Lịch vạn niên
Đua xe F1: Khí động học 2019 và cuộc đối đầu Mercedes – Ferrari
(Tin đua xe công thức 1 - Tin F1) Thể thức 1 có lộ trình cải cách, thay đổi lớn vào mùa giải 2021, với mục tiêu làm cho môn thể thao này cạnh tranh hơn. Nên mùa giải 2019 không có quá nhiều đổi thay. Sự thay đổi lớn nhất tập trung vào khí động lực học của chiếc xe, căn cứ vào những quy định mới của mùa giải. Bài viết này xin đươc giới thiệu giải pháp một số đội đua đưa ra nhằm đáp ứng các quy chuẩn mới về khí động lực học.
Trước tiên, sơ lược qua về những thay đổi chính cho mùa 2019 này về khi động học:
Cánh gió trước (Front wing) của xe được thay đổi, nó rộng hơn (200mm), cao hơn (20mm), chiều dài tiến về phía trước (25mm) và đơn giản hơn so với 2018. Mục tiêu của thiết kế này nhằm đơn giản hóa luồng khi động chảy qua cánh gió trước về phía thân xe, giúp chiếc xe có thể dễ dàng bám sát theo xe phía trước mà ít bị ảnh hưởng bởi dòng khí nhiễu động phía sau xe trước.
So sánh cánh giớ trước 2018 và 2019
Kiểu thiết kế cánh gió phức tạp, định hướng luồng khi động chảy qua lốp trước của xe như mùa trước hoàn toàn bị cấm. Đơn giản hơn, có thể hiều là cánh gió trước chỉ làm nhiệm vụ tạo lực nén (downforce) cho phần đầu chiếc xe. Nhưng mặt khác luồng khí không được kiểm soát chặt chẽ này có thể gây khó khăn cho tay đua trong quá trình vận hành trên đường đua.
Bargeboard được thiết kế thấp xuống 150mm và dịch chuyển về phía trước 100mm nhằm kết hợp với luồng khí chảy qua cánh gió trước và định hướng dòng khí này qua sàn xe hướng về đuôi xe. Mục tiêu giảm sự tác động của dòng khí nhiễu động phía sau xe tác động lên xe chạy sau.
Cánh gió sau (Rear wing) được thay đổi tăng thêm 20mm chiều cao, 100mm bề rộng và phần cánh DRS thêm 20mm. Sự thay đổi chiều cao, độ rộng nhằm đẩy luồng không khí qua cánh gió sau lên không trung, hay đơn giản hơn, tạo ra một dòng không khí ‘sạch’ phía sau xe giúp cho xe chạy sau dễ dàng bám sát xe trước.
…và thiết kế ống phanh (Brake ducts)
Ống thông khí phanh (Brake ducts) được yêu cầu thiết kế đơn giản hơn. Mục đích làm giảm sự tác động lên tổng thể khí động học của chiếc xe cũng như giảm lực downforce ở phần đầu chiếc xe, điều đó cũng có nghĩa giúp chiếc xe có khả năng vượt qua xe phía trước dễ dàng hơn.
Trong F1 hiện đại, khí động lực học đóng một vai trò rất quan trọng. Nó giúp chiếc xe tạo ra lực downforce cao hơn, làm cho chiếc xe có độ bám đường, có thể thể đạt được tốc độ cao hơn trên đoạn thẳng, tốc độ vào của cao hơn mà chiếc xe vẫn ổn định … dẫn đến thời gian hoàn thành một vòng chạy ngắn hơn.
Để có sự so sánh đơn giản, ở vận tốc khoảng gần 200km/giờ, chiếc xe đua F1 có thể đạt lực downforce trên 750kg, trong khi trọng lượng chiếc xe 2019 theo quy chuẩn là 743kg – điều đó đồng nghĩa về lý thuyết, nó không những bám đường tốt, mà có còn có thể chạy lộn ngược trên trần nhà!?
Chiếc xe sẽ chỉ hoạt động tối ưu khi có được sự cân bằng tổng thể khí động học, đặc biệt là khi vào cua. Bởi nếu lực downforce ở đầu xe thấp sẽ bị hiện tượng văng đầu (Understeer), còn nếu là phần đuôi xe với downforce thấp sẽ đi kèm hiện tượng trượt đuôi (Oversteer).
Với các quy định chặt chẽ, không có chỗ cho sự “sáng tác” trong thiết kế! Vậy các đội đua sẽ có những giải pháp thiết kế như thế nào để giải bài toán khí động lực học mùa giải 2019!?
Có thể dễ dàng nhận thấy, phương pháp tiếp cận quy chuẩn 2019 của các đội đua mùa này đươc phân chia theo hai trường phái Outboard-Loaded và Inboard-Loaded (Tải hướng trong và ngoài – TG). Nội dung phân tích sẽ căn cứ vào chiếc xe của hai đội đua Mercedes và Ferrari – thật thú vị khi họ cũng chính là đại diện tiêu biểu cho hai trường phái, phương pháp thiết kế đối lập nhau.
