F1 Tech: Hoe de downwash-oplossing van Red Bull de sidepod-oorlog won

Desondanks waren er, ondanks enkele zeer strikte regels, duidelijke verschillen tussen elke auto, waarbij met name de sidepods een breed scala aan ontwerpoplossingen boden. Nu, anderhalf jaar in dit reglementaire tijdperk, zien we een algehele verschuiving naar een van deze concepten - de downwash-oplossing - omdat teams beseffen dat dit het beste voldoet aan de algehele aerodynamische behoeften binnen de huidige regels. Alpine, AlphaTauri en Red Bull waren de eersten die voor deze oplossing kozen, waarbij Alpine als eerste zijn eigen unieke ontwikkelingspad insloeg en al in de voorbereidingen voor de Grand Prix van Azerbeidzjan in 2022 wijzigingen aanbracht aan zijn inlaatontwerp.

De waterslide, geul of welke term ook gebruikt kan worden om het te beschrijven, profiteert van het feit dat het grootste deel van de sidepod die onder deze nieuwe reglementen wordt gebruikt, een façade is, waarbij de ontwerpers het bodywork strakker om de componenten kan wikkelen, zoals ook onder de vorige reglementen gebeurde. Alpine realiseerde zich dat het de aerodynamische doelstellingen kon bereiken met het voorste deel van de sidepod, en dat het het bovenste deel van de sidepod beter kon gebruiken om de luchtstroom naar de gewenste plekken stroomafwaarts te leiden. En terwijl Alpine duidelijk de credits verdient van deze nieuwe ontwikkelingsrichting, heeft het waarschijnlijk ook enige inspiratie opgedaan uit de badkuipachtige oplossing van Ferrari.

Net zoals bij de downwash-oplossing is de sidepod van Ferrari breder dan nodig is om de interne componenten te kunnen huisvesten, waarbij een groot deel van het bodywork wordt gebruikt om de turbulente luchtstroom die stroomopwaarts wordt gecreëerd weer in balans te brengen. Ferrari bracht in 2022 al enkele wijzigingen aan aan de lay-out, zij het specifieke optimalisaties in plaats van een ingrijpende conceptuele verandering.

Aston Martin en Williams waren de eersten die in 2022 braken met hun respectievelijke oplossingen met een hoge taille en korte helling en overgingen op oplossingen die meer in lijn waren met de filosofie van de downwash-oplossing. De belangrijkste verandering voor Aston Martin kwam tijdens de Grand Prix van Spanje, toen het een poging deed om de vloer en sidepods van de RB18 na te bootsen - zij het beperkt door het inlaatontwerp van de sidepod, waarbij het bovenste gedeelte van de side impact protection structures (SIPS) een volledige overstap naar het ontwerp van Red Bull belemmerde.

Intussen had Williams bij aanvang van het seizoen 2022 een eigen ontwerp, met een innovatieve aanpak die onder meer een bypass op het bovenste gedeelte van de sidepod omvatte. Het team ontwierp de oplossing zo dat de duct zou helpen om de luchtstroom naar beneden te leiden naar de verkorte helling naar de vloer, maar het kon de duct ook afsluiten om de koelcapaciteit te vergroten.

Williams FW44 zijaanzicht.

Foto: Giorgio Piola

Het is duidelijk dat Williams al vrij vroeg inzag dat het concept niet de gewenste prestaties zou leveren, maar de renstal kon pas op Silverstone zijn eigen versie van de langere downwash implementeren. Om het geheel beter te laten werken werden toen ook wijzigingen aangebracht aan de vloer en motorkap om bij te dragen aan een betere performance.

De andere belangrijke uitzondering qua ontwerp was Mercedes met de 'zeropod'. Het team presenteerde eerst een meer conventionele opstelling bij de launch van de W13, die vervolgens werd gebruikt bij een testsessie in Barcelona. De teams verhuisden voor de officiële wintertest naar Bahrein, waar Mercedes zijn nieuwe oplossing presenteerde, die al snel de 'zeropod' werd genoemd.

