Kỹ thuật F1

Khí động lực học và thiết kế cánh gió trước xe công thức 1

Một chiếc xe đua công thức 1 (F1) hiện đại có thiết kế khác với các xe hơi chạy trên đường như bạn thường thấy mà giống với máy bay phản lực chiến đấu hơn. Việc áp dụng khí động lực học (tiếng anh gọi là Aerodynamics) là nhân tố tối quan trong trong môn thể thao đua xe tốc độ cáo này. Các đội đua chi hàng chục triệu đô để nghiên cứu và phát triển khí động học cho các xe đua hàng năm.

Các kĩ sư khí động lực học quan tâm đến 2 vấn đề chính:

  • Giảm thiểu lực cản (drag force) khi xe lướt trên đường, lực này được tạo ra bởi không khí hỗn loạn (turbulence)
  • Cân bằng Lực nén (Down Force – DF) chiếc xe để bám đường đặc biệt trong các khúc cua. 
lực nén DF và lực cản drag trên xe F1
lực nén DF và lực cản drag trên xe F1
Mô tả khí động lực học trên xe công thức 1
Mô tả khí động lực học trên xe công thức 1

Ngay từ những năm 60, nhiều đội đua F1 đã bắt đầu các nghiên cứu về việc gắn thêm cánh cho những chiếc xe đua công thức 1. Cánh gắn trên các xe đua F1 hoạt động theo nguyên lý khí động lực học như bạn thấy trên cánh máy bay tuy nhiên lại theo chiều ngược lại. Lý do rất đơn giản, máy bay tạo lực để bay lên còn xe đua tạo lực để ghìm xe xuống. Các luồng không khí đi dọc theo 2 bề mặt của cánh có nhiều tốc độ khác nhau và tạo ra sự chênh lệch về áp suất theo định luật Bernoulli. Theo định luật này áp suất sẽ có xu hướng trở về trạng thái cân bằng từ vùng cao áp về vùng thấp áp tác động lực lên hai bề mặt cánh. Một chiếc xe đua công thức 1 hiện đại có khả năng tạo ra lực nén (DF) gấp 3.5 lần trọng lượng.

Thiết kế cánh trước và cánh sau của các xe đua F thay đổi thường xuyên dựa vào yêu cầu của mỗi đường đua. Những đường đòi hỏi nhiều lực nén DF như đường đua Monaco, bạn có thể thấy những chiếc xe có thể sử dụng tối đa 2 miếng chắn rời trong khi ở đường đua Monza thì cần ít cản gió nhất có thể, giảm lực cản và tăng tốc độc trên đoạn thẳng dài.

Tất cả các thiết kế khác như mũ bảo hiểm của các tay đua, các thanh treo, đèn vv đều được đem ra để phân tích ảnh hưởng của khí động lực học. 

Các quy định mới của FIA từ năm 2009 nhằm mục đích không để các xe đua chênh nhau về tốc độ quá lớn đã làm giảm các thiết kế mang tính cách mạng trong khí động lực học F1. Cánh trước được hạ thấp, và rộng hơn trong khi cánh sau thì cao hơn và hẹp hơn và thân xe được thiết kế trơn tru hơn. Điều đặc biệt, các tay đua có thể điều chỉnh cánh trước khi đang đua, thay đổi tác động của lực nén và lực cản một cách có chủ ý. Từ năm 2011 có thêm DRS (Drag Reduction System) cho cánh sau. Hệ thống này cho phép các tay đua chỉnh cánh sau nhưng bị kiểm soát bởi thiết bị điện tử tự động. 

Mùa giải đua công thức 1 năm 2019 có nhiều thay đổi về quy định ký thuật do FIA áp dụng. Cánh trước là một trong những thiết bị khí động học quan trọng nhất trên xe đua F1, không chỉ tạo ra lực xuống phía trước, mà còn xác định chất lượng dòng không khí chảy vào phía sau xe, đặc biệt là bằng cách cố gắng giảm thiểu sự xáo trộn do lốp trước tạo ra. Thay đổi 2019 đề xuất làm cho cánh rộng hơn về nhịp (span), ở mức 2000 mm (hiện tại là 1800 mm). Điều này sẽ làm tăng lực nén xuống của những chiếc xe ở phía trước, có thể được cân bằng bởi tải trọng phía sau lớn hơn, nhưng sẽ làm tăng khó khăn về thiết kế cấu trúc xe.

Tuy nhiên, quan trọng nhất là khả năng tạo hiệu ứng quét ra từ cánh trước sẽ bị bỏ đi. Trên đường đua, các tay đua có thể hạn chế việc vượt lên của các xe khác bằng cách tạo ra các luồng khí bất ổn từ cánh gió trước cho các xe ở phía sau. 

Thiết kế cánh gió trước xe đua công thức 1
Thiết kế cánh gió trước xe đua công thức 1

So với mùa giải 2018, năm 2019 các thiết kế cánh trước của các đội đua đều được mở rộng thêm ra khoảng 100mm, chia thành nhiều lớp khác nhau. Các thiết kế khí động lực học trên xe đua F1 gần như đã đạt mức hoàn hảo và được các đội áp dung gần giống nhau, chỉ khác ở các chi tiết rất nhỏ

Thiết kế cánh gió trước năm 2019 được chia làm 2 loại: Mercedes và Red Bull một đầu và Alfa Romeo cùng Ferrari ở đầu còn lại. Dễ dàng nhận thấy Mercedes W10 và Redbull RB15 có các cánh gió trải đều còn Alfa Romeo và Ferrari thì xuôi dần xuống ở phía cạnh ngoài.

