F1 Tech: Bijzondere vloer van Red Bull vergeleken met Ferrari en Mercedes

Na een enorme omwenteling in het voorbije jaar blijft het technisch reglement voor 2023 grotendeels stabiel. Het betekent dat de koningsklasse van de autosport vasthoudt aan het grondeffect. Voor de oorsprong van dat concept moeten we terug naar 1928, naar een ingezonden brief van René Prevost in het Britse tijdschrift The Automobile Engineer. Hij stelde zich voor als luchtvaartliefhebber en meende de autosport vooruit te kunnen helpen met zijn kennis van de luchtvaart. Zijn idee was simpel: als vleugels helpen om een vliegtuig de lucht in te krijgen, dan moet het tegenovergestelde ook mogelijk zijn. Hij stelde voor om de complete vloer van een auto tot een soort omgekeerde vliegtuigvleugel te maken. Het zou ‘negatieve lift’ opleveren en de auto tegen de grond plakken.

De ideeën van Prevost vonden weinig gehoor, maar veertig jaar later werden ze afgestoft door de Britse engineer Peter Wright. Bij BRM werkte hij samen met Tony Rudd al aan grondeffect-plannen, maar ontbraken de financiële middelen. Bij March was er financieel meer mogelijk, maar bleek het concept nog niet zo effectief doordat het duo de randen en daarmee de luchtstroom niet goed wist af te bakenen. De doorbraak was wel nabij en volgde bij de overstap van Wright naar Lotus. De Lotus op basis van het grondeffect bleek goed voor zes overwinningen en de daaropvolgende Lotus 78 zou Mario Andretti zelfs zijn enige wereldtitel schenken. Concurrenten kopieerden het concept gretig, zo ook Ferrari dat in 1979 met Jody Scheckter de titel greep. Het succes van het grondeffect kwam echter tegen een prijs. Zo was het concept nog niet heel geavanceerd en lieten de gevolgen zich raden als alle downforce ineens wegviel. Tel daarbij op dat de faciliteiten (circuits) nog niet volgens de huidige standaard waren en het grondeffect werd eind 1982 in de ban gedaan uit veiligheidsoverwegingen.

Het grondeffect uitgelegd: Venturi en de wet van Bernoulli

Veertig jaar na dato zijn de ideeën afgestoft en teruggekeerd in F1. De uitvoering is nu beter, maar het principe nog wel vergelijkbaar. Dat principe is gebaseerd op de Venturi-tunnels, vernoemd naar de Italiaanse natuurkundige Giovanni Battista Venturi. Zijn idee is even simpel als effectief: creëer een vernauwing in een oppervlakte en de lucht gaat sneller stromen. In het geval van de vloertunnels in de Formule 1 betekent het dat die aan de voor- en achterkant verder boven het asfalt staan dan in het midden. In het midden zit dus de vernauwing waar Venturi het over heeft. De lucht gaat daardoor sneller stromen in de vloertunnels zelf naarmate het dichter bij de vernauwing komt. Dat sluit dan weer perfect aan bij de wet van Bernoulli. Die schrijft namelijk voor dat sneller stromende lucht zorgt voor een lagere druk, een klein lagedrukgebied dus. Dit leidt er natuurlijk toe dat de auto als het ware naar de grond wordt gedrukt en dus dat er downforce wordt gegenereerd onder de vloer – hetgeen ook meteen een pre is omdat het weinig tot geen vuile lucht oplevert.

Het is in een notendop de belangrijkste pijler onder het huidige F1-reglement, hetgeen overigens valt of staat met twee factoren. Ten eerste is de vormgeving van de tunnels richting de vernauwing van groot belang om de luchtstroom zoveel mogelijk te versnellen en zo goed mogelijk te dirigeren, en dus om zoveel mogelijk downforce te genereren. Ten tweede is het cruciaal om de vloerranden goed af te scheiden. Bij een lagere druk onder de vloer wil lucht van de zijkant (waar de druk hoger is) onder de vloer komen. Dat zou het drukverschil logischerwijs verkleinen en het grondeffect dus minder effectief maken. Het zou simpelweg downforce kosten en daarmee rondetijd. Daardoor moet de luchtstroom afgescheiden worden, waarbij de vloerranden van groot belang zijn. Met de structuur van die randen – daardoor ook vaak zo complex op het eerste oog – proberen teams een scheiding te creëren, om het verschil tussen de drukgebieden zo groot mogelijk te houden.

De vloeren van Red Bull, Ferrari en Mercedes vergeleken

De onderkant van de vloer is door dit alles één van de belangrijkste ingrediënten voor succes in de moderne Formule 1. Het is daardoor ook meteen het gedeelte dat F1-teams het liefst geheim houden. Desondanks zijn er vorig jaar wel degelijk enkele foto’s opgedoken van de Red Bull-, Ferrari- en Mercedes-vloer. Het gebeurde onder meer toen de auto werd opgetakeld na een crash (Carlos Sainz in Imola bijvoorbeeld, Sergio Perez in Monaco Q3) of doordat monteurs zo vriendelijk waren om de vloer eens buiten de pitbox om te draaien, in het zicht van de fotografen.

