هرآنچه از آيروديناميك خودرو فرمول يك 2021 مي‌دانيم
آخرين روزهاي تعطيلات تابستاني فصل ۲۰۱۹ فرمول يك براي طرفداران، رانندگان، تيم‌ها و مسئولان مسابقات بسيار متفاوت است. همه‌ي ما منتظر نيم‌فصل بعدي و ادامه‌ي رقابت جذاب ردبول و پيشرانه‌ي احياشده‌ي هوندا با فراري و مرسدس بنز، و همچنين مك‌لارن با رنو و ويليامز هستيم تا با عملكرد سؤال‌برانگيز رانندگان هاس و ريسينگ‌پوينت دركنار تماشاي پيشرفت آلفارومئو و تورو روسو، شاهد رقابت‌هايي هيجان‌انگيز باشيم.
تمام تيم‌هاي شركت‌كننده در فرمول يك بههمراه تأمين‌كنندگان شاسي و پيشرانه به‌دنبال بهبود خودروها براي ادامه‌ي مسابقات هستند؛ اما گروه فرمول يك و مقام‌هاي فدراسيون بين‌المللي اتومبيل‌راني (FIA) علاوه‌بر تضمين برگزاري بدون اشكال هر گرندپري در كشورهاي مختلف، به‌دنبال شكل‌‌دادن قوانين نهايي فصل ۲۰۲۱ و تغييرات اساسي طراحي و مهندسي خودروها هستند.
فرمول يك و FIA هم‌اكنون در حال آزمايش طرح‌هاي مختلف خودروهاي ۲۰۲۱ فرمول يك هستند. پس از طراحي روي كاغذ، مرحله‌ي جديد ساخت مدل اوليه با مقياس كوچك‌تر و مطالعه كامل است. ماه گذشته و پيش از برگزاري گرندپري آلمان ۲۰۱۹، اولين آزمايش تونل باد از طرح آزمايشي خودرو فرمول يك ۲۰۲۱ در مركز تخصصي سائوبر انجام شد. پيش‌از‌اين در ژانويه‌ي ۲۰۱۹، آزمايش تونل باد با مدل مقياس ۶۰ درصد از خودرو فصل ۲۰۱۸ فرمول يك و سپس مدل ۲۰۲۱ با رينگ‌هاي ۱۳ اينچي انجام شده بود.
هفته‌ي گذشته، ويدئويي رسمي از آزمايش تونل باد خودرو ۲۰۲۱ فرمول يك با مقياس ۵۰ درصد منتشر شد كه ابتداي مقاله قرار داده شده است. درواقع، اولين‌بار است كه مدلي اوليه از خودروهاي آينده فرمول يك را مي‌بينيم. البته، طرح نهايي متفاوت خواهد بود و براساس گزارش رسمي FIA، تنها طراحي آيروديناميك و دريچه‌ي هواي جانبي بين چرخ جلو و عقب يا سايدپاد (Sidepod) و باله‌ي عقب، مشابه مدل فعلي باقي مي‌ماند. متخصصان FIA و فرمول يك به‌طور مشخص اعلام كرده‌اند طراحي باله‌ي جلو كاملا تغيير خواهد كرد.
مدل آزمايشي با مقياس ۵۰ درصد خودرو ۲۰۲۱ فرمول يك كه در اين ويدئو مي‌بينيم، به رينگ‌هاي ۱۸ اينچي مجهز شده است. در پشت خودرو، بازوي محرك باله‌شكلي قرار گرفته است تا با تغيير مكان به بالا و پايين، ميزان جريان هوا اندازه‌گيري شود. هدف اصلي از آزمايش تونل باد، مطالعه طراحي آيروديناميك خودرو است. در پشت خودروهاي فرمول يك مانند حركت قايق در آب، خط حركت ايجاد مي‌شود. اگر دو خودرو فرمول يك در يك خط حركت كنند، اين حالت داون‌فورس يا نيروي رو به پايين (Downforce) خودرو عقب را كاهش مي‌دهد.
