Analýza: Proč se Ferrari nepodařilo okopírovat výfuky McLarenu a s čím se trápí?

Týmy v minulé sezóně začaly naplno využívat možnost foukání do difuzorů, čímž došlo k velkému nárůstu přítlaku na zádi monopostů. FIA pro letošní rok změnila pravidla týkající se mapování a výfuků, které mj. musí směřovat minimálně o 10 ° vzhůru, aby tomuto foukání zabránila.

Problém je, že inženýři F1 nedokážou jen tak zapomenout na to, co se naučili, proto se snažili co nejvíce ztraceného přítlaku v důsledku nových pravidel získat zpět. McLaren, Sauber a Red Bull využívají jevy známé jako Coanda efekt (dle rumunského aerