De prestigieuze formule 1

Melvin de Wildt

Machinebouw op het scherpst van de snede. De supercars van de Formule 1 zijn dit seizoen nog bruter geworden; coureurs krijgen krachten tot wel 6.5G te verduren! Ter vergelijking; een straaljagerpiloot ervaart krachten tot 9G. Een Formule 1-auto is een complex geheel waarbij veel technieken samen komen. Wat maakt een Formule 1 bolide nu zo snel?

Veruit het belangrijkste aspect aan een Formule 1-auto is de aerodynamica. Enerzijds wordt gestreefd naar downforce zodat de auto aan het asfalt geplakt is en anderzijds wordt gestreefd naar een zo laag mogelijke luchtweerstand om hoge topsnelheden te kunnen bereiken. Maar met enkel een aerodynamisch geoptimaliseerde auto win je nog geen wereldbeker, het is onderdeel van een complexe machine. We lichten de meest cruciale designaspecten toe.

Downforce

Eind jaren 60 begonnen enkele teams met vleugels te experimenteren. Inmiddels zijn ze niet meer weg te denken uit de F1. Ze werken als een omgekeerde vleugel van een vliegtuig: in plaats van lift moeten de vleugels zorgen voor een kracht naar beneden. De lucht stroomt met verschillende snelheden langs de vleugel omdat de contouren waar de lucht langs stroomt niet even lang zijn. Dit verschil in luchtsnelheid zorgt volgens de Wet van Bernoulli voor een drukverschil. Hierdoor wil de vleugel richting het gebied met de lage druk bewegen. Een moderne Formule 1-auto is in staat om 3.5G kracht aan downforce te genereren, genoeg om op hoge snelheden zelfs op de kop te kunnen rijden.

De voor- en achtervleugel hebben de grootste bijdrage aan de downforce, maar leveren samen ‘slechts’ 60% van alle druk. Ook de onderkant van de auto levert een belangrijke bijdrage aan de neerwaartse kracht. Door lucht onder de auto te versnellen kan wederom de Wet van Bernoulli worden toegepast om onder de gehele auto een lagedrukgebied te creëren. Dit principe is vooral zichtbaar aan de achterkant, waar de luchtstroom vaak versneld wordt door gebruik van een diffuser. Een groot voordeel van een diffuser is dat het in vergelijking tot de vleugels voor veel minder luchtweerstand zorgt.

Luchtweerstand

Ieder vlakje, tot aan de helm van de coureur toe, is geoptimaliseerd om de lucht op de juiste manier over de auto heen te laten gaan. Dit komt omdat een verstoorde luchtstroom voor turbulentie zorgt, die weer voor extra weerstand zorgt en de auto afremt.

Bij aerodynamica is niet de voorkant, maar de achterkant van de auto het meest belangrijk. Kijk maar naar een vallende druppel water, de meest efficiënte aerodynamische vorm. Een druppel is rond aan de voorkant en spits aan de achterkant. Als een object door lucht heen beweegt ontstaat er aan de voorkant een hogedrukgebied en aan de achterkant een vacuüm. Luchtdeeltjes proberen dit op te vullen, maar de auto is ze altijd een stapje voor. De auto wordt richting het vacuüm getrokken: luchtweerstand. Minder weerstand betekent meer snelheid. Om het vacuüm achter een auto klein te houden is het belangrijk dat alle luchtstromen bij elkaar komen aan de achterkant van de auto.

Motor

Zonder motor geen auto. Toch is dit onderdeel niet meer het onderdeel waarop beslist wordt wie de beste auto heeft gemaakt, het is hedendaags slechts onderdeel van een complex geheel. De monsters van de Formule 1 hebben motors van slechts 1.6 liter. Uit deze V6 weten ze zo’n 600 pk te persen, dit is zes keer meer dan de gemiddelde Fiat met eenzelfde motorinhoud. Daarnaast wordt er slim gebruik gemaakt van hitte en kinetische energie. Deze kan worden opgeslagen in het zogeheten ERS systeem. Met hitte van uitlaatgassen en het terugwinnen van kinetische energie bij het remmen zorgt dit systeem voor een extra 160 pk gedurende een deel van de ronde.

Remmen

Op dit gebied lijkt een Formule 1-auto verrassend veel op de Opel Corsa van je buurman. Er wordt gebruik gemaakt van remschijven, remblokken en remklauwen. Het punt waarop het verschil wordt gemaakt is het materiaal. De remmen zijn gemaakt om extreme temperaturen tot wel 1200 graden Celsius aan te kunnen en om zo licht mogelijk te zijn. Vrijwel alle teams gebruiken daarom van remschijven van carbonvezel.

In de Formule 1 wordt echter geen gebruik gemaakt van een ABS antiblokkeersysteem. Het remmen moet dus door een coureur perfect aangevoeld worden. Des te lastiger omdat je banden steeds verder achteruit gaan. De coureurs moeten zich constant aanpassen aan de huidige staat van de auto.

Banden

Hoe geweldig de auto ook ontworpen is, alle krachten moeten nog steeds worden overgebracht door de banden. Banden zijn één van de belangrijkste factoren als het gaat over de geleverde prestatie van een auto. Voorheen konden Formule 1-teams nog kiezen tussen verschillende bandenfabrikanten, tegenwoordig is dat niet meer het geval. Toch kan het een enorm verschil uitmaken of je op gebruikte banden rijdt of op een splinternieuw setje. Per raceweekend mag er gebruik gemaakt worden van enkele vooraf bepaalde bandensets, het is hierdoor een uitdaging geworden om precies te managen wanneer je welke band gebruikt. Ga je voor de beste kwalificatieronde of bewaar je een vers setje banden voor de race?

Waar een normale band zo’n 16.000 kilometer mee gaat zijn Formule 1-banden ontworpen om maar 60 tot 120 kilometer mee te gaan. Dit komt simpelweg omdat ze voor meer grip moeten zorgen, en dus wordt het rubber zo zacht mogelijk gemaakt; dit blijft makkelijker aan de weg plakken. Je kunt bij een race vaak het rubber op het circuit zien liggen, ook wel ‘marbles’ genoemd door de coureurs. De marbles liggen vooral naast de ideale racelijn en als je er overheen rijdt plakken ze aan je band. Dit kan de grip aanzienlijk verminderen.

Dit seizoen zijn de banden maar liefst 25 procent breder dan vorig seizoen, mede hierdoor kunnen de coureurs nu met enorme snelheden door de bochten crosse en zijn de G krachten die zij ervaren zo enorm hoog.

De kaarten zijn geschud

Het belooft weer een mooi F1 seizoen te worden waarin de kaarten opnieuw zijn geschud. Het lijkt erop dat Mercedes weer de beste auto heeft ontworpen, maar ook Ferrari heeft niet stilgezeten. Natuurlijk is Red Bull inmiddels ook een serieuze kandidaat en wil Nederland niets liever zien dan publiekslieveling Max Verstappen op het podium. Inhalen zou dit jaar makkelijker gaan, wat veel spektakel belooft. Tom Coronel: “De auto’s hebben meer downforce dus DRS werkt beter, inhalen is geen enkel probleem. Bovendien zijn de rechte stukken langer: ze gaan eerder op het gas en remmen later. Dat betekent dat je makkelijker kunt inhalen. Niet moeilijker, dat zeggen alleen de mensen die er geen verstand van hebben.”

Publicatie verschenen in Simon Ster 48.4