A Formula-1-es versenyautók megfelelő menettulajdonságaihoz nem elegendő egy jól megtervezett és kialakított, kifogástalan nyomatékviszonyokkal és jó végsebesség elérését lehetővé tevő motor. A jelenlegi F1-es konstrukciókban lévő V8-as erőforrásban rejlő adottságok hatékony felhasználásához ugyanis elengedhetetlen tényező, hogy a bennük rejlő hatalmas erőt, illetve mozgási energiát megfelelő módon át is kell vinni a kerekeken keresztül a pálya aszfaltjára.

A versenyautó motorja, valamint erőátviteli rendszere által közvetített nyomaték megfelelő módon történő hasznosítása elképzelhetetlen lenne az aerodinamika tudománya nélkül. A Formula-1-es négykerekűek az elmúlt évtizedek alatt hatalmas átalakuláson mentek keresztül, és rendkívül szerteágazó aerodinamikai megoldásokat sorakoztattak fel az aktuális kor mérnökei. Egyes aerodinamikai elemek – mint például az első légterelő szárny – az átáramló levegő által kialakuló nyomáskülönbségből adódóan keletkező aerodinamikai terhelés hatására deformálódnak, illetve elhajlanak, amely a csökkentett légellenállási tényezőnek köszönhetően nagyobb sebesség elérését teszi lehetővé.

Ugyanez a jelenség figyelhető meg a Formula-1-es versenyautó padlólemezével, egészen pontosan az orrkúp alá nyúló szakaszával kapcsolatban is, amelyet angol szakszóval splitternek, T-tray-nek, vagy Bib-nek is szoktak nevezni. (Mivel erre az elemre vonatkozóan egyértelmű magyar elnevezést nem igazán lehet találni, ezért a továbbiakban a splitter használatára kerül sor) Az aerodinamikai terhelésből adódó flexibilitást és az ebből adódó előnyöket azonban a csapatok nem aknázhatják ki korlátlan módon, hiszen mint minden egyes technikai sportban, úgy a Formula-1-ben is szigorú technikai szabályzatban korlátozzák a versenyautók aerodinamikai kialakítását.

2000N-os terheléssel vizsgálják a Formula-1-es versenyautó splitterének függőleges irányú elhajlását⇒

A padlólemez és a splitter ismertetése

A Formula-1-es versenyautó padlólemeze voltaképpen nem más, mint az autó hordozóeleme, amelyre az összes többi jelentős alkotóelem fel van építve. A különböző szabályoknak való megfelelés mellett az autók padlólemezének megjelenése csapatonként többé-kevésbé megegyezik, de természetesen azért felfedezhetőek különbségek is. Ez utóbbi tekintetben például a Red Bull Renault RB8-as konstrukciókat is meg lehet említeni, ahol a KERS működtetéséhez alkalmazott kondenzátor-telepek is a padlólemezen kerültek elhelyezésre.

Az F1-es autó legalacsonyabb pontjának számító padlólemezt referenciasíknak is nevezik, és a Nemzetközi Automobil Szövetség által összeállított és alkalmazott technikai szabályzatban lévő minden egyes függőleges irányú méretet ehhez képest határoznak meg. A teljesség kedvéért azonban érdemes említést tenni arról is, hogy a versenyautó oldalsó részéhez viszonyítva van egy másik referenciafelület is, amely az előzőleg említett síkhoz képest feljebb helyezkedik el.

A Formula-1-et figyelemmel kísérők számára minden bizonnyal nem ismeretlen, hogy az FIA a technikai szabályokban elvégzett, a versenyautók aerodinamikáját érintő módosításokkal az elérhető leszorító erő nagyságát kívánták, illetve kívánják jelenleg is csökkenteni. Ehhez tartozik a 90-es években bevezetett azon módosítás is, melynek értelmében a mai nap is használatos padlólemezeknek csakis a középső szakasza, vagyis a versenyautó hosszanti szimmetriatengelyétől mért, nagyjából 150-150mm-es sáv lehessen legközelebb a pálya felületéhez, és ebből adódóan a padlólemez ezen területének két szélének magasabb kialakítást kell kapnia.

Az FIA által alkalmazott elmélet szerint a versenyzőnek helyet biztosító pilótafülke alsó része egészen a padlólemezig, és annak végéig terjed. Éppen ezért minden egyes csapatnak úgy kell elkészíteni a padlólemez elülső részét, hogy felülről nézve az megfeleljen a pilótafülke formájának, mindamellett, hogy a padlólemez ezen része mindössze csak egy tartókonzollal kapcsolódik a monocoque-hoz. Ezt a területet, vagyis a padlólemez előrenyúló részét – amely felett tulajdonképpen egy üres terület kerül kialakításra – nevezzük splitternek.

