Los autos de Fórmula 1 que comienzan la nueva temporada en Bahrein este fin de semana representan el mayor cambio anual en 40 años, y posiblemente en la historia.
Los aerodinámicos de los equipos de F1, como yo, hemos estado trabajando en sus diseños de forma intermitente desde 2019, y este fin de semana representa un momento de extrema ansiedad y gran emoción, ya que descubrimos por primera vez lo bien que hemos interpretado las nuevas reglas. .
Para el ojo inexperto, es posible que los autos no se vean tan diferentes de los que terminaron la temporada 2021. Pero, de hecho, el libro de reglas se ha descartado y las regulaciones comenzaron de nuevo desde cero.
La forma de casi todas las partes del coche ha cambiado. No solo eso, sino que hay una mayor diferencia visual entre los autos de los distintos equipos que la que ha habido durante algún tiempo.
Trabajo como aerodinámico sénior en un equipo de F1, y este artículo pretende guiarlo a través de qué ha cambiado y por qué, además de las áreas clave que decidirán quién es rápido y quién no.
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¿Por qué se han hecho los cambios?
Las reglas han tardado cinco años en elaborarse y son las primeras que se basan en una extensa investigación dentro de la F1 destinada a cambiar la forma en que los autos interactúan entre sí.
La F1 vio que el mayor problema con la última generación de autos era que luchaban por seguirse de cerca, lo que hacía que los adelantamientos fueran extremadamente difíciles.
Hubo una serie de razones para esto, pero en términos de diseño de automóviles, la cuestión clave fue la forma en que funcionaba la aerodinámica.
La intención de las nuevas reglas es forzarnos en una dirección que los reguladores consideren agradable desde el punto de vista estilístico, y que también creen que conducirá a mejores carreras.
¿Cuál era el problema antes?
Cuando un coche de F1 circula por la pista, crea lo que se conoce como estela.
Esto es un poco como el agua que queda atrás de un bote mientras viaja, pero como está en el aire no puedes verla.
El aire en la estela es agitado y turbulento. Pero un auto de F1 necesita un flujo de aire limpio para que su aerodinámica funcione de manera óptima y cree la prodigiosa cantidad de carga aerodinámica que les permite rendir tan bien.
En el pasado, cuando un automóvil se acercaba a otro, la estela del automóvil líder reducía la carga aerodinámica que podía generar el automóvil siguiente, por lo que luchaba por mantener su velocidad en las curvas. Esto hizo que las carreras cerradas y los adelantamientos fueran muy difíciles.
La razón principal de esto fue algo llamado outwash. Para hacer que sus autos funcionaran lo mejor posible, los diseñadores intentaron empujar hacia afuera la estela creada por las ruedas delanteras para que no pasara por encima de su propio auto y perdiera rendimiento.
Sin embargo, la consecuencia fue que regresó justo detrás de su automóvil y arrasó con cualquier automóvil cercano.
¿Cómo solucionarán esto las nuevas reglas?
La idea con las nuevas regulaciones es tratar de evitar que superemos el flujo de aire. En cambio, las nuevas reglas intentan fomentar más un flujo de aire ascendente.
Esencialmente, están tratando de lanzar toda la estela en el aire para que pase por encima del auto de atrás.
El equipo de F1 y la FIA han realizado estudios que muestran una impresionante reducción en la cantidad de estela que experimenta el siguiente automóvil.
Las cifras teóricas parecen prometedoras. Un automóvil de 2019 perdió el 43 % de su carga aerodinámica cuando estaba a la distancia de un automóvil detrás de otro automóvil. Por el contrario, un automóvil 2022 debería perder solo un 15%. Con dos autos de largo, debería perder solo un 8 %, en comparación con el 24 % de un auto de 2019.
¿Cómo se ha hecho esto?
Esta es sin duda la revisión de reglas más grande en la que he trabajado, y muchos creen que bien podría ser la más grande en la historia de la F1.
Hay que remontarse 40 años atrás, al invierno de 1982-83, para encontrar un cambio tan arraigado como este. E, irónicamente, los cambios que se han realizado son, en cierto modo, un reverso de lo que sucedió entonces.
Ese invierno, los legisladores prohibieron un enfoque de diseño aerodinámico conocido como “efecto suelo” porque temían que los autos fueran demasiado rápidos.
