Giorgio Piola's technische F1-analyses

Retro F1 tech: De ingrijpende veranderingen van de laatste jaren

Motorsport.com technisch redacteuren Giorgio Piola en Matt Somerfield kijken terug op hoe veranderingen van de F1-reglementen in het verleden de sport hebben beïnvloed. Deel 3: het huidige tijdperk.

 

De reglementsverandering in 2009 was de grootste wijziging die de sport in een generatie had meegemaakt. Bijna elk aerodynamisch onderdeel werd aangepakt om de downforceniveaus omlaag te brengen. De terugkeer naar slicks had als insteek om de verhouding tussen aerodynamische en mechanische grip te veranderen. De regels werden voor een groot deel bedacht door de Overtaking Working Group (OWG). Hun opdracht was helder: maak de auto’s langzamer en zorg voor meer inhaalacties door de turbulente lucht afkomstig van de auto’s aan te pakken zodat de achteropkomende rijder eenvoudiger kan passeren.  

Overzicht regels 2009
Overzicht regels 2009

Tekening: Giorgio Piola

De veranderingen hadden voornamelijk betrekking op de distributie van lucht rondom de auto. De voorvleugel werd net zo breed als de auto, waardoor de ontwerpers de ruimte kregen om meer lucht naar buiten te leiden. Het centrale gedeelte, met een wijdte van vijfhonderd millimeter, werd uitgeroepen tot ‘no-go zone’: een neutrale sectie onder de neus. Door deze aanpassing zou het eenvoudiger worden om dicht achter een andere auto te rijden, zonder dat dit aerodynamische onbalans teweeg bracht. 

Ferrari F60 (660) 2009 diffuser, vergeleken met de F2008
Ferrari F60 (660) 2009 diffuser, vergeleken met de F2008

Tekening: Giorgio Piola

Aan de achterzijde nam de hoogte van de achtervleugel toe. De hoogte en lengte van de diffuser nam daarentegen juist af. Het idee hierachter was dat daarmee de vorm, richting en kracht van de turbulente luchtstroom zou veranderen, waardoor het eenvoudiger zou worden voor achteropkomende rijders om het gat te dichten. Over het gehele oppervlak van de auto werden veranderingen aan het bodywork doorgevoerd om de hoeveelheid vleugeltjes en aerodynamische oplossingen die in de jaren waren geïntroduceerd in te perken. 

Daarnaast kregen de rijders een aantal wapens voor de wiel-aan-wiel gevechten. Zo kon de aerodynamische balans van de auto aangepast worden: de bovenste flap van de voorvleugel kon met zes graden aangepast worden, tweemaal per ronde. Daarmee zou de achtervolgende auto de balans kunnen verbeteren wanneer hij kort achter een voorganger zou rijden.

McLaren MP4-24 2009 KERS
McLaren MP4-24 2009 KERS

Tekening: Giorgio Piola

Verder werd het Kinetic Energy Recovery System (KERS) geïntroduceerd. De coureurs konden hiermee tot 400 kj elektrische energie gebruiken, die tijdens het aanremmen werd teruggewonnen. Dat was goed voor ruwweg tachtig pk, die per ronde 6,66 seconden kon worden benut. Het was een eerste kennismaking met wat in 2014 geïntroduceerd werd als ERS. Er zaten echter ook de nodige nadelen aan: het systeem woog zo’n dertig kilo en was dus dood gewicht wanneer er geen gebruik van gemaakt werd. 

KERS bleek in het eerste jaar een mislukking. De topteams maakten geen gebruik van het systeem en kozen ervoor de energie aan andere gebieden te besteden. Dat resulteerde in een sabbatical van een jaar voor KERS, om in 2011 in verbeterde vorm terug te keren. Het minimumgewicht van de auto werd verhoogd waardoor het gebruik van het systeem een stuk interessanter werd. 

BGP001

Het BrawnGP-verhaal gaat de geschiedenisboeken in als de feniks die uit de as herrees. De successtory had heel anders kunnen eindigen wanneer Ferrari en Mercedes niet hun steun hadden toegezegd. Beide fabrikanten boden hun V8-motor aan om de plaats in te nemen van het vertrokken Honda. Zoals we weten was de Mercedes-krachtbron een stuk beter dan de versie van de Japanners, maar werd geleverd zonder KERS. Dat gaf BrawnGP de mogelijkheid om met de gewichtsverdeling te spelen en de extra kilo’s op wenselijkere posities te plaatsen.

