Az óriásventilátoros kocsi már a Forma–1-nek is sok volt

Cikksorozatban mutatjuk be a Forma–1 legfontosabb, legérdekesebb, legkülönlegesebb technikai újításait a 2022-es, a sportág történetének legnagyobb mértékű szabályváltoztatására készülve, ami miatt lényegében minden változik valamilyen szinten az F1-kocsikon és azokon belül is. A sorozat első részében a legrondább autókat vettük sorra a teástálcától a tengeralattjárón át a legrondább orrig, a másodikban pedig a hatkerekű F1-furcsaságokat mutattuk be. Most pedig jöjjenek a legnagyobb húzások.

A véletlenül jött ötlet, ami forradalmasította az F1-et

És nem mellesleg 2022-ben vissza is tér, ezért is bontjuk ki kicsit részletesebben. Na de miről is van szó? A versenyautók tervezésekor a legfőbb cél a leszorítóerő maximalizálása és a legellenállás csökkentése. A Lotus versenycsapat alapítója, egyben repüléstechnikai ismeretekben jártas Colin Chapman pedig élen járt az innovációk terén.

A Lotus elsősorban a tulajdonos és főmérnök Chapmannek köszönhetően lényegében az F1 minden területén úttörő volt ilyen-olyan ötletekkel és megoldásokkal. A Lotus alkotta meg elsőként, 1962-ben az úgynevezett monocoque-ot, vagyis a pilótát kádszerűen körülölelő pilótafülkét. Alumíniumból dolgoztak az akkor megszokott csővázas szerkezet helyett, így a fülke kisebb és könnyebb, ugyanakkor elődjéhez képest háromszor merevebb lett, vagyis feleakkora súly mellett háromszor olyan erős fülke vette körbe a pilótát. A megoldásukat a McLaren 1981-ben fejlesztette tovább, ők szénszálas anyagra cserélték az alumíniumát, így 50 helyett 5 darabból rakták össze a fülkét. A megoldástól sokkal gyorsabb nem, de sokkal biztonságosabb lett a McLaren: John Watson az 1981-es Olasz Nagydíjon történt hatalmas balesetét, amiben kettészakadt az autója, aligha úszta volna meg bárki sérülés nélkül egy alumínium monocoque-ban, de akár végzetes is lehetett volna a baleset.

Visszatérve a Lotusra és Chapmanre, a monocoque bevezetése után kiemelkedő szerepe volt abban, hogy az első szárnyakkal elkezdődött az F1-kocsik aerodinamikájának fejlesztése, de Chapman az elsők között ismerte fel azt is, hogy a hűtőket a kocsi elejéről az oldalára helyezve áramvonalasabb autókat kapnak.

Gazdasági vonalon is újító volt, ugyanis a vezetésével a Lotus volt az egyik első csapat, amely szponzorfelületté alakította át kocsiját. Chapman egyik legfontosabb találmánya viszont a leginkább a repülőgépeknél ismert ground effect – magyarban leginkább talajkölcsönhatás vagy határréteghatás néven emlegetett – elv meghonosítása volt, elsőként az 1977-ben bevetett Lotus 78-cal. Ennek jelentőségének ismertetéséhez Wéber Gábor Forma–1-es szakkommentátort hívjuk segítségül, aki 2021 végén könyvvel is jelentkezett, részben a 2022-es szabálymódosítások részletezésével.

„A talajkölcsönhatás kihasználása egy olyan újítás volt, ami az addig évtizedek óta fennálló alapelvet, az áramvonalasítást (streamlining) váltotta fel a versenyautó tervezők új szent Gráljaként. Korábban a maximális mechanikai tapadás mellett a lehető legkisebb légellenállás elérése volt a cél, az autók minden egyes elemét ez a tervezői felfogás befolyásolta, ami a 70-es évekig nem is változott. A szárnyak megjelenésével már némileg borult az addigi képlet, de még mindig próbáltak extrém áramvonalas formákat tartani, ám a ground effect korszak beköszönte rárúgta az ajtót az ideális formák tartására. Nagy, dobozszerű oldalszekrények jöttek divatba, amik minél nagyobb felületet lefedve rejtették maguk alatt a fordított szárnyprofilokat, amivel a Forma–1 új korszakba lépett” – írja Wéber a Forma–1 az új korszak küszöbén című könyvében.

