Flexiwings

Dit is waarom McLaren een 'illegale' voorvleugel heeft en Red Bull zal volgen | GPFans Special

Vincent Bruins 14 sep 2024 08:02Zaterdag 14 september 2024 08:02

Dit is waarom McLaren een 'illegale' voorvleugel heeft en Red Bull zal volgen | GPFans Special

De zogeheten flexiwings zijn momenteel op technisch vlak hét onderwerp van gesprek in de Formule 1. Maar waarom hebben bolides uit de koningsklasse eigenlijk een voorvleugel en een achtervleugel? En hoe halen McLaren en Mercedes ten opzichte van Red Bull en Ferrari voordeel uit een flexibele voorvleugel?

In 1928 poogde Fritz von Opel het wereldsnelheidsrecord op land te verbreken met de Opel-RAK.2, maar de raketauto werd boven de 200 kilometer per uur angstaanjagend onstabiel. Von Opel besloot twee vliegtuigvleugels op de kop te monteren aan de zijkant van de auto, zodat deze juist de grond in werd gedrukt bij hoge snelheden in plaats van dat het de kracht zou geven om op te stijgen. Het één noemen we downforce en het ander noemen we lift.

Artikel gaat verder onder video

Vleugel, endplates en DRS in één

Michael May kwam in 1956 op het idee om vleugels te maken voor een raceauto, geïnspireerd door Von Opel. Met die enorme vliegtuigvleugels aan de zijkant kon je natuurlijk niet wiel-aan-wiel racen en dus kwam May met een ontwerp van een vleugel bovenop de wagen. Deze ontwierp en monteerde hij boven de cockpit van zijn Porsche 550 RS Spyder. De vleugel stond op een hoek van 3°, maar door middel van een hendeltje in de cockpit kon May de vleugel op 17° zetten voor veel meer downforce door de bochten. Hij voegde extra stukken toe aan de zijkant van de vleugel om te voorkomen dat de hogedrukluchtstroom aan de bovenkant van de vleugel naar het lagedrukgebied eronder zou ontsnappen, wat turbulentie en plotseling verlies van downforce tot gevolg kan hebben. May vond zo niet alleen de vleugel uit, maar ook meteen endplates en het Drag Reduction System (DRS).

May was 4 seconden per ronde sneller dan de Porsches die fabriekssteun kregen tijdens de kwalificatie voor de 1000 kilometer van de 1000 Kilometer Rennen auf dem Nürburgring, en dus werd hij door Porsche-directeur Huschke von Hanstein opgeroepen om de vleugel per direct te verwijderen. May gehoorzaamde en zou zijn gemodificeerde 550 RS Spyder nooit inzetten.

Lotus brengt vleugels naar F1

Voor- en achtervleugels maakten pas in 1968 hun intrede in de Formule 1. Het komt niet als een verrassing dat de pioniers van Lotus de eerste engineers waren om de aerodynamische onderdelen te ontwikkelen. Twee smalle vleugels werden geplaatst aan beide zijkanten van de neus en een achtervleugel werd in het bodywork van de achterkant van de Lotus 49B verwerkt. Graham Hill pakte de pole position in Monaco met meer dan een halve seconde voorsprong. Hij verloor eventjes de leiding aan de Matra van Johnny Servoz-Gavin, maar zou de laatste 77 van 80 ronden op de eerste plek cruisen op jacht naar de overwinning. Andere teams zoals Brabham, BRM, Cooper, Ferrari, Honda, Matra en McLaren kopieerden meteen het ontwerp van Lotus, maar er werd door iedereen ook verder geëxperimenteerd.

FIA verbiedt vleugels

Windtunnels werden pas sinds de eind jaren 60 in gebruik genomen in de Formule 1, maar vanwege de kosten was het voor veel teams alsnog niet beschikbaar. Supercomputers voor numerieke stromingsleer (Computational Fluid Dynamics) om aerodynamische berekeningen te maken, kwamen pas in de jaren 80 uit. In de autosport had men dus eerst geen idee hoe downforce op raceauto's precies werkte - het was een kwestie van uitproberen. Niet alleen de achtervleugels, maar soms ook de voorvleugels, werden op stelten gezet en deze werden direct gemonteerd op de ophanging. De druk van de downforce zorgde er echter voor dat de stelten wel eens afbraken en na de Grand Prix van Spanje in 1969 had de FIA (toen bekend als de Commission Sportive Internationale) er genoeg van en verbood de hoge vleugels. Hill en Lotus-ploegmaat Jochen Rindt maakten allebei zware crashes mee op het circuit van Montjuïc Park, maar overleefden het wel.

