Analiza techniczna: "Kanał F" i przeciąganie tylnego spoilera

Na wstępie zaznaczyć trzeba, że „kanał F” (z ang. F-duct) jest poprawną nazwą systemu montowanego tylko w McLarenie. Nazwa wzięła się od tego, że wlot do systemu znajduje się dokładnie pod literą F w reklamie ich sponsora Vodafone.

Fachowo system ten nosi nazwę: RW80, jednak na nasze potrzeby będziemy go nazywać po prostu 'kanałem'. Niepoprawne są wszelkie nawiązania do kaczki (z angielskiego duck) wprowadzone przez komentatorów Polsatu, którzy wyraźnie mają miejscami problemy z językiem angielskim.

Przejdźmy więc do rzeczy najważniejszej, co tak naprawdę robi kanał z tylnym skrzydłem?

Zacznijmy od odrobiny teorii i opisu, jak działa spoiler w bolidzie F1.

Spoiler to nic innego jak profil skrzydła samolotu, ustawiony do góry nogami pod ekstremalnymi kątami natarcia. W sytuacji, gdyby spoiler skonstruowany był jako jeden płat, zupełnie nie wytwarzałby docisku. Dlaczego? Przy takich kątach natarcia nie występuje przepływ laminarny, natomiast zaobserwować można przepływ turbulentny. Cechą takiego przepływu jest skłonność do odrywania strugi, co uniemożliwia wytworzenie siły nośnej czy to siły docisku. Aby temu zapobiec, inżynierowie w F1 dzielą tylne skrzydło na kilka płatów - podobnie jak ma to miejsce z klapami samolotów pasażerskich. Dzielenie na kilka płatów zmniejsza lokalne kąty natarcia i zapobiega przedwczesnemu oderwaniu strugi.

Przepływ turbulentny ma jednak jeszcze jeden minus, mianowicie po połączeniu się strug powstaje ogromna turbulencja, która wytwarza tak zwany 'opór indukowany'. Najłatwiej zaobserwować to na poniższym zdjęciu:


Fot. Steve Morris, airliners.net

Turbulencja ta działa jak ogromny latawiec ciągnięty przez bolid. Tego latawca jednak uniknąć się nie da. Wynika on wprost z możliwości danego profilu do wytwarzania siły nośnej/siły docisku. Zatem bolid bez kanału, na prostej osiągając wysokie prędkości tworzy coraz to większy opór, zarówno ten wynikający z kształtu samego spoilera, jak i oporu indukowanego. W skrócie, od prędkości i ilości docisku zależy opór, jaki wytworzy bolid.

Sposobem na to okazał się być RW80. System ten wypuszcza sprężone powietrze na krawędź natarcia najwyższego płata tylnego spoilera. Działa na tej samej zasadzie, co stosowany w lotnictwie przerywacz (z ang. interceptor). Strumień powietrza odrywa strugę opływającą dolną powierzchnię płata, całkowicie likwidując docisk, jaki ten płat wytwarza, oraz niwelując w znacznym stopniu wspominaną wcześniej turbulencję wytwarzającą dodatkowy opór.

Na poniższej grafice rozrysowałem działanie tylnego skrzydła z tym systemem w zakręcie i na prostej:

&,artykuly/skrzydlo_strugi.gif,,

Samo działanie systemu jest wręcz banalne, jedyny problem dla zespołów to doprowadzenie odpowiedniej ilości powietrza na tylne skrzydło przy pomocy kanału.

Skupmy się teraz na różnicach pomiędzy kanałem aktywnym a kanałem pasywnym.

Aktualnie w stawce trzy zespoły korzystają z aktywnego kanału powietrznego (Ferrari, McLaren, Sauber) oraz jeden z systemu pasywnego (Mercedes). W poprzednich wyścigach, a dokładniej mówiąc w treningach przed nimi z systemów pasywnych korzystały jeszcze Williams i Ferrari, które to jednak system pasywny bardzo szybko zarzuciły, czego przyczyny wyjaśnię za chwilę.