Az észak-amerikai Can-Am sorozatban már 1970-ben volt a ground effect elvére építő autó – a meglehetősen furcsa kinézetű Chaparral 2J –, a Forma–1-be viszont a Lotus vitte be ezt 1978-ban, nem kevés előkészület után. Chapman 1976-ban egy közel 30 oldalas technikai útmutatót készített a csapat mérnökeinek a lehetséges fejlesztési irányokkal, ebben már szerepelt a Bernoulli-törvény kihasználása is.

Hogy mi ez, ahhoz kanyarodjunk vissza a gimnáziumi fizikaórákhoz. Bernoulli törvénye kimondja, hogy egy közeg – ez lehet víz is, esetünkben viszont levegőről van szó – áramlása közben a sebesség növelése a nyomás csökkenésével jár. Egyszerű szemléltetés, hogy ha valaki egy papírlapot tart vízszintesen tartott tenyere alá és ujjai közé fúj, a papírlap a tenyeréhez tapad. Ennek oka, hogy a levegő sebessége a papír és tenyere közötti résben felgyorsul, nyomása lecsökken, a lap alatti nyomás azt a tenyeréhez szorítja.

Itt jön képbe egy másik elv – ígérjük, több már nem lesz –, a Venturi-elv, ami szerint egy csőben áramló folyadék (vagy épp levegő) a cső szűkülése esetén felgyorsul a Bernoulli-törvény értelmében, hiszen így csökken a nyomása. A cső újbóli kitágulásával ismét lelassul, a nyomása pedig visszanő.

Képzeljük el mindezt úgy, hogy a levegő egy majdnem teljesen zárt csatornában az F1-versenyautó alatt áramlik. Ha egy ilyen, megfelelő csatornában a levegő felgyorsul, akkor ugye csökken a nyomása, ezzel pedig az áramló levegő az aszfalthoz szívja a kocsit – a tapadás tehát az autó alatt áramló levegőnek köszönhetően jön létre, nem pedig egy, a kocsi tetején található, légellenállást generáló aerodinamikai elem miatt. Vagyis kisebb „veszteséggel” érik el ugyanazt a célt. Ezek lettek az úgynevezett szárnyas autók, vagyis wing carok, melyek seperc alatt ellepték az F1-et, hiszen mindenki ebben látta a követendő példát.

Hogy a felgyorsított levegő ne tudjon kiszökni oldalra a kocsik alól, földig érő szoknyát kaptak, ezzel pedig szinte tökéletesen szigetelt Venturi-csatorna jött létre az autó mindkét oldalán. Ez persze nagyon jó volt, amíg a szoknya egyben maradt, de amint egy ütközés miatt megsérült, vagy egy útegyenetlenség megdobta a kocsit, megszűnt ez a szívóhatás, és a versenyautó nagyon könnyen irányíthatatlanná vált. Az egyre sűrűbb és egyre komolyabb balesetek miatt a Nemzetközi Automobil Szövetség elődje, a FISA az 1982-es szezon végén több olyan elemet betiltott, ami a wing carok működéséhez nélkülözhetetlen, ezzel véget is ért ez a korszak.

Első évében a Venturi-elvre építő Lotus 78 a 17 futamból 5 győzelmet szerzett, egy évvel később a sok tekintetben fejlettebb Lotus 79 viszont 16 versenyből 8-at megnyerve mindkét világbajnoki címet begyűjtötte – a csapatoknál a Lotus, a pilóták között Mario Andretti lett a vb-győztes.

