Slipstream en vieze lucht in Formule 1

Slipstream is een aerodynamisch gevolg waarbij een auto die dicht achter een andere rijdt, profiteert van verminderde luchtweerstand. Dit effect ontstaat doordat de voorste auto een ‘gat’ in de lucht snijdt, waardoor de achtervolgende auto minder energie hoeft te gebruiken om door de lucht te bewegen.

Hierdoor kan de achtervolgende auto sneller accelereren en een hogere topsnelheid bereiken. Het verschil in snelheid kan oplopen tot 20-30 km/u, afhankelijk van het circuit.

Vieze lucht, daarentegen, verwijst naar de turbulente luchtstroom die een Formule 1 auto achterlaat. Deze verstoorde lucht vermindert de downforce van de achtervolgende auto, wat resulteert in minder grip in bochten.

Dit maakt het moeilijker voor coureurs om dicht achter elkaar te rijden in bochtige secties van het circuit, wat het inhalen bemoeilijkt.

Het samenspel tussen slipstream en vieze lucht vormt een cruciaal onderdeel van de racestrategie in de Formule 1. Coureurs moeten constant afwegen tussen het voordeel van slipstream op rechte stukken en het nadeel van vieze lucht in bochten.

Dit dynamische aspect van aerodynamica heeft een grote invloed op de race-uitkomsten en zorgt voor spannende gevechten op de baan.

De fysica achter een slipstream

Slipstream is een fascinerend aerodynamisch verschijnsel dat een cruciale rol speelt in de Formule 1. Het principe achter slipstream is gebaseerd op de manier waarop lucht zich gedraagt rond een snel bewegend object.

Wanneer een auto met hoge snelheid door de lucht beweegt, creëert deze een gebied van hoge druk aan de voorkant en een gebied van lage druk aan de achterkant.

Dit lagedrukgebied achter de auto, ook wel bekend als een ‘vacuüm’, is waar het slipstream-effect optreedt. Een achtervolgende auto die in dit gebied rijdt, ondervindt aanzienlijk minder luchtweerstand. Dit komt doordat de voorste auto al een groot deel van de lucht heeft verplaatst, waardoor de achtervolgende auto minder energie hoeft te gebruiken om door de lucht te snijden.

Het resultaat van dit verminderde energieverbruik is dat de achtervolgende auto sneller kan accelereren en een hogere topsnelheid kan bereiken.

In de praktijk kan dit leiden tot een snelheidsvoordeel van 20 tot 30 kilometer per uur, afhankelijk van factoren zoals de vorm van het circuit en de afstand tussen de auto’s. Jack Chilvers, aerodynamicus bij Williams F1 Racing, legt uit:

“De leidende auto produceert circulatie achter de auto terwijl deze downforce genereert. Dit creëert een gebied met lagere druk achter de auto. Als de volgende auto dicht genoeg is, kan deze dit effect gebruiken om in die lagedrukzone te worden ‘getrokken’.”

Deze uitleg onderstreept hoe complex en subtiel het slipstream-effect is. Het is niet simpelweg een kwestie van ‘achter een andere auto rijden’, maar vereist nauwkeurige positionering en timing om maximaal voordeel te behalen.

Strategische toepassing van slipstream tijdens races

Het benutten van slipstream is een essentieel onderdeel van de racestrategie in de Formule 1. Coureurs en teams besteden veel aandacht aan het optimaal gebruiken van dit aerodynamische voordeel om posities te winnen of te verdedigen. De effectiviteit van slipstream varieert per circuit, waarbij lange rechte stukken de meeste kansen bieden voor slipstream-manoeuvres.

Een van de meest voorkomende toepassingen van slipstream is bij inhaalacties. Een coureur die dicht achter zijn concurrent rijdt, kan gebruik maken van de verminderde luchtweerstand om extra snelheid op te bouwen.

Statistieken tonen aan dat het aantal inhaalacties is toegenomen sinds de introductie van de nieuwe regels, wat wijst op een verbetering van de racekwaliteit.

Vervolgens kan de coureur deze extra snelheid gebruiken om langs de concurrent te komen, vaak net voor een remzone aan het einde van een lang recht stuk. Slipstream speelt ook een belangrijke rol tijdens kwalificatiesessies. Teams proberen vaak hun coureurs zo te positioneren dat ze kunnen profiteren van elkaars slipstream.

Dit werd duidelijk tijdens de kwalificatie voor de Grand Prix van Abu Dhabi in 2021, waar Sergio Perez zijn teamgenoot Max Verstappen hielp door hem een ’tow’ (slipstream) te geven, wat resulteerde in een verbeterde rondetijd voor Verstappen.

