Alapvető tervezési hiba

A Mercedes GP alakulat által megépített W02-es konstrukció nem igazán váltotta be az előzetes reményeket. Az idei versenyautó építése során a német alakulat egy úgynevezett alapverzióval kezdte meg a szezon előtti teszteléseket, és a próbák előrehaladtával megszerzett tapasztalatok tükrében végeztek kisebb-nagyobb módosításokat, illetve a felkészülés-sorozatot követően hozták ki a jelentősebb fejlesztéseiket.

Mindamellett, hogy a 2011-es világbajnoki sorozat vége előtt nyolc versennyel a Mercedes GP a konstruktőrök között a negyedik helyen áll, a csapat bevallása szerint az alapoknál elrontották a W02-es tervezését, ami viszont arra ösztönzi őket, hogy a 2012-es négykerekű megépítése során merőben más koncepció szerint összeállított fejlesztési ütem szerint végezzék el az egyes feladatokat.

De hogy mi is jelen esetben az alapvető technikai hiba a Mercedesnél? A csapat szakembere, Ross Brawn az elmúlt napokban elárulta, hogy a szükségesnél kisebbre építették a W02-es autó tengelytávját, amely a mai napig is megnehezíti a dolgukat. A rövidebb tengelytáv révén ugyanis rendkívül nehéz megtalálni az autó megfelelő egyensúlyi állapotát.

Ezt leginkább az időmérőkön és a versenyeken alkalmazott beállítások közötti különbségek révén lehet a legszemléletesebb módon érzékeltetni. A rövidebb tengelytáv miatt a magasabbra került üzemanyagtartály, illetve az abban lévő üzemanyag mennyisége jelentős mértékben befolyásolja a versenyautó egyensúlyi helyzetét. Ha a tartály teljesen meg van töltve, akkor az autó súlypontja magasabbra kerül, és ahogyan a körök megtétele közben folyamatosan csökken a tankban lévő hajtóanyag mennyisége, természetesen az autó súlypontja is változik.

Az igaz, hogy ez a jelenség minden egyes autó esetében elmondható – legalábbis az üzemanyagfogyás tekintetében -, de az eltérő tervezési- és műszaki megoldások révén annak hatása már teljesen más lehet.

A W02-es virtuális átépítése „Formula1Tech Blog módra”

A következőkben egy kicsit eljátszanék annak a gondolatával, hogy a megnövelt tengelytáv milyen hatást váltana ki a Mercedes GP W02-es autó esetében.

A német csapat által használt jelenlegi konstrukció tengelytávjának nagyjából 50mm-rel történő megnövelése esetén előbbre kerülne az első légterelő szárny. A nagyobb tengelytávval elérhető súlyponti javuláshoz talán érdemes lenne változtatni az első kerékfelfüggesztés lengőkarjainak beépítési szögén is, amely további pozitív hatást jelenthetne az alulkormányozottság csökkentése terén.

A jobb súlyeloszlásnak köszönhetően tovább lehetne csökkenteni az első kerekekre ható terhelések nagyságát is – amely egyben az alulkormányozottság kiváltó oka is lehet -, és ezzel együtt kiküszöbölhetővé válna adott esetben a hátsó kerekeknél jelentkező elégtelen tapadás is.

A nagyobb tengelytáv biztosításához az előzőleg említett elemeken elvégzett módosítások mellett a padlólemez orrkúp alatti részénél hosszabb építésű fordítólemez beépítése is elérhető lenne, amely javíthatna a padlólemez alá, és a homloklemezek, valamint a hűtőnyílások felé áramló levegő arányán is. Az esetlegesen megnövelt méretű fordítólemez alkalmazásával a mérnökök nagyobb szabadságfokhoz jutnának abból a szempontból, hogy a versenyautó megfelelő súlyeloszlásának biztosításához a légterelő idom négyszögletes részébe megfelelő ballaszt súlyokat helyezhetnek el (hasonló módon, mint például az első légterelő szárnyak középső, semleges szakaszának esetében is).