Érdekesség, hogy a végleges megoldás igazából véletlenül jött a Lotusnál. Miközben egy kezdetleges modellt teszteltek a szélcsatornában, az egyik tervezőmérnök, Peter Wright megfigyelte, hogy a nap végére, amikorra a ragasztó kicsit elengedett a melegben, és emiatt az oldaldobozok a földhöz közelebb süllyedtek, hirtelen sokkal nagyobb leszorítóerőt tapasztaltak – idézte fel a véletlen szerencsét Colin Chapman fia, Clive, ebben a videóban.

A Lotusszal egy időben persze mások is dolgoztak már a ground effect integrálásán, de inkább szárnyanként gondolkoztak, és nem azon, hogy az egész autót ilyen elv mentén tervezzék meg. Chapman érezte, hogy valami nagyon nagy ötletre bukkantak, ezért az 1976-ban elkészült kocsit inkább csak fél évvel később, az 1977-es idény elején mutatta be, mert félt attól, hogy a többi csapat hamar lemásolja az ötletet.

Mivel a ground effect, vagyis a talajkölcsönhatás elve a 2022-es szezonban, majdnem négy évtized tiltás után visszatér a Forma–1-be, Chapman 1977-es újítása, illetve annak ismerete felértékelődik. Hogy a 2022-es autókon hogyan kamatoztathatják majd ugyanezt a működési elvet, azt cikksorozatunk ötödik, utolsó részében bontjuk ki.

Ami még az F1-nek is sok volt

Mivel a Lotus csak öt futamot nyert 1977-ben, a mezőny egy része eleinte szkeptikus volt a ground effect autó hatékonyságával kapcsolatban, és többen csak a Lotus 1978-as dominanciáját látva kezdték lemásolni a technikát. Ennek részben technikai akadályai is voltak – a Bernie Ecclestone vezette Brabham az Alfa Romeo 12 hengeres motorját használta, náluk fizikailag nem volt hely, hogy kialakítsák a Lotus alsó részén található Venturi-csatornákat. A Chapman mellett a kor másik nagy mérnöki koponyájaként számon tartott Gordon Murray, a Brabham vezető tervezője viszont nem bírt nyugodni az izgalmas új ötletet látva, és addig agyalt, amíg rájött, hogyan tudná azt átültetni az az évi kocsijukra, a Brabham BT46-ra.

Murray a ground effect ősautójának, a Chaparral 2J-nek az alapötletét melegítette fel, bár az sosem nyert 100%-os bizonyosságot, hogy tényleg innen vette az ötletet. A Chaparral hátulján két ventilátor segítette a levegő minél gyorsabb áramlását – ezek lényegében porszívóként szivattyúzták ki a levegőt a kocsi alól, valósággal az aszfalthoz tapasztva az autót. Murray fejlesztése, a Brabham BT46B hasonló megoldással élt, kettő helyett egy ventilátort alkalmaztak – így született meg a híres-hírhedt fan car.

Önmagában persze nem szerelhetett volna egy óriási szívóegységet a kocsi hátuljára, de a szabálykönyvet bújva Murray rájött, hogy ha a ventilátor elsődleges feladata a kocsi hűtése, nem pedig a leszorítóerő növelése, akkor rendben lehet a dolog. Márpedig a BT46-nak kellett a pluszhűtés, Murrayék ugyanis elszámolták magukat a szezonra tervezett, szokatlan hűtési megoldással. (Hivatalosan nem lehetett az aerodinamikát javító mozgó alkatrész az autón, ezt hidalták át azzal, hogy a ventilátor elsősorban a hűtésért felelt.)

Nagyon kedvező mellékhatás volt, hogy a hűtés növelése mellett az aszfaltra ragasztotta a kocsit a percenként 8000-et forduló ventilátor. A Lotus 1978-as sikereit látva – az első hét futamból négyet nyert mert Mario Andretti vagy Ronnie Peterson – a Brabham felgyorsította a ventilátoros kocsi bevetését, és 1979 helyett már az 1978-as szezon közepén, a Svéd Nagydíjon pályára küldték.

