Phân tích kỹ thuật F1: Cánh gió sau

Hệ cánh gió trước của chiếc xe đua F1 có vai trò quan trọng trong việc tạo downforce(lực nén), ngoài ra nó còn định hướng cho dòng khí động chảy qua thân xe đến các thành phần còn lại. Ở phía sau, ngoài hệ thống khuếch tán thì cánh gió sau cũng góp một phần quan trọng tạo lực nén giúp chiếc xe luôn ổn định trên đường đua.

Downforce với một chiếc xe có ý nghĩa rất lớn. Khi xe vào cua, nó sẽ cần lực nén cao để ép xe xuống đường để không bị văng ra lề. Khi trên đường thẳng, xe không bị lực li tâm làm văng xe, nên lực nén phải thấp để xe chạy nhanh hơn. Lực nén sinh ra do các cánh gió, góc tới của cánh gió càng lớn thì lực nén (cũng như ma sát với đường) và sức cản gió lên xe càng lớn.

Trên khúc cua, nếu lực nén không đủ, xe sẽ dễ bị mất ổn định dẫn đến hiện tượng văng đầu hoặc văng đuôi dẫn đến trượt khỏi đường đua. Trên đường thẳng, nếu lực nén quá lớn, xe sẽ bị cản trở tốc độ do: 1. lực nén sẽ ép xe xuống đường gây ma sát giữa lốp và mặt đường và 2. các cánh gió có góc cản lớn nên xe sẽ bị cản lại do không khí.

Đường nhiều khúc cua/khúc cua gắt, cần lực nén cao và ngược lại. Các kĩ sư phải cài đặt các cánh gió để tăng giảm lực nén cho phù hợp với từng đường đua để xe chạy một vòng nhanh nhất có thể tại đường đua đó.

Hình minh họa EBD của Red Bull

Vậy nếu xe F1 có thể thay đổi lực nén trên từng đoạn đường thì sao? Chẳng hạn khi vào cua lực nén cao, khi vô đoạn thẳng thì lực nén giảm. Rõ ràng điều đó sẽ giúp xe đạt được thành tích nhanh hơn nhiều. Đáng tiếc luật F1 hiện tại quy định chiếc xe không được thay đổi khí động học (tức là lực nén) trên toàn bộ đường đua.

Điều đó đồng nghĩa là đối với từng đường đua, chiếc xe phải có cài đặt cơ khí, góc cánh gió cố định - hay nói đơn giản là gói cài đặt khí động học cố định. Các tay đua sẽ có hai buổi chạy thử ngày thứ Sáu (P1-P2) để các kĩ sư tìm ra điểm chuẩn khí động học và lực nén lý tưởng nhằm giúp chiếc xe chạy một vòng nhanh nhất.

Nhưng đôi khi các kĩ sư cũng tìm ra cách để lách luật: chẳng hạn thiết kế F-duct của McLaren năm 2010, và đỉnh cao là EBD (Exhaust Blow Diffuser) - khí xả thổi khuếch tán, dựa trên engine-map của Red Bull những năm 2010, 2011, 2012, 2013. Cả 2 thiết kế này đều giúp chiếc xe tăng giảm lực nén trên từng khúc cua hay đoạn thẳng mà không cần thay đổi cài đặt cơ khí.

Minh họa F-duct của McLaren

Nhưng để cuộc đua tăng thêm tính hấp dẫn, FIA đã cho phép các đội đua áp dụng một hệ thống làm giảm lực cản được sử dụng trên đoạn thẳng để tay đua phía sau vượt qua đối thủ dễ dàng hơn, đó là DRS (Drag Reduce System).

Nhưng họ cũng quy định rõ trên đường đua chỉ có đoạn thẳng nào được phép sử dụng DRS, và khi mà khoảng cách giữa 2 xe nhỏ hơn 1 giây tại các điểm dò DRS thì xe chạy sau mới được phép sử dụng. Hệ thống này cũng được điều khiển bằng máy tính, nếu khoảng cách lớn hơn 1 giây thì dù tay đua có kích hoạt nó cũng không hoạt động.

Trên khúc cua, cánh sau ở vị trí đóng cánh bình thường, khi vô đoạn thẳng, DRS điều khiển cánh sau sẽ mở flap để làm giảm lực nén (ma sát sẽ giảm) và giảm lực cản gió, giúp xe chạy nhanh hơn.

Đoạn thẳng càng dài thì hệ thống DRS hoạt động càng hiệu quả. Do lực cản gió, hay lực cản lên vật khi nó chuyển động trong một môi trường chất lưu (khí/lỏng) được tính theo công thức: