Po GP Hiszpanii, gdy Lewis Hamilton subtelnie wskazał, na którą część auta Czerwonych Byków warto zwrócić uwagę, kolejny raz rozgorzała dyskusja na temat elastycznych elementów. Po sprawdzeniu onboardów rzeczywiście widać, że tylne skrzydło Red Bulla znacząco obniża profil i jednocześnie kąt natarcia.
Cel zagrania obu ekip wydaje się jasny - osiągnąć przewagę względem rywala. Koniec sprawy zdaje się być jeszcze bardziej oczywisty - FIA prędzej czy później da radę znaleźć sposób, żeby takie rozwiązanie uczynić nielegalnym. Ale jak udało się takie skrzydło wyprodukować?
Na początku było włókno węglowe
A raczej CFRP, dla których włókno węglowe jest potoczną nazwą. Z angielskiego Carbon-Fibre Reinforced Polymer to nazwa rodziny kompozytów, czyli materiału „który wytworzony jest z dwóch lub więcej składowych materiałów”. Włókno węglowe to natomiast podobny do włosa, bardzo cienki walec zbudowany z węgla. Poniżej widać ich porównanie:
Gdy włókna węglowe zostaną zalane żywicą polimerową, zaczynają tworzyć kompozyt - CFRP. Kompozyty oparte na włóknie węglowym zdobyły w świecie motorsportu popularność ze względu na ogromną wytrzymałość oraz lekkość.
Pionierzy z Woking
Choć próby z CFRP w motorsporcie trwały od późnych lat 60-tych, dopiero w 1981 roku McLaren sięgnął po węglowy kompozyt jako główny materiał do budowy nadwozia i monokoku swojego MP4/1.
Stawka bacznie obserwowała sukcesy bolidu, a ostateczne wątpliwości co do wytrzymałości tego typu struktury skutecznie rozwiał John Watson w GP Włoch 1981, gdy podczas gwałtownego spotkania z bandą zademonstrował bezpieczeństwo kompozytowych monokoków.
Właściwości
CFRP są zaliczane do materiałów anizotropicznych, czyli takich, których właściwości zależą od kierunku, w jakim są rozpatrywane. Gdy w płacie CFRP włókna ułożone są równolegle, można wtedy porównać taki element do maty do sushi:
Gdy spróbujemy zgiąć matę w kierunku patyczków, napotkamy duży opór. Jednak gdy siła zostanie zaaplikowana w poprzek, mata zwinie się bez problemu. Podobnie zachowuje się CFRP - połączenie paru warstw o różnej orientacji włókien skutkuje tym, że taka część posiada konkretny kierunek, w którym najłatwiej będzie ją rozciągnąć. Dodatkowo ugięcie jest proporcjonalne do wartości siły, tj. im większa siła, tym większa zmiana geometrii.
Właściwość tę wykorzystują zespoły F1, projektując elementy aerodynamiczne tak, by uginały się w odpowiedni sposób podczas jazdy bolidu. W trakcie wyścigu działające na bolid F1 siły można uprościć do siły poziomej (oporu powietrza) oraz siły pionowej, skierowanej w dół (siły docisku). Siła wypadkowa to pojedyncza siła, która zastępuje działanie kilku innych sił (składowych), przyłożonych do tego samego ciała. Kierunek siły wypadkowej wyznaczany jest przez wartości i kierunki sił składowych.
Dlaczego zespołom tak zależy na elastycznych elementach?
W zależności od miejsca na torze zmieniają się potrzeby bolidu - na prostych potrzebna jest wysoka prędkość maksymalna, a w zakrętach stałe i wysokie poziomy docisku, który w motorporcie jest niesamowicie ważny, gdyż maksymalna prędkość, z jaką bolid może pokonać zakręt, zależy od jego ciężaru. Poprzez zaprojektowanie powierzchni generujących docisk można zwiększyć ciężar auta w zakręcie, przez co będzie ono bardziej "wbite" w asfalt (w uproszczeniu).
