Aerodynamika w samochodach wyścigowych cz. I

Mówi się, że wyścigi samochodowe narodziły się, kiedy zbudowano drugi samochód. Ja dopowiem, że niedługo po pierwszym locie zrodził się pomysł wykorzystania rozwiązań z lotnictwa w samochodach. Dzisiaj aerodynamika wyrasta na najważniejszą dziedzinę rozwoju wyścigów samochodowych.

Pierwszy zorganizowany wyścig samochodowy miał miejsce w 1894 roku, a pierwszy lot braci Wright to zaledwie kilka lat później bo rok 1903. Mimo to nie od razu zauważono możliwość wykorzystania zagadnień aerodynamiki w samochodach. Głównie dlatego, że po prostu… nie były dostatecznie szybkie. Przy małych prędkościach siły generowane przez zjawiska aerodynamiczne są zbyt małe, by mieć jakikolwiek wpływ na prowadzenie samochodu. Pierwszym, który zdecydował się świadomie użyć odwróconego profilu lotniczego (czyli po prostu skrzydła) w samochodzie, był niejaki Pan Fritz von Opel. Zbieżność nazwisk nie jest przypadkowa. Fritz był bowiem wnukiem Adama Opla. Miał być jednym z tych, którzy przejmą i będą kontynuować dziedzictwo założyciela firmy. Jednakże Fritz był nieco czarną owcą, bo, wbrew naciskom rodziny, od samochodów zdecydowanie bardziej interesowała go technika rakietowa. Łączył więc przyjemne z pożytecznym współtworząc prototypy pojazdów napędzanych nawet 24 silnikami rakietowymi. Takie konstrukcje rozpędzały się do niemal 230 km/h. Jednak przy tych prędkościach pojazdy miały poważne problemy ze stabilnością, a kierowca wręcz czuł, że maszyna jest unoszona. W 1928 roku Fritz wykombinował, że skoro skrzydła unoszą samolot, to on zamontuje je do swoich pojazdów do góry nogami, by unoszenia się z kolei pozbyć.

Opel-RAK 2

Tak zmodyfikowane pojazdy Opel-RAK 1 oraz Opel-RAK 2 przez jakiś czas cieszyły gawiedź, lecz później Fritz przeniósł się na testowanie silników rakietowych w konstrukcjach lotniczych. Choć wykonane przez niego eksperymenty jednoznacznie dowodziły zasadności stosowania odwróconych skrzydeł w samochodach, o temacie zapomniano na niemal 40 kolejnych lat. Nie znaczy to wcale, że konstruktorzy nie zdawali sobie sprawy z wagi sił aerodynamicznych, takich jak opór, na tempo samochodów wyścigowych. Konstrukcje, świadomie lub nie, kształtowano jako coraz bardziej opływowe. Z sił generowanych przez opływające pojazd powietrze całkiem świadomie korzystano przy budowie słynnego Jaguara D-type, który od 1954 roku był pretendentem do zwycięstwa w dobowym klasyku na Le Mans, a wygrał go kilkukrotnie. D-type korzystał z pionowej płetwy umiejscowionej za głową kierowcy, która pomagała stabilizować auto przy dużych prędkościach na długiej prostej Mulsanne francuskiego toru.

Porsche 550 RS Spyder z regulowanym skrzydłem

Niedługo po debiucie D-type’a konstruktorzy znów zaczęli się mocniej przyglądać tematyce wykorzystania odwróconego skrzydła w samochodach wyścigowych. W 1957 roku zarejestrowano pierwsze użycie samochodu z odwróconym skrzydłem w zawodach sportowych. Szwajcarski kierowca Michael May, wystawił swoje Porsche 550 RS Spyder z płatem przyczepionym nad kierowcą. Co ważne, kąt natarcia skrzydła można było zmieniać. Auto w tej konfiguracji pojawiło się na treningu przed wyścigiem na torze Nurburgring, lecz na sam wyścig element zdemontowano. Niemniej Michael May zapisał się w historii jako pierwszy, który zastosował w zawodach sportowych skrzydło o regulowanym kącie natarcia, dla polepszenia zachowania samochodu w zakrętach i podczas hamowania. Jednak u sporej liczby konstruktorów nadal panował pogląd zbieżny ze słynnymi słowami Enzo Ferrari – Aerodynamika jest dla ludzi, którzy nie potrafią budować silników. Zdanie to padło w 1960 roku, po narzekaniach kierowcy Paula Frère na zbyt małą prędkość maksymalną jego Ferrari 250TR na prostej toru Le Mans. Paul zasugerował, że przyczyną tego może być dość pionowa i niezbyt aerodynamiczna szyba osłaniająca kierowcę. Enzo skwitował to wspomnianymi słowami. Jak bardzo się mylił zrozumiał wraz z nadejściem rewolucji, raptem kilka lat później…

