Změny technických pravidel pro sezónu 2021: méně přítlaku a udržitelné materiály

Rok 2021 se měl nést ve znamení velkých změn, zejména co se týče designu monopostů. Pandemie koronaviru však všechny plány narušila. Odrazilo se to i na nových technických pravidlech.
Foto: Activepictures / Jiří Křenek
Změny technických pravidel pro sezónu 2021: méně přítlaku a udržitelné materiály | Foto: Activepictures / Jiří Křenek

Aby týmy v těchto těžkých krizových dobách nemusely paralelně vyvíjet tři různá auta, revoluční změna pravidel byla odsunuta na rok 2022 a během minulé sezóny byl zmrazen vývoj mnoha částí monopostů. Do sezóny 2021 týmy nastoupí se stejnými šasi jako před rokem.

Zmrazené díly byly ohodnoceny buď jedním, nebo dvěma žetony, přičemž každý tým má k dispozici pouze dva žetony, které smí utratit na jejich úpravy.

Vyjmenovávat je všechny by bylo velmi zdlouhavé, takže na to pojďme raději z opačného konce a řekněme si, co se dá vyvíjet neomezeně – jsou to všechny aerodynamické součásti karosérie.

I když tento rok budou auta pod kapotou v podstatě totožné s loňskými, rozhodně to neznamená, že by byla nouze o změny v pravidlech.

Vzali to od podlahy

Na žádost Pirelli, které má obavu, že jeho pneumatiky by mohly mít potíže unést předpokládaný nárůst přítlaku, reagovala FIA opatřeními, která by měla snížit aerodynamický přítlak o 10 procent. Připravila sérii změn pravidel zejména v oblasti zadní částí podlahy a difuzoru.

Nejvíce viditelnou změnou v tomto směru bude odstřižení trojúhelníkové části z okraje podlahy.

Jak je vidět na obrázcích níže, za kokpitem se podlaha bude postupně zužovat až k zadním kolům. Veškeré podrobnosti o této změně se dozvíte v samostatném článku.

Klepněte pro větší obrázek
Foto: F1.com

Podlaha tedy přijde o různé štěrbiny a generátory víření, které jsme vídali v jejích zadních rozích. Jejich účelem bylo zabránit odstřikování špinavého vzduchu od pneumatiky zboku do difuzoru. Vytvářeli vír, který fungoval jako vzduchová bariéra.

Aby se aerodynamici nesnažili dosahovat podobný efekt pomocí nadměrné flexibility, došlo i ke zpřísnění limitů ohebnosti podlahy.

Ohebnost podlahy se testuje tak, že na přesně stanovené místo na podlaze tlačí píst o průměru 50 milimetrů směrem svisle dolů silou 500 newtonů a měří se přitom o kolik milimetrů se podlaha prohne.

Obrázek níže znázorňuje, kde přesně bude při testu zatížení působit. Počínaje touto sezónou je to o 50 milimetrů blíže k středové rovině auta. Co je však ještě důležitější, změnila se i maximální povolená míra průhybu z původních 10 na aktuálních 8 milimetrů.

Klepněte pro větší obrázek

Přistřižená křidélka

Při zmíněných okrajích difuzoru ještě zůstaneme, protože budeme hovořit o křidélkách pod zadními brzdovými kanálky, která kromě toho, že tvoří přítlak na nejvhodnějším možném místě – přímo na kolech – také výrazným způsobem přispívají ke správnému fungování difuzoru.

Klepněte pro větší obrázek
Pohled na křidélka za zadními brzdovými kanálky AlphaTauri AT01 (vyznačeno žlutě). Foto: Getty Images

Zadní brzdové kanálky a soustava křidélek kolem nich dosud směly vyplňovat prostor, který se rozprostíral od vnitřní strany kola 120 milimetrů směrem ke středové rovině auta.