A csapatoknak a versenyautók beállításánál az a legfőbb célja, hogy az időmérőn alkalmazott megoldások teljes, vagy majdnem teljes mértékben alkalmazhatóak legyenek versenykörülmények között is. Ehhez viszont elengedhetetlen az autó megfelelő súlypontja, amelyet a Mercedes által bevallott kis tengelytáv alkalmazása mellett aligha lehet maradéktalanul kivitelezni.

Fő az óvatosság!

A tengelytávval, csakúgy, mint a Formula-1-es versenyautó összes többi beállításaival nem lehet ész nélkül játszani. Na jó, lehet, de akkor annak nagy valószínűséggel nem lesznek pozitív eredményei.

Természetesen az F1-es betonszaggatókat tervező mérnökök sokkal jobban tisztában vannak nálam azzal, hogy autó tengelytávját mikor kell nagyobbra, és mikor kell kisebbre készíteni. Oly sok említés esett már arról a bizonyos tengelytávról, és még csak meghatározásra sem került sor, hogy mit is jelent valójában a versenyautó ezen paramétere. Bizonyára megbocsátanak azok, akik ezzel tisztában vannak, de úgy érzem, hogy a következő mondat nélkül nem lenne annyira teljes ez a bejegyzés.

Tengelytáv: Az autó első- és hátsó kerekei által meghatározott tengelyvonalak között mérhető távolság.

A definíció tehát rendkívül egyszerű, ami viszont annak gyakorlati alkalmazását tekintve elmondható, már korántsem olyan triviális. A tengelytávval kapcsolatban elvégzett legkisebb változtatás is jelentős mértékben befolyásolhatja a versenyautó által elérhető teljesítményt, és menetdinamikát. Ha például megváltoztatjuk a kerékfelfüggesztő karok összeállításának módját, vagy például a motor és a sebességváltó közötti távolságot megnöveljük, annak kétségtelenül hatásai lennének az autó viselkedésére.

A hosszabb tengelytávval rendelkező versenyautó sokkal inkább a pálya egyenes szakaszaiban és a hosszan elnyújtott, nagy sebesség elérését lehetővé tevő kanyarokban fejti ki pozitív hatását. Ezzel szemben viszont a kisebb tengelytávval rendelkező konstrukció jobb vezethetőséggel bír, vagyis a pilóta számára sokkal jobban kezelhető bizonyos szituációkban.

A rövidebb tengelytáv alkalmazásával elérhető továbbá, hogy az olyan versenypályák esetében, ahol a kanyarok kialakítása miatt gyors irányváltoztatásokra van szükség, az autó stabilitása mellett gyorsabb sebességet lehet elérni, és aerodinamikai szempontból is kevesebb problémával kell szembesülni.

Azt hiszem mindezek is egyértelműen mutatják, hogy mennyire nem egyszerű eldönteni, hogy melyik megoldást célszerű alkalmazni. Technikai sportról lévén szó pontosan ez adja meg a varázsát a műszaki szakembernek, hogy meg kell találni azt a fajta kompromisszumos megoldást, ahol valaminek a rovására engedni kell, hogy végül más tekintetben pedig nyerni lehessen egy kis pluszt. De megtalálni azt a kis pluszt, az az igazán varázslatos mindebben.

Kötelező súlyeloszlás

Ahogyan az korábban is említésre került, a megfelelő tengelytáv alkalmazása rendkívül fontos a versenyautó jó súlypontja szempontjából. A Formula-1 technikai szabályzata azonban ezen a területen sem könnyíti meg túlzottan a mérnökök dolgát, hiszen a regulák pontosan meghatározzák, hogy miként kell az autó első- és hátsó tengelye között elosztani a súlyösszetételt.

Ennek megfelelően tehát az autók első kerekeinél 45.5…46.7%, míg a hátsó kerekek esetében pedig 53.3…54.5% között kell lennie a súlyeloszlás arányának. A Nemzetközi Automobil Szövetség azonban további pontosításként rögzítette a szabályzatban, hogy a versenyautó első tengelyére legalább 291kg, ezzel szemben viszont a hátsó tengelyre vonatkoztatva pedig legalább 342kg súlyterhelésnek kell teljesülnie.