Hai trường phái thiết kế cánh gió trước khác biệt của Mercedes và Ferrari
Với xu hướng Outboard-loaded, Mercedes đã đưa ra thiết kế cánh gió trước có các lớp cánh gió cao, nhưng đầu trong của các lớp này thấp và vát dần ra phía ngoài của end-plate đến tận vách đứng. Kiểu thiết kế này tạo ra áp suất thấp ở mép cánh gió trước so với khu vực trung tâm. Tác dụng này sẽ hướng luồng khí động từ giữa mũi xe đi ra ngoài lốp trước, Mục đích tránh sự nhiễu loạn của dòng khí động chảy qua lốp trước khi cánh gió có thiết kế đơn giản hơn.
Ferrari lại ở chiều ngược lại (Inboard-loaded). Các lớp cánh gió của họ được cấu tạo có cạnh ngoài thấp, và dốc ngược vào giữa mũi xe. Thiết kế này tạo ra dòng khí động chảy qua sườn mũi xe, tiếp đến qua bargeboard rồi theo sàn xe về phía đuôi xe.
Thiết kế nào được cho là ưu việt hơn?
Inboard-loaded mà đội đua Ý áp dụng có ưu điểm làm giảm tải trọng ở phần đầu cánh, giúp cho luồng không khí ổn định hơn, độ cân bằng xe cao hơn. Nó giúp cho tay đua dễ dàng điều khiển chiếc xe hơn. Nhưng sự ổn định này phải trả giá bằng việc nó có thể tạo ra ít lực downforce hơn.
Ở chiều ngược lại, Mercedes sử dụng hướng thiết kế Outboard-loaded sẽ đem đến cho chiếc xe có được lực nén tốt nhất ở những góc cua, nhưng mặt khác chiếc xe có thể đạt được sự cân bằng kém hơn, dẫn đến việc tay đua sẽ có thể mất kiểm soát trong buồng lái khi đẩy tốc độ của chiếc xe tới giới hạn cao nhất mà nó có thể!?
Ở thời điểm hiện tại, nếu căn cứ vào hiệu suất những chiếc xe sau các đợt thử nghiệm xe đầu mùa giải. Có thể thấy thiết kế của chiếc SH90 tỏ ra ưu việt hơn hẳn W10 của Mercedes! Nhưng những con số có được sau đợt test xe đầu mùa chưa nói lên tất cả những gì mà cả hai đang sở hữu!
Trong khi đội đua Đức hướng đến việc tạo ra downforce tối đa cho chiếc xe ở cả phía trước và phía sau. Thì dường như Ferrari đang phải cố gắng tạo ra nhiều lực này hơn ở phần bánh trước. Bởi nếu như downforce ở trước và sau xe không đồng nhất, sẽ là rất khó khăn cho các tay đua xử lý khi vào cua ở tốc độ cao!
Kết cấu Bargeboard của W10 và SH90 khác biệt
Để tạo ra lực nén đồng nhất trên xe, ngoài cánh gió trước còn có thêm một bộ phận quan trọng là Bargeboard. Luồng khí động chảy qua nó, sau đó sẽ tiếp tục chạy qua phía dưới sàn xe, đến bộ khuếch tán sau. Các kỹ sư thiết kế sẽ phải điều hướng luồng khí động này theo ý của họ để tham gia vào tổng thế khí động học tạo nên lực downforce.
Ferrari có thiết kế chi tiết này với các bản lớn. Có lẽ họ cần bù đắp lực nén đang bị thiếu từ cánh gió ở đầu xe. Nhưng không có gì là tối ưu nhất, vì để gia tăng downforce đầu xe, cần bargeboard lớn hơn sẽ dẫn đến hạn chế luống khí động chảy đến khuếch tán sau, dẫn đến giảm tổng thể khí động của chiếc xe.
Với Mercedes, các tấm bargeboard nhỏ hơn, nghĩa là nó có thể tạo ra ít downforce ở phần đầu xe, nhưng họ có thể bù đắp thông qua phần cánh gió trước!!! Ưu điểm của thiết kế này là nó giúp cho dòng khí động chảy về phái sau qua sàn xe đến khuếch tán có tốc độ cao hơn, tạo ra lực nén lớn hơn ở phần sau chiếc xe!
Và rồi sau đó, kết quả ở chặng đua khai màn mùa giải – Australian GP. Chúng ta được chứng kiến sự vượt trội của Mercedes cả ở vòng đua phân hạng và cuộc đua chính chiều chủ nhật, nơi mà Valtteri Bottas đã chiến thắng tuyệt đối.
Nhưng quan trọng hơn, là cái cách mà tay đua Phần Lan cán đích vượt trước Sebastian Vettel của Ferrari đến 57,1 giây – một con số không tưởng cho những ai chờ đợi một cuộc đua hấp dẫn giữa hai đội đua hàng đầu! Nhưng dường như đội đua đến từ Ý đang gặp nhiều vấn đề khác chứ không phải chỉ đơn giản là do hướng thiết kế của họ!? Có lẽ chỉ có thời gian mới có thể trả lời câu hỏi: “Inboard-loaded” hay “Outboard-loaded” sẽ trở thành kẻ chiến thắng trong năm 2019.
Valtteri Bottas đã có một năm 2018 đáng quên khi không thể chiến thắng.