A Ferrari 2012 padlólemezének előrenyúló előrenyúló szakasza (splitter), amely alatt lévő high tech laminát kopása nem haladhatja meg az 1mm-t⇒

A padlólemez elülső részének jelentős aerodinamikai szerepe van. Kialakításából adódóan ugyanis befolyásolható a padlólemez alá és fölé áramló levegő aránya, és a splitter megfelelő peremezésével pedig fokozni lehet a padlólemez felett elhaladó légáramlatok által kifejtett nyomás nagyságát is. Mindamellett tehát, hogy a splitter befolyásolja az oldaldoboz irányába a padlólemez felett elhaladó, és az oldaldoboz mentén az autó mögött kilépő levegő mennyiségét, fontos szerepet játszik az autó elülső részének viselkedésével kapcsolatban is. A splitter felett kialakuló pozitív nyomásviszonyok hatására ugyanis az autó elülső része lefelé billen, vagyis a hasmagasság ezirányú kontrollálása révén kialakuló úgynevezett „bólintás” révén kedvezőbb aerodinamikai leszorító erőt lehet elérni.

Az első légterelő szárny magasabb pontra történő építése miatt azonban kerülni kell annak az előfordulását, hogy a splitter az aerodinamikai terhelés hatására túlzott mértékben megközelítse az aszfaltot, mert a nagyobb sebességet követő intenzív fékezés esetén könnyedén előfordulhat, hogy a splitter érinti a pálya felületét. Ennek következménye pedig az, hogy a padlólemez alatt lévő 300mm szélesés 10mm vastag rátét (high tech laminát, illetve falemez) kopni fog. A technikai szabályzatnak megfelelően azonban a rátét lemezen furatokkal jelzett mérőpontoknál a verseny végén elvégzett tesztek során tapasztalt kopás mértéke nem haladhatja meg az 1mm-t.

A Formula-1-es versenyutó alatt lévő high tech laminát

A splitter flexibilitásának jelentősége és mérése

A csapatoknak tehát meg kell találni azt az arany középutat, amelynek segítségével úgy képesek a splitterrel megfelelő mértékű leszorító erőt elállítani, hogy eközben ne kopjon túlzott mértékben az alatta lévő rátét lemez. Ennek leginkább kézenfekvő módja az lenne, ha a splitter rugalmasságát úgy alakítanák ki, hogy az a kellő pillanatban felfelé el tudjon hajolni. Ez azonban nem hajtható végre korlátlan módon, hiszen az FIA meglehetősen szűk határok közé szorítja a splitter megengedett flexibilitásának mértékét.

De hogyan is ellenőrzik a padlólemez előrenyúló szakaszának rugalmasságát? Kezdetben a splitter belépő élénél a versenyautó szimmetriatengelyének vonalában alulról felfelé irányuló 100kg-os terhelést alkalmaztak, melynek hatására a splitter elhajlása nem haladhatta meg az 5mm-es határértéket. A 2007-es évben azonban az FIA tovább szigorította a splitter flexibilitásával szembeni elvárását, amikor a Ferrari egy olyan speciális, rugóerő ellenében működő mechanizmust épített be a splitter és a monocoque közé, amelynek hatására a rugalmassági tesztek megfelelő eredménnyel zárultak ugyan, de a pályán történő száguldás közben keletkező nagyobb terhelés hatására viszont a splitter a megengedett 5mm-nél nagyobb elhajlást produkált.

Az esetet követően a Nemzetközi Automobil Szövetség kettős szigorítást vezetett be a Formula-1 technikai szabálykönyvében. Ennek megfelelően egyrészt az előzőleg említett 1000N-os terhelés helyett mára 2000N-os igénybevételt alkalmaznak a rugalmassági tesztek alkalmával, másfelől pedig ezt nemcsak a fentiekben is említett középvonal mentén teszik meg, hanem úgynevezett offset terhelési vizsgálatot is végeznek. Ez pedig egészen pontosan azt jelenti, hogy szimmetriatengely mellett mindkét oldalt megvizsgálják a splitter rugalmasságát, vagyis a splitter teljes keresztmetszetére vonatkozóan kell érteni a maximálisan megengedett 5mm-es elhajlást.

  SLS095 lineáris potenciométeres abszolút útmérő és mérlegcella alkalmazása segíti a splitter rugalmasságának ellenőrzését. 

A splitter flexibilitásának vizsgálatát a Bahreini Nagydíjon készített, a Ferrari F2012-es konstrukciót bemutató fotón keresztül meg lehet figyelni. A padlólemez előrenyúló szakasza és a felette lévő monocoque között egy úgynevezett abszolút lineáris útmérő van beépítve a vizsgálat idejére. A splitter és az alatta lévő rátét lemez alatt pedig egy mérlegcella, valamint egy speciális tartókonzollal rögzített hidraulikus munkahenger található.

