Downforce in de Formule 1 uitgelegd

Downforce is een integraal onderdeel om een Formule 1-auto competitief te maken, maar waarom is dit het geval? Hoe bepalen teams de juiste hoeveelheid downforce die nodig is en welke externe factoren beïnvloeden dit? Hier onder vind je een mooi lijstje met belangrijke aerodynamica wetten waardoor je de nieuwe aero-expert van de familie kan worden.



Wat is downforce?

Downforce is de verticale component van de aerodynamische krachten die op de auto inwerken. Terwijl de auto door de lucht reist, zal de neerwaartse kracht de auto naar beneden duwen in de grond. Als we het hebben over de aerodynamica van een auto zijn er eigenlijk drie krachten: de neerwaartse kracht is de verticale kracht, de weerstand is longitudinaal (in de lengte) en de zijkrachten zijn zijdelings, met drie momenten rond deze assen.

Downforce is ongetwijfeld het belangrijkste in termen van autoprestaties, want hoe meer teams de auto de grond in kunnen duwen, hoe sneller ze door de bochten gaan en hoe beter de auto handelt. Wanneer de downforce-niveaus veranderen, kunnen coureurs dit echt in de auto voelen. Door de downforce te verminderen glijdt de auto meer rond, is de achterkant minder stabiel, maar heb je minder weerstand op de rechte stukken. Met meer downforce voelt de auto veel meer op de grond geplant, maar op de rechte stukken kan het aanvoelen alsof je een parachute achterop je auto hebt.

Om enig perspectief te geven op hoeveel downforce deze moderne F1-auto's genereren, is het nu redelijk vergelijkbaar met de oude regelgeving. Bij zo'n 150 km/u genereert de auto evenveel downforce als hij weegt (het minimumgewicht van de auto is 795 kg). Tegen de tijd dat u het einde van het rechte stuk bereikt waar de auto op maximale snelheid rijdt, is het waarschijnlijk drie of vier keer het gewicht van de auto.

Je zou aannemen dat hoe sneller de bocht, hoe belangrijker de neerwaartse kracht is, waar de aerodynamische belastingen het grootst zijn. Maar omdat de auto's zoveel tijd doorbrengen in de lage en gemiddelde snelheidsbochten, is daar het grootste tijdverlies op het circuit, dus daarom is de downforce daar eigenlijk het belangrijkste. Als je de auto meer de grond in kunt duwen door die lastige, langzamere secties, hoe beter grip en tractie je krijgt bij het in- en uitgaan van bochten.


Welke onderdelen van de auto genereren downforce?

Het grootste deel van de downforce die door de auto wordt gegenereerd, komt van de vloer, maar er zijn ook grote bijdragen van de voor- en achtervleugels. Beide elementen van de auto zijn ook gemakkelijker aan te passen qua downforce-niveau, omdat je de hoek van de voorvleugel of de diepte en hoek van de achtervleugelflap kunt wijzigen om verschillende downforce-niveaus te bieden.

Hoewel dit de voor de hand liggende aerodynamische elementen zijn, genereert de hele auto downforce. Elk oppervlak en stuk dat de lucht raakt, genereert een vorm van downforce. De truc voor de aerodynamici is om ze allemaal in harmonie te laten werken om maximale autoprestaties te leveren.



Hoe ontwikkelen teams een downforcepakket?

De eerste stap bij het ontwikkelen van een aerodynamisch pakket is om na te denken over de stroomstructuren, dus welke stroomstructuren we rond de auto willen maken om de prestaties te verbeteren of de prestaties af te stemmen op de kenmerken van een specifiek circuit.

Teams beginnen met het gebruik van Computational Fluid Dynamics (CFD) om te proberen deze stroomstructuren te bereiken, een paar geometrieën te herhalen en te zien wat succesvol is geweest. Als de teams vervolgens de resultaten behalen die we zoeken in CFD, zullen we beslissen wat we moeten doen voor een windtunneltest.

Op de baan beweegt de auto door de lucht en gaat rond de baan, maar in de windtunnel wordt deze omgedraaid, dus de auto staat stil, en we verplaatsen de weg onder het model en trekken de wind eroverheen. Dit simuleert dezelfde relatieve beweging tussen de auto, de weg en de lucht als op het circuit. Gezien de beperkte test mogelijkheden in de moderne F1, is de windtunnel een essentieel hulpmiddel.

Zodra een onderdeel met succes is getest in de windtunnel, is het aan de productieafdelingen van het team om het onderdeel te maken en op het circuit af te leveren.


Welke externe factoren beïnvloeden downforce?

Een belangrijke externe invloed op de aerodynamische prestaties van de auto is het weer, met name de wind. Aero is erg gevoelig, dus veranderingen in windrichting of snelheid kunnen invloed hebben op de manier waarop een auto omgaat.

Als je een bocht ingaat met tegenwind, nader je de bocht langzamer, maar heb je meer downforce omdat de wind de auto meer de grond in duwt, dus je kunt sneller bochten nemen. Aan de andere kant zal een wind in de rug je sneller naar de hoek duwen, maar minder downforce hebben, zodat de auto lichter aanvoelt omdat er minder wind is die de auto naar beneden duwt.

Een andere belangrijke factor is de hoogte, omdat dit invloed heeft op de luchtdichtheid en de hoeveelheid luchtdeeltjes. Op een locatie als Mexico, waar de Formule 1 dit weekend neerstrijkt, is de hoogte erg hoog, dus er is een lage luchtdichtheid, wat betekent dat er minder luchtdeeltjes zijn om de auto naar de grond te duwen. Dus in Mexico kun je je maximale downforce-vleugel gebruiken die wordt gebruikt in Monaco of Boedapest, maar het zal downforce-niveaus produceren die vergelijkbaar zijn met die van Monza, en de hoogste maximale snelheden van het seizoen.

De auto zal daardoor in Mexico anders presteren en dat zullen de coureurs ook in de cockpit voelen. Het is ook een uitdaging voor de koeling van de auto, omdat er minder lucht door de radiatoren en koelopeningen gaat, om de temperaturen van belangrijke systemen zoals de Power Unit en remmen te verlagen. Dus extra koelvoorzieningen worden meestal meegenomen naar races als Mexico en Brazilië gebracht.