El efecto suelo utiliza túneles con forma, como el ala de un avión volcada hacia arriba, para acelerar el aire debajo del automóvil. Se introduce a través del espacio entre la pista y el coche, explotando lo que se conoce como el ‘efecto venturi’. Esto crea un área de baja presión que succiona el auto hacia la pista.
Desde 1983 hasta el año pasado, los autos de F1 han tenido partes inferiores planas entre las ruedas delanteras y traseras. Pero los creadores de reglas han vuelto al efecto suelo porque creen que será efectivo para permitir que los autos mantengan una proporción mucho mayor de su carga aerodinámica cuando estén detrás de otro auto.
Así que, para este año, los bajos vuelven a tener forma, como parte de un cambio total de filosofía que también ha reducido la importancia del alerón delantero en la generación de los patrones de flujo de aire que definen el rendimiento del automóvil.
Las diferencias más obvias entre un automóvil 2021 y un automóvil 2022 son las siguientes:
- Subsuelos con forma de ala, conocidos como túneles venturi, con entradas y salidas mucho más grandes.
- Alas delanteras más simples que se fusionan con el costado de las nuevas narices mucho más bajas
- Alas traseras que se envuelven en placas finales más esculpidas
- Ruedas más grandes de 18 pulgadas, con deflectores predefinidos alrededor de ellas
- Eliminación de los componentes complejos delante del piso y los sidepods
¿Funcionará?
La teoría es una cosa. La realidad puede ser otra. No sabremos qué tan bien funcionan los autos nuevos en relación con la teoría hasta que compitan juntos, y pasarán algunas carreras antes de que se pueda ver una imagen adecuada.
Además de eso, queda por ver qué tan bien ha logrado Pirelli crear neumáticos que sean menos sensibles al sobrecalentamiento, un problema importante con la generación anterior de neumáticos, que contribuyó en gran medida a la dificultad para adelantar.
En lo que respecta a los autos, una preocupación que tengo es que toda la corriente ascendente adicional que los autos ahora generan detrás de ellos podría potencialmente ‘descargar’ el alerón delantero del siguiente auto, es decir, dejar de funcionar tan bien.
Perder la carga aerodinámica frontal de esa manera haría más difícil para los conductores girar los autos en las curvas y podría deshacer parte del progreso que podrían lograr estas regulaciones.
Los diferenciadores clave de rendimiento
Difusores y alas de haz
Debido a que los pisos inferiores ahora generan mucha más carga aerodinámica general de los autos, esta será inevitablemente un área donde se enfocará el desarrollo y se encontrará mucho rendimiento.
Si puede explotar bien el efecto venturi debajo de todo su automóvil, entonces eso es mucha carga aerodinámica.
Los pisos de estos autos están dominados por difusores mucho más grandes. En la parte trasera del coche, estos aspiran todo el aire necesario para que funcione el efecto venturi.
El año pasado, a los equipos se les permitió tener paletas en el difusor para girar el aire en direcciones que ayudaran al rendimiento. Estos ya no están permitidos. En cambio, los difusores ahora están sostenidos por un “ala de viga” mucho más grande: el elemento aerodinámico en la parte inferior del alerón trasero.
Ahora puede usar dos elementos sustanciales de ala de viga, en lugar de solo las pequeñas aletas permitidas el año pasado.
Ambos cambios tendrán el efecto de reducir nuestra capacidad de eliminar el aire que sale de debajo del automóvil, pero apoyarán la expansión hacia arriba, lo que ayudará al difusor a hacer su trabajo de sacar aire debajo del piso.
Bordes del suelo
Los bordes del piso caen ligeramente a lo largo del auto, para ayudar a sellar los túneles del aire exterior.
Esto es crucial para el efecto venturi, ya que cualquier aire que entre por un lado ralentiza el aire que está aguas arriba. Piense en ello como si alguien se le adelantara en una cola. Entonces, para maximizar la carga aerodinámica en un automóvil con efecto suelo, queremos hacer todo lo posible para sellar los bordes del piso.
Una forma es cerrar físicamente la brecha haciendo correr los autos tan cerca del suelo como sea posible. Sin embargo, esto puede presentar algunos problemas, como “marsopas”, de lo que se ha hablado mucho desde que comenzaron las pruebas de pretemporada.
Aquí es donde los autos rebotan hacia arriba y hacia abajo a alta velocidad en largas rectas. Por lo general, es el resultado de altos niveles de carga aerodinámica que succionan un automóvil hacia la carretera.