Thiết kế cánh gió trước xe công thức 1 của các đội đua năm 2019
Thiết kế cánh gió trước xe công thức 1 của các đội đua năm 2019

Dưới đây là thiết kế chi tiết cánh gió trước của các đội đua F1 mùa giải 2019:

Alfa Romeo C38

Có thể nói, C38 là mẫu xe đua có cánh gió trước mỏng manh nhất trong 10 mẫu xe đua của năm nay. Rõ ràng với thiết kế như thế này, Alfa Romeo đã ưu tiên việc điều hướng dòng không khí đi xung quanh lốp xe hơn là tăng lực ép xuống mặt đường.

xe đua công thức 1 - Alfa Romeo C38
xe đua công thức 1 – Alfa Romeo C38

Ferrari SF90

Cùng một kiểu nhưng thiết kế trên SF90 của Ferrari tối ưu hơn so với Alfa Romeo, 5 cánh gió xếp lớp được nâng cao hẳn từ trung tâm trước khi chụm lại dần ở điểm kết thúc. Thiết kế cánh gió lượn sóng không chỉ hỗ trợ luồng không khí xung quanh bánh xe mà còn tạo nên một họng hút gió giúp tăng lực ép một cách hiệu quả.

xe đua công thức 1.  Ferrari SF90
xe đua công thức 1. Ferrari SF90

Honda Toro Rosso STR14

Phân đội trẻ của Red Bull dưới logo Honda sử dụng thiết kế cánh gió ngược lại hoàn toàn với đội chính. Thiết kế này tương tự của Ferrari, nhô cao ở trung tâm và chụm lại dần ở phía ngoài tuy nhiên kém tinh vi hơn đội đua của nước Ý.

xe đua công thức 1 - Honda Toro Rosso STR14
xe đua công thức 1 – Honda Toro Rosso STR14

Racing Point RP19

Thiết kế của Racing Point được đánh giá là sự hoà trộn của cả 2 phong cách như đã nêu ở phần đầu của bài viết. Đội đua non trẻ kết hợp một chút của Ferrari ở thiết kế lượn sóng nhưng nhẹ nhàng hơn, vẫn tạo ra được họng hút gió dưới gầm xe song không quá chụm lại ở điểm kết thúc phía ngoài.

xe đua công thức 1 - Racing Point RP19
xe đua công thức 1 – Racing Point RP19

McLaren MCL34

Tương tự Racing Point, mẫu MCL34 của McLaren không hạ quá thấp cánh gió mà ở mức trung bình. Các cánh gió vểnh lên một cách rõ ràng từ trung tâm ra phía mép ngoài.

xe đua công thức 1.  McLaren MCL34
xe đua công thức 1. McLaren MCL34

Renault RS19

Cách xếp lớp các cánh gió của Renault khá chật hẹp ở phần đầu và vểnh lên khá nhẹ khi kết thúc. Ở 2 bên, các yếu tố sử dụng khoảng một nửa độ sâu cho phép, nhiều hơn đáng kể so với Ferrari, và ít hơn so với Mercedes, khá trung tính.

xe đua công thức 1 - Renault RS19
xe đua công thức 1 – Renault RS19

Haas VF-19

Mặc dù được nghiên cứu chế tạo trong hầm gió của Ferrari, bởi các kỹ sư của hãng xe Ý tuy nhiên Haas VF-19 lại có kết cấu ngược lại hoàn toàn. Thiết kế này tương tự của Mercedes, tạo ra diện tích tiếp xúc rộng hơn nhưng bù lại thì không có được họng hút gió tốt như của Ferrari.

xe đua công thức 1 - Haas VF-19
xe đua công thức 1 – Haas VF-19

Williams FW42

Cách xếp lớp của đội Williams tận dụng tối đa chiều cao cho phép của FIA dành cho cánh gió trước. Thiết kế 2 cánh gió sau cùng có phần tiếp giáp chếch hẳn lên với điểm kết thúc ở 2 đầu cho phép luồng khí được điều khiển xoáy mạnh hơn vào bánh trước.

xe đua công thức 1 - Williams FW42
xe đua công thức 1 – Williams FW42

Red Bull RB15

Red Bull có thiết kế cánh gió trước thấp hơn hẳn ở phía ngoài và cao dần khi tiến vào trong. Kiểu bố trí này khác với xếp từng nếp đều nhau trên McLaren MCL34 đồng thời chỉ hơi chếch lên một chút ở phía dưới cùng.

xe đua công thức 1 - Red Bull RB15
xe đua công thức 1 – Red Bull RB15

Mercedes W10

Chiếc xe của nhà đương kim vô địch được nhiều người đánh giá là đẹp nhất của năm nay với thiết kế các cánh gió xếp lớp rất đều và đẹp. Sử dụng tối đa độ sâu được cho phép và cao dần đều lên ở các cánh gió phía trong. Thiết kế trông có phần đẹp mắt và khoa học này lại dễ tạo ra sự xáo trộn về luồng gió ở phía trước, tuy nhiên thiết kế hơi vểnh lên cùng cánh lướt gió sau cùng hơi hướng vào phía trong lại giải quyết tốt vấn đề này mà vẫn có một họng hút gió hiệu quả giống như của Ferrari.

xe đua công thức 1 - Mercedes W10.
xe đua công thức 1 – Mercedes W10.

[F1VN]

Please follow and like us:

Trả lời

Email của bạn sẽ không được hiển thị công khai. Các trường bắt buộc được đánh dấu *