Brawn BGP 001 2009 gewicht in de splitter
Brawn BGP 001 2009 gewicht in de splitter

Tekening: Giorgio Piola

De splitter werd aanzienlijk verzwaard. Een slimme zet, want door het gewicht laag en ver naar voren te plaatsen verbeterde de balans van de auto. Daarnaast maakte het team gebruik van een soort sneeuwschuiver ter compensatie van de korter geworden bargeboards volgens de nieuwe reglementen. Hiermee werd meer lucht onder de auto verzameld en naar belangrijke elementen geleid. 

Brawn BGP 001 2009 motorverpakking
Brawn BGP 001 2009 motorverpakking

Tekening: Giorgio Piola

De entree van de nieuwe motorleverancier had tot grote problemen kunnen leiden, maar dit werd juist een van de vele sterke punten, waardoor de BGP001 schier onaantastbaar werd. Honda verlegde al vroeg de aandacht naar de reglementen voor 2009, waardoor de auto van 2008 al snel werd afgeschreven. De Japanners wisten exact wat de zwakke punten waren en hoe groot de sprongen zouden zijn als de problemen verholpen zouden worden. Het project werd niet beperkt door de reglementen die we vandaag de dag kennen. Er kon eindeloos getest worden in de windtunnel. Doordat de aandacht al vroeg in het jaar volledig uitging naar de nieuwe auto, konden veel verschillende concepten getest worden. Intern wist men al lang dat de nieuwe auto een snelheidswonder zou worden. 

Brawn BGP 001 2009 detail van het mechanisme om de voorvleugel aan te passen
Brawn BGP 001 2009 detail van het mechanisme om de voorvleugel aan te passen

Tekening: Giorgio Piola

De volledig geïntegreerde dubbele diffuser leverde BrawnGP natuurlijk een grote voorsprong op, ook later in het jaar toen de concurrentie een vergelijkbaar concept moesten inpassen in hun bolides. Dat werkte nooit zo goed en efficiënt als de versie van Ross Brawn en zijn mannen. Ook aan de voorkant ging de formatie innovatief te werk. De beweegbare flap van de voorvleugel werd verkleind en verder naar binnen geplaatst, zodat het buitenste gedeelte, waaronder de endplate van de vleugel, gebruikt kon worden om de luchtstroom die langs en over het loopvlak van de voorband stroomde te beïnvloeden. 

Brawn BGP 001 2009 vooraanzicht
Brawn BGP 001 2009 vooraanzicht

Tekening: Giorgio Piola

De horizontale hoofdplaat van de voorvleugel moest lager geplaatst worden dan in 2008 het geval was. Daardoor ging het team ook aan de slag met de voorwielophanging en stuurarmen. Zij kregen een rol in het vormen van de luchtstroom afkomstig van de voorvleugel richting de achterkant van de auto. De elementen werden achter elkaar geplaatst, om het aerodynamische oppervlak te vergroten.

Brawn BGP 001 2009 sidepod turning vane
Brawn BGP 001 2009 sidepod turning vane

Tekening: Giorgio Piola

Doordat de BGP001 geen uitgebreide koelsystemen voor KERS hoefde te integreren, waren de sidepods zeer slank. Dat zorgde voor een diepe undercut waardoor de luchtstroom richting de achterzijde van de auto werd gemaximaliseerd.  

Het is jammer dat we de BrawnGP nooit in de volledige Honda-trim gezien hebben, dus we weten niet waar het team met de Japanse motor in het veld had gestaan. Toch is het een bijzonder succesverhaal uit de rijke geschiedenis van de sport. Het toont wederom aan dat er veel winst te behalen valt wanneer je de planning maar op orde hebt.

