Zarządzanie oponami oraz kontrola zużycia ogumienia to prawdopodobnie klucz do sukcesu w nowożytnej F1 i zapewne każdy choć raz przeklinał tę stronę królowej motorsportu.

O Pirelli, obecnym dostawcy, można mówić wiele i niekoniecznie w samych superlatywach. Firmie z Mediolanu trzeba jednak przyznać, że dobrze wykonuje to, czego F1 od niej zażąda, a obraz, jaki widzimy, nie jest w pełni jej winą.

Największą bolączką jest prawdopodobnie wąskie okno pracy ogumienia, czego lepiej nie przypominać Guntherowi Steinerowi.

fot. HAAS VF-19- R. Grosjean

Podstawy

Im wyższa temperatura ciała, tym większa średnia energia pojedynczych atomów oraz tym żwawiej poruszają się cząsteczki. W przypadku łańcuchów polimerowych, występujących w oponach, oznacza to, że rozgrzane są bardziej elastyczne, przez co łatwiej wchodzą w pory w asfalcie.

Gdy opona jest zimna, guma nie ma jak "złapać" się toru, a kierowca traci masę czasu. Z kolei w przegrzanej oponie łańcuchy mają wystarczająco dużo energii, by pokonać siły wiązań trzymających atomy razem.

W takim wypadku praktycznie nie stawiają one oporu podczas ciągnięcia w bok, co skutkuje zmniejszoną przyczepnością podczas skręcania, a także zwiększoną degradacją, gdyż opona dosłownie obiera się z warstw gumy.

Dlatego też tak ważne jest wprowadzenie i utrzymanie opon w odpowiednim oknie pracy.

Choć powyższy tweet jest już nieco wiekowy, to zakres okien temperatur pracy ogumienia pozostał na przestrzeni sezonów relatywnie niezmienny. Opony miękkie charakteryzują się najniższym przedziałem, jako że są najbardziej giętkie z natury. Ich słabością jest skłonność do przegrzewania.

Na przeciwnym końcu spektrum stoją opony twarde - guma w nich jest bardzo sztywna, więc potrzebuje dużo ciepła, by osiągnąć optymalny poziom elastyczności, ale za to przyjmie tony energii, zanim przekroczy granicę wytrzymałości temperaturowej.

Czasem natomiast trudno wprowadzić energię do twardych opon, gdy raz ostygły - zimne opony nie pozwalają na szybką jazdę, a brak szybkiej jazdy nie generuje ciepła potrzebnego, by rozgrzać ogumienie. W sytuacji takiej znalazł się choćby Bottas po nieudanym pit-stopie podczas GP Sakhiru 2020, przez co momentalnie został połknięty przez stawkę.

fot. Valterri Bottas - Sakhir GP 2020

Poddawanie się opon

Rozmawiając o ogumieniu, przede wszystkim należy rozróżnić degradację oraz zużycie - to pierwsze jest procesem uderzającym w sprawność opony, wynikającym z niewłaściwej temperatury ogumienia. Zużycie natomiast odnosi się do fizycznego zniszczenia opony.

Najczęściej oba procesy występują razem i de facto są powiązane, dlatego zamiennie stosowanie pojęć nie jest rzadkie.

Tyre give up jest terminem odnoszącym się do utraty tempa oraz spadku czasu okrążeń wynikających z zużycia i degradacji. Gdy cząsteczki elastomerów w oponie przechodzą cykle rozciągania i przegrzewania, zmienia się ich zdolność powracania do oryginalnego kształu po rozciągnięciu. Objawia się to twardnieniem opon, co skutkuje zwiększonym czasem okrążenia.

Dlatego też na kwalifikacje stosuje się nowe komplety i tak ważne jest posiadanie świeżych zestawów na czasówkę. Produkt Pirelli charakteryzuje się najwyższą sprawnością podczas pierwszych dwóch, może trzech okrążeń, choć krzywa wydajności nie musi podążać dokładnie takim schematem.

W czasach wojny oponiarskiej pomiędzy Michelin a Bridgestone opony tej pierwszej firmy uzyskiwały najlepsze wyniki po około 5-7 okrążeniach.

fot. Renault RS25, J.M. Saavedra

Zespoły jednak dały radę znaleźć sposób do wykorzystania poddawania się opon. Komplety przygotowane na wyścig przechodzą przez scrubbing, czyli okrążenie lub dwa na torze.

