هرآنچه از آیرودینامیک خودرو فرمول یک ۲۰۲۱ می‌دانیم

آخرین روزهای تعطیلات تابستانی فصل ۲۰۱۹ فرمول یک برای طرفداران، رانندگان، تیم‌ها و مسئولان مسابقات بسیار متفاوت است. همه‌ی ما منتظر نیم‌فصل بعدی و ادامه‌ی رقابت جذاب ردبول و پیشرانه‌ احیاشده‌ی هوندا با فراریو مرسدس بنز، و همچنین مک‌لارن با رنو و ویلیامز هستیم تا با عملکرد سؤال‌برانگیز رانندگان هاس و ریسینگ‌پوینت درکنار تماشای پیشرفت آلفارومئو و تورو روسو، شاهد رقابت‌هایی هیجان‌انگیز باشیم.

تمام تیم‌های شرکت‌کننده در فرمول یک به‎همراه تأمین‌کنندگان شاسی و پیشرانه به‌دنبال بهبود خودروها برای ادامه‌ی مسابقات هستند؛ اما گروه فرمول یک و مقام‌های فدراسیون بین‌المللی اتومبیل‌رانی (FIA) علاوه‌بر تضمین برگزاری بدون مشکل هر گرندپری در کشورهای مختلف، به‌دنبال شکل‌‌دادن قوانین نهایی فصل ۲۰۲۱ و تغییرات اساسی طراحی و مهندسی خودروها هستند.

فرمول یک و FIA هم‌اکنون در حال آزمایش طرح‌های مختلف خودروهای ۲۰۲۱ فرمول یک هستند. پس از طراحی روی کاغذ، مرحله‌ی جدید ساخت مدل اولیه با مقیاس کوچک‌تر و بررسی کامل است. ماه گذشته و پیش از برگزاری گرندپری آلمان ۲۰۱۹، اولین آزمایش تونل باد از طرح آزمایشی خودرو فرمول یک ۲۰۲۱ در مرکز تخصصی سائوبر انجام شد. پیش‌از‌این در ژانویه‌ی ۲۰۱۹، آزمایش تونل باد با مدل مقیاس ۶۰ درصد از خودرو فصل ۲۰۱۸ فرمول یک و سپس مدل ۲۰۲۱ با رینگ‌های ۱۳ اینچی انجام شده بود.

هفته‌ی گذشته، ویدئویی رسمی از آزمایش تونل باد خودرو ۲۰۲۱ فرمول یک با مقیاس ۵۰ درصد منتشر شد که ابتدای مقاله قرار داده شده است. درواقع، اولین‌بار است که مدلی اولیه از خودروهای آینده فرمول یک را می‌بینیم. البته، طرح نهایی متفاوت خواهد بود و براساس گزارش رسمی FIA، تنها طراحی آیرودینامیک و دریچه‌ی هوای جانبی بین چرخ جلو و عقب یا سایدپاد (Sidepod) و باله‌ی عقب، مشابه مدل فعلی باقی می‌ماند. متخصصان FIA و فرمول یک به‌طور مشخص اعلام کرده‌اند طراحی باله‌ی جلو کاملا تغییر خواهد کرد.

مدل آزمایشی با مقیاس ۵۰ درصد خودرو ۲۰۲۱ فرمول یک که در این ویدئو می‌بینیم، به رینگ‌های ۱۸ اینچی مجهز شده است. در پشت خودرو، بازوی محرک باله‌شکلی قرار گرفته است تا با تغییر مکان به بالا و پایین، میزان جریان هوا اندازه‌گیری شود. هدف اصلی از آزمایش تونل باد، بررسی طراحی آیرودینامیک خودرو است. در پشت خودروهای فرمول یک مانند حرکت قایق در آب، خط حرکت ایجاد می‌شود. اگر دو خودرو فرمول یک در یک خط حرکت کنند، این حالت داون‌فورس یا نیروی رو به پایین (Downforce) خودرو عقب را کاهش می‌دهد.

