Ostatnimi czasy zespoły Formuły 1 urządziły sobie konkurs na to, kto wpadnie na sprytniejszy pomysł urwania dziesiątych z okrążenia. Skrzydełka w dyfuzorze pod skrzynią biegów, giętkie elementy czy brake magic to z pewnością tylko niektóre z trików.
Oczywiście pomysłowość rozciąga się również na rejon dotyczący prowadzenia się bolidu. Niestety smarowanie opon masłem zdaje się nie działać, więc zespoły zmuszone są do stosowania innych sztuczek. Które z nich dotyczą ogumienia?
Toe
Toe, po polsku tłumaczone jako zbieżność, określa kąt skierowania kół względem siebie patrząc z góry. Toe in (positive toe) wskazuje sytuację, w której koła ustawione są do siebie, podczas gdy toe out (negative toe) funkcjonuje jako określenie rozbieżnych kół.
Gdy bolid próbuje pokonać zakręt, wewnętrzne koło porusza się po ciaśniejszej krzywej niż koło zewnętrzne. W celu zmaksymalizowania stabilności, jak i szybkości pokonywania zakrętu, idealnie koło wewnętrzne powinno być skręcone bardziej. W tym pomaga toe out.
Rozbieżne skierowanie kół gwarantuje większy kąt skrętu na kole wewnętrznym, pomagając pokonać zakręt i przybliżając oponę do kąta idealnego do przejechania danej sekcji.
Ceną za lepszą skrętność podczas zakrętu jest niestabilność na prostej. Bolid chce skręcać i najmniejsze odchylenie kierownicy od idealnie prostego ustawienia skutkowało będzie właśnie zmianą toru jazdy. W zachowaniu stabilności pomaga toe in.
Zbieżne ustawienie kół gwarantuje stabilność na prostej, choć utrudnia przejeżdżanie zakrętów. F1 jest w końcu sztuką kompromisów - jakikolwiek niebędący zerowym kąt zbieżności indukuje dodatkowe zużycie opon, jak i tworzy dodatkowy opór przy pokonywaniu prostych i przyspieszaniu.
W rzeczywistości zwykle używany jest delikatny toe out, liczony w pojedynczych stopniach. Oczywiście kąt ten różni się w zależności od warunków, jak i toru, na który cyrk F1 właśnie przybył, a nawet filozofii bolidu.
DAS
Czyli system który wywołał w padoku trzęsienie, Christiana Hornera przyprawił o zawał, a większość kibiców o zbieranie szczęki z podłogi.
Proste w budowie rozwiązanie, polegające na sterowaniu w 2 płaszczyznach (zgrabnie ujęte w nazwie - Dual Axis Steering), pozwalało kontrolować toe poprzez pociągnięcie kierownicy.
Taki ruch prostował zbieżność kół, niwelując niemal wszystkie wady rozbieżnego ustawienia. Poprzez osiągnięcie neutralnego kąta na prostej Lewis i Valtteri cieszyli się równiejszym dogrzaniem opon oraz mniejszym oporem na prostych. Gdy kierowcy Mercedesa zbiliżali się do zakrętu, wystarczyło popchnąć kierownicę, by z powrotem uzyskać zalety toe out.
Od sezonu 2021 sterowanie w więcej niż jednej płaszczyźnie jest już zakazane.
Camber
Camber określa kąt skierowania opon względem ziemi podczas frontalnego patrzenia na bolid.
Camber dodatni, określany jako positive, oznacza, że opony przechylone są od siebie. Używany jest on głównie w seriach wyścigowych o wąskich oponach oraz relatywnie miękkim zawieszeniu.
Przeciwnieństwem jest będący zdecydowanie bardziej popularnym w Formule 1 negative camber, czyli koła przechylone do siebie.
Camber posiada swoje wady - przede wszystkim zmniejsza powierzchnię styku, powoduje problemy z przegrzewaniem się opon, skutkuje nierównomierną temperaturą na przestrzeni ogumienia oraz nierównym zużyciem. Z pewnością więc wykorzystywanie go ma swoje uzasadnienie, prawda?
Fizyka twardo mówi nam, że obiekt stara się poruszać po linii prostej. Wynikiem praw Newtona jest więc przechylenie na zewnętrzną podczas pokonywania zakrętu.