2010-2013 

Red Bull RB6 laag geplaatste uitlaat om de diffuser beter te laten werken
Red Bull RB6 laag geplaatste uitlaat om de diffuser beter te laten werken

Tekening: Giorgio Piola

De veranderingen die voorafgaand aan het seizoen 2009 werden doorgevoerd waren ingrijpend. Dat bood ruimte voor innovatie. De meest bekende en tevens meest omstreden nieuwigheid was de dubbele diffuser. In 2010 volgde de F-duct, niet veel later kwamen de diffusers die werden aangezwengeld door de uitlaatgassen. Dat was slechts het topje van de ijsberg, want teams zochten naar slimme interpretaties van de reglementen om de auto’s beter te laten presteren: ofwel door meer downforce te genereren ofwel door de hoeveelheid luchtweerstand te verminderen.

Brawn BGP 001 2009 diffuser
Brawn BGP 001 2009 diffuser

Tekening: Giorgio Piola

De dubbele diffusers zorgden in 2009 voor een flinke rel. De oorspronkelijke intentie van de nieuwe regels werd hiermee teniet gedaan, aangezien de turbulente lucht afkomstig van de leidende auto heel anders was dan de OWG had voorspeld. Dat neutraliseerde het belang van de beweegbare voorvleugel. In 2010 verdween dit concept dan ook uit de reglementen, mede omdat de rijders er nauwelijks gebruik van maken. De verwachtte verandering in de balans van de auto wanneer een andere rijder werd gevolgd bleef namelijk grotendeels uit.

McLaren MP4-25 2010 achtervleugel met F-duct
McLaren MP4-25 2010 achtervleugel met F-duct

Tekening: Giorgio Piola

McLaren kwam in 2010 op de proppen met de F-duct. De Britten vonden een manier om de downforce en luchtweerstand aan de achterzijde van de auto drastisch te verminderen door gebruik te maken van een vloeibaar schakelsysteem. Het concept van McLaren werd snel gekopieerd door de rest van het veld. De formatie uit Woking verdient echter de erkenning voor het ontwerpen van een relatief eenvoudig systeem dat mooi om alle regels heen zeilde. De FIA was echter niet blij met de handelingen die de rijder moest verrichten om het systeem te laten werken. Volgens het overkoepelend orgaan hadden alle systemen die handmatig aangepast moesten worden een negatieve invloed op de wijze waarop de rijder de auto bestuurde. De FIA paste de reglementen aan zodat deze vorm van F-duct voor het daaropvolgende jaar verboden werd. Wel was er een wijze les geleerd hoe het gebrek aan inhaalacties opgelost kon worden. Dat resulteerde in de introductie van het Drag Reduction System in 2011. 

 

In deze periode werd duidelijk dat sommige teams aero-elasticiteit gebruikten om voordeel te behalen, met name met de voorvleugel. De FIA was genoodzaakt tussen 2009 en 2013 diverse veranderingen aan de regels door te voeren om te voorkomen dat de vleugels te veel doorbogen op hoge snelheden. De teams vonden steeds inventievere manieren om de technische keuring goed te doorstaan maar tijdens de races toch optimaal te profiteren van de flexi-wings.

2014 - Het hybride-tijdperk

De betrokkenen en vaste volgers van de sport waren van mening dat de nadruk te veel uitging naar de aerodynamische prestaties van de Formule 1-bolides. Toen de FIA nieuwe regels wilde introduceren voor het seizoen 2013 - wat uiteindelijk werd verschoven naar 2014 - had het overkoepelend orgaan de intentie om de rol van de motor te vergroten. Gesprekken tussen de teams, fabrikanten en de FIA brachten aan het licht dat de sport behoefte had aan ontwikkelingen die overgedragen konden worden naar de straatauto’s. Ontwikkelen in de F1, terug te zien in de personenauto van morgen, luidde het devies. Diverse oplossingen werden besproken, waaronder ERS op de voorwielen en een reeks aan concepten voor een turbomotor.

Renault 2014 overzicht van de motor
Renault 2014 overzicht van de motor

Tekening: Giorgio Piola

Na veel overleg werd gekozen voor een 1600cc motor, met een enkele turbo die in de centrale lijn van de auto geplaatst moest worden en gekoppeld moest zijn aan een Motor Generator Unit (MGU-H), die gebruikt kon worden om de turbo te vertragen en energie terug te winnen, of juist te versnellen en het turbogat te verkleinen. Daarnaast zou een grotere MGU dan de KERS-versie verbonden worden met de krukas en zou er gebruik gemaakt gaan worden van een veel grotere batterij. 

