Aerodynamik in der Formel 1: Wie der Luftstrom Geschwindigkeit und Leistung beeinflusst

Die Fähigkeit eines Autos, sich in der Luft zu manövrieren, hat einen erheblichen Einfluss auf seine Geschwindigkeit und Leistung in der Formel 1.

Daher ist es entscheidend, ein Auto mit der bestmöglichen Aerodynamik zu konstruieren, wenn man konkurrenzfähige Rundenzeiten fahren will.

Die Aerodynamik hat neben der Geschwindigkeit auf der Geraden einen erheblichen Einfluss auf die Gesamtstabilität, das Kurvenverhalten und den Reifenverschleiß des Fahrzeugs.

Durch das richtige Gleichgewicht zwischen aerodynamischer Effizienz und den anderen Leistungselementen, die zum Erfolg eines Formel-1-Autos beitragen, besteht das ultimative Ziel darin, die Gesamtleistung zu maximieren.

Aerodynamische Komponenten eines Formel-1-Autos

Hier ein kurzer Überblick über die verschiedenen aerodynamischen Komponenten, die ein Formel-1-Auto ausmachen:

Vorderflügel

Eine der wichtigsten Komponenten eines F1-Autos ist der Frontflügel.

Um Nachlauf (langsame Luft) zu reduzieren und die Leistung zu verbessern, spielt es eine bedeutende Rolle bei der Erzeugung von Abtrieb und der Lenkung des Luftstroms um das Auto herum, insbesondere um die Vorderreifen.

Dank der Wirbel, die die Spitzen der Flügelteile erzeugen, kann das Auto mit höheren Geschwindigkeiten und mit verbesserter Kurvenlage fahren.

Heckflügel

Zusammen mit dem Frontflügel gleicht der Heckflügel die Aerodynamik des Autos aus, indem er Abtrieb erzeugt.

Für eine optimale Leistung erzeugen diese Teile in Verbindung mit dem Diffusor den größtmöglichen Abtrieb.

Das Drag Reduction System (DRS), das ebenfalls im Heckflügel untergebracht ist, kann die Spitzengeschwindigkeit erhöhen und den Luftwiderstand verringern, wenn es aktiviert wird, und den Fahrern eine bessere Chance bieten, langsamere Fahrzeuge zu überholen.

Seitenkästen

Um das Auto so dicht wie möglich zu packen und Kühler und Krümmer unterzubringen, um den Luftwiderstand zu reduzieren, sind Seitenkästen erforderlich.

Ihr Layout und ihre Anordnung tragen auch zur Kühlung des Antriebsaggregats bei und verhindern eine Überhitzung des Automotors und anderer Teile.

Der Frontflügel und die Seitenkästen arbeiten zusammen, um den Luftstrom zum Diffusor zu leiten, der den größten Teil des Abtriebs des Fahrzeugs erzeugt.

Diffusor

Der Großteil des von der Unterseite des Fahrzeugs erzeugten Abtriebs wird durch den Diffusor erzeugt, der sich in der Nähe des Hecks des Fahrzeugs befindet.

Um Niederdruckregionen zu erzeugen, die Abtrieb erzeugen, arbeitet es, indem es den Luftstrom unter dem Fahrzeug beschleunigt.

Ein effektiver Luftstrom wird durch einen gut gestalteten Diffusor garantiert, der auch die Leistung des gesamten Fahrzeugs erheblich steigert.

Suspension

Die Aufhängung steuert als Bindeglied zwischen dem Auto und seinen Rädern, wie das Auto auf die Straße und die Eingaben des Fahrers reagiert.

Es ist unerlässlich, um ein Auto im Gleichgewicht zu halten, Stabilität zu gewährleisten und Spitzenleistung zu gewährleisten.

Typischerweise enthält ein Formel-1-Auto sechs Strukturkomponenten pro Rad, die helfen, das Auto zu stabilisieren und Straßenstöße zu absorbieren, wodurch die ideale Umgebung für eine gute Aerodynamik geschaffen wird.

Boden

Um den Abtrieb zu maximieren, konzentrieren sich die Teams aufgrund des Formel-1-Reglements 2022 nun auf die Unterseite des Autos.

Die überarbeiteten Anforderungen erlauben jetzt mehr Varianz in der Unterbodengeometrie und geben Designern mehr Freiheit, die allgemeine Form des Bodens und den Übergang von der Bezugsebene zu variieren.

Um die Strömung durch den gebauten „Tunnel“ zu regulieren, wurde der Red Bull RB18 als Beispiel verwendet, mit einer Krümmung, die auf allen Oberflächen sichtbar ist, und einem geformten Finish im Übergangsbereich und im abgestuften Bootsheckabschnitt.