Dzięki temu delikatnie się utwardzają, przez co mniej agresywnie pracują podczas paru pierwszych okrążeń, gdy zostaną założone już w wyścigu. Technika taka chroni je przed przedwczesną degradacją, zapewniając dobre tempo na dłużej.

Ścieranie

Angielskie abrasion jest skutkiem zbyt agresywnej jazdy na niedogrzanych oponach. W specyficznych warunkach, gdy ogumienie dużo ślizga się w jednym kierunku, guma jest ścierana tylko w jeden sposób. Skutkuje to powstaniem trójkątnych rowków na powierzchni gumy. Następnie czubki rowków odrywają się od opony, co może prowadzić do grainingu.

Nie zawsze ślizganie się bolidu będzie skutkowało ścieraniem, choć oczywiście uślizgi zawsze są zjawiskiem niepożadanym. Zdecydowanie większe niebezpieczeństwo niosą one na torach szorskich, takich jak Sakhir. Uślizgom można zapobiec, ustawiając bolid na większy docisk.

Graining

Źle zarządzane opony mogą operować w niewłaściwej temperaturze nie tylko jako całość, lecz również warstwami.

Graining powstaje, gdy zewnętrzne warstwy ogumienia są znacznie gorętsze niż wewnętrzne oraz gdy opona ślizga się po nawierzchni. Małe kawałki bieżnika odrywają się od opony, po czym natychmiast przyklejają się do niej z powrotem, zwijając się w małe rolki.

Nazwa pochodzi właśnie od kształtu odłamków, gdyż z wyglądu przypominają ziarenka zboża. Na kamerach oznaką grainingu są ciemne pasy na oponie.

Ziarenka tworzą nierówności, zmniejszając powierzchnię styku, przez co również zmniejszają się wartości przyczepności oraz trakcji, utrudniając hamowanie i kontrolę nad bolidem. Graining najczęściej występuje na miękkich mieszankach opon. Na szczęście dla kierowców jest to (z reguły) problem tymczasowy, gdyż wraz zużyciem opony powierzchnia potrafi oczyścić się z odłamków.

fot. Lewis Hamilton, Monaco 2019-  Graining

Z grainingiem zmagał się choćby Lewis podczas GP Monako 2019. Lewa przednia opona na tym torze jest narażona na największe obciążenia, co w połączeniu z potrzebą agresywnych ruchów kierownicą przegrzewało powierzchnię bieżnika.

Pamiętać jednak należy, że graining jest bardzo zależny od ustawień bolidu, jak i stylu jazdy kierowcy, a generalnie najbardziej narażone są auta ustawione podsterownie - podczas gdy Brytyjczyk wyciskał siódme poty z siebie, jak i swojego W10, Daniel Riccardo spokojnie kręcił czasy zbliżone do fastest lapa również na tak samo starych oponach pośrednich.

Blistering

Tłumaczący się na "powstawanie pęcherzy" blistering jest konsekwencją różnic temperatur pomiędzy wewnętrznymi a zewnętrznymi warstwami opony.

Gdy wewnętrzne warstwy są znacznie gorętsze od zewnętrznych, w ogumieniu mogą pojawiać się pęcherzyki powietrza. Jeżeli ciśnienie w takim pęcherzyku osiągnie krytyczne wartości, potrafi dosłownie wysadzić kawałek gumy z opony.

Blistering

Podstawowymi czynnikami, tworzącymi różnicę temperatur, są zbyt wysokie ciśnienia w oponach, złe ustawienia samochodu lub zbyt miękkie opony na dany tor. Nawierzchnia o wysokiej temperaturze również nie sprzyja utrzymaniu opon wolnych od blisteringu.

Dlatego też GP Austrii, łącząc wszystkie wyżej zmienne, jest chyba najbardziej znanym wyścigiem związanym z kłopotami zespołów z blisteringiem.