Idealnym rozwiązaniem jest jednak takie, które zapewnia maksimum docisku w zakrętach i mały opór na prostej. Zarówno siła oporu jak i siła docisku są proporcjonalne do prędkości, dlatego przy dużej szybkości siła wypadkowa jest znacznie większa niż w czasie pokonywania wolnego zakrętu.
Gdy na prostych skrzydło ugina się w odpowiedni sposób, poprzez zmniejszenie kąta natarcia oraz frontalnej powierzchni zmniejsza się opór aerodynamiczny, co skutkuje wyższą prędkością maksymalną. Strata siły docisku w tym momencie nie jest ważna - to w końcu prosta. Jednocześnie gdy bolid hamuje do zakrętu, siły działające na element aerodynamiczny maleją, a więc odkształcenie tych elementów także. Wracają oryginalne wymiary, a siła docisku znowu rośnie.
Taki mechanizm jest niesamowicie kuszący dla zespołów, więc starają się one znaleźć sposób, w jaki mogą go zaimplementować do swojego projektu. Jednocześnie FIA zakazuje takich rozwiązań pod przepisem o nielegalności ruchomych powierzchni aerodynamicznych.
Tym razem to m.in. stajnia z Milton Keynes została przyłapana na próbie stworzenia czegoś w tym stylu i historycznie to ona jest najbardziej znana z tego typu zagrywek.
Legalne czy nie - oto jest pytanie
Dyrektywa TD 18/21 wprowadzi nowe wymogi, które sprawią, że aktualne skrzydło Czerwonych Byków być może nie pozostanie legalne długo.
Regulamin Techniczny Formuły 1 sam w sobie, bez dyrektywy, dostępny na stronie FIA, informuje o tym, że:
3.9.4. „Maksymalne pionowe ugięcie skrajów skrzydła, mierzone 395 mm za tylną osią, może wynosić 3 mm przy pionowej sile 500 N.”
3.9.6. „Najwyższy elementu aerodynamiczny będący profilem nośnym, znajdujący się za tylną osią, nie może odchylić się więcej niż 7 mm w poziomie podczas przyłożenia poziomej siły o wartości 500N [w określonym punkcie]."
3.9.7. „Najbliższy początkowi samochodu element aerodynamiczny będący profilem nośnym, położony za tylną osią oraz powyżej 630 mm od płaszczyzny referencyjnej, nie może odchylić się pionowo więcej niż 2 mm podczas przyłożenia pionowej siły o wartości 200N.”
Teoretycznie, jeżeli skrzydło spełnia te zapisy, to chyba powinno być legalne, prawda? Tak twierdził Christian Horner, gdy mówił o zdanych przez Red Bulla testach. Nie zamyka to jednak sprawy, gdyż FIA pozostawiła sobie furtkę do kontrowania kreatywności zespołów:
3.9.9 „By zapewnić, że wymagania opisane w Artykule 3.8 [dotyczącym wpływu części na aerodynamikę - przyp. red] są spełnione, FIA pozostawia sobie prawo do wprowadzania dodatkowych testów odchyleń oraz dyrektyw nt. jakiejkolwiek części nadwozia, która porusza się lub jest podejrzana o poruszanie się, gdy samochód znajduje się w ruchu”.
Istotne, że kierunek, w jakim FIA testuje, jest pionowy lub poziomy. Prawdopodobnie więc Newey i przyjaciele znaleźli sposób na ułożenie włókien w kompozycie tak, by wytrzymywał on pionowe i poziome testy Federacji, przy jednoczesnym ustępowaniu pod naporem powietrza i skośnego kierunku siły wypadkowej podczas prawdziwego wyścigu.
Dlaczego dopiero teraz?
Latem 2020 roku Red Bull również został przyłapany na takim zachowaniu tylnego skrzydła, ale obiło się to bez echa. Dlaczego Mercedes nie naciskał mocniej w tej sprawie? Przecież nie jest tak, że nagle doznał olśnienia.