 

De 'zeropod' vormde een schril contrast met veel van de andere oplossingen die door de concurrentie waren gepresenteerd, met slechts een slanke verticale inlaat die uitstak aan de zijkant van het chassis van de W13, verantwoordelijk voor het koelen van de interne componenten. De rest van het bodywork sloot strak aan op de componenten die erin waren ondergebracht, op dezelfde manier als alle teams hun bodywork hadden verkleind onder het vorige reglementaire tijdperk. Om de doelen met de 'zeropod' te bereiken, moest het team enigszins lateraal denken toen het ging om de bovenste SIS, die in de eigen behuizing zowel naar voren als boven het bodywork was geplaatst.

McLaren begon het seizoen net als veel van zijn concurrenten met een eigen concept, maar bewoog zich in de richting van iets dat meer leek op de downwash van Alpine, AlphaTauri en Red Bull. Het kon meer van het DNA van het laatstgenoemde team in zijn ontwerp kwijt door ook een vergelijkbaar inlaatontwerp over te nemen. Deze 'onderbeet'-oplossing voor de inlaat werd volledig geïntegreerd in de ontwerp van McLaren voor 2022, waarbij het team met een volledige make-over van de sidepods, vloer en motorkap kwam tijdens de Grand Prix van Oostenrijk, wat de weg effende voor een significante sprong in de pikorde.

McLaren zijaanzicht (Silverstone endplate).

Foto: Giorgio Piola

Het is duidelijk te zien dat bijna geen enkel gebied onaangeroerd is gebleven bij de herontwerp van de auto, waarbij de 'onderbeet' en inlaat, undercut, flankgeometrie en lengte van de downwash-helling van de sidepod ook zijn vergroot. Net als Aston Martin heeft McLaren een veel diepere waterslide op het bovenoppervlak van de sidepods geïntegreerd. De diepere waterslide is een goed voorbeeld van hoe F1-teams een idee overnemen en het vervolgens verder ontwikkelen. Het ontwerp van de AMR23 vindt bijvoorbeeld zijn oorsprong in de minder diepe versie die voor het eerst te zien was op de Alpine A522 in 2022, wat sindsdien leidde tot verschillende nieuwe ontwikkelingsideeën, waaronder bij Aston Martin, dat zijn ontwerp ontwikkelde met een update die in Canada kwam.

Aston Martin AMR23 sidepods.

Foto: Giorgio Piola

Ondertussen kwam Ferrari ook met een eigen versie van de waterslide, zij het een minder diepe variant, aangezien het de eerste stappen zette naar een downwash-oplossing toen het met nieuwe sidepods kwam tijdens de Grand Prix van Spanje. De wijzigingen resulteerden ook in aanpassingen aan de koelvinnen, waarbij een groot deel op de schouder van de motorkap kwam te liggen, hoewel het nog steeds de mogelijkheid heeft om koeling toe te voegen of te verminderen via de verwisselbare panelen in het bodywork. Het S-kanaal werd behouden als onderdeel van de update, waarbij dat was ingebakken in de algehele filosofie van de sidepod, aangezien de verticale inlaat naast het chassis wordt gebruikt om luchtstroom van onder de hoofdinlaat te geleiden en deze via de gekromde uitlaat naast de halo over het bovenoppervlak van de sidepod te leiden.

Mercedes' terughoudendheid om te accepteren dat het 'zeropod'-concept gebreken vertoonde en ermee door te gaan aan het begin van 2023, resulteerde in een nog meer ontwikkelde versie, totdat het tijdens de Grand Prix van Monaco eindelijk overstapte naar iets anders. Dit komt door de eerder genoemde locatie van de SIS-behuizing, aangezien deze niet kan worden gewijzigd zonder een nieuw chassis te introduceren. Dit compromitteert ook het ontwerp van de inlaat, de undercut en het bovenste gedeelte van het bodywork bij de sidepod. De update in Monaco bleek ook een tussenoplossing te zijn, omdat het team zowel de inlaat, de rest van het bodywork bij de sidepods en de vloer verbeterde tijdens de Grand Prix van België. En hoewel Mercedes duidelijk nog meer performance uit zijn nieuwe ontwerp kan halen, zal het hoogstwaarschijnlijk voor een heel andere aanpak gaan op dit gebied op de auto voor volgend F1-seizoen.

