Was ist Abtrieb und warum ist er in der Formel 1 so wichtig? Mexiko ist ein einzigartiger Austragungsort für die Formel 1 mit seiner Höhenlage, die Einfluss auf die Performance der Autos auf der Rennstrecke nimmt, besonders in Bezug auf die Aerodynamik und den Abtrieb.
Unser neuestes Vorschau-Feature behandelt die Wichtigkeit des Downforce in der Formel 1 und enthält Interviews mit Mike Elliott (Technischer Direktor), Claire Simpson (Aerodynamics Group Leader), Kathryn Richards (Wind Tunnel Technician) und George Russell (Fahrer, Startnummer 63).
Feature: Downforce in der Formel 1 erklärt
Der Abtrieb ist ein wesentlicher Bestandteil, um ein Formel-1-Auto auf der Rennstrecke schnell zu machen, aber warum ist das so? Wie entscheiden wir, wie viel Anpressdruck erforderlich ist, und welche externen Faktoren beeinflussen ihn? Lesen Sie weiter und finden Sie es heraus.
Was ist Abtrieb?
Der Anpressdruck ist die vertikale Komponente der aerodynamischen Kräfte, die auf das Fahrzeug wirken. Wenn das Auto durch den Luftstrom fährt, drückt es der Anpressdruck auf den Boden. In Bezug auf die Aerodynamik des Autos wirken drei Kräfte: der Abtrieb ist die vertikale Kraft, der Luftwiderstand ist die Längskraft und die seitlichen Kräfte sind die Querkräfte, wobei drei Momente um diese Achsen wirken.
Der Abtrieb ist zweifellos der wichtigste Faktor für die Performance eines Autos, denn je mehr wir das Auto auf den Boden drücken können, desto schneller kommen wir um die Kurven und desto besser verhält sich das Auto. Wenn sich der Anpressdruck ändert, kann der Fahrer das im Auto spüren. Ein geringerer Anpressdruck führt dazu, dass das Auto mehr rutscht, das Heck ist weniger stabil, aber man hat weniger Luftwiderstand auf den Geraden. Bei höherem Anpressdruck liegt das Auto viel fester auf dem Boden, aber auf den Geraden kann es sich anfühlen, als hätte man einen Fallschirm am Heck.
Um eine Vorstellung davon zu erhalten, wie viel Anpressdruck diese modernen F1-Autos erzeugen, ist es jetzt ziemlich ähnlich wie unter dem alten Reglement. Bei etwa 150 km/h erzeugt das Auto so viel Abtrieb wie es wiegt (das Mindestgewicht des Autos beträgt 795 kg). Wenn man das Ende der Geraden erreicht, wo das Auto seine Höchstgeschwindigkeit erzielt, ist der Anpressdruck wahrscheinlich drei- oder viermal so hoch wie das Gewicht des Autos.
Man sollte annehmen, dass der Abtrieb umso wichtiger wird, je schneller die Kurve ist, da dort die aerodynamischen Belastungen am höchsten sind. Da die Autos aber so viel Zeit im unteren und mittleren Geschwindigkeitsbereich verbringen, ist dort der Zeitverlust auf der Strecke am größten. Aus diesem Grund ist der Abtrieb in diesem Bereich am wichtigsten. Wenn man das Auto in diesen schwierigen Abschnitten mit niedrigeren Geschwindigkeiten stärker auf den Boden drücken kann, erhält man am Kurveneingang und -ausgang mehr Grip und Traktion.
Der größte Teil des vom Auto erzeugten Anpressdrucks kommt vom Unterboden, aber auch der Front- und der Heckflügel leisten einen großen Beitrag. Diese beiden Elemente des Autos lassen sich in Hinblick auf den Abtrieb auch leichter einstellen, da man den Winkel des Frontflügels oder die Tiefe und den Winkel des Heckflügels verändern kann, um unterschiedliche Abtriebswerte zu erzielen.
Das sind die offensichtlichen aerodynamischen Elemente, aber tatsächlich erzeugt das gesamte Auto Abtrieb. Jede Oberfläche und jedes Teil, mit dem die Luft in Berührung kommt, erzeugt eine Form von Anpressdruck. Der Trick für die Aerodynamiker besteht darin, sie alle in Einklang zu bringen, um die maximale Performance des Autos zu erzielen.
Wie entwickeln wir ein Downforce-Paket?
Der erste Schritt bei der Entwicklung eines Aerodynamikpakets besteht darin, sich Gedanken über die Strömungsstrukturen zu machen, also darüber, welche Strömungsstrukturen wir um das Auto herum erzeugen wollen, um entweder die Performance zu verbessern oder die Leistung auf eine bestimmte Streckencharakteristik abzustimmen.
Zunächst versuchen wir mit Computational Fluid Dynamics (CFD) diese Strömungsstrukturen zu erreichen, indem wir einige Geometrien iterieren und analysieren, was erfolgreich war. Wenn wir dann mit CFD die gewünschten Ergebnisse erzielen, entscheiden wir, was wir im Windkanal testen wollen.
Auf der Rennstrecke bewegt sich das Auto durch die Luft und fährt um die Strecke, aber im Windkanal wird dies umgedreht, d. h. das Auto steht still, und wir bewegen die Straße unter dem Modell und blasen den Wind darüber. Auf diese Weise wird die gleiche relative Bewegung zwischen dem Auto, der Straße und der Luft simuliert, wie sie auf der Rennstrecke zu beobachten ist. In Anbetracht der Tatsache, dass es in der modernen Formel 1 nur wenige Testmöglichkeiten auf der Rennstrecke gibt, ist der Windkanal ein wichtiges Instrument.
Aufgrund der Aero-Beschränkungen in der Formel 1 hängt der Umfang der CFD- und Windkanalzeit, die jedes Team erhält, davon ab, welchen Platz es in der Weltmeisterschaft belegt. Wenn man in der Tabelle weiter oben steht, bekommt man weniger Zeit für Aerotests als wenn man weiter unten steht. Die Zeit wird in zwei Abschnitte unterteilt: unsere Position am 1. Januar (wir waren zu diesem Zeitpunkt 2022 Weltmeister, hatten also die wenigste Zeit von allen) und am 1. Juli (wir waren zu diesem Zeitpunkt Dritter in der Weltmeisterschaft, hatten also mehr Zeit als die ersten beiden).
Sobald ein Bauteil erfolgreich im Windkanal getestet wurde, ist es Aufgabe der Fertigungsbereiche des Teams, das Teil herzustellen und auf die Rennstrecke zu bringen.
Welche externen Faktoren beeinflussen den Abtrieb?
Ein wichtiger äußerer Einfluss auf die aerodynamische Performance des Autos ist das Wetter, insbesondere der Wind. Die Aerodynamik ist sehr empfindlich, so dass sich Änderungen der Windrichtung oder -geschwindigkeit auf das Fahrverhalten eines Autos auswirken können.
Wenn man mit Gegenwind in eine Kurve fährt, nähert man sich der Kurve langsamer, hat aber mehr Abtrieb, da der Wind das Auto stärker auf den Boden drückt, dadurch kann man schneller durch die Kurve fahren. Umgekehrt fährt man bei Rückenwind schneller auf die Kurve zu, hat aber weniger Abtrieb, so dass sich das Auto leichter anfühlt, da weniger Wind herrscht, der das Auto nach unten drückt.
Ein weiterer wichtiger Faktor ist die Höhenlage, die sich auf die Luftdichte und die Menge der Luftpartikel auswirkt. Ein Ort wie Mexiko liegt sehr hoch, so dass die Luftdichte niedrig ist, was bedeutet, dass weniger Luftpartikel das Auto auf den Boden drücken. In Mexiko kann man also mit dem maximalen Abtrieb fahren, der in Monaco oder Budapest verwendet wird, aber der Flügel erzeugt einen ähnlichen Abtriebswert wie in Monza und die höchsten Topspeeds der Saison.
Das Auto verhält sich daher in Mexiko etwas anders, und die Fahrer spüren dies im Cockpit. Auch für die Fahrzeugkühlung ist es eine Herausforderung, da weniger Luft durch die Kühler und Kühlluftöffnungen strömt, um die Temperaturen wichtiger Systeme wie der Power Unit und der Bremsen zu senken. Daher wird in Mexiko in der Regel zusätzliche Kühlung eingesetzt.