Ahogy lerántották róla a leplet, a rivális csapatok rögtön heves tiltakozásba kezdtek, a Brabham BT46B kizárását követelve – pedig ekkor még csak sejtették, hogy mire képes. Ráadásul egy sportpolitikailag rendkívül érdekes helyzet volt ez, mert a Brabham tulajdonosa, Bernie Ecclestone ekkoriban a Forma–1-es konstruktőrök szövetségének, a FOCA-nak is elnöke volt. Ez lényegében egy érdekvédelmi szervezet volt a privát tulajdonú csapatok képviseletében, elsősorban a futamok rendezőivel, illetve a nagy cégek, mint a Ferrari, Matra és Alfa Romeo által indított csapatokkal szemben.

Ecclestone-nak csapattulajdonosként és FOCA-elnökként kellett lavíroznia, tudva, hogy pokolian gyors autót alkottak. Ezért arra kérte a pilótáit, hogy egyrészt tele tankkal vegyenek részt az időmérőn, másrészt ne is hozzák ki magukból a 100%-ot – John Watson 679, Niki Lauda 725 ezredmásodperccel kapott ki a Lotust vezető Mario Andrettitől.

A futamon viszont már nem volt hova hátrálni, Niki Lauda több mint 34 másodperccel nyert Riccardo Patrese előtt (Watson a 19. körben kénytelen volt feladni a versenyt) az anderstorpi versenypályán. Mivel a riválisok már a futam előtt a Brabham kizárását kérték, Ecclestone nem tehetett mást, a FOCA megnyugtatására visszaléptette a szezon további versenyeitól a ventilátoros kocsit, ami így egy futamon indult csak, azt pedig utcahosszal nyerte meg. Ecclestone eredetileg három futam után vonta volna csak vissza a kocsit, ebbe a többi csapat is belement, de amikor az F1-et felügyelő Commission Sportive Internationale értesült a dologról, egyből szabálytalannak titulálták a Brabhamet, így ment a levesbe Ecclestone alkuja.

Pluszpedál nőtt a McLarenbe

Bő másfél évtizedes ugrás után folytassuk az 1997-es szezonban rajthoz álló McLaren MP4/12-vel, aminek zseniális húzását egy kotnyeles sajtófotós, Darren Heath buktatta le. Heathnek feltűnt a szeptember 21-i Osztrák Nagydíjon készített fotóit böngészve valami furcsaság: a McLaren-pilóta Mika Häkkinen hátsó fékbetétje narancssárgán izzik egy kanyar közepén, ahol igazából már a kigyorsításnak kellene történnie, semmiképp sem a fékezésnek, legalábbis ha valaki nyerni szeretne.

Egy héttel később Heath már egészen mást vett észre a Luxemburgi Nagydíjon – amit a németországi Nürburgringen rendeztek, hogy a németeknek két futama is legyen az Európai Nagydíjat rendező spanyolokhoz hasonlóan. Az időmérőt megnyerő Häkkinen magabiztosan vezetett a futamon, ráadásul a csapattárs David Coulthard is felzárkózott mögé a hatodik helyről indulva, de aztán jött a dráma. A 67 körös futam 43. körében elfüstölt Coulthard kocsijában a motor, majd egy körrel később hozzá hasonlóan Häkkinen is kiesett ugyanúgy motorhiba miatt. A pláne az egészben, hogy mindketten a célegyenesben álltak meg, épp a fotós Heath előtt.

Az osztrák fékbetéten gyanút fogó Heath benyomta a Häkkinen után üresen maradó McLaren pilótafülkéjébe a gépét, kattintott párat, így buktatta le, hogy a McLarenben a megszokott két (gáz- és fék-) pedál helyett három van. A titokzatos harmadik pedál, amiről novemberben hozták le az első fotókat, a McLaren hátsó tengelyét fékezte, és persze óriási botrányt okozott.