Een dienblad als achtervleugel

Omdat de vleugels lager gepositioneerd moesten worden, maakten de teams deze aan de achterkant zo groot mogelijk. De achtervleugels leken op een gegeven moment op dienbladen. Omdat ze direct boven de versnellingsbak werden gemonteerd, waren ze niet zo efficiënt, en dus kwam McLaren in 1974 met de M23-bolide op het idee om de achtervleugel met een apart stuk bodywork achter de achterwielen te plaatsen. Door de jaren heen evolueerde de achtervleugel tot het complexe onderdeel dat we nu kennen, waar sinds 2011 de DRS op zit.

Evolutie voorvleugel

De ontwikkeling van de voorvleugel begon pas veel later een rol te spelen in de Formule 1. Begin jaren 80 waren er zelfs een aantal teams die überhaupt geen voorvleugel hadden, omdat het groundeffect al voor genoeg downforce zorgde en het de auto langzamer maakte op de rechte stukken, en de voorvleugel verstoorde toch de luchtstroom richting de venturi-tunnels. Groundeffect werd verbannen voor 1983 om de snelheid naar beneden te halen na het dodelijke seizoen van 1982, en dus maakten voorvleugels weer hun intrede om de gemiste downforce terug te krijgen.

Tegenwoordig bepaalt de voorvleugel een kwart tot de helft van de downforce, en is daarnaast verantwoordelijk voor de verdere luchtstroom over de auto, en het is in de loop der jaren steeds geavanceerder geworden. Het begon met een hoofdvlak, één flap per kant om de hoek te verstellen afhankelijk van de afstelling voor het circuit, en de endplates aan de zijkanten. Rond het jaar 2000 kwamen vleugeltjes op de endplates steeds vaker voor, evenals een horizontale voetplaat, om de luchtstroom efficiënter over de auto te geleiden.

De FIA greep voor 2005 opnieuw in om de auto's af te remmen door de afstand tussen de voorvleugels en het asfalt te vergroten, maar de internationale autosportbond deed dit alleen voor de uiteindes van de voorvleugel, en dus konden teams om deze nieuwe regel heen door de neus alsnog naar beneden te halen. Het resultaat was de bekende golvende vleugel. Bij de nieuwe technische reglementen van 2009 hoorde ook de introductie van winglets, vleugeltjes óp de voorvleugel zelf, maar deze moesten na 2018 de prullenbak in vanwege de hoeveelheid vuile lucht die werd geproduceerd, wat inhalen weer lastig maakte. Sindsdien bestaat de voorvleugel dus alleen nog uit het hoofdvlak, meerdere flaps op elkaar, afhangend van het circuit, en de endplates.

Red Bull krijgt flexibele voorvleugel onder de knie

Het buigen van de voor- en achtervleugel onder druk is geen nieuw concept. De FIA moest in 1999, 2005 en 2006 al ingrijpen bij trucjes met de achtervleugel. Als het ging om de flexibiliteit van de voorvleugel, dan kon niemand de spelletjes beter spelen dan Red Bull Racing. In de periode dat Sebastian Vettel zijn wereldkampioenschappen behaalde, had de Oostenrijkse renstal een voorvleugel ontwikkeld waarbij de voetplaten aan de buitenkant van de endplates over het asfalt schraapten. Dit zorgde voor meer downforce en een efficiëntere luchtstroom, waarbij de vloer op zijn de beurt weer meer downforce kon produceren. De FIA zette hier deels een stop op door smallere voorvleugels te introduceren voor 2014 en een complete stop door het verbieden van de winglets vanaf 2019.

McLaren en Mercedes onder de loep

Dit seizoen lijken het McLaren en Mercedes te zijn die hun voordeel halen uit een flexibele voorvleugel. Beelden van F1 TV tijdens de Grand Prix van Italië, die hier goed te zien zijn, tonen hoe de flap bij McLaren en Mercedes veel meer lijkt te buigen dan bij rivalen Red Bull en Ferrari. Maar wat maakt een flexibele voorvleugel aerodynamisch gezien nou beter dan een 'normale' voorvleugel? Als de flap van de voorvleugel steil omhoog staat, dan vangt deze meer lucht op. Deze luchtweerstand zorgt ervoor dat de balans wat meer naar voren gaat, waardoor de auto sneller door de bochten kan. Ligt de flap van de voorvleugel als een plat vlak omlaag, dan vangt deze dus minder lucht op, en minder weerstand betekent een hogere topsnelheid. Een flexibele voorvleugel kan je eigenlijk vergelijken met de DRS op de achtervleugel, maar bij de voorvleugel gaat dit automatisch door de lucht die bij hogere snelheden meer drukt op de vleugel en dus meer ombuigt.