در خودروهای فعلی فرمول یک، کاهش داون‌فورس دراثر حرکت خودرو جلو تا ۵۰ درصد ثبت شده؛ اما در اولین آزمایش تونل باد مدل اولیه‌ی ۲۰۲۱، این رقم به ۵ تا ۱۰ درصد کاهش پیدا کرده است. کم‌شدن یا از‌بین‌رفتن این پدیده باعث می‌شود سبقت‌گیری‌های سریع‌تر و بیشتری در مسابقات ببینیم. مدیر واحد فنی فرمول یک درباره‌ی آزمایش تونل باد می‌گوید:

آزمایش تونل بادی که انجام می‌دهیم، با روند تیم‌های شرکت‌کننده متفاوت است. تیم‌ها روی عملکرد و نیروهای ورودی به خودرو در شرایط مختلف تمرکز می‌کنند. ما به‌دنبال شناسایی این نیروها و درک‌کردن نحوه‌ای هستیم که باعث تغییردادن عملکردِ کلی خودرو می‌شوند. حتی بیشتر به بررسی جریان هوایی علاقه‌مندیم که پشت خودرو ایجاد می‌شود.

مهندسان گروه فرمول یک و FIA از فناوری CFD در مدل اولیه‌ی خودرو ۲۰۲۱ فرمول یک استفاده می‌کنند. از تغییرات مهم طرح جدید، رینگ‌های ۱۸ اینچی با دیواره‌ی کوتاه‌تر لاستیک‌ها محسوب می‌شود و سایدپاد هم به مرکز بدنه نزدیک‌تر، اما کشیده‌تر شده است. کف خودرو با تمرکز بر آیرودینایک بهتر شکل می‌گیرد و باله‌ی عقب هم به‌گونه‌ای طراحی شده است تا جریان هوایی بیشتر از سطح فعلی خودروها پخش شود.

آزمایش در تونل باد پیشرفته‌ی سائوبر نشان داد می‌توان به‌ داده‌های حاصل از فناوری CFD اطمینان داشت. استفاده از مدل آزمایشی با مقیاس ۱۰۰ درصد، سال‌ها پیش در فرمول یک ممنوع شد. دلیل اصلی وضع این قانون، هزینه‌های هنگفت تولید خودروی فرمول با ابعاد واقعی برای آزمایش بود. هم‌اکنون، بیشتر تیم‌ها از مدل‌های آزمایشی با مقیاس ۶۰ درصد برای توسعه‌ی نهایی استفاده می‌کنند؛ اما FIA مقیاس ۵۰ درصد را برای مدل ۲۰۲۱ انتخاب کرده است.

چرا در آزمایش تونل باد و بررسی جریان هوا در پشت خودرو، از دو مدل استفاده نشده است؟ پاسخ تیم فنی فرمول یک بدین‌شرح است:

نیازی به دو مدل نیست. در سال ۲۰۰۸، برای بررسی عملکرد سبقت‌گیری خودروهای فصل ۲۰۰۹ از دو مدل استفاده کردیم؛ اما برای این کار، مجبور شدیم مقیاس مدل‌ها را به ۲۵ درصد کاهش دهیم که واقعا کوچک است. به همین دلیل، حتی در تأسیسات پیشرفته‌ی سائوبر هم، تنها می‌توان یک آزمایش انجام داد که البته فاصله‌ی دو خودرو به‌هم خیلی نزدیک می‌شود. برای شبیه‌سازی واقعی از CFD استفاده می‌کنیم و آزمایش تونل باد، تنها برای اطمینان از هم‌بستگی (داده‌ها) است.

برای تضمین بهترین شرایط آزمایش، گروه فرمول یک از سرویس‌های وب آمازون (AWS) استفاده می‌کند. در فناوری CFD و به‌کارگیری ابررایانه، شرایط مختلف فرمول یک را به سلول‌های کوچک تقسیم می‌کنند. برای مثال تیم‌های شرکت‌کننده معمولا از ۱۹۲ هسته برای پردازش ۹۵ میلیون حالت استفاده می‌کنند؛ اما هم‌اکنون تیم آزمایش فرمول یک از ۱۱۵۲ هسته برای پردازش ۵۵۰ میلیون حالت استفاده می‌کند و پیش‌بینی می‌شود سال آینده، ۲,۳۰۰ هسته برای آزمایش‌های دقیق‌تر نیاز باشد.

قوانین فصل ۲۰۲۱ فرمول یک تا اوایل مهر سال جاری نهایی می‌شود. تا آن زمان، واحد فنی فرمول یک با تیم‌ها و تأمین‌کنندگان ارتباط مستقیم خواهد داشت تا بهترین مجموعه قوانین برای رقابتی جذاب تنظیم شود.