Konstrukce difuzoru v zadní části monopostu se výrazně liší od řešení, které původně zamýšlela pravidla a které použily ostatní týmy.
infografika: difuzor formule 1 |
Difuzor měla i stodvacítka
Slovník cizích slov zná dva výklady difuzoru. První je vcelku jednoduchý: difuzor = rozptylovač. Druhá definice napoví víc. Podle ní je difuzor "trubice, kanál s plynule se zvětšujícím průřezem ve směru toku tekutiny".
Prvnímu výkladu vyhovuje mezi motoristy asi nejznámější aplikace difuzoru, v karburátoru, který měla auta ještě tak před dvaceti, pětadvaceti lety. Karburátor měla i nesmrtelná Škoda 120. Difuzor v karburátoru funguje tak, že umožňuje rozptýlení paliva v proudu vzduchu. Pro rýpaly dodejme, že samotné provedení tohoto kanálu může vyhovovat i druhé definici.
Pro pochopení funkce difuzoru je třeba trocha znalostí fyziky: difuzor v karburátoru využívá takzvaného Venturiho efektu, kdy je statický tlak v proudu vzduchu nižší než v nehybném okolí. Vzniká tak vlastně podtlak, který umožní tekutinu z okolí do proudu přisávat.
Aby se podvozek přisál
Venturiho efektu se ale využívá i v celkové konstrukci automobilu. Vzduch, který je přisáván pod podlahu vozu, se zde urychluje. Podle Bernoulliho rovnice, o níž jsme slyšeli ve fyzice na základní škole, má rychle proudící vzduch pod podlahou nižší tlak než je tlak okolní. Na automobil je tak vytvářena síla tlačící auto k vozovce (přítlak).
Tohoto efektu využívají i vozy Formule 1. Ty se navíc snaží jeho vliv maximalizovat. Říká se, že aerodynamika podvozku vytváří asi 40 procent celkového přítlaku monopostu.
Důležitým prvkem, který k vytváření přítlaku přispívá, je právě difuzor. Je to speciálně tvarovaná část naspodu zádi vozu. Difuzor je tedy vlastně směrem k zádi vozu se rozšiřující kanál. Přitom nemusí být zespodu uzavřený, jeho spodní část tvoří samotná vozovka.
Vzduch se v rozšiřujícím se difuzoru postupně zpomaluje, čímž opět narůstá jeho statický tlak. Může se tak zdát, že difuzor vlastně k celkové tvorbě přítlaku na automobil nijak nepřispívá. Naopak, že má spíše negativní účinek.
Jenže je to naopak. Difuzor má totiž za úkol zpomalit urychlený vzduch pod vozem zpět na rychlosti blízké okolnímu proudění. Díky tomu se pak vzduch přicházející zpod podvozku snáze mísí se vzduchem v úplavu (rozvířeném vzduchu) za autem. Hranice, na které se oba proudy mísí, je méně turbulentní.
To má dva praktické důsledky: difuzor tak usnadňuje proudění vzduchu pod vozem, a i když je umístěn až v zadní části vozu, usměrňuje proud vzduchu pod vozem prakticky v celé délce. Bez difuzoru by se urychlený vzduch z pod vozu snažil díky své vlastní rychlosti neřízeně "cpát ven". To by negativně ovlivnilo odpor vzduchu celého vozu a snížilo přítlak. Difuzor odpor vzduchu snižuje a napomáhá rychlému a usměrněnému proudění vzduchu pod vozem. Což přítlak právě zvyšuje.
Co říkají pravidla F1
Proč se formulové týmy hádají? Podstatu musíme hledat v nových pravidlech. Ta měla původně za cíl omezit konstruktérům možnosti různorodé konstrukce difuzorů.
Podle FIA (Mezinárodní automobilové federace) se až donedávna používané difuzory soustředily na usměrňování proudů vzduchu pod a kolem vozu, ale na výstupu z difuzoru bylo proudění příliš turbulentní. To znesnadňovalo předjíždění, protože v turbulentním proudu vzduchu ztrácí přední přítlačné křídlo formule, která chce předjíždět, přítlak. Především v rychle projížděných zatáčkách měl pronásledující vůz velké problémy udržet stabilitu za vozem těsně před sebou.
Nová pravidla, stejně jako ta minulá sice o žádném difuzoru konkrétně nemluví, ale výrazně upravují to, jaké prvky smějí být kde a v jakém prostoru použity. Respektive kam nesmějí prvky kapotáže zasahovat.