Az előírások azonban hagynak némi szabadságfokot a mérnökök számára a súlypont változtatásával kapcsolatban. Ehhez ún. ballaszt súlyokat szokás alkalmazni, amelyek titán, karbon, vagy éppen volfrámacél felhasználásával készülnek. Egy Formula-1-es versenyautó motorja nagyjából 90kg-ot képvisel, a monocoque 50kg-ot, a sebességváltó 40kg-ot, a hátsó légterelő szárny az összes felépítménnyel együtt nagyjából 11kg-ot, míg a mai modern F1-es kuplungszerkezet hozzávetőlegesen 0.9kg-ot nyom.

A versenyautó minden egyes alkatrészével és a megfelelő súlypont kialakításához szükséges további ballaszt súlyokkal, valamint a pilótával együtt a 2011-es technikai szabályoknak megfelelően az autó minimális súlyának 640kg-nak kell lennie. Abban az esetben például, ha az adott versenypályán az autó túlkormányozottan viselkedik, vagyis a kanyarodás során annak hátsó traktusa a kanyar külső íve felé próbál kitörni, akkor a ballaszt súlyt az autó hátsó része felé eltolva érdemes elhelyezni. Ebben az esetben ugyanis javítható a versenyautó hátsó részének tapadása. Ebből adódóan pedig, ha az autó alulkormányozottnak bizonyul, vagyis a kanyar teljesítése során a kormánykerék elfordítása mellett is a kanyar külső íve felé tolja az autó orrát, akkor az előzőleg említett ballaszt lapokat sokkal inkább az orr irányába, vagy akár az első légterelő szárny középső, 500mm hosszú semleges szakaszában kell elhelyezni. Ez utóbbi esetben tehát az autó elülső részének lehet nagyobb tapadást kölcsönözni, melynek segítségével nagyobb tempó esetén is könnyebben az ideális versenyvonalon lehet tartani az autót a kanyarodás során.

A helyzet tovább bonyolódik

A német csapatnál azonban nem olyan egyszerű a helyzet, ahogyan azt Ross Brawn is beismerte. A szakember elmondása szerint ugyanis a W02-es autó aerodinamikai karakterisztikája sem éppen olyan, mint amilyet előzetesen szerettek volna. Ebben pedig az autó hasmagasságával kapcsolatos alapvető problémát látja megoldandónak, amit a 2010-es szezonban használt kipufogórendszer nyújtotta lehetőségekhez igazítottak elsődlegesen.

A hasmagasságnak rendkívül fontos szerepe van a versenyautóra ható leszorító erő nagyságát illetően. A fentiekben említett alulkormányozottság jelenségét, és ezzel együtt az első légterelő szárny aerodinamikai előnyeit az autó kerékfelfüggesztésének 3:1 arányú beállításaival is el lehet érni, mint azt a Red Bull Racing alakulat is alkalmazza. Ez egészen pontosan azt jelenti, hogy míg az első felfüggesztés lengéscsillapító elemeinek úthossza 10mm-t változik, azalatt a hátsók 30mm-t mozdulnak. És ez az a tényező, amelynek az utólagos biztosítása már nem olyan egyszerű egy már megtervezett és megépített versenyautó esetében.

Az előzőleg említett Red Bull Racing által megépített RB7-es konstrukció esetében például a hasmagasság az autó elülső részében 25mm körüli, míg a hátsó magasság tekintetében pedig 75mm-t alkalmaznak. Érdekességképpen megemlíteném a McLaren Mercedes által alkalmazott megoldást is, miszerint a wokingiaknál is nagyjából 25mm-es az MP4-26-os elülső hasmagassága, de az energiaitalosokkal ellentétben az ezüstnyilak hátsó részében már csak 50mm-t lehet mérni a referenciasík és a pálya aszfaltja között. Ez utóbbi pedig azt jelenti, hogy a két csapat által használt megoldás különbségéből eredő 25mm-es eltérés miatt a McLaren a 2:1 arányt alkalmazza az MP4-26-os autók kerékfelfüggesztéseinél.