Tulipalot: Oulun Top­pi­las­sa syttyi aa­mu­yöl­lä kolmas ta­hal­li­sek­si epäilty palo

Koulut: Oulun ainoa kak­si­kie­li­nen enk­ku­luok­ka pyörii Poh­jois-Ri­ta­har­jus­sa

Ihmiset: Hai­luo­to­lai­sel­la Juha Topilla on tai­to­ja, joiden vuoksi elo­ku­va­tuo­tan­not soit­ta­vat hänelle

Mainos: Tilaa Kaleva tästä

Down­for­ce F1-kul­jet­ta­jan apu­voi­ma

Formula ykkösissä puhutaan paljon ja taajaan downforcesta, mutta mistä onkaan kyse?

Formula ykkösissä puhutaan paljon ja taajaan downforcesta, mutta mistä onkaan kyse?

Siiven kehittämä nostovoima pitää lentokoneen ilmassa. Kilpa-autossa siivet painavat autoa tietä kohti eli alaspäin. Korrekti suomenkielinen termi onkin sanahirviö "negatiivinen nostovoima". Nostovoimaa ei pidä sekoittaa nosteeseen, joka on puolestaan Arkhimedeen kuvaama voima, joka pitää laivat meren pinnalla. Englanniksi negatiivinen nostovoima on nimeltään negative lift tai kilpa-autoslangilla downforce.

Formula 1 -auton downforce kehitetään paitsi sen etu- ja takasiivellä myös rungolla. Downforcesta noin 35 prosenttia syntyy etusiivellä, noin 35 prosenttia takasiivellä ja noin 40 prosenttia auton rungolla. Summasta tulee yli sata prosenttia siksi, että pyöriin kohdistuu positiivista nostovoimaa.

Aerodynaamiset voimat ovat verrannollisia nopeuden neliöön. Toisin sanoen, kun nopeus kaksinkertaistuu, voimat nelinkertaistuvat. Noin 190 kilometrin tuntinopeudella F1-auton downforce vastaa auton painoa. Autolla voisi tuolloin teoriassa leijua tunnelin katossa ylösalaisin.

Olkoon kaarteen säde 100 metriä. Normaalikuosissaan F1-auto kykenee ajamaan kaarteen nopeudella 200 kilometriä tunnissa. Jos auto riisuttaisiin siivistä ja pohjalevystä niin, ettei se tuottaisi lainkaan downforcea, kykenisi se ajamaan kaarteen noin nopeudella 140 kilometriä tunnissa. Mitä suurempi nopeus, sitä suurempi hyöty downforcesta saadaan. Ilman downforcea kierrosajat hidastuisivat jopa useita kymmeniä sekunteja.

F1-auton ilmanvastus on suuri

Auton aerodynaaminen tasapaino säädetään etu- ja takasiiven keskinäisellä säädöllä. Ne trimmataan yleensä niin, että downforcen jako etu- ja taka-akselin välillä on hieman takapainoisempi kuin auton painojakauma stabiliteettisyistä johtuen. Mutta, jako voi joillain radoilla ja kuljettajilla olla etupainoisempi kuin painojakauma. Nämä kuskit haluavat erittäin herkästi kääntyvän auton eivätkä he säikähdä pieniä luistoja.

Downforce ei synny ilmaiseksi, vaan siitä seuraa aina indusoitua vastusta. Formula 1 -auton ilmanvastus onkin varsin suuri -- noin kolmen hyvänmallisen henkilöauton verran. Downforce on suuruusluokaltaan yli 2,5-kertainen verrattuna ilmanvastukseen. Suhdetta kutsutaan liitoluvuksi. Le Mans -prototyyppiautoilla liitoluku on tyypillisesti 5-6 ja purjelentokoneella jopa yli 40. F1-auton aerodynamiikkaa verottavat erityisesti suuret pyörät.

On edullista, jos mahdollisimman suuri osan downforcesta syntyy auton alle muodostuvan alipaineen avulla, koska tällä menetelmällä on pienin indusoitu vastus. Nimittäin mitä lähemmäksi maan pintaa downforcea kehittävä laite tuodaan, sitä progressiivisemmin se toimii (ground effect = maavaikutus).

Jos rata muodostuisi vain suorista, kannattaisi F1-auton ilmanvastus minimoida uhraamalla vaikka kaikki downforce, koska vain huippunopeus ratkaisisi. Jos taas rata olisi pelkkää kaarretta, kannattaisi maksimoida downforce ilmanvastuksen tasosta välittämättä. Todellisuudessa radat ovat näiden kahden ääripään välillä.

Optimaalinen aerodynamiikka riippuukin radan luonteesta. Monzan kaltaisilla pitkien suorien radoilla siivet ovat pieniä ja loivia, kun taas mutkaisilla Monacon tai Unkarin radoilla autoon asennetaan kaikki mahdolliset siivet jyrkkään kulmaan.

Tyyristä lystiä

Kierrosaikasimulaatiosta tiedetään, että nykyisellä F1-autoilla yhden prosentin muutos aerodynamiikassa vastaa 0,03--0,15 sekuntia kierrosajassa riippuen radan luonteesta sekä tutkittavasta suureesta (ilmanvastus, downforce tai liitoluku).

Eliittitalli käyttää vuodessa jopa 100 miljoonaa euroa auton aerodynamiikan kehittämiseen. Kun sääntöjä muutetaan, kehittyy auto aina ensin nopeammin, jopa 15 prosenttia vuoden aikana. Myöhemmin vuosittainen kehitys on enää vain muutamia prosentteja. Rahan kulutuksen mielekkyyttä voi kukin arvioida oman arvomaailmansa mukaan.