Sun Zi w swojej "Sztuce Wojny" uczy, by wykorzystywać przewagę nie od razu, lecz w momencie, gdy przyniesie ona największy skutek. W 2020 Mercedes był tak daleko z przodu stawki, a jednocześnie Alex Albon miał problemy z dowożeniem regularnych punktów, że system ten Srebrnym Czarnym Strzałom po prostu nie zagrażał. Możliwe również, że sami wykorzystywali coś podobnego i zwrócenie uwagi tę innowację okazałoby się strzałem w stopę.
Tak przynajmniej można było sądzić dotychczas. Jest to rzecz trudna w ocenie, szczególnie patrząc na to, do jakiego obrzucania błotem doszło w trakcie ostatnich konferencji w Monako. Toto zauważył, że już od początku sezonu 2020 próbował zwrócić uwagę FIA na wyginające się skrzydło Red Bulla. Piłeczkę odbił Christian Horner, wskazując palcem na trzepoczące przednie skrzydło bolidów Lewisa i Valterriego.
Na niekorzyść Byków działają także rywale - ci, wobec których istnieją pewne podejrzenia (Alpine, Ferrari, Alfa Romeo) i ci, którzy postanowili z tymi podejrzeniami coś zrobić, przybijając piątkę z Wolffem za garażami (McLaren).
Dodatkowym bonusem dla mercedesowej strony mocy jest fakt, że F1 wchodzi w okres z szybkimi torami, gdzie regulowane aero jest na wagę złota - jeżeli w Hiszpanii Red Bull urywał (załóżmy, że rzeczywiście, a Lewis nie przerysował tego) 0.3 sekundy na okrążeniu, to w Austrii spokojnie mogłoby to być z 0.5 sekundy (a potwierdzona została podwójna runda!). Podobnie sytuacja miałaby się na Paul Ricard i prostej Mistral (jako że to tam dyrektywa początkowo miała wejść w życie).
Jeśli nic się nie zmieni, elastyczne elementy pojadą natomiast w Azerbejdżanie, gdzie są długie proste i wolne zakręty, więc trudno dziwić się frustracji i dalszym naciskom Toto Wolffa.
Kto wygra?
Z jednej strony, jeżeli skrzydło Red Bulla do tej pory przechodziło wszystkie testy, technicznie rzecz biorąc - powinno być legalne. Tendencja historyczna pokazuje, że FIA stara się zakazywać takich rzeczy dopiero po sezonie. Tak miało być np. w 2006 roku - gdy sprawa dotyczyła również tylnych skrzydeł, w 2009 roku - gdy chodziło o podwójne dyfuzory, czy w 2011 - gdy Red Bull korzystał z wyginających się części.
Stajnia z Milton Keynes wykonała ciężką pracę i znalazła - jakby nie patrzeć - lukę w przepisach. Problemem pozostałych powinno być, że na to nie wpadli. Dodatkowo, ze względu na budget cap i ograniczone godziny w tunelu aerodynamicznym, decyzja FIA o pozytywnej legalności tego skrzydła okazałby się naprawdę mocnym ciosem dla Mercedesa (choćby na parę najbliższych rund), prawdopodobnie nam, widzom, gwarantując lepszą walkę o tytuł.
Z drugiej strony regulamin jest bezlitosny i jasno określa możliwe odchylenia. Dla Red Bulla największym zagrożeniem jest artykuł 3.9.9, wspomniany wcześniej. Aktualnie nie wygląda to dla niego dobrze - F1 określiła, że będzie korzystać z kamer oraz onboardów, a zespoły będą musiały umieścić specjalne oznaczenia na elementach aerodynamicznych w celu umożliwienia pomiarów odchylenia „na żywo”. Byki mają prawo i chyba nawet powininny się obawiać.
Rozwiązanie najprawdopodobniej operuje w szarej strefie, więc tu już tylko od humoru mężów zaufania ds. technicznych w FIA zależy los wynalazku. Biorąc to wszystko pod uwagę, Christian Horner nie będzie raczej dobrze spał w najbliższych tygodniach. Nas czekać mogą za to igrzyska i to nie te w Tokio, bo w trakcie spotkań z mediami w Monako padły już takie przyjemne słowa jak "protest" czy "Międzynarodowy Sąd Apelacyjny".