Flexibele F1-vleugels: Wat zijn het en waarom worden ze gebruikt?

Onboardbeelden van de achtervleugel van de Red Bull RB16B in de Grand Prix van Spanje zorgden voor de nodige gefronste wenkbrauwen in de paddock. De vleugel leek op hoge snelheid aanzienlijk naar achteren te buigen, wat aerodynamische voordelen met zich meebrengt. Met name rivaal Mercedes was er als de kippen bij om publiekelijk vraagtekens te zetten bij de flexibiliteit van de achtervleugel. Dat was het startsein voor een stevige rel in de Formule 1. Ferrari en Alfa Romeo gaven openlijk toe gebruik te maken van aero-elasticiteit bij de achtervleugel. Het lijkt aannemelijk dat meerdere formaties de grenzen hebben opgezocht of overschreden.

De FIA heeft aangekondigd vanaf de Grand Prix van Frankrijk strengere eisen te stellen aan de flexibiliteit van achtervleugels, om er zeker van te zijn dat de elementen onder druk niet te ver doorbuigen. Zoals gebruikelijk in de Formule 1 is niemand blij met deze uitspraak: Mercedes en McLaren willen dat de strengere tests al vanaf de aankomende GP van Azerbeidzjan uitgevoerd worden terwijl teams als Red Bull, Ferrari en Alfa Romeo klagen over de torenhoge kosten die een aanpassing met zich mee zal brengen. De strengere eisen zijn gezien het huidige budgetplafond een onaangename verrassing. 

Red Bull heeft de afgelopen jaren al diverse malen in het middelpunt van de belangstelling gestaan bij discussies over flexibele vleugels. Het huidige voorbeeld is zeker niet de eerste keer dat de formatie uit Milton Keynes beschuldigd wordt van het gebruik van onreglementaire vleugelonderdelen. Teambaas Christian Horner probeerde de spotlights echter te ontwijken door de legaliteit van de voorvleugel van Mercedes in twijfel te trekken. Hij noemde de beschuldigingen van de wereldkampioen “hypocriet”. De strijd tussen beide topteams is niet alleen op de baan in alle hevigheid losgebarsten, ook naast het circuit gaat het er heftig aan toe. 

Tekst gaat verder onder de foto

 

Wat is een flexibele vleugel en waarom maken F1-teams er gebruik van?

Flexibele vleugels zijn… tja, flexibele vleugels. De benaming zegt het immers al. Strikt genomen bewegen alle vleugels een beetje wanneer de druk toeneemt. Het is tenslotte onmogelijk om totale stijfheid te genereren. De ene vleugel buigt echter meer door dan de ander.

Vleugels produceren meer weerstand naarmate de snelheid van de auto toeneemt. Naarmate de snelheid hoger wordt, neemt de druk op de auto exponentieel toe. Op circuits als Monza gebruiken de teams zeer vlakke achtervleugels om de hoeveelheid drag te minimaliseren om op de lange rechte stukken een zo hoog mogelijke topsnelheid te bereiken. Op conventionele circuits heb je de voor- en achtervleugel harder nodig om downforce te genereren in de bochten. Wanneer deze vleugels op hoge snelheid wat naar achteren doorbuigen neemt de luchtweerstand af en bereik je een hogere topsnelheid. In de bochten, bij lagere snelheid, profiteer je echter van de ‘normale’ vleugelstand en de daarmee gepaard gaande neerwaartse druk. Als je vleugel dus verder doorbuigt dan die van de concurrentie, behaal je een voordeel.

Tekst gaat verder onder de foto

 

Het is een feit dat alle teams dolgraag oneindig flexibele vleugels op hun wagens zouden plaatsen, waarbij de voor- en achtervleugel in de snelle secties van het circuit idealiter volledig vlak komen te staan en de drag enorm verminderen. Vanwege veiligheidsredenen kan dat simpelweg niet. De FIA beschikt over tests om te bepalen dat een vleugel tijdens de technische keuring niet verder buigt dan toegestaan. De voorvleugel wordt onderworpen aan een test waarbij middels gewicht aan de bovenzijde de buiging gemeten wordt. De achtervleugel wordt met een bepaalde kracht naar achteren getrokken. De eisen zijn allemaal terug te vinden in artikel 3.9 van het technisch reglement. Deze controles vinden plaats op vaste punten van de achtervleugel. Sommige teams hebben hier handig op ingespeeld door op die plekken de stijfheid op orde te hebben, maar op andere punten flexibeler materiaal te gebruiken. Zo wordt enerzijds de FIA-test doorstaan, maar anderzijds alsnog een voordeel behaald door de - verder dan toegestane - buiging van de vleugel.

Waarom zijn flexibele vleugels om veiligheidsredenen verboden?

De aerodynamica in de Formule 1 wordt vaak omschreven als ‘luchtvaart, maar dan omgekeerd’. De twee werkvelden hebben veel raakvlakken en hebben te maken met dezelfde problemen. Vleugels van vliegtuigen buigen lichtjes want de structuur moet een evenwicht zijn tussen stijfheid en gewicht. Materialen die nauwelijks buigen zijn vaak zwaar, en datzelfde geldt voor een F1-bolide. Formule 1-vleugels worden vandaag de dag gemaakt van koolstofvezel met een kern met een lage dichtheid (zoals een soort schuim) om de stijfheid verder te verbeteren. Zo zijn de vleugels licht en stijf. Hoe meer gewicht je toevoegt, bijvoorbeeld door meer koolstofvezel te gebruiken, hoe stijver het geheel wordt.  

Tekst gaat verder onder de foto

 

Als een vleugel te licht is, verliest hij aan kracht. Het element kan onder druk afbreken, door contact met een andere auto of door de effecten van aero-elasticiteit. Hoewel elasticiteit in bepaalde toepassingen van meerwaarde kan zijn, bestaat ook het risico dat een vleugel of structuur gaat flapperen. Wanneer een F1-vleugel flappert, produceert hij een zeer onvoorspelbaar niveau aan downforce. De coureur krijgt dan te maken met een auto die schier onbestuurbaar is. Dat kan resulteren in heftige crashes. 

Dit geflapper kan voorkomen worden door de vleugel stijver te maken. Daarom heeft de FIA eisen gesteld aan de stevigheid van de structuur van de vleugels om er zeker van te zijn dat coureurs veilig in de wagens kunnen rondrijden.

Wat gaat er nu gebeuren?

Door de strengere eisen die vanaf de Grand Prix van Frankrijk gesteld worden aan de flexibiliteit van de vleugels, zouden de elementen nog minder kunnen doorbuigen. Er hangt ongetwijfeld een kostenplaatje aan, wat niet in goede aarde zal vallen bij de teams die noodgedwongen veranderingen moeten doorvoeren. Veiligheid boven alles, is het argument dat de FIA kan gebruiken.

Dit zal de teams er niet van weerhouden om de maximale flexibiliteit na te streven, maar de winst die behaald wordt door middel van een buigende vleugel zal afnemen. Maar zoals altijd in de Formule 1, zal er wel weer een team zijn dat de regelschrijvers te slim af is…