Mercedes W14 sidepods detail tijdens de Belgische GP.

Foto: Giorgio Piola

Red Bull is momenteel het beste team, dus het is niet verwonderlijk dat de downwash-oplossing vaak aan hen wordt toegeschreven, ook al begonnen anderen hun seizoen in 2022 met vergelijkbare oplossingen. En hoewel de achtervolgende teams hebben geëxperimenteerd met oplossingen in de stijl van de waterslide, heeft Red Bull tot nu toe vastgehouden aan zijn koers, waarbij het een minder ingrijpende welving blijft gebruiken bij sidepods richting de achterkant van de vloer.

Waar het echter niet op heeft bespaard, is de beslissing om het voorste deel van de sidepods te verbeteren, met een aanzienlijke nadruk op de inlaat van de RB19 en hoe die de omvang van de undercut kan beïnvloeden. Dit begon in Azerbeidzjan, toen de hoogte van de inlaat lager maar breder werd. Dit werd gevolgd door een meer significante update tijdens de Grand Prix van Hongarije, waarbij het team wijzigingen aanbracht in de interne componenten en de inlaat van de sidepod, terwijl het bodywork werd geoptimaliseerd voor verdere aerodynamische winst. De updates concentreerden zich rond de inlaat en de 'onderbeet' luchtinlaat, waarbij laatstgenoemde naar voren werd uitgebreid, waardoor de inlaat er vanuit bepaalde hoeken zelfs nog kleiner uitziet. Het bijkomende voordeel is dat dit de undercut vergroot en tegelijkertijd de inlaat beschermt tegen de storende en turbulente luchtstroom die wordt veroorzaakt door het voorste deel van de auto.

Het is duidelijk dat er nu één ontwerp is dat de teams volgen, maar dat betekent niet dat ze allemaal hetzelfde doen. In feite is dat verre van het geval en het zal interessant zijn om te zien welke van deze concurrerende oplossingen de teams in de toekomst zullen kiezen en of er meer zijtakken van de belangrijkste ontwikkeling zullen zijn.

Geschiedenis herhaalt zich

De huidige regels sturen teams meestal in bepaalde ontwerprichtingen, maar vaak vinden ze verschillende antwoorden op dezelfde vragen. De visuele verschillen die te zien zijn in elk van de eerder genoemde sidepod-ontwerpen zijn uiteraard intrigerend, maar het is duidelijk niet de eerste of laatste keer dat we zo'n verschijnsel zullen zien, met misschien wel het meest voor de hand liggende voorbeeld in het recente verleden in de seizoenen 2012 en 2013.

F1 had al de fase van de blown diffuser doorgemaakt in 2010 en 2011, en de FIA was vastbesloten om het effect uit te bannen met een verandering in de regels die ervoor zou zorgen dat de uitlaat niet boven op de vloer geplaatst kon worden, waarbij de uitlaatgassen werden gebruikt om de prestaties van de diffuser te verbeteren. De FIA bracht echter talloze wijzigingen aan in de uitlaat- en chassisregels om ervoor te zorgen dat de uitlaat niet zo invloedrijk zou zijn, maar de teams hadden andere ideeën en gingen aan de slag om omliggende gedeelten te gebruiken om een aerodynamische performance te creëren. In eerste instantie waren er vier of vijf oplossingen die teams onafhankelijk van elkaar hadden gevonden in aanloop naar 2012, maar zoals je zou verwachten en net zoals nu gebeurt, zouden ze allemaal convergeren naar de ideeën die het meest effectief waren.