System aktywny

To system, w którego obsłudze czynny udział mają kierowcy. Jak wiemy, w McLarenie odbywa się to przy pomocy lewego kolana, kierowcy Saubera i Ferrari używają lewej dłoni. Z pewnością wszyscy zauważyli dziwny kolor lewych rękawiczek Felipe Massy, czy też wyraźny czarny prostokąt na rękawiczce Fernando Alonso. W czasie wyjazdu na prostą, kierowca zatyka otwór w kokpicie, dzięki temu powietrze wlatujące w czasie pokonywania zakrętu do kokpitu, jest kierowane do kanału.


Jednocześnie do strugi z kokpitu dodawana jest struga do tej pory biegnąca do chłodnicy oleju skrzyni biegów. Dzięki połączeniu obu strug, powietrze jest zdecydowanie bardziej skompresowane, niż tylko to złapane przez wlot na kokpicie. Po połączeniu się strug, powietrze jest kierowane kanałem w 'płetwie rekina' ku tylnemu skrzydłu.

Kierowca McLarena unosi lewe kolano i zatyka otwór, kierowca Ferrari zewnętrzną stroną dłoni zatyka otwór tuż obok kierownicy, natomiast Pedro i Kamui (Sauber) kładą otwartą dłoń na otwór znajdujący się w okolicach lewego uda kierowcy.

Niektórzy z pewnością spytają „dlaczego lewa ręka ?” Odpowiedź jest banalna - lewa ręka w porównaniu z prawą nie ma zbyt wiele pracy na prostych, to samo tyczy się lewej nogi. Na prostej kierowcy nie obsługują hamulców, ani nie redukują biegów.

System pasywny

Ten system działa na zasadzie 'zapadki'. Tzn. system jest otwierany dopiero po przekroczeniu konkretnej prędkości, a dokładniej rzecz biorąc po przekroczeniu konkretnego nacisku wytwarzanego przez powietrze na zapadkę wewnątrz systemu. To właśnie otwieranie systemu przy konkretnej prędkości sprawia największe problemy. Dlaczego? W wielu zakrętach jedzie się równie szybko, jak na prostych, więc system musi być skalibrowany tak, by nie otwierał się w czasie pokonywania łuków. Stąd tak szybko Ferrari i Williams zarzuciły pracę nad systemem pasywnym. W Chinach wyraźnie zespoły te miały problem z kalibracją systemu. System Williamsa wyłączał skrzydło w czasie zakrętu, w Ferrari nic on nie dawał.


Wada opisana wyżej jest równocześnie powodem, dlaczego system jest mniej wydajny niż ten aktywny. System aktywny może być użyty zawsze, gdy kierowca tego chce, a więc w porównaniu z systemem, który działa przy konkretnej prędkości jest znacznie bardziej wydajny.

Aktualnie z takiego systemu korzysta jedynie Mercedes, który już zapowiedział, że prace nad systemem w pełni aktywnym są zaawansowane - w początkowym planie miał być on użyty już w Hiszpanii.

System Mercedesa zaczyna się na krawędzi natarcia dolnego płata tylnego spoilera. Tam znajduje się wlot do systemu, który po przekroczeniu odpowiedniej prędkości kieruje powietrze złapane we wlot na krawędź natarcia płata górnego, przeciągając go.

Zastosowanie systemu


Jak już wiemy z powyższych informacji, system ten niweluje opór aerodynamiczny na prostych - umożliwia to oczywiście osiągnięcie wyższej prędkości na prostych. Dlaczego więc kierowcy McLarena jeżdżący od początku sezonu z tym systemem nie deklasują rywali pod względem prędkości maksymalnych?

Odpowiedź znów jest bardzo prosta. Podniesienie prędkości maksymalnej byłoby dobre tylko dla zespołu, który posiada po prostu kiepski bolid. Dla zespołów topowych prędkość na prostej wiele nie da. Znacznie więcej zespół zyska podnosząc docisk.

McLaren więc ustawia swoje bolidy tak, by generowały one więcej docisku, dzięki temu w zakrętach bolid prowadzi się dużo lepiej, natomiast przeciągnięcie skrzydła na prostej niweluje opór generowany przez bardziej pionowe skrzydła, wyrównując prędkość maksymalną z innymi konkurentami.