Díky tomu vznikl pro difuzory poměrně přesně definovaný prostor. Oproti starším monopostům se difuzor posunul dozadu a prakticky v celé své šířce má nově výšku 175 mm. Difuzory se tak oproti dřívějšku prodloužily a zvětšil se jejich průřez na výstupu. To má za následek výraznější zpomalení proudu vzduchu a zjednodušená konstrukce brání turbulencím.
Podle výkladu FIA se tím snižuje vliv difuzoru na generování přítlaku a zároveň to pomáhá uklidnit proudění za vozem. Monopost je tak v zatáčkách pomalejší a za ním jedoucí jezdec může lépe udržet kontrolu nad svým vozem. Jenže tak jednoduché to není.
Difuzor monopostu McLaren. Je příkladem konstrukce, kterou původně zamýšlela pravidla.
Difuzor u monopostu formule 1 je totiž velmi složité zařízení. U starších monopostů mohla jeho odlišná konstrukce výrazněji ovlivňovat proudění pod vozem. Podlaha totiž není zcela rovná a navíc má i relativně nepravidelný půdorys. Proto vlastně najdeme v proudění pod monopostem několik různých a různě rychlých proudů vzduchu.
Starší difuzory tyto proudy sbíraly do oddělených kanálů, které měly různý průřez, čímž se snažily zpomalit jednotlivé proudy na výstupu na zhruba stejnou rychlost. Tím se ustálilo proudění pod vozem a zvýšil se výsledný přítlak. Aerodynamika vozu formule 1 je ale tak ošemetná, že difuzor má vliv i na to, jak bude proudit vzduch okolo zadního přítlačného křídla.
Sporný difuzor monopostu Brawn GP
Nedotknutelná zóna uprostřed
Difuzory podle současných předpisů odlišné nakládání s jednotlivými proudy vzduchu nedovolují, takže samotné proudění pod vozem je turbulentnější a tím se snižuje přítlak. Bezpochyby také současná konstrukce omezuje vliv na proudění kolem zadního křídla monopostu.
Týmy Brawn GP, Toyota a Williams ale přišly na kličku v pravidlech, která jim umožnila toto řešení obejít. Pravidla FIA totiž konstruktérům umožňují v prostoru kolem podélné osy vozu trochu popustit uzdu fantazie.
Tato oblast "bez omezení" je široká 150 mm a tvarování karoserie zde může být různorodé. Konstruktéři tří stájí přišli s řešením, kdy tvarování difuzoru je vyřešeno tak, že vlastně vzniká jakési jeho druhé patro. Tím získali možnost dodatečně regulovat proudění vzduchu a to jim přináší výhody.
Získali tak menší výsledný odpor vzduchu, větší přítlak díky přísavnému efektu podvozku a optimalizované proudění vzduchu přes zadní křídlo. Navíc prý za jejich difuzory vznikají větší turbulence, což znesnadňuje jízdu v závěsu za vozem a tím pádem znesnadňuje předjíždění.
Sporný difuzor monopostu Toyota
Sedm týmů soupeřů považuje toto řešení za obcházení pravidel, které měly právě takovým složitým řešením zabránit. Odvolací soud ovšem rozhodl o tom, že difuzory týmů Brawn GP, Toyota a Williams pravidlům neodporují a mohou je používat nadále. Konkurenti tak začali urychleně pracovat na stejné konstrukci.
Sporný difuzor monopostu Williams
Jenže možná už je pozdě. "Vykutálená trojice" má totiž svá řešení vyzkoušená a vypiplaná již z předsezónních testů. V sezóně se navíc testovat nesmí a tak má konkurence vyladění svých variant difuzoru podstatně ztížené. Navíc ztracené body z úvodních závodů, ze kterých si největší balík putoval na konto tří stájí s chytrými konstruktéry, konkurentům nikdo nevrátí. Důvtip několika inženýrů tak možná již před začátkem sezony rozhodl šampionát.
Vzhledem k výrazným změnám pravidel oproti minulým rokům se něco podobného dalo očekávat. Všichni totiž museli stavět vůz prakticky od začátku. Tím se šance, že někdo udělá chybu, nebo naopak přijde s řešením, které jej vynese do čela, výrazně zvýšila. Při postupné evoluci stávajících monopostů tolik prostoru pro zásadní změny nebylo.
Toyota už dokonce uvedla evoluci svého difuzoru, ten má tentokrát tři části.
