F1 - 2015: Qui định mới cánh gió trước

Một trong những quy định mới của FIA sẽ được áp dụng ngay từ chặng đua tại Canada cuối tuần đó là cấm sử dụng cánh gió linh hoạt. Đơn giản là cấm thiết kế cánh gió trước của chiếc xe đua có thể thay đổi tính chất cơ học hay uốn cong/dẻo tùy theo lực tác động. Vậy chức năng và tác dụng của cánh gió trước trên chiếc xe đua đóng vai trò như thế nào trong tổng thể khí động học chiếc xe F1.

Cánh gió trước của chiếc xe đua được thiết kế để thực hiện hai chức năng chính là tạo ra lực downforce (lực nén xuống) và định hướng (dẫn hướng) các luồng không khí chảy từ phần đầu xe qua các phần còn lại của chiếc xe.

Lực downforce: Để hiểu rõ lực tác dụng này ta cần phải nắm rõ nguyên tắc Bernoulli (Daniel Bernoulli/1700-1782: nhà toán học Hà Lan-Thụy Sĩ, người đầu tiên xây dựng lý thuyết khí động lực học). Nguyên tắc Bernuolli chỉ rõ trong một dòng chảy chất lỏng (khí), áp suất/áp lực sẽ giảm khi tốc độ dòng chảy tăng. Ngược lại, khi tốc độ dòng chảy giảm thì áp suất/áp lực sẽ tăng lên.

Cánh máy bay được thiết kế theo “nguyên lý Bernoulli”

Áp dụng nguyên tắc này trong cuộc sống gần với chúng ta nhất, cánh máy bay là một thí dụ điển hình. Nó được thiết kế với một mặt trên cong và mặt dưới phẳng. Khi dòng không khí chảy qua mặt trên cánh với độ cong nó sẽ có tốc độ cao hơn mặt dưới và áp suất mặt trên cánh thấp hơn áp suất mặt dưới. Nó tạo ra lực theo hướng từ dưới lên trên và đẩy cánh(máy bay) lên phía trên giúp cho máy bay bay được trong không trung.

Với chiếc xe đua F1, nguyên tắc này cũng được áp dụng. Nhưng thay vì tương tự như cánh máy bay, nó đảo ngược lại, cho phép dòng không khí chảy qua gầm xe có tốc độ cao hơn so với phần trên xe đua. Với cánh gió trước xe đua được thiết kế ngược so với cánh máy bay, nó tạo ra lực tác dụng ép chiếc xe đua xuống mặt đường để tăng độ bám đường của lốp xe. Lực này được gọi đơn giản là lực downforce.

Cánh gió trước là thành phần chính tạo downforce

Cấu tạo cánh gió trước: Cánh trước là phần thiết bị đầu tiên của chiếc xe đua tiếp xúc với dòng không khí, vì vậy ngoài tạo ra lực downforce nó còn dẫn hướng dòng không khí chảy qua thân xe, sàn xe đến hệ thống khuếch tán sau xe. Tất cả tạo nên hiệu suất tổng thể khí động lực học chiếc xe đua F1.

Cánh gió chính (Main plate) là thành phần chính tạo lên lực dowforce, nó được thiết kế để tạo ra lực nén nhờ dòng chảy không khí ở mặt dưới có tốc độ cao hơn mặt trên nên tạo ra lực downforce hướng xuống dưới.

Các thành phần chức năng của cánh gió trước

Các tấm cánh gió chính (Main Flap) và cánh tà xếp lớp (Cascade Flaps) được thiết kế phía trên cánh gió chính làm nhiệm vụ hướng luồng khí động chảy qua phía trên lốp xe và hệ thống treo trước vì đây chính là các thành phần tạo ra nhiều lực cản nhất phần đầu xe.

Trong khi đó tấm End plates có chức năng hướng luồng khí ở đầu cánh gió chảy qua thành lốp trước đến phần thân xe chứ không chảy thẳng vào lốp trước. Chức năng chính của các tấm cánh (Turning vanes) có chức năng định hướng dòng chảy khí động học bên dưới xe đến khuếch tán sau.

Ở đường đua có tốc độ cao thường nhiều đoạn thẳng nên sẽ yêu cầu lực nén thấp. Các đường đua có nhiều đoạn uốn lượn, các góc cua tốc độ cao thì chiếc xe cần được cài đặt có lực nén cao hơn. Để thay đổi lực downforce tùy theo dạng đường đua, các kỹ sư thiết kế khí động lực học sẽ thay đổi góc (độ nghiêng) hệ cánh gió trước để thay đổi downforce.

Williams và Toro Rosso được cho là sử dụng cánh gió linh hoạt trong mùa giải này

Cánh gió linh hoạt xuất hiện từ năm 2010 mà Red Bull là đội đi tiên phong và có một số đội đua áp dụng nhưng chỉ có Red Bull thành công nhất. Red Bull có thể thiết kế cánh dẻo đến độ chạm gần sát mặt đất, nó giúp cho chiếc xe của họ tăng downforce tại các góc cua tốc độ cao giúp chiếc xe ổn định và cân bằng hơn khi chạy qua góc cua mà vẫn giữ nguyên tốc độ trong khi đối thủ buộc phải giảm tốc.

Ở mùa giải này, có 2 đội đua Williams và Toro Rosso được cho là đã thiết kế cánh gió trước linh hoạt. Thiết kế của các đội đua này được cho là khi chạy với tốc độ cao, các lớp cánh main flap và cascade flaps dưới tác động của lực khí động học sẽ duỗi thẳng ra làm giảm lực cản và đồng thời giảm downforce.

Khi chiếc xe chạy tốc độ thấp lại trở lại hình dáng ban đầu. Các bài kiểm tra của FIA không mô phỏng tải trọng đặt lên các thành phần cánh gió trên các đoạn thẳng tốc độ cao nên các thiết kế này dễ dàng vượt qua bài test!!!

Chính vì vậy FIA đã ban hành bổ sung quy chuẩn kỹ thuật hơn 50 bài test cánh gió trước và được áp dụng ngay lập tức ở chặng đua Canadian GP. Mục đích của quy định mới nhằm hạn chế tối đa khả năng “lách luật” của các kỹ sư thiết kế. Theo đó, tại mỗi điểm bất kỳ của các thành phần cánh gió trước, đặc biệt là mép sau của các cánh gió, khi đặt một lực 60N nó sẽ không được phép lệch quá 03mm so với trạng thái ban đầu. Vượt quá giới hạn này sẽ bị coi là vi phạm!