Het strategische gebruik van slipstream kan ook defensief worden ingezet. Coureurs die hun positie willen verdedigen, kunnen proberen de slipstream van hun achtervolger te ‘breken’ door licht van links naar rechts te bewegen op rechte stukken. Dit maakt het moeilijker voor de achtervolgende coureur om in de optimale slipstream-positie te blijven.

Een interessante statistiek die het belang van slipstream onderstreept, is het aantal inhaalacties per seizoen. In 2016 waren er 866 inhaalacties in het seizoen, terwijl dit aantal in 2017 daalde naar 435.

Deze significante daling werd grotendeels toegeschreven aan veranderingen in de aerodynamica van de auto’s, die het moeilijker maakten om effectief gebruik te maken van slipstream.

De uitdagingen van vieze lucht

Terwijl slipstream een voordeel kan bieden op rechte stukken, zorgt ‘vieze lucht’ voor aanzienlijke uitdagingen in bochtige secties van het circuit. Vieze lucht, ook wel bekend als turbulente lucht, is de verstoorde luchtstroom die een auto achterlaat.

Deze turbulentie heeft een significant negatief effect op de aerodynamische prestaties van de achtervolgende auto. Het grootste probleem met vieze lucht is dat het de downforce van de achtervolgende auto vermindert. Downforce is cruciaal voor de grip van een auto, vooral in bochten.

Wanneer een auto door vieze lucht rijdt, verliest deze een aanzienlijk deel van zijn downforce, wat resulteert in minder grip en lagere bochtsnelheden.De impact van vieze lucht op de prestaties van een F1-auto is aanzienlijk.

Volgens schattingen kan een auto die binnen één seconde van zijn voorganger rijdt, tot 35% van zijn downforce verliezen. Dit verlies aan downforce vertaalt zich direct in verminderde grip en lagere bochtsnelheden. Een coureur die last heeft van vieze lucht, ervaart de volgende effecten:

• Verminderde grip in bochten
• Hogere bandenslijtage
• Moeilijkere controle over de auto
• Verminderd vermogen om dicht achter een andere auto te blijven

Deze effecten maken het bijzonder uitdagend voor coureurs om in te halen, vooral op circuits met veel bochten. Het resultaat is vaak dat auto’s ’treintjes’ vormen, waarbij ze wel dicht bij elkaar kunnen rijden, maar moeite hebben om daadwerkelijk in te halen.

De FIA erkent de uitdagingen die vieze lucht met zich meebrengt en heeft in recente jaren verschillende regelwijzigingen doorgevoerd om het probleem aan te pakken. Deze wijzigingen zijn gericht op het verminderen van de turbulentie die auto’s genereren en het verbeteren van de mogelijkheden voor coureurs om elkaar te volgen en in te halen.

Impact van vieze lucht op banden en remmen

De effecten van vieze lucht in de Formule 1 strekken zich verder uit dan alleen verminderde downforce. Een vaak onderschat aspect is de invloed op de prestaties van banden en remmen.

De verstoorde luchtstroom heeft namelijk een significant effect op de koeling van deze cruciale onderdelen, wat kan leiden tot aanzienlijk prestatieverlies.

Wanneer een auto door schone lucht rijdt, stroomt koele lucht langs de banden en remmen, wat helpt bij het reguleren van hun temperatuur. Echter, wanneer een auto in vieze lucht rijdt, wordt deze koelende luchtstroom verstoord. Dit resulteert in hogere temperaturen van zowel de banden als de remmen

Voor de banden betekent dit:

• Snellere slijtage
• Verminderde grip
• Verhoogd risico op blaren of zelfs falen van de band

Voor de remmen zijn de gevolgen:

• Verminderde remkracht
• Risico op oververhitting
• Potentieel falen van het remsysteem bij extreme omstandigheden

Deze effecten dwingen coureurs vaak om hun rijstijl aan te passen wanneer ze dicht achter een andere auto rijden. Ze moeten mogelijk eerder remmen voor bochten en kunnen minder agressief zijn bij het uitkomen van bochten om overmatige bandenslijtage te voorkomen.

Een interessante statistiek die de impact van vieze lucht op bandenprestaties illustreert, is dat coureurs die dicht achter een andere auto rijden, tot 30% meer bandenslijtage kunnen ervaren vergeleken met rijden in schone lucht.

Dit kan een significant effect hebben op de pitstopstrategie en de algehele raceprestaties. De uitdagingen die vieze lucht met zich meebrengt voor banden- en remprestaties onderstrepen het belang van effectief thermisch management.