Pravidla nově z tohoto prostoru zespodu ukrojila nezanedbatelnou část širokou 40 milimetrů a vysokou až 110 milimetrů. Od úrovně 50 milimetrů pod středovou rovinou kola totiž smí jakákoliv část karoserie na vnitřní straně kola sahat nejvýše 80 milimetrů do strany.

Klepněte pro větší obrázek

Seříznutý difuzor

Poslední změnou v oblasti podlahy je zkrácení svislých lopatek v difuzoru o 50 milimetrů.

Zatímco dosud směly tyto lopatky začínat od nejnižšího místa podlahy (tzv. referenční roviny), od teď budou muset začínat nejméně 50 milimetrů nad tímto místem.

Lopatky zvyšují účinnost difuzoru a zabraňují odtržení proudění tím, že vytvářejí velmi silné víry, které přispívají ke snížení tlaku v difuzoru a zvýšení průtoku vzduchu pod podlahou.

Klepněte pro větší obrázek
Pohled na difuzor Racing Point RP20 – žlutou barvou jsou zvýrazněny svislé lopatky, které budou muset být podle nových pravidel seříznuté.  Foto: Getty Images

DAS končí

Ještě před začátkem minulé sezony Mercedes zaujal nevídaným řešením systému řízení, který umožňoval pilotovi přitažením volantu směrem k sobě zvýšit sbíhavost předních kol.

Mercedes takovýmto chytrým způsobem překonal problém se zahříváním pneumatik, se kterým se dlouhodobě trápil.

DAS (zkratka slov Dual-Axis Steering), nebo také systém řízení se dvěma stupni volnosti, mu umožnil v případě potřeby – například při změně klimatických podmínek nebo po výjezdu safety caru – efektivně zvýšit teplotu v předních pneumatikách.

Jak funguje DAS (řízení Mercedesu se dvěma stupni volnosti)

Jak funguje DAS (řízení Mercedesu se dvěma stupni volnosti)

DAS však vstoupí do historie jako další z množství inovací, které měly jen velmi krátkou životnost. Velmi rychle, už v průběhu jeho premiérové ​​sezóny, bylo rozhodnuto, že od roku 2021 bude DAS zakázán.

Pravidla nyní vysloveně říkají, že: „natáčení řízených kol musí být jednoznačně definováno působením jezdce na volant, který smí mít pouze jeden stupeň volnosti, přičemž tento musí být rotační, a vztah mezi úhlem natočení každého řízeného kola a úhlem natočení volantu musí být striktně monotónní funkce.“

Přes tři čtvrtě tuny

Stalo se zvykem, že nová pravidla pokaždé o něco navýší již beztak velmi vysokou minimální hranici hmotnosti monopostů a jinak to nebude ani s těmito pravidly.

Od roku 2021 musí mít auto bez paliva hmotnost nejméně 752 kilogramů, což je meziroční nárůst o celých 6 kilogramů. Důvodem je hlavně navýšení minimální hmotnosti pohonné jednotky ze 145 na 150 kilogramů, od kterého si FIA slibuje, že odradí týmy od využívání ultralehkých a ultradrahých materiálů.

Vývoj minimální hmotnosti vozu včetně jezdce (v kg)

Duté hlavy

Ventily motorů F1 mohou být vyrobeny z intermetalických materiálů (např. TiAl) nebo slitin na bázi železa, niklu, kobaltu, či titanu. Mají dříky o průměru nejméně 4,95 milimetru, které smí být duté a kvůli chlazení naplněné sodíkem a draslíkem.

Pečlivým designem dutin lze na každém z nich ušetřit hmotnost řádově v jednotkách gramů. Když uvážíme, že jich je celkově 24, úspora na hmotnosti a setrvačnosti pohyblivých částí motoru již není tak zanedbatelná.

Zajímavé je, že ačkoli pravidla povolovala duté dříky, nikde dosud nebylo přesně definováno, co je dřík ventilu. To mohlo zřejmě vést motoráře k vývoji komplexních dutin i napříč hlavou ventilu, které vyžadují složitý a nákladný výrobní proces.

