleuven dat de luchtstroom aan het eind van de wagen weer bij elkaar kwam en de achterkant van de auto in balans bracht.

Mercedes W05-achtervleugel

Mercedes W05-achtervleugel

Photo by: Giorgio Piola

Op elk circuit is een andere aerodynamische configuratie nodig, dat is vanzelfsprekend afhankelijk van bochten en rechte stukken. In de illustratie hierboven zijn de drie configuraties van Mercedes te zien. Links de high downforce-variant met een gemiddelde grootte van de horizontale plaat. De Gurney-flap op de achterkant is bevestigd om meer downforce te genereren, al krijgt de wagen daardoor wel iets meer drag. Verder gebruikte men in deze variant een complexe monkey seat waarmee de richting van de lucht uit de uitlaat aangepast werd.

In het midden is de low downforce-variant te zien. Hier zit de Gurney-flap niet op de normale plek om de hoeveelheid drag te verminderen. Verder zijn de hoeken van de bovenste plaat een beetje naar beneden afgerond en is er een versimpelde versie van de monkey seat gebruikt. Aan de rechterkant zien we de Monza-variant waar met heel weinig achtervleugel gereden wordt omdat de topsnelheid zo belangrijk is. Ook de verticale pilaren hebben een andere vorm waar ze in aanraking komen met de horizontale plaat. Dat is belangrijk omdat de luchtstroom niet heel erg veel invloed mag hebben.

Was het FRIC-verbod nadelig voor Mercedes?

Mercedes gebruikte het FRIC-systeem op de W04, maar ook op de W05. Dit is een hydraulisch systeem waardoor de voorwiel- en achterwielophanging met elkaar verbonden is en waardoor er meer controle ontstaat over de auto in het algemeen. Dit systeem werd ook door de andere teams gebruikt, maar Mercedes kwam met een nog geavanceerdere versie op de proppen. Enkele concurrenten vroegen bij de FIA om opheldering over de legaliteit van het systeem. Na beraad besloot de FIA het systeem met ingang van 2015 te verbieden.

Er werd verwacht dat Mercedes hier een flinke terugslag van zou krijgen, maar niets bleek minder waar. Mercedes pakte in het volgende seizoen maar liefst zestien overwinningen in negentien races. Beide coureurs vroegen het uiterste van de wagen, het team en zichzelf. Het voordeel van de W05 ten opzichte van de rest van het veld was groot en die dominantie werd ook vertaald in de volgende wagens, de W06 en de W07.

gedeeld
reacties
Domenicali: Gesprekken met nieuwe fabrikanten over F1-deelname
Vorig artikel

Domenicali: Gesprekken met nieuwe fabrikanten over F1-deelname

Volgend artikel

Red Bull wil Mercedes uitdagen in 2021: “Geen eenmansteam meer”

Red Bull wil Mercedes uitdagen in 2021: “Geen eenmansteam meer”
Laad reacties