Na Red Bull Ringu od opon wymagane jest wiele - sektor trzema z szybkimi zakrętami, podobnie jak strefy trakcji za zakrętami T1, T3 oraz T4, rozgrzewają opony prawie do czerwoności. Jednocześnie długie proste zapewniają wystarczająco przerwy, by pozwolić ochłodzić się powierzchni opony.

Gdy do równania dodamy wysokie temperatury asfaltu, występujące w Spielbergu wczesnym latem, przepis na pęcherze w oponach mamy gotowy.

Spojrzenie w przyszłość

W 2022 roku F1 czeka zmiana felg z 13'' na 18''. Ma to sens - nikt w super czy hypercarach nie używa 13'' felg, a w końcu F1 dla Pirelli to głównie branding. Z inżynierskiego punktu widzenia ciągnie za sobą to parę interesujących skutków.

W Regulaminie Technicznym na rok 2022 również są ciekawe zmiany w dopuszczalnych wymiarach kół. Dopuszczalna szerokość przednich kół zmieni się do 345-375 mm (370-385 mm w 2021), a dla tylnych będzie wynosić 440-470 mm (455-470 mm w 2021). Maksymalna średnica koła zwiększy się do 725 mm (670 mm w 2021) dla opon suchych i 735 mm dla opon na nawierzchnię mokrą (680 mm aktualnie).

Wysoka ścianka w aktualnych oponach pochłania wiele drobnych drgań, zachowując się jak tłumik. Efekt ten na 18'' felgach będzie znacznie mniejszy, prezentując nowe wyzwania dla zawieszenia oraz kierowców, którzy będą musieli znacznie bardziej uważać, atakując krawężniki.

fot. Mercedes W08

Paradoksalnie jednak bolidy mogą okazać się łatwiejsze w kontroli, jako że aktualne opony ze względu na wysoką elastyczność potrafią zachować się jak nietłumiona sprężyna, generując drgania zakłócające i utrudniające prowadzenie bolidu, co w sztywniejszych 18'' będzie znacznie mniej zauważalne.

Jednak redukcja wysokości ścianek ciągnie za sobą redukcję prędkości.

fot. Alfa Romeo C41, Robert Kubica

- Sama zmiana z 13'' na 18'' felgi będzie kosztowała bolidy od sekundy do dwóch na okrążeniu. Większe felgi oraz niższy profil nie są korzystne dla bolidu wyścigowego, w przeciwieństwie do nieco balonowatych 13-calówek - mówił James Allison.

- Aktualne ogumienie pozwala na bardzo efektywną pracę na lini guma-asfalt, dużo lepiej przekazując siły, oraz działając jako dodatkowy element w zawieszeniu. Opony o wysokich ściankach można używać z niskimi ciśnieniami, co zapewnia lepszą przyczepność, trakcję itp.

W 2022 roku zwiększy się również dozwolony rozmiar tarczy hamulców - z 278 mm średnicy w 2021, do 330 mm w przednich i 280 mm w tylnych hamulcach w 2021. O ile nie wpłynie to w znaczącym stopniu na osiągi hamowania per se, to większe hamulce wymagają mniejszego chłodzenia, co prowadzi do zmniejszonego oporu aerodynamicznego.

Prawdopodobnie z ulgą odetchną też aerodynamicy - aktualne silnie deformujące się opony ciężko zasymulować w tunelu aerodynamicznym, co szczególnie męczącą czkawką odbija się podczas projektowania tylnych elementów. Ze sztywnymi 18-calówkami ból głowy inżynierów powinien się zmniejszyć.

fot. koncepcyjny bolid na 2022

Pirelli wspominało również o zwiększeniu temperaturowego okna pracy ogumienia, co ma zmniejszyć problemy z przegrzewaniem się opon.

- Musimy jednak utrzymać nieco degradacji, by zapewnić różnorodność - inaczej nie ma sensu przywozić trzech różnych mieszanek na wyścig. Wierzę jednak, że podążamy we właściwym kierunku - stwierdził Isola.

Co to oznacza dla widowiska? Przekonamy się dopiero w przyszłym roku, choć wolniejsze samochody, mniej polegające na aero, a także większa zależność od przyczepności mechanicznej, teoretycznie powinna polepszyć show - w 2009 się udało. Oby również tym razem.

Zobacz także:

Opony w F1, część 1

Opony w F1, część 2