Bij een vergelijking van de drie topteams valt op dat de onderkant van de Red Bull-vloer iets complexer oogt dan die van Ferrari en Mercedes. Zo springen er bij het ontwerp van Adrian Newey al snel drie dingen in het oog. Om te beginnen kent de vloer meer verbuigingen en scherpere hoeken dan die van Ferrari en Mercedes. Het is bijvoorbeeld te zien rond de lager gelegen delen van de vloer, waar zware onderdelen als de tank en batterij in verwerkt zijn. Dit is natuurlijk om het zwaartepunt van de auto zo laag mogelijk te krijgen. Bij Ferrari en Mercedes is de afscheiding tussen dat lager gelegen deel en de tunnelkanalen vrij ovaal vormgegeven, terwijl Red Bull voor een vierkanter ontwerp met scherpere hoeken heeft gekozen. Het oppervlakte van de tunnels zelf is ook niet zo egaal als bij Ferrari en Mercedes, en kent meer verbuigingen en vertakkingen – zoals op de onderstaande afbeelding onder meer te zien is bij de cijfers 1 en 2.

Aan de achterkant van de vloer is het ook weer te zien aan de trapsgewijze vertakkingen bij nummer 3. De Britten noemen dit een ‘boattail end’, hetgeen afwijkt van wat de voornaamste uitdagers aan het begin van 2022 hadden. Het derde punt is vorig jaar al eens besproken en bij het cijfer 4 goed te zien: de zogenaamde ‘ice skates’. Deze ijzertjes ogen extreem simpel, maar hebben twee verschillende gevolgen. Ten eerste hebben ze effect op de luchtstroom aan de achterkant van de vloertunnels richting de diffuser – een aerodynamisch effect dus – en ten tweede vormen ze een buffer tussen de vloer en het asfalt. Hierdoor raken de bodemplank en de skid blocks niet meteen het asfalt bij iedere verticale beweging en voldoen de skid blocks na de race dus nog altijd aan de door de FIA voorgeschreven dikte. Het mag geen verrassing heten dat deze ijzertjes na de eerste foto’s van de Red Bull-vloer ook spoedig op andere auto te vinden waren. Dit is immers laaghangend fruit.

Wie de foto’s van Red Bull, Ferrari en Mercedes verder met elkaar vergelijkt, kan concluderen dat de twee laatstgenoemde teams ogenschijnlijk iets meer op safe hebben gespeeld met het ontwerp van de onderkant in het eerste jaar van de reglementen. Vreemd is dat natuurlijk niet. De agressievere vormgeving van Red Bull kan de luchtstroom namelijk optimaal geleiden als alles samenwerkt, maar daar is wel een extreem goed begrip van het grondeffect voor nodig. Erg vergevingsgezind is het design niet, waardoor het een onvoorspelbare auto oplevert als niet alles perfect op elkaar is afgestemd. Bij Newey is dat – mede doordat hij is afgestudeerd op het grondeffect – aardig het geval maar bij twijfel luidt het motto niet inhalen. Bovendien is de vloer van Ferrari, hoe simpel die aan de onderkant en zijkant ook mag ogen, bijzonder effectief gebleken. De manier waarop dat concept samenhangt met de rest van de auto werkt dus op een hele andere manier ook meer dan goed.

Een kick point van meerwaarde of juist niet?

Een laatste aspect dat opvalt bij het vergelijken van de 2022-vloeren is dat Ferrari en Mercedes aan het begin van het seizoen allebei met een duidelijk kick point werkten. Ferrari had één kick point bij de start van het seizoen in Bahrein, Mercedes twee richting de achterkant van de vloer. Een kick point is een plek waar de vloer in hoogte verspringt. Het betekent dat de vloer meteen na het kick point omhoog loopt en dat de aanzuigende werking vanaf daar minder wordt. Vlak voor het kick point wordt lokaal juist bijzonder veel downforce gegenereerd, passend bij de wet van Bernoulli.

In principe is dit natuurlijk wat teams willen, zoveel mogelijk downforce genereren. Maar omdat vlak voor het kick point op één plek veel neerwaartse druk wordt gegenereerd, wordt de auto daar ook vrij hevig naar de grond gedrukt. Het kan porpoising in de hand werken. Daarbij moet opgemerkt dat porposing niet zo simpel te verklaren is als dit, anders had Mercedes het natuurlijk al veel eerder opgelost. Het valt of staat met het gehele concept en niet met één aspect. Maar het is wel een interessant gegeven dat Ferrari en Mercedes met zo’n kick point relatief veel last van het gestuiter hadden en dat Red Bull er niet mee worstelde zonder duidelijk kick point aan de achterkant.

Het totaalplaatje maakt dat een zeldzame blik op de vloer zeer interessante dingen kan blootleggen voor de tech-liefhebber. En natuurlijk ook zeker voor concurrerende teams. Vervolgvraag luidt dan ook of het concept van Red Bull de concurrenten inspiratie heeft gegeven en dat we aspecten ervan in 2023 bij andere teams terug gaan zien. Aan kopiëren zitten echter wel veel haken en ogen, omdat je eveneens moet begrijpen waarom een bepaald team iets doet. Maar goed, de achtervolgers in F1 zijn natuurlijk ook niet op hun achterhoofd gevallen. Dit hele verhaal betekent overigens ook dat we nog lang niet alles weten als teams de doeken in februari van hun nieuwe auto’s trekken. De eerste plaatjes zijn leuk en aardig, maar het echte werk zit onder de vloer. Dan maar hopen dat monteurs ons in Bahrein al een handje willen helpen, door fotografen wederom dergelijke beelden te gunnen…

Bekijk bovenaan deze pagina de volledige technische analyse en de veranderingen aan het F1-reglement voor 2023, uitgelegd in een extra uitzending van de F1-update.