Pravidla nyní vysloveně neomezují dutiny ve ventilu pouze na dřík, ale háček je v tom, že hlavní dutina musí mít válcovitý tvar s konstantním průměrem a „obrobené prvky, které usnadňují výrobu a montáž, jsou povoleny nad a pod hlavní dutinou, avšak nesmí přesahovat mimo virtuální válec souosý s osou ventilu s průměrem o 1 mm větším než průměr hlavní dutiny.“

Omezený vývoj softwaru

Nepřetržitě od roku 2008 společnost McLaren Applied dodává všem týmům formule 1 standardizované řídící jednotky. Ty mají v sobě základní program, tzv. BIOS, který je v podstatě rozhraním mezi hardwarem a aplikacemi ovládajícími jednotlivé systémy a funkcionality vozu.

Klepněte pro větší obrázek
Řídící jednotka McLaren TAG-320B; zdroj: McLaren Applied

Samotné aplikace si už týmy vytvářejí ve vlastní režii. Jejich programování však neprobíhá klasickým způsobem, při kterém by programátor psal zdrojový kód v určitém programovacím jazyce, ale jde o takzvaný Model-Based Design. V praxi to funguje zhruba tak, že McLaren spolu s řídící jednotkou dodává i grafické prostředí založené na Simulink, resp. MATLAB spolu s vlastní knihovnou předefinovaných komponent, které vývojáři umožňuje vyskládat a nakonfigurovat model, ze kterého se automaticky vygeneruje aplikační kód.

Doposud nebyl vývoj těchto aplikací nijak limitován, ale nyní nastává změna a týmy smí v průběhu sezóny 2021 vystřídat nejvýše 5 verzí takzvaných týmových aplikací, 5 verzí aplikací pro řízení pohonné jednotky a 3 verze aplikací pro řízení hybridního systému.

Nulová tolerance vůči plagiátorství

Kopírování a napodobování je přirozenou součástí konkurenčního prostředí a zřejmě těžko najdete konkurenčnější prostředí jako paddock formule 1. Bylo tu odjakživa.

Často vídáme technické ředitele nebo hlavní aerodynamiky, jak se prochází se zápisníkem v ruce po startovním roštu nebo parc fermé a zblízka studují detaily aut soupeřů. Týmy si dokonce najímají i vlastní fotografy, kteří číhají v boxové uličce a všechny zajímavé detaily fotí z bezprostřední blízkosti.

Když kopírujete, znamená to, že jste několik kroků pozadu za tím, od koho „opisujete“. Pokud je ale jeho nápad opravdu geniální, zpravidla vám nezbývá, než se ke kopírování uchýlit.

Během toho se můžete leccos zajímavého naučit a vlastním kreativním přístupem lze posunout kopírovaný koncept novým směrem. Možná vymyslíte něco ještě lépe. I takové inspirování se cizím nápadem tedy může mít pozitivní, tvořivý efekt a posouvat poznání dopředu.

S vývojem moderních technologií se však tento proces natolik zjednodušil, že bezmyšlenkovitě sestrojit věrnou kopii jakéhokoliv auta dnes není žádný problém. Vloni to dokázal Racing Point, když zkopíroval celý Mercedes W10.

Mnohé konkurenční týmy svým přístupem pobouřil a rozproudil diskuzi o přípustné míře kopírování, která nakonec vedla k zavedení nových pravidel zamezujících podobně flagrantnímu plagiátorství.

Inspirovat se při návrhu takzvaného LTC (Listed Team Component, tedy dílu, který si musí každý tým navrhnout sám) designem konkurenčního týmu je nadále přípustné, avšak pouze s využitím informací, které lze získat během závodních víkendů nebo testů, přičemž je absolutně vyloučeno používat metody reverzního inženýrství.

