Waarom porpoising de Formule 1-teams flink veel hoofdpijn bezorgt

De laatste keer dat de Formule 1 te maken kreeg met porpoising was begin jaren 80 toen de auto's ook gebruikmaakten van het grondeffect, maar de terugkeer van de Venturi-tunnels op de huidige generatie auto's heeft ertoe geleid dat het fenomeen weer de kop opsteekt. Het leidt tot hevig hobbelende auto's op het rechte stuk. Het is iets waar bijna elk F1-team in meer of mindere mate last van heeft. Naarmate de downforce toeneemt wordt de auto dichter naar de baan gezogen, uiteindelijk stopt luchtstroom, de downforce valt weg en de auto komt weer omhoog. De luchtstromen komen vervolgens weer samen en de cyclus begint weer opnieuw.

Deze cyclus kan eenvoudig doorbroken worden door de rijhoogte van de auto lichtjes te verhogen. Dit is echter niet iets wat teams willen, omdat het ten koste gaat van de performance. Het is namelijk in deze kleine ruimte waar de meeste downforce te vinden is. F1-teams zijn druk bezig om te begrijpen hoe ze het beste met dit fenomeen kunnen omgaan. Geen enkele formatie ontsnapt aan het probleem, al heeft de één er meer last van dan de ander. Dit heeft met een aantal factoren te maken. 

Elk F1-team heeft vanuit aerodynamisch oogpunt componenten ontworpen die nog wel binnen de regelgeving vallen. Dit is het meest merkbaar in het ontwerp van de sidepods, maar het geldt ook voor de voorvleugel, de vloer, de tunnels onder de vloer en de diffuser. Wie bijvoorbeeld een betere manier vindt om luchtstromen langs de randen van de vloer te begeleiden, heeft waarschijnlijk meer voordeel dan degene die dat niet is gelukt. Dit stelt hen in staat om de ophanging minder agressief af te stellen, om alsnog hetzelfde resultaat te behalen als de renstal die met de bolide dichter bij de grond zit. En hoewel de nieuwe reglementen strikter zijn geworden voor wat betreft de flexibiliteit van de randen van de vloer, zijn teams al driftig op zoek naar het verbeteren van de performance. Dit doen ze onder meer met gleuven en flapjes.

George Russell in de Mercedes W13

Foto: Mark Sutton / Motorsport Images

Op het eerste gezicht lijkt het probleem van de F1-teams een aerodynamisch probleem. Het is daarbij goed om te weten dat een aantal geavanceerde ophangingen van de laatste decennia, die het probleem hadden verholpen, voor 2022 van de baan zijn. De ophanging moet nu klassiek geveerd zijn, waarbij inerters en hydraulische systemen die voor controle zorgden nu verboden zijn.

Een gebied waar dit de meeste problemen kan veroorzaken, is bij de ophanging wat in het Engels heave wordt genoemd. Dit is de verticale verplaatsing van de auto. Op dit gebied hebben teams in de loop der jaren de meeste winst geboekt met hydraulische elementen. De F1-teams blijven dit jaar gebruikmaken van de heave-elementen, zoals te zien is in de ophanging aan de voorzijde van de Aston Martin, de Haas en de Ferrari. Het biedt echter niet de mogelijkheid om het reactievermogen van de ophanging fijner af te stellen, zoals de teams gewend waren.

Een ander nieuw aspect waar de F1-teams wellicht meer hoofdpijn van hebben gekregen dan in eerste instantie werd verwacht, is de banden. De Formule 1 heeft 13-inch banden ingeruild voor 18-inch wielen, waardoor bandenfabrikant Pirelli een band moest ontwerpen met een kortere wang. De teams hebben al tientallen jaren ervaring met een ballonachtige wang, waar zij hun ophanging perfect op hebben kunnen afstemmen. De meeste formaties hebben meegewerkt aan de ontwikkeling van de nieuwe bandenmaat, al deden ze dit met aangepaste auto's zonder representatieve ophangingen.

Hoewel dit misschien de perfecte kans leek om het nieuwe rubber te leren kennen, kan het ook tot verkeerde feedback hebben geleid. Bovendien moeten we vanuit aerodynamisch oogpunt, waarbij de vloer met de nieuwe reglementen meer downforce creëert, rekening houden met de vervorming van de band onder belasting. De teams hebben hun simulatiemiddelen immers al meer dan tien jaar weten te optimaliseren om het fenomeen tyre squirt op te vangen. Dit fenomeen heeft een aanzienlijke invloed op de performance van de diffuser, aangezien de luchtstroom zijwaarts komt wanneer de band vervormt. 

De F1-teams hebben in de vorige reglementaire tijdperken een hele reeks verschillende technieken gebruikt om dit effect te managen. Met allerlei vinnetjes, flapjes en gleuven probeerden de formaties de luchtstroom zijdelings langs de band te laten stromen, waardoor het effect afnam. Men had de verwachting dat een kortere wang voor minder problemen zou zorgen, aangezien er minder vervorming is door de stijfheid van de wang. Maar door de 'nieuwe' heave-elementen leidt dit wellicht tot een grotere piek in het fenomeen tyre squirt, wanneer de achterkant van de auto naar de weg wordt gedrukt.

De windtunnel en CFD-simulaties hebben niet het niveau van porpoising laten zien, zoals momenteel op de baan wordt waargenomen. Dit suggereert dat er zowel op de baan als in de fabriek nog werk moet worden verricht om te begrijpen hoe ze porpoising beter onder controle kunnen krijgen.