در خودروهاي فعلي فرمول يك، كاهش داون‌فورس دراثر حركت خودرو جلو تا ۵۰ درصد ثبت شده؛ اما در اولين آزمايش تونل باد مدل اوليه‌ي ۲۰۲۱، اين رقم به ۵ تا ۱۰ درصد كاهش پيدا كرده است. كم‌شدن يا از‌بين‌رفتن اين پديده باعث مي‌شود سبقت‌گيري‌هاي سريع‌تر و بيشتري در مسابقات ببينيم. مدير واحد متخصص فرمول يك درباره‌ي آزمايش تونل باد مي‌گويد:
آزمايش تونل بادي كه انجام مي‌دهيم، با روند تيم‌هاي شركت‌كننده متفاوت است. تيم‌ها روي عملكرد و نيروهاي ورودي به خودرو در شرايط مختلف تمركز مي‌كنند. ما به‌دنبال شناسايي اين نيروها و درك‌كردن نحوه‌اي هستيم كه باعث تغييردادن عملكرد كلي خودرو مي‌شوند. حتي بيشتر به مطالعه جريان هوايي علاقه‌منديم كه پشت خودرو ايجاد مي‌شود.
مهندسان گروه فرمول يك و FIA از فناوري CFD در مدل اوليه‌ي خودرو ۲۰۲۱ فرمول يك استفاده مي‌كنند. از تغييرات مهم طرح جديد، رينگ‌هاي ۱۸ اينچي با ديواره‌ي كوتاه‌تر لاستيك‌ها محسوب مي‌شود و سايدپاد هم به مركز بدنه نزديك‌تر، اما كشيده‌تر شده است. كف خودرو با تمركز بر آيرودينايك بهتر شكل مي‌گيرد و باله‌ي عقب هم به‌گونه‌اي طراحي شده است تا جريان هوايي بيشتر از سطح فعلي خودروها پخش شود.
آزمايش در تونل باد پيشرفته‌ي سائوبر نشان داد مي‌توان به داده‌هاي حاصل از فناوري CFD اطمينان داشت. استفاده از مدل آزمايشي با مقياس ۱۰۰ درصد، سال‌ها پيش در فرمول يك ممنوع شد. دليل اصلي وضع اين قانون، هزينه‌هاي هنگفت توليد خودروي فرمول با ابعاد واقعي براي آزمايش بود. هم‌اكنون، بيشتر تيم‌ها از مدل‌هاي آزمايشي با مقياس ۶۰ درصد براي توسعه‌ي نهايي استفاده مي‌كنند؛ اما FIA مقياس ۵۰ درصد را براي مدل ۲۰۲۱ انتخاب كرده است.
چرا در آزمايش تونل باد و مطالعه جريان هوا در پشت خودرو، از دو مدل استفاده نشده است؟ پاسخ تيم متخصص فرمول يك بدين‌شرح است:
نيازي به دو مدل نيست. در سال ۲۰۰۸، براي مطالعه عملكرد سبقت‌گيري خودروهاي فصل ۲۰۰۹ از دو مدل استفاده كرديم؛ اما براي اين كار، مجبور شديم مقياس مدل‌ها را به ۲۵ درصد كاهش دهيم كه واقعا كوچك است. به همين دليل، حتي در تأسيسات پيشرفته‌ي سائوبر هم، تنها مي‌توان يك آزمايش انجام داد كه البته فاصله‌ي دو خودرو به‌هم خيلي نزديك مي‌شود. براي شبيه‌سازي واقعي از CFD استفاده مي‌كنيم و آزمايش تونل باد، تنها براي اطمينان از هم‌بستگي (داده‌ها) است.
براي تضمين بهترين شرايط آزمايش، گروه فرمول يك از سرويس‌هاي وب آمازون (AWS) استفاده مي‌كند. در فناوري CFD و به‌كارگيري ابررايانه، شرايط مختلف فرمول يك را به سلول‌هاي كوچك تقسيم مي‌كنند. براي مثال تيم‌هاي شركت‌كننده معمولا از ۱۹۲ هسته براي پردازش ۹۵ ميليون حالت استفاده مي‌كنند؛ اما هم‌اكنون تيم آزمايش فرمول يك از ۱۱۵۲ هسته براي پردازش ۵۵۰ ميليون حالت استفاده مي‌كند و پيش‌بيني مي‌شود سال آينده، ۲,۳۰۰ هسته براي آزمايش‌هاي دقيق‌تر نياز باشد.
قوانين فصل ۲۰۲۱ فرمول يك تا اوايل مهر سال جاري نهايي مي‌شود. تا آن زمان، واحد متخصص فرمول يك با تيم‌ها و تأمين‌كنندگان ارتباط مستقيم خواهد داشت تا بهترين مجموعه قوانين براي رقابتي جذاب تنظيم شود.
هم انديشي ها