A pluszpedál segítségével beállítástól függően egyik vagy másik hátsó kerék volt fékezhető, hogy az alulkormányzottságot vagy a kerekek kipörgését akadályozhassa meg a pilóta lassú kanyarból kigyorsítva. Amellett persze javította az autó kezelhetőségét, és így gyorsabbá is tette.

A rendszer a következő, 1998-as autóba is bekerült, de a McLaren akkor már csak két versenyen vethette be – mindkettőt megnyerte Häkkinen –, mert a Ferrari óvást jelentett be, és végül szabálytalannak minősítették. A szezon során azért kiderült, hogy nem csak ettől volt jó a McLaren, a 16 futamból 9-et nyertek meg (vagyis hetet a betiltás után), így Häkkinen és a McLaren is világbajnok lett Michael Schumacher és a Ferrari előtt.

Az egy szezonig tartó csoda

Ugorjunk megint az időben: a 2009-es idény lényegében minden szempontból Ross Brawn csapatáról, a Brawn GP-ről, illetve Jenson Buttonról szólt. A Brawn az idény tizenhét futamából nyolcat nyert meg, Button az év első hét futamából haton győzött, a maradék egyen, Kínában is harmadik lett, itt alapozta meg saját és csapata vb-címét, utána ugyanis tíz futamból egyen sem tudott már győzni.

A Brawn nagy titka az azóta is sokat emlegetett úgynevezett dupla diffúzor volt, amit a 2008-as és a 2009-es szezon között életbe lépő szabályváltoztatás hívott életre. Pont az ilyen ötletek azok, amiktől mindenki retteg a nagy szabályváltoztatások idején, mert ha valakinek bevillan olyasmi, ami senki másnak nem, azonnal óriási előnyre tehet szert – ezt majd 2022-ben is érdemes lesz figyelni.

A babérokat persze a Brawn GP aratta le, pedig a találmány nem 100%-ban az övék volt, sőt, nem is ők egyedül gondoltak erre. Brawn csapata ugyanis a 2009-es szezon előtt nem is létezett, hirtelen rakta össze, miután a 2008-as gazdasági világválság miatt az F1-ből kiszálló Honda minden elérhető eszközét és szellemi produktumát sebtiben felvásárolta.

Brawn – aki a 2022-es szezon végéig az F1 motorsport- és technikai igazgatójaként dolgozik – tudta, hogy érdemes áldozni a Honda által hátrahagyott dolgokra, hiszen 2007 végétől a Honda csapatfőnöke volt. Így tudomása volt arról is, hogy a 2009-ben érkező szabályváltoztatásokra készülve a Honda a B csapatának számító Super Agurinál egy kisebb aerodinamikai részleget hozott létre csak azért, hogy az új szabályokat böngészve megtalálják a titkos fegyvert.

Bár a Super Aguri már a 2008-as szezon elején, a Honda pedig az idény végén bedobta a törölközőt, addigra már rengeteg pénzt és erőforrást öltek a 2009-es projektbe, ahol meg is született a nagy ötlet, a Honda egyik japán mérnöke talált rá a szabálykönyvben a kiskapura. A megoldás a diffúzorhoz kötődött, ez az autó hátsó részén található alkatrész, ami szintén a már korábban említett Venturi-elvre épít. Itt az autó alatt haladó levegőt gyorsítják fel egy szűk járatban, és mivel a sebesség növekedésével annak nyomása csökken, a hatás az aszfaltra szorítja az autót.

