Vormel-1 kui täppisteadus

Foto:MB

F1-tiimide tohutu suured eelarved sunnivad tihti küsima, miks seda raha nii palju kulub. Aga F1-auto konstrueerimine on tegelikult tõeline täppisteadus, mis nõuab paljude erinevate alade spetsialistide pingutusi.

Et mõista ühe tänapäeva tipptasemel võistlusauto konstrueerimiseks vajalikke uurimis- ja arendustöid, mis muuseas neelabki väga suure tüki F1-tiimi eelarvest, heidame pilgu mõnedele üksikutele nüanssidele, millega puutuvad kokku F1-autode konstruktorid ja erinevate alade insenerid.
Tänapäeval võitlevad insenerid autode konstrueerimisel ja seadistamisel mitte sekundite, vaid sajandik- ja tuhandiksekundite nimel. Ringiaegade parandamine ei sõltu ainult mootori võimsusest, vaid ka vedrustusest ja aerodünaamikast, kus tuleb leida õige tasakaal surujõu ja õhutakistuse vahel, aga samal ajal silmas pidades ka pidurite ja mootori jahutust. Ning sajandike ja tuhandike võitmiseks tuleb arvestada kõrvalseisja jaoks täiesti ootamatute ja üllatavate nüanssidega.
Kas olete näiteks korrakski mõelnud sellele, kuidas mõjutab õhutemperatuur auto käitumist? Võtame näiteks olukorra, kus õhutemperatuur tõuseb 10 kraadilt 20 kraadile. Õhu soojenedes väheneb selle tihedus – näiteks antud temperatuuride juures 1,247 kg/m³ kuni 1,204 kg/m³ ehk siis 3,6%. Taolisel määral õhutiheduse vähenemise korral kaotab auto surujõudu, aga samas väheneb ka õhutakistus.
Williamsi tehnikadirektori Pat Symondsi sõnul tähendab see ühel tüüpilisel ringrajal, näiteks Barcelonas, et surujõu vähenemise tõttu kaotatakse ringiajas 0,45 sekundit, aga võidetakse õhutakistuse vähenemise tõttu 0,28 sekundit, ehk teisisõnu on auto 10kraadise õhutemperatuuri juures 0,17 sekundit kiirem, kui 20kraadises õhus.
Enne 2013. aastat, mil olid kasutusel vabalt hingavad mootorid, pigistati jõuallikast jahedama ilmaga välja veidi rohkem võimsust. Tänaste turbomootoritega on kütuse kasutamine piiratud 100 kilogrammiga tunnis, mistõttu suudab kompressor vajaminevat õhku mootorisse pressida täiesti piisaval hulgal ka kuumemates oludes või merepinnast oluliselt kõrgemal. Aga lisaks eelnevale tuleb arvestada ka rehvidega, sest kümnekraadine soojenemine tõstab ka rajapinna temperatuuri ja see võib sõltuvalt kasutatavast rehvisegust auto kiirust kas tõsta või vähendada.
Kõige sellega peavad F1-tiimide insenerid pidevalt arvestama. Veel ühe näitena võib tuua vedrustust, millega reguleeritakse muuhulgas ka auto kliirensit, mille roll on viimastel aastatel mitmete erinevate piirangute kehtestamisega aerodünaamikale oluliselt kasvanud. Auto kliirens ehk siis kõrgus maapinnast püütakse tänastel autodel seadistada kaldega selliselt, et auto oleks eest madalam.
Mida madalamal raja pinna suhtes on auto eest, seda rohkem surujõudu toodab esitiib. Taga paikneb difuusor, mis vastupidi, on vaja efektiivsemaks toimimiseks kõrgemale tõsta. Ent siiski mitte väga kõrgele, sest difuusori kõrgusel on teatud optimaalne punkt, kus see töötab kõige efektiivsemalt. Auto kliirensit reguleeritakse vedrustusega, kuid autole mõjuvad kurvides väga suured aerodünaamilised jõud, mis ühest küljest on vajalikud optimaalse surujõu saavutamiseks, aga samas püüavad need autot kallutada. Küljele kaldudes ei anna aerodünaamilised elemendid enam optimaalset efekti ja seetõttu on F1-auto vedrustus suhteliselt jäik, kuigi pehmema vedrustusega oleks rehvide haakumine teekattega jällegi parem.
Kõiki neid auto kaldeid ette ja taha ning küljelt küljele mõõdetakse aeganõudvate katsetustega tuuletunnelis, arvutades täpselt välja optimaalse aerodünaamilise seadistuse koostöös vedrustusega. Kõigiks nendeks arvutusteks kasutatakse väga keerulisi arvutiprogramme koos kõige kaasaegsemate projekteerimisprogrammidega.
Tänapäeval, mil F1-autodele esitatud tehnilised reeglid nii mootorite kui aerodünaamika osas on väga suurte piirangutega, võetakse autode konstrueerimisel arvesse nii pisikesi detaile ja nüansse, et see protsess kannatab täiesti välja võrdluse NASA kosmoseprogrammidega.
Eriti puudutab see aerodünaamikaga seotut, sest õhuvoolude käitumist, auto ümber keerlevate turbulentside liikumist ja mõju uuritakse pidevalt ning nagu ka lennunduses, avastatakse ka F1-autodega seotud uurimistes alatasa midagi uut. Olgu kasvõi veel ühe näitena F1-autode konstrueerimise täppisteadusest toodud asjaolu, et õhuvoolude käitumisega seoses, mis mõjutavad nii surujõudu kui ka õhutakistust, uuritakse tänapäeval neid isegi molekulaarsel tasemel.
Igale pinnale kinnitub molekulidega mõõdetav kogus õhku ja nii ka F1-auto pinnale. Kui auto liigub ligi 300 kilomeetrise tunnikiirusega läbi seisva õhu, hakkab auto pinnale kinnitunud õhukiht kasvama, sest pinnale kinnitunud õhumolekulid, mida nimetatakse ka piirkihiks, liidavad endaga mööda tuiskavaid õhumolekule. Nii hakkab see piirkiht kasvama ja kasvab isegi kuni mõne millimeetri paksuseks – kuni see pinnalt lahti rebitakse. Kui rebimine toimub n-ö kontrollimatult, kasvatab see omakorda õhutakistust – nii et seda protsessi uurivad ka F1-tiimide targad pead.
Need olid vaid mõned üksikud näited, kui keeruliseks on muutunud tänapäeval F1- autode konstrueerimine ja millise tõelise täppisteadusega on tegemist.

Lisa kommentaar

Turvaküsimus: *