Een bovenaanzicht van de Mercedes W03, waarbij de gele pijlen de stroom van de uitlaatgassen tonen.

Foto: Giorgio Piola

Het periscoop-stijl ontwerp was meer in lijn met de oplossing die de FIA verwachtte toen het de regels introduceerde, waarbij verschillende teams, waaronder Mercedes, het vanaf het begin gebruikten.

Lotus E20 periscope-stijl uitlaat.

Foto: Giorgio Piola

De E20 had ook Lotus' eerste periscoop-stijl uitlaatoplossing, waarbij het afgeschermde bodywork rond de uitlaat werd verwacht om de uitlaatgassen te beïnvloeden.

De uitlaat op de Red Bull RB8.

Foto: Giorgio Piola

Red Bull liet ook zien de periscoop-stijl te willen gebruiken toen de auto werd onthuld.

Red Bull RB8 'Coanda' oplossing voor de uitlaat, blauwe pijl laat zien hoe lucht onder de helling door moet, gele pijlen tonen traject van de uitlaatgassen.

Foto: Giorgio Piola

Al snel bleek echter dat Red Bull andere ideeën had, met een veel complexere oplossing die een oplopend achterste gedeelte voor de sidepod had, waarin de uitlaat was ondergebracht. Het hoopte duidelijk dat door de uitlaatgassen te combineren met de luchtstroom vanuit de sidepods, deze zijn weg zou vinden naar het gebied dat werd beïnvloed door de geblazen diffusers.

Om de oplossing nog complexer te maken, had Red Bull ook een tunnel in de zijwand van de oplopende sidepod die uitkwam in het gebied bij de flessenhals.

McLaren MP4-27 semi 'Coanda'-uitlaat, kieuwen toegevoegd voor achterwielophanging om warmte af te voeren.

Foto: Giorgio Piola

Een slimme oplossing die een vergelijkbare proces voor de uitlaatgassen leek te bieden, zij het zonder bodywork in het onderste gedeelte, was de semi-Coanda-oplossing van McLaren.

Ferrari F2012 'Acer duct' uitlaat aan het begin van het seizoen.

Foto: Giorgio Piola

Ferrari had zijn eigen oplossing, de Acer-geleider genaamd, vanwege de sponsormogelijkheid op de carrosserie. Het team probeerde verschillende configuraties voor de plaatsing van de uitlaat binnen het bodywork om de performance te verbeteren.

Red Bull RB8 'Coanda' uitlaatvergelijking.

Foto: Giorgio Piola

Red Bull bleef ook doorgaan met zijn ontwerp, met veranderingen in dit geval aan de uitlaat om niet alleen de richting van de gassen verder te beïnvloeden, maar ook hoe deze samenwerkte met de luchtstroom die de crossunder tunnel eronder binnenkwam.

Wijziging uitlaat Red Bull RB8 (inzet oudere specificatie).

Foto: Giorgio Piola

De oplossing bleef evolueren, met de vorm van het bodywork rond de uitlaat, de lengte van de oplopende sidepods, de vorm en frequentie van inlaten die zich bevonden binnen de crossunder tunnel en de uitgang. 

Red Bull RB8 vergrote cross-over tunnels (zie inzet voor vergelijking)

Foto: Giorgio Piola

Een andere hoek, waarbij de verlenging van de crossunder tunnels en het oploopgedeelte te zien zijn. Let ook op de drie vinnetjes onder de aandrijas om de koers van de luchtstroom over de bovenkant van de diffuser te beïnvloeden.

Mercedes W03 Semi-Coanda-uitlaat, voorspelde traject van uitlaatgassen met pijl aangegeven.

Foto: Giorgio Piola

Teams begonnen tijdens het seizoen over te stappen naar andere oplossingen, terwijl ze een beter versie overwogen voor het volgende seizoen, waarbij Mercedes een van de teams was die overstapte op de semi-Coanda-oplossing.