Het toerental werd teruggebracht van 18.000 rpm naar 15.000 rpm, al kwam het vanwege de beperkingen in brandstoftoevoer zelden voor dat de 12.000 rpm werd overschreden. Tijdens de race mocht er maximaal honderd kilogram aan brandstof aan boord genomen worden met een maximale toevoer van honderd kilogram per uur. Net als KERS was de ERS instelbaar afhankelijk van de baanomstandigheden. De rijder kon via het stuur bepalen hoe veel energie er gewonnen of vrijgegeven moest worden. In tegenstelling tot KERS gaf ERS de energie vrij op basis van de geselecteerde motorinstelling en de stand van het gaspedaal, aangezien het gekoppeld was aan de totale vermogensafgifte van de auto.

De MGU-K, verbonden met de krukas, kon een maximum van 120 kw of ruwweg 160 pk vrijgeven, waarvan per ronde 4mj kon worden benut vanuit de opgeslagen reserves. Per ronde kon 2mj worden teruggewonnen. Het meest interessante was echter dat er door middel van een controlesysteem energie uitgewisseld kon worden tussen de MGU-K en de MGU-H. De ene MGU kon de ander van vermogen voorzien, waardoor een efficiënter energiesysteem ontstond. Het verlies was namelijk te verwaarlozen, zeker ten opzichte van een AC/DC energieconversie wanneer energie werd opgeslagen.

Overzicht reglementsveranderingen 2014, vergelijking met de Red Bull RB9
Overzicht reglementsveranderingen 2014, vergelijking met de Red Bull RB9

Tekening: Giorgio Piola

Aerodynamisch gezien zetten de reglementen van 2014 de neerwaartse trend door van de hoeveelheid downforce die gegenereerd kan worden. De breedte van de voorvleugel nam met 150 millimeter af, de hoogte van het puntje van de neus en de overgang tussen neus en chassis werd verlaagd. Dat gebeurde niet enkel vanwege veiligheidsredenen maar ook om het aerodynamisch gewin terug te dringen. De onboard-camera’s, die op een - volgens de FIA - aerodynamisch neutrale positie waren geplaatst, werden door de teams gebruikt om aero-winst te behalen. Deze werden nogmaals verplaatst naar een nieuwe, nog aero-neutralere plek.   

Er kwam een universele bescherming tegen zijdelingse impact. Elk team had een eigen variant ontwikkeld, passend bij de aerodynamische concepten en gewichtsverdeling. Het gevleugelde gedeelte onderaan de achtervleugel werd verboden terwijl de hoogte van het gevleugelde deel van de achtervleugel met twintig millimeter werd teruggebracht. Dat had ook invloed op de effectiviteit van DRS. De centrale zone aan de achterkant van de auto waar geen onderdelen mochten verschijnen werd uitgebreid van 150 tot 200 millimeter, aangezien daar de uitlaat geplaatst moest worden. Deze werd centraal gepositioneerd om de aerodynamische voordelen te beperken, zoals de geblazen diffusers die de laatste jaren in trek waren.  

De veranderingen voor het seizoen 2014 waren aanzienlijk maar gingen misschien ook wel iets te ver. Er werd downforce afgenomen van een auto die door de komst van extra motorcomponenten plotseling zestig kilogram zwaarder werd. Menigeen leek verbijsterd door het relatieve verlies aan snelheid ten opzichte van de voorgangers en hoe dicht de rondetijden van de kleinere teams op juniorklassen als de GP2 zaten. Het probleem zat hem in het schrappen van de downforce, die juist nodig was om het extra gewicht mee te slepen en snel uit te kunnen accelereren. Bovendien was de kennis over de nieuwe motortechnologie nog zeer beperkt. De daaropvolgende jaren herstelde de situatie zich vanzelf. De auto’s van 2016 waren een handvol seconden sneller dan de versies uit 2014 en op sommige circuits werden de ronderecords verbroken.