Los vagones descienden más y más, hasta el punto en que el aire no puede trabajar más y parte del piso se ‘atasca’. Esta pérdida repentina de carga aerodinámica hace que el auto vuelva a subir, momento en el que la aerodinámica comienza a funcionar y todo el ciclo comienza nuevamente.
También podemos intentar sellar el suelo de forma aerodinámica, utilizando el flujo de aire para bloquear la distancia restante entre el borde del suelo y la pista.
Esto se hace usando algo llamado vórtices, que son como pequeños tornados, tubos de aire giratorios que se forman cuando el aire cruza un borde afilado mientras viaja de un área de alta presión a un área de baja presión, tal como lo tenemos a los lados de el piso.
Si observa los bordes del piso de estos nuevos autos de F1, verá muchos detalles: ondas, cortes, bultos, etc.
Se trata de tratar de generar vórtices que sean lo suficientemente fuertes como para hacer el trabajo de sellar el piso y tratar de formarlos lo más aguas arriba posible: cuanto antes comiencen, mejor será el sello.
Sidepods
Los vórtices fuertes deben alimentarse con aire agradable y limpio para que funcionen correctamente y eso es lo que impulsa muchas de las decisiones en los pontones, un área donde vemos una serie de enfoques diferentes de un equipo a otro.
La forma en que moldeas la carrocería dicta dónde puedes alimentar el flujo de aire limpio y también de dónde lo extraes.
Algunos equipos, como Mercedes y McLaren, parecen estar haciendo algo llamado downwashing con sus pontones. En una vista lateral, su carrocería se desliza hacia abajo desde la entrada del pontón hacia el piso de manera bastante agresiva.
Esto significa que están tratando de extraer aire limpio desde arriba y dirigirlo hacia el borde del piso antes de tiempo.
Mercedes llevó esto al extremo con el diseño súper delgado que llevaron a la segunda prueba.
La clave de su concepto parece ser la aleta al frente de la carrocería, que tiene una serie de aletas más pequeñas en la superficie superior y que también soporta el espejo. Todos estos componentes funcionan juntos de manera que establecen una rotación a gran escala del aire, dirigiéndose hacia abajo en el centro del automóvil, luego hacia afuera, hacia el borde del piso.
Puede ver en la pendiente de la carrocería del Mercedes que simpatiza con este aire que fluye hacia el borde del piso.
El ancho extremadamente estrecho también mantiene la carrocería lo más alejada posible de la estela de la rueda delantera. Esto debería ayudar a evitar que la estela de la rueda se adhiera a la carrocería y luego se quede con ella en todo el auto, estropeando el flujo hacia nuestro piso y esquina trasera cuidadosamente diseñados.
Un problema potencial con el downwashing muy fuerte, muy temprano, es que tiende a tirar de la estela de la rueda superior desde arriba, que luego se dirige hacia la esquina trasera del automóvil. Entonces, hasta cierto punto, alimenta flujo limpio hacia el frente pero a expensas de la parte trasera.
Red Bull, por el contrario, ha optado por un recorte muy agresivo en los pontones que son más anchos en la parte superior. Inicialmente, esto alimentará el borde del piso con aire que ha pasado por debajo del pontón. Luego barren hacia abajo más tarde, enviando más aire limpio desde arriba hacia la esquina trasera.
Ferrari tiene otra solución con lo que algunas personas llaman su concepto de “bañera para bebés”: un corte festoneado en la parte superior de los pontones.
La interacción con la estela de la rueda delantera habrá sido una consideración importante en este diseño. La alta presión de los lados muy planos empujará la estela de la rueda hacia afuera, lejos del piso, además de generar fuertes vórtices en el borde del piso, antes de que el aire sobre la superficie superior cóncava llegue a la parte trasera del automóvil.
Mini alas de piso
También hay mucha variación en los bordes del piso. El resultado de cada equipo será, en gran medida, el resultado de las decisiones que ya han tomado en sus pontones. En general, todos están tratando de lograr lo mismo: vórtices fuertes y coherentes.
Sin embargo, una diferencia interesante en el enfoque se relaciona con una parte llamada “ala del borde del piso”. La intención de las reglas era permitir componentes como los alerones que se ven en el borde del piso en los autos del año pasado, y eso…
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