To zahrnuje:

  1. Použití fotografií nebo obrázků v kombinaci se softwarem, který je převádí na oblaka bodů, křivky, povrchy nebo umožňuje překrytí CAD geometrie a obrázku (fotografie) nebo extrahování CAD geometrie z obrázku (fotografie).
  2. Používání stereofotogrametrie, 3D kamer nebo jakýchkoliv 3D stereoskopických technik.
  3. Jakoukoliv formu kontaktního nebo bezkontaktního skenování povrchů.
  4. Jakoukoliv techniku, která promítá body nebo křivky na povrch tak, aby se usnadnil proces reverzního inženýrství.

Zjednodušeně řečeno, nic vám nebrání udělat si fotky a videa jiných aut a při kreslení vlastních návrhů se pohledem na ně inspirovat. Zakázané je využívat pokročilé počítačové technologie, které za vás z těchto fotek, videí nebo jiných dat samy vygenerují návrh identický s návrhem jiného týmu.

Udržitelné materiály

Uhlíková vlákna už téměř od nepaměti neodmyslitelně patří k monopostům F1 jako jejich základní stavební kámen.

Na obzoru se však rýsuje zajímavá alternativa a pravidla nyní konečně umožňují její použití při konstrukci monopostu. Jde o přírodní vlákna jako například len, konopí, bavlna, či bambus.

Kromě zjevných výhod, jako je menší uhlíková stopa při výrobě takových materiálů nebo biologická rozložitelnost, je zajímavou výhodou přírodních vláken i to, že na rozdíl od karbonu po nich nezůstávají ostré úlomky, když se součástka při nárazu poškodí. Mohl by to tedy být vhodný materiál pro výrobu dílů, u kterých je zvýšené riziko poškození.

Právě to demonstrovaly společnosti Ycom a Bcomp, které vyvinuly a nárazovou zkouškou ověřili přední nárazovou strukturu vyrobenou výhradně z přírodních vláken.

Zatím jsou sice součástky z přírodních vláken těžší než ekvivalentní díly z karbonu, ale není se čemu divit. Vždyť moderní karbonové kompozity používané při stavbě monopostů F1 jsou výsledkem více než čtyřiceti let úsilí nejlepších expertů na kompozitní struktury.

Klepněte pro větší obrázek
Sedačka Carlose Sainze z uhlíkových vláken a Landa Norrise z přírodních vláken; zdroj: McLaren

McLaren, který byl průkopníkem v zavádění uhlíkových vláken, tentokrát jako první vyrobil část monopostu z přírodních vláken.

Tuto sedačku už loni dokonce i úspěšně otestoval během předsezónních testů, ale pravidla dosud neumožňovala nasadit ji i do závodů.

Tato změna pravidel tak může být jedním z důležitých kroků na cestě k udržitelné a uhlíkově neutrální formuli 1.

Klepněte pro větší obrázek
Detail sedáku z přírodních vláken; zdroj: McLaren
Další článek: Vettel sbírá odpadky a obdivuje Gretu

17:09 | Hamilton dokončil testy 18palcových pneumatik. Odjel 130 kol. Zítra testy v Imole pokračují.
11:15 | Dnes a zítra pokračují testy 18palcových pneumatik. V Imole jezdí Mercedes. Za volantem je dnes Hamilton.
18. dubna | Incident mezi Bottasem a Russellem bez trestu. Podle nich Bottas držel linii, nechal místo na úrovni šířky vozu. Jednalo se s ohledem na podmínky o závodní incident.
18. dubna | Před sportovní komisaře jdou i Stroll a Gasly za incident ve 2. zatáčce 11. kola.

GP Emilia Romagna 2021

Pátek 16. dubna 2021
1. trénink Bottas (1:16.564)
2. trénink Bottas (1:15:551)
Sobota 17. dubna 2021
3. trénink Verstappen (1:14.958)
Kvalifikace Hamilton (1:14.411)
Neděle 18. dubna 2021
Závod Verstappen