Chaparral 2A

W 1962 roku z inicjatywy Hapa Charpa i Jima Halla powstała firma Chaparral Cars. Jeśli ktoś zapyta o wskazanie jednego przedsiębiorstwa, dzięki któremu aerodynamika samochodów jest obecnie tak zaawansowana, to odpowiedź zawsze powinna brzmieć – Chaparral. Obaj Panowie byli jednocześnie inżynierami i kierowcami wyścigowymi, lecz pasja tworzenia i odkrywania była u nich tak wielka, że nieraz poświęcali sam wynik w zawodach dla testowania nowych rozwiązań. W 1963 roku wystartowała ich pierwsza ważna konstrukcja, czyli Chaparral 2A. To pierwszy samochód, w którym świadomie bawiono się różnymi elementami regulującymi przepływ powietrza, by regulować balans przyczepności pojazdu. Konstruktorzy traktowali swoje dziecko jak mobilną platformę testową i co rusz dokładali lub odejmowali w najróżniejszych miejscach skrzydełka, tzw. „żaluzje”, spojlery, a także różne inne ruchome elementy aero. Jakby tego było mało firma rozpoczęła też badania nad drugą niezwykle ważną dziedziną, czyli zachowaniem opon. Panowie Charp i Hall ze swoim inżynierskim podejściem są wreszcie uważani za twórców metodycznego i inżynierskiego podejścia do rozwiązywania problemów z zachowaniem samochodu na torze, jego przyczepności, zużycia opon, ustawień geometrii zawieszenia itp. Wcześniej była to czarna magia, czy wręcz sztuka, gdzie królowało wyczucie oraz szczęśliwy traf. Oni zmienili to niemal w naukę. Coś, co jest dziś standardem pracy każdego inżyniera wyścigowego, ustawiającego samochód przed i w czasie wyścigu.

Lotus 49 podczas GP Monaco 1968

Działania firmy Chaparral nie pozostały niezauważone przez inżynierów na całym świecie. Dziedzictwo prób Fritza von Opla musiało zostać wreszcie dostrzeżone i tak oto w 1968 roku po raz pierwszy zamontowano powierzchnie aerodynamiczne w bolidzie Formuły 1. Zainspirowany Chaparralem 2F Colin Chapman zamontował przed GP Monaco dużo mniejsze skrzydło z tyłu jego Lotusa, a dodatkowo także z przodu, by utrzymać balans przyczepności. Skutek? Zwycięstwo w wyścigu i ogromne zainteresowanie innych zespołów. Już w kolejnym wyścigu na Spa-Francorchamps inżynierowie Ferrari przytwierdzili do ich 312F1 pierwszy w historii królowej motorsportów odwrócony profil lotniczy, zamocowany nad tylną osią. Samochód był o pięć sekund na okrążeniu szybszy od bliźniaczej konstrukcji bez skrzydła. Na następnym GP już praktycznie każdy bolid został wyposażony w najróżniejszego kształtu i rozmiaru elementy mające generować docisk.

McLaren M7A

Jeśli Formuła 1 raz wbije swoje zęby w jakąś technologię, to już nie odpuści. Od kiedy odkryto przewagę, jaką daje aerodynamika, a raczej jej umiejętne wykorzystanie, wszyscy eksperymentowali ze skrzydłami. Był to sezon „skrzydeł na patyku”, kiedy inżynierowie doczepiali do swoich samochodów skrzydła na wysokich sztycach w najróżniejszych ich miejscach. Celem było wyniesienie elementu ponad zaburzenia powietrza i umiejscowienie generowanej przez niego siły w konkretnym miejscu na podwoziu. Niestety zespoły techniczne nie dysponowały jeszcze wtedy narzędziami do dokładnego policzenia sił generowanych przez dokładane elementy. Te natomiast były tak duże, że nie raz łamały tak podpory skrzydeł, jak i całe elementy zawieszenia, do których ów podpory były przytwierdzone. Skutkowało to bardzo niebezpiecznymi wypadkami. FIA, chcąc zapanować nad rodzącym się chaosem i nowymi niebezpieczeństwami, od sezonu 1969 wprowadziła dodatkowe zapisy. Definiowały one maksymalną wysokość i powierzchnie skrzydeł, a także miejsce ich mocowania. Od teraz nie mogły być przytwierdzone do elementów zawieszenia, tylko bezpośrednio do ramy pojazdu.

W 1970 roku Colin Chapman odpowiedział na wprowadzone regulacje nową, przełomową konstrukcją. Lotus model 72 to bolid zaprojektowany by maksymalnie wykorzystać dostępną ówcześnie wiedzę i podporządkować kształt pojazdu siłom aerodynamicznym. Nadwozie miało kształt klina, a typową w tamtych czasach jedną chłodnicę na przedzie zastąpiono dwoma mniejszymi, umieszczonymi symetrycznie po bokach. Pozwoliło to obniżyć nos pojazdu i nadać całości wspomniany kształt, rezygnując z charakterystycznego dla F1 kształtu cygara. Duże sztywne skrzydło mocno zamocowano tuż nad tylną osią. Rewolucyjna konstrukcja pozwoliła Lotusowi trzy razy zdobyć tytuł mistrza świata konstruktorów, a dwukrotnie mistrzostwo w kategorii kierowców.

Lotus 72

Po kilku latach dominacji Lotus 72 przestał już być konkurencyjny, a rywale skutecznie skopiowali i rozwijali jego konstrukcję. Zawiedziony Colin Chapman zaczął poszukiwać inspiracji dla nowego rozwiązania, mającego zapewnić przewagę jego zespołowi. Co z tego wynikło? Przekonacie się już w drugiej części krótkiej historii zastosowania aerodynamiki w samochodach wyścigowych.

PS. Jeśli ciekawi was bogata historia wspomnianej w tekście firmy Chaparral Cars, ich niesamowite dokonania i konstrukcje, zapraszam do przeczytania dwuczęściowej serii wpisów poświęconej tylko im. Bez nich prawdopodobnie nie było by wyścigów jakie dziś znamy. Ciekawostki: Chaparral Część I  Część II

Dodaj komentarz