Die Teams haben sich auch auf den Rand des Bodens konzentriert und im Laufe des Jahres 2022 große Ressourcen in die Entwicklung investiert, obwohl die Gesetze die Fähigkeiten der Designer in diesem Bereich teilweise einschränken.

Um die Leistung sowohl direkt als auch indirekt zu verbessern, haben die Teams Ausschnitte und Bodengeometrien verwendet.

Die gestufte Bootshecklösung und die „Schlittschuh“-Lösung, die eine physikalische Grenze für den Bereich des Bodens setzt, wenn die Fahrhöhe abnimmt, während sie gleichzeitig aerodynamische Unterstützung für die konkurrierenden Strömungsstrukturen bieten, die in diesen Bereich münden, wurden von anderen Teams übernommen. Red Bull war besonders innovativ in seinem Designansatz.

Der Einfluss aerodynamischer Vorschriften auf Formel-1-Designs

Die Regeln zur Regelung der Aerodynamik in der Formel 1 wurden im Laufe der Jahre mehrfach überarbeitet.

Ziel ist es, das Wettbewerbsniveau des Sports aufrechtzuerhalten und engere Rennen zu fördern, was das Gesamtspektakel für die Zuschauer verbessern wird.

Die Teams sind gezwungen, ihre Fahrzeuge zu modifizieren und umzubauen, wenn sich die Vorschriften ändern, um die Leistung zu maximieren und gleichzeitig die neuen Richtlinien einzuhalten.

Aerodynamische Methoden und Komponenten sind als Ergebnis dieses fortlaufenden Zyklus von Erfindungen und Anpassungen immer ausgefeilter geworden.

Die Wissenschaft hinter der Aerodynamik: Computational Fluid Dynamics

Formel-1-Teams setzen häufig Computational Fluid Dynamics (CFD) ein, um zu analysieren, wie sich der das Auto umgebende Wind während des Design- und Entwicklungsprozesses verhält.

Bei der Entwicklung eines F1-Autos muss ein sorgfältiges Gleichgewicht zwischen Theorie, Experimenten und Praxis gefunden werden.

Teams können CFD-Simulationen verwenden, um besser zu verstehen, wie sich die Aerodynamik des Autos infolge verschiedener Designänderungen ändern wird, wodurch die Leistung rundum gesteigert wird.

Die Teams können die ideale Kombination aus Geschwindigkeit und Stabilität erreichen, indem sie CFD-Analysen auf das Design anwenden und die Aerodynamik des Autos feinabstimmen.

Aktive Aerodynamik in der Formel 1: DRS und F-Kanäle

Aktive Aerodynamik ist in der Formel 1 eine relativ neue Idee.

Das Drag Reduction System (DRS), das einen beweglichen Heckflügel hinzufügt, um das Überholen zu erleichtern, ist ein bemerkenswertes Beispiel für aktive Aerodynamik.

Die DRS-Technologie gibt dem Auto einen Vorteil beim Aufholen zum Fahrzeug eines Konkurrenten, indem es den Luftwiderstand verringert.

Der F-Duct ist ein System, das den Luftstrom durch einen einstellbaren Kanal modifiziert, um den Luftwiderstand am Frontflügel zu verringern, wodurch die aerodynamische Effizienz des Fahrzeugs weiter verbessert wird, und ist ein weiteres berühmtes Beispiel für aktive Aerodynamik.

Das Gleichgewicht zwischen Aerodynamik und anderen Leistungsfaktoren

Während die Aerodynamik eine große Rolle bei der Leistung der Formel 1 spielt, ist sie nicht der einzige Aspekt, der den Erfolg eines Autos beeinflusst.

Faktoren wie Motorleistung, Reifenhaftung, Gewichtsverteilung und Fahrkönnen sind alle entscheidend, um die perfekte Balance für siegreiche Leistungen zu erreichen.

Darüber hinaus erfordern die Herausforderungen der verschiedenen Strecken im Formel-1-Kalender unterschiedliche Aerodynamik-Setups, was bedeutet, dass das Erreichen der perfekten Balance während der gesamten Saison ein ständiger Kampf ist.

Die Zukunft der Aerodynamik im Formel-1-Rennsport

Die Zukunft der Aerodynamik in der Formel 1 steckt voller Möglichkeiten.

Mit dem Fortschritt der Technologien und der Einführung neuer Innovationen wird der Sport die Leistungsgrenzen weiter verschieben.

Zu den jüngsten Entwicklungen gehört die Einführung der Bodeneffekt-Aerodynamik, ein Konzept, das in der Vergangenheit verwendet wurde und in der Verordnung von 2022 zurückkehren könnte, um die Abtriebserzeugung weiter zu verbessern.

Darüber hinaus konnten wir die Implementierung formwandelnder aerodynamischer Teile sehen, die sich im laufenden Betrieb an sich ändernde Streckenbedingungen und -anforderungen anpassen.