Grijs gebied

De FIA stelt voor ieder raceweekend elke voorvleugel op de proef door op een bepaald punt op de voorvleugel te drukken met een kracht van 1000N. De voorvleugel mag dan niet verder dan 15 millimeter buigen, wanneer er symmetrisch aan beide kanten wordt gedrukt, en niet verder dan 20 millimeter, wanneer er aan één kant wordt gedrukt, zo staat beschreven in artikel 3.15.4 van de technische reglementen. De internationale autosportbond kwam vanaf de Grand Prix van België met de zogeheten technical directive TD034G: camera's met meetapparatuur die op de voorvleugels worden geplaatst om extra data te verzamelen, en ieder team zal tot en met Singapore aan de beurt komen tijdens de trainingen op de vrijdagen.

Teambaas Christian Horner deelde tegenover de aanwezige media op het Autodromo Nazionale Monza zijn mening dat McLaren en Mercedes zich in een grijs gebied van de reglementen bevinden. Hij gaf toe dat Red Bull vroeger ook gewoon de luchtelasticiteit misbruikte, terwijl de auto alsnog de test doorstond. Horner drong de FIA erop aan om met een reactie te komen op de trucjes van McLaren en Mercedes. "Alle voorvleugels voldoen momenteel aan de regelgeving van 2024", deelde de autosportbond vervolgens in een statement in aanloop naar de Grand Prix van Azerbeidzjan. "De voorvleugel is door de jaren heen een uitdagend gebied geweest, omdat de aerodynamische belasting bij elk team weer anders is en het is daardoor lastig om de juiste balans daarin te vinden die representatief is voor de verschillende voorvleugelontwerpen. De FIA heeft het recht om nieuwe tests te introduceren, als er verdenkingen zijn van onregelmatigheden. Er zijn geen plannen voor maatregelen op de korte termijn, maar we evalueren de situatie met het oog op de middellange en lange termijn." Er wordt bij McLaren en Mercedes dus niet ingegrepen.

Gaat Red Bull reageren?

De FIA heeft via Nikolas Tombazis, directeur van de single seater-racerij, laten weten dat, mocht het nodig zijn, pas volgend seizoen gaat ingrijpen bij McLaren en Mercedes. "We zullen niet eerder dan in 2025 reageren, als dat nodig blijkt. Het zou niet alleen te veel impact hebben op de aerodynamica, maar ook op de structuur van de onderdelen. Dus zelfs als we vandaag een nieuwe regel zouden aankondigen, dan zouden de teams niet klaar zijn voor Abu Dhabi", legde de Griek uit tegenover Auto Motor und Sport.

Er lijkt voor Red Bull dus niks anders op te zitten dan hetzelfde 'foefje' over te nemen, voordat het seizoen 2024 is afgelopen. Daar waarschuwt Horner dan ook voor tijdens de persconferenties in Bakoe. "Wij hebben eigenlijk hetzelfde meegemaakt iets meer dan een decennium geleden. Maar ik denk wat cruciaal is voor elk team, zoals dat gaat met dit soort dingen, altijd duidelijkheid is. Is iets acceptabel of niet? Als het als acceptabel wordt geacht, dan moedigt dat jezelf natuurlijk aan om soortgelijke oplossingen te zoeken. Dus degenen die de regels opstellen hebben natuurlijk alle beschikbare informatie. Ze hebben alle analyses met de camera's die op de auto's zitten, dus ik neem aan dat ze een boel data verzamelen. Maar zoals ik al zei, als het als acceptabel wordt geacht, dan ga je diezelfde route volgen."

Met vijf overwinningen tussen de twee teams in de afgelopen zes races, is het duidelijk dat McLaren en Mercedes zeker snelheid hebben gevonden dankzij de flexiwings. Als Horner zijn woorden in daden omzet, moet Red Bull ook voor het einde van het seizoen nog met een buigende voorvleugel komen. Of het team van Max Verstappen daar snel genoeg mee komt om de wereldkampioenschappen bij de coureurs en bij de constructeurs met succes te verdedigen, en of flexibele vleugels überhaupt werken op de RB20, blijft nog even de vraag.