Zewnętrzne zawieszenie przejmuje wtedy większość nacisku, przez co w większości to od zewnętrznej opony zależy zmienienie kierunku jazdy bolidu. By pracowała ona jak najbardziej efektywnie, jej powierzchnia styku powinna być tak bliska maksymalnej, jak tylko to możliwe.
Umożliwia to ujemna wartość przechylenia opon, dzięki czemu podczas zakrętu zewnętrzna opona bliska jest pionu, lepiej rozkładając siły i w rezultacie pozwalając pokonać zakręt szybciej.
Dla stabilności tylne koła również posiadają niewielki camber, lecz jest on bardzo blisku zeru ze względu na chęć utrzymania stałej, dużej powierzchni styku przez cały czas w celu uzyskania jak najlepszej trakcji.
Ciekawym przypadkiem z pewnością są amerykańskie serie wyścigowe, ścigające się na owalach z przechyloną nawierzchnią. Wewnętrzne koła ustawione są na camber pozytywny, podczas gdy zewnętrzne posiadają negatywną wartość przechyłu.
Dla wyścigu na owalu skręcającym w lewo (choćby słynne Indy 500) obie opony są skierowane również w lewo z perspektywy kierowcy. Pomaga to utrzymać stabilność samochodu podczas długich zakrętów, lecz odbija się to czkawką na prostych, ściągając samochód do wewnątrz.
Ze względu na interakcje, które zachodzą pomiędzy cząsteczkami polimerów a torem, camber skutkuje wypadkową siłą ciągnącą bolid w kierunku przechylenia koła, określaną jako camber thrust czy camber force. Dlatego też bolid serii IndyCar na owalu jest tak niestabilny na prostej.
Caster
Będący zdecydowanie mniej znany od dwóch poprzedzających terminów caster, czasem pisany jako castor, określa kąt, który tworzą linia zawieszenie-koło oraz pion podczas jazdy.
Ta metoda ustawienia opon jest łatwa do zauważenia w seriach single seaterów. Wystarczy spojrzeć na push rod, by zobaczyć, że caster jest obecny w bolidach F1.
Gdy koło przesunięte jest przed zawieszenie (jak powyżej), caster angle określany jest jako dodatni. Dla koła znajdującego się za punktem przyczepienia zawieszenia do bolidu caster jest ujemny.
Caster w bolidach zawsze jest pozytywny, a wychylenie czasem sięga aż 10°. Dodatnia wartość kąta pomaga w utrzymaniu stabilności.
Opona, opierając się na samej sobie podczas obrotu, wykazuje właściwości samonaprowadzające, ułatwiając prowadzenie bolidu oraz poprawiając stabilność na prostych, choć nieco utrudniając skręcanie.
Negatywny caster w motoryzacji zarówno sportowej, jak i codziennej, nie jest używany. Wyjątek stanowią jedynie specjalne przypadki.
Z czego składa się opona bolidu Formuły 1?
Po słowie (lub dwóch) wstępu dotyczącego teorii prowadzenia się bolidu, jak i ustawieniu kół, pora nareszcie zająć się procesem tworzenia ogumienia.
F1 jest absolutnym topem motorsportu pod względem wyników i osiągów. Jednak takie podejście wymaga od sprzętu bezpiecznej pracy na limicie oraz niezwykłej zawodności.
Prawdopodobnie to opony są najbardziej krytycznym aktywnym elementem wpływającym na bezpieczeństwo - rzadko kiedy eksplodujący silnik czy urwane lusterko pośle kierowcę w bandę, czego o złapanym kapciu nie można powiedzieć.
LAP 13/52
— Formula 1 (@F1) August 2, 2020
Safety Car is out again - a big crash for Dany Kvyat at Maggots, but thankfully he's out of the car ????#BritishGP ???????? #F1 pic.twitter.com/iVPZ9H9jHm
Przy jeździe z prędkością 300 km/h opona wykonuje niemal 40 obrotów na sekundę, co równa się czterdziestu cyklom ściskania i rozprężania oraz ponad 2100 G przeciążenia dla zewnętrznych warstw gumy. Pirelli musi więc stworzyć coś, co podoła takim wyzwaniom.
Gdyby przekroić oponę bolidu F1, konstrukcją prawdopodobnie odpowiadałaby schematowi poniżej. Budowę każdej opony zaczyna się od stalowej obręczy, nazywanej drutówką (ang. bead), okoloną stalowym drutem (ang. bead wire) [2], która przy napompowaniu zapiera się o felgę [1], nie pozwalając oponie ześliznąć się.