Hoewel te bediscussiëren valt of er een reglementsverandering nodig was om het veld dichter bij elkaar te brengen, gezien de dominantie van Mercedes, lijken de regels van 2017 vooral een dure en paniekerige ingreep die vermoedelijk leidt tot minder inhaalacties. Laten we niet al te pessimistisch zijn en vooral dieper induiken op de veranderingen. 

2017

Een belangrijke verandering is de introductie van veel bredere banden, wat ook invloed heeft op de totale breedte van de auto. De voorband neemt toe van 245 naar 205 millimeter, de achterbanden gaan van 325 naar 405 millimeter. Men hoopt dat deze aanpassing erin resulteert dat mechanische grip een grotere rol gaat spelen ten opzichte van aerodynamische grip, maar de rest van de reglementsveranderingen lijken erop te duiden dat ze simpelweg een onderdeel vormen van laatstgenoemde. Bovendien zorgen de banden voor een aanzienlijke hoeveelheid turbulente lucht en luchtweerstand. Daardoor moeten de ontwerpers offers brengen om de efficiëntie van de auto te verbeteren, wat weer een negatieve invloed heeft op de vuile lucht achter de wagens.

De toegenomen breedte van de banden heeft meer gevolgen: extra gewicht en een groter aerodynamisch oppervlak. De ontwerpers zullen op zoek gaan naar elke mogelijkheid om op dit gebied winst te boeken. Met name tijdens de eerste races van het jaar zullen we rondom de luchtstromingen richting en langs de banden veel ontwikkelingen zien.

De voorvleugel wordt breder: 1800 millimeter ten opzichte van de eerdere 1650 millimeter, in lijn met de bredere banden. Daardoor hebben de designers meer mogelijkheden om de lucht afkomstig van de banden te beïnvloeden, wat de downforce verbetert en de luchtweerstand vermindert. Bovendien moet de vleugel schuin naar achteren weglopen. De neus moet minimaal 1050 millimeter lang zijn, in plaats van de eerdere 850 millimeter. Daardoor is er minder massa nodig dan bij de voorgangers het geval was om door de verplichte crashtests te komen.

De lengte van de splitter is gereduceerd met 100 millimeter. Dat verandert de wijze waarop de lucht wordt gedistribueerd richting de sidepods en de verderop gelegen diffuser. Het geeft de teams wel meer gelegenheid om de auto schuin af te stellen, met de neus dichter bij de grond dan de achterzijde. Vanaf 2017 is namelijk de plank het meest voorwaarts geplaatste onderdeel van de bodem dat in contact met het asfalt kan komen.  

Waar de reglementen sinds 2009 de afmetingen van de bargeboards beperken, bieden de regels nu juist meer ruimte voor ontwikkeling. We zullen ongetwijfeld een reeks aan oplossingen zien. 

De vorm van de achtervleugel is aanzienlijk aangepakt. Het geheel wordt van 950 naar 800 millimeter verlaagd en er zijn twee belangrijke veranderingen in de vorm doorgevoerd. Ten eerste helt de vleugel meer naar achteren en ten tweede wordt het element progressief breder. De breedte bij de diffuser is 800 millimeter en loopt uit tot 950 millimeter rond de horizontale vleugelelementen.

De diffuser is significant vergroot. In plaats van te starten op de centrale as, begint hij nu 175 millimeter verder naar voren. De hoogte neemt toe van 125 naar 175 millimeter en het geheel is 50 millimeter breder gemaakt. De haaienvin motorkap die in 2008 voor het eerst te zien was en in 2010 deel uitmaakte van de F-duct keert terug, al mag hij niet langer in verbinding staan met de achtervleugel.

Al deze veranderingen zorgen naar schatting voor een toename in downforce van 25 tot 30 procent in de beginfase van het seizoen, met verdere groei naarmate het jaar vordert. Deze aerodynamische aanpassingen hebben ook een significante impact op de motor en de bijbehorende componenten. Doordat de G-krachten toenemen, zal de druk op elk onderdeel - en natuurlijk op de rijder - behoorlijk toenemen.

Schrijf een reactie
Geef reacties weer
Over dit artikel
Raceklassen Formule 1
Artikel type Special feature
Topic Giorgio Piola's technische F1-analyses