Teams besteden veel tijd en middelen aan het ontwikkelen van koelsystemen en het optimaliseren van de luchtstroom rond de auto om deze effecten te minimaliseren.

Aerodynamische innovaties tegen vieze lucht

In de voortdurende strijd tegen de nadelige effecten van vieze lucht, hebben F1-teams en de FIA verschillende innovatieve aerodynamische oplossingen ontwikkeld. Deze aanpassingen zijn gericht op het verminderen van de turbulentie die auto’s genereren en het verbeteren van de mogelijkheden voor coureurs om elkaar te volgen en in te halen.

Een van de meest significante veranderingen in recente jaren is de introductie van vereenvoudigde voorvleugels en bredere achtervleugels.

Deze aanpassingen zijn ontworpen om de luchtstroom rond de auto te ‘schonen’, waardoor de turbulentie die de achtervolgende auto ervaart, wordt verminderd. Andere belangrijke aerodynamische innovaties omvatten:

• Gestroomlijnde sidepods: Deze helpen bij het kanaliseren van de luchtstroom langs de zijkanten van de auto, wat de turbulentie achter de auto vermindert.
• Verbeterde vloerontwerpen: De vloer van een F1-auto speelt een cruciale rol in het genereren van downforce. Nieuwe ontwerpen zijn gericht op het creëren van meer downforce met minder turbulente uitstroom.
• Aangepaste diffusers: Deze helpen bij het effectiever geleiden van de luchtstroom onder en achter de auto.

De effectiviteit van deze aanpassingen vinden we terug in de onderstaande informatie, die het geschatte downforceverlies laat zien voor een achtervolgende auto onder verschillende regelsets:

Deze cijfers tonen een aanzienlijke verbetering in de mogelijkheid voor auto’s om elkaar te volgen, wat direct bijdraagt aan spannendere races en meer inhaalacties. Pat Symonds, technisch directeur van de Formule 1, benadrukt het belang van deze ontwikkelingen:

“Ons doel is om auto’s te creëren die elkaar kunnen volgen zonder significante prestatiesverliezen. De nieuwe regelgeving en aerodynamische ontwikkelingen zijn een grote stap in die richting.”

Deze voortdurende focus op aerodynamische innovatie onderstreept het belang dat de Formule 1 hecht aan het verbeteren van de racekwaliteit en het bieden van meer kansen voor coureurs om hun vaardigheden te tonen in directe competitie.

Regelgeving

De Formule 1 heeft in de loop der jaren verschillende regelwijzigingen doorgevoerd om de effecten van vieze lucht te verminderen en de kwaliteit van het racen te verbeteren. Deze aanpassingen weerspiegelen de voortdurende inspanningen van de sport om een balans te vinden tussen technologische innovatie en spannende races.

Een van de meest ingrijpende veranderingen was de introductie van nieuwe technische reglementen in 2022. Deze regels waren specifiek ontworpen om het ‘vuile lucht’-probleem aan te pakken en het voor auto’s gemakkelijker te maken om elkaar te volgen. Enkele belangrijke aspecten van deze regelwijzigingen zijn:

• Vereenvoudigde aerodynamica aan de bovenkant van de auto
• Meer nadruk op ‘ground effect’ voor het genereren van downforce
• Gestandaardiseerde onderdelen om de aerodynamische complexiteit te verminderen

De impact van deze veranderingen is significant. Volgens simulaties en vroege racedata kunnen auto’s nu tot 80% van hun downforce behouden wanneer ze een andere auto op korte afstand volgen, vergeleken met slechts 55% onder de vorige regels.

Naast deze technische veranderingen heeft de FIA ook operationele regels aangepast om het racen te verbeteren. Een voorbeeld hiervan is de introductie van het DRS , dat coureurs een tijdelijk aerodynamisch voordeel geeft om het inhalen te vergemakkelijken.

Ross Brawn, voormalig Managing Director van de Formule 1, benadrukte het belang van deze veranderingen:

“Ons doel is om races te creëren waar coureurs echt met elkaar kunnen strijden, zonder gehinderd te worden door overmatige aerodynamische verstoringen. De nieuwe regels zijn een grote stap in die richting, maar we blijven innoveren en verbeteren.”

Kijkend naar de toekomst, blijft de Formule 1 zich richten op verdere verbeteringen in aerodynamica en racekwaliteit. Er wordt gesproken over mogelijke toekomstige ontwikkelingen zoals:

• Verdere verfijning van ground effect-technologieën
• Onderzoek naar actieve aerodynamica
• Mogelijke introductie van nieuwe materialen die aerodynamische efficiëntie verbeteren