Opony aktualnie używane w F1 są radialne, co znaczy, że osnowa (ang. ply) [3] ułożona jest równolegle do przekroju opony. Osnowa to ułożone włókna rayonu, poliestru czy nylonu, choć wielce prawdopodobnym jest, że Pirelli używa paru rodzajów włókien naraz lub jeszcze innych materiałów.
Niebieska linia reprezentuje cap ply [4], czyli rodzaj osnowy biegnący wzdłuż opony. Okala ona opasanie [6] (ang. belt), czyli stalowe włókna służące wzmocnieniu opony oraz nadające jej sztywność.
Wiele opon posiada dwa lub więcej pasów opasań, choć z informacji, do jakich dotarłem, wynika, że w F1 używany jest pojedynczy belt. Elementem, który winny jest ostatniego zamieszania z Azerbejdżanu, jest wzmocnienie brzegowe [5].
Wszystkie te rzeczy zatopione są w gumie o pieczołowicie dobranym składzie, nazywanej carcass, co można przetłumaczyć jako ciało opony. Carcass wzmacnia ją i nadaje jej sztywność.
Toru dotyka bieżnik [7] (ang. tread). Składa się on między innymi z różnych rodzajów gumy, również sztucznej, krzemionki, elastomerów (często wykorzystywany jest poliizopren) i innych składników, nieraz o praktycznie niemożliwej do wymówienia nazwie. Bieżnik jest kluczowym elementem opony, jako że odpowiada on za przenoszenie sił z bolidu na tor, trakcję, hamowanie i sterowanie. Guma bieżnika zwykle różni się składem od gumy carcassu.
W oponach suchych jest bieżnik typu slick, czyli pozbawiony rowków i zagłębień, za to w oponach mokrych w bieżniku występują przerwy, zaprojektowane tak, by odprowadzać jak najwięcej wody przy jednoczesnym zapewnianiu maksymalnej przyczepności. Dokładny skład chemiczny opony pozostaje pilnie strzeżoną tajemnicą Pirelli.
Produkcja opon
Opony Formuły 1 projektowane są w bazie R&D Pirelli w Mediolanie, a fabryki włoskiej firmy znajdują się w Izmit w Turcji oraz w miejscowości Slatina w Rumunii. Na każdy weekend wyścigowy firma zapewnia niemal 2000 opon, z których każda musi być identyczna.
Produkcja rozpoczyna się od wytworzenia drutówki oraz płatów materiałów używanych do produkcji osnowy, bieżnika, jak i ciała opony. Następnie pojedyncze elementy układane są w odpowiedniej kolejności i poddawane wulkanizacji.
Wulkanizacja jest procesem, w którym tworzone są połączenia pomiędzy pojedynczymi łańcuchami polimerów, spajając warstwy razem. Dla naturalnych rodzajów gumy wulkanizacja następuje przy użyciu siarki. Pierwiastek ten wciska się pomiędzy atomy węgla i wodoru, będące już obecne w użytej gumie. Siarka do osiagnięcia stabilności potrzebuje dwóch wiązań - posiada dwie "łapki", którymi łapie sąsiednie atomy.
Ze względu na ułożenie łańcuchów siarka jest w stanie związać dwa niepołączone wcześniej łańcuchy, łącząc oponę w jedną całość.
W zależności od użytej ilości siarki właściwości opony różnią się. Krótkie łańcuchy z atomów siarki skutkują stworzeniem gumy odpornej na temperaturę i erozję, lecz posiadają mniejszą wytrzymałość. Wulkanizacja następuje przy temperaturze około 150°C.
Na koniec opona przechodzi testy jakości, a gdy je zda, otrzymuje numer identyfikacyjny, po czym zostaje wysłana na tor.
O procesie produkcji nieco więcej można dowiedzieć się z filmików swego czasu tworzonych przez Pirelli:
Ostatnia, trzecia część, opisująca zarządzanie, zużycie i degradację opon oraz potencjalne zmiany wynikające z przestawienia się Formuły 1 na 18" felgi, powinna ona ukazać się w ciągu najbliższych kilku dni.
Zobacz także:
Opony w F1, część 1