A Brawn – meg kisebb hatékonyság mellett a Toyota és a Williams – a padlólemez kialakításával trükközött, erre vonatkozóan ugyanis előírta a szabálykönyv, hogy nem lehetnek rajta lyukak vagy kivágások a diffúzor méretének növeléséhez. A három csapatnál a diffúzor elülső felülete viszont nem kapcsolódott össze a padlólemez aljával, ehelyett a padlólemez hátranyúlt a diffúzor fölé, és extra felületet, újabb csatornát hozott létre, megnövelve a diffúzor térfogatát, létrehozva az úgynevezett dupla diffúzort, ami a riválisokhoz képest sokkal nagyobb leszorítóerőt biztosított. Egy rendkívül bonyolult megoldásról beszélünk, ami Giorgio Piola rajzaival egy fokkal talán érthetőbb lesz.

Mivel a Brawn-csapat nagyon kapkodva jött létre, a szezon előtti teszt első hetére még nem is tudta összeszerelni az autóját, főleg, hogy az átvett kocsit eredetileg Honda-motorra tervezték, a csapat viszont a Mercedesszel szerződött le a 2009-es idényre, ami további átalakításokat igényelt.

A teszt első hetén így csak megfigyelőként voltak jelen, és nem hitték el, amit láttak: a többi csapat által futott köridők 1-2 másodperccel voltak lassabbak annál, amit a szimulátor alapján a Brawn GP kocsija tudott volna. Szentül hitték, hogy valamit elszámoltak, mert nem lehettek ennyire a többiek előtt. Pedig így volt, ezt a teszt második hete élőben is igazolta – a riválisok eleinte azt hitték, azért olyan jók a Brawn-kocsik köridejei, mert levágták a barcelonai pálya sikánját. A Brawn emberei eközben mással voltak elfoglalva a köridőket látva. Leginkább a különböző brit sportfogadási oldalakon fogadtak a saját győzelmükre, amit akkor 150 az 1-hez oddsszal adtak a bukik, elevenítette fel a történteket az azóta már a Mercedes F1-csapatnál dolgozó Ron Meadows, Andrew Shovlin, Simon Cole és James Vowles egy podcastban. Miután a Nemzetközi Automobil Szövetség szabályosnak találta a dupla diffúzort, mindenki lemásolta, és el is fogyott a Brawn tetemes előnye, de még így is bajnokok lettek. 2010-re pedig be is tiltották a megoldást.

A pilóta mint mozgóalkatrész

Jött azonban más izgalmas újítás 2010-ben, a McLaren ugyanis egy, a pilóta által kezelhető, a kocsiba épített áramlási csatornával rukkolt elő. Az F-csatorna lényege az volt, hogy eleinte térddel, majd kényelmi szempontok alapján egy átalakítás után könyékkel el tudtak zárni egy, a kocsi orrán induló járatot.

Ha a pilóta nem nyúlt bele a rendszerbe, akkor a kocsi orrán beáramló levegő a pilótafülkén áthaladva a a hátsó szárny alsó részénél hagyta el az autót – ez növelte a leszorítóerőt, elsősorban a McLaren kigyorsítása közben. Ha viszont a pilóta a könyökével lezárt egy kis lyukat, a levegő nem a korábbi helyen, hanem a hátsó szárny tetejénél távozott az autóból – így a végsebességet tudták növelni. Nem is kevéssel, Törökországban például Lewis Hamilton 321 km/h-s sebességet ért el a Red Bull-os Mark Webber 312 km/h-jához képest. Az áramlási csatornákról az Autosport jól áttekinthető rajza nyújt segítséget.

Az FIA 2010-re engedélyezte, utána viszont betiltotta a megoldást, vagyis az F-csatorna hasonló módon, meglehetősen gyorsan távozott, mint a Mercedes 2020-ra kifejlesztett spéci kormányműve, amivel menet közben lehetett állítani az első kerekek szét- vagy összetartását. A DAS működését még a régi Indexen magyaráztuk el.

Cikksorozatunk negyedik részében az F1 történetének technikailag legfejlettebb autója jön, ami gombnyomásra szó szerint táncot is tudott lejteni.