A Penny+Giles által gyártott SLS095 típusú útadó kimenetén a terhelés hatására következő elhajlás mértékétől függően folyamatosan a tényleges pozíciónak megfelelő adat jelenik meg. A mérés sajátosságaként említhető, hogy a folyamat során nem szükséges az inkrementális mérőrendszereknél elengedhetetlen referenciapont rögzítése, amely tulajdonképpen kalibrálja az adott útmérőt, megkönnyítve ezzel a mérési eljárást.

Az SLS095 lineáris potenciométeres abszolút útmérő egy olyan szenzor, amely a teszt során alkalmazott 2000N-os terhelés hatására előidézett splitter elmozdulás következtében az elmozdulással arányos ellenállásértéket állít elő. Abban az esetben, ha a lineáris potenciométert szenzorként kezeljük, akkor legtöbb esetben nem egyszerű ellenállásként, hanem sokkal inkább feszültségosztóként szokás használni.

A Formula-1-ben használatos lineáris abszolút útmérő az alábbi fő részekből tevődik össze:

Extrudált alumínium tokozat
Ellenálláspálya, amelynek az anyaga általában egy hordozóra felvitt vastagréteg-vezető műanyag (vagy típustól függően kerámiahordozóra tekercselt ellenálláshuzal is lehet)
Speciális fémötvözetből készített csúszka
Rozsdamentes anyagból készített működtető tengely, amely nem más, mint egy tengelyirányú rúd
A működtető tengely csapágyazása
Elektromos csatlakozók

A lineáris potenciométeres útmérőben lévő ellenálláspálya gyakorlatilag nem más, mint egy flexibilis poliamid film hordozóra felvitt, elektromosan vezető, és nem utolsó sorban a fémekhez képest jelentős ellenállással rendelkező anyag, amelyet a gyártást követően lézeres úton finomhangolnak. Az útmérő által meghatározott pálya mindkét végére szitanyomás segítségével fémesen vezető anyagot visznek fel az ellenállásrétegre, ahol megtörténik a kivezető csatlakozók rögzítése is.

Az SLS095 lineáris abszolút útmérőben alkalmazott vezető műanyagos (vastagréteg) ellenálláspályának köszönhetően a mérés pontossága jobb, mivel a felbontást semmiféle szerkezeti tulajdonság nem korlátozza, és az anyag kopásállósága pedig hosszú élettartamot tesz lehetővé.

A Formula-1-ben a splitter flexibilitásának vizsgálatára rendszeresített SLS095-ös típusú lineáris abszolút útmérő kompakt kialakítása mellett maximális teljesítményre van tervezve. Az extrudált alumínium tokozat külső átmérője 9.5mm, és az általa elérhető lökethossz 10…100mm közé tehető. A mérőszenzor meglehetősen kis méretéből adódóan az F1-en kívül kiválóan alkalmazható még a robottechnikában, orvosi műszerekben és nem utolsó sorban az autó- és motorsport egyéb kategóriáiban is. A kevesebb, mint 0.01mm-es hiszterézissel rendelkező útadó működtető elemének (dugattyú) maximális mozgási sebessége pedig 2.5m/s lehet.

Visszatérve tehát a splitter rugalmasságának vizsgálatához, nézzük meg az Ferrari F2012-őn alkalmazott megoldást. A fentiekben ismertetett SLS095-ös lineáris abszolút útmérő (kék színű henger) a splitter és a felette lévő monocoque között kerül elhelyezésre, míg a splitter és az alatta lévő rátét lemez alatt pedig egy mérlegcella található. Egy speciális tartókonzolt rögzítenek az autó köré, amely egy hidraulikus úton működtetett munkahengert tartalmaz. Ennek segítségével valósítható meg a flexibilitás ellenőrzéséhez előírt 2000N-os erő előállítása, amelynek aktuális értéke a mérlegcella és a hozzá kapcsolódó mérő-, illetve mérlegműszer segítségével ellenőrizhető, miközben a lineáris útadó kimenetén megjelenő mért paraméter segítségével ellenőrizhető az elhajlás nagysága. A tartókonzol kialakításának köszönhetően a munkahenger a versenyautó szimmetriatengelyére nézve merőlegesen elmozdítható, amelynek köszönhetően egyrészt az autó tengelyvonalában, másrészt pedig annak mindkét szélén, az offset vizsgálati módszernek köszönhetően a splitter teljes keresztmetszetére vonatkozóan ellenőrzésre kerül annak elhajlása, amely nem haladhatja meg a korábban is említett 5mm-es értéket. Az így összeállított konfiguráció, illetve vizsgálati módszer segítségével tehát az alkalmazott terhelés mértékéhez viszonyított elmozdulás nagysága állapítható meg, ami a splitter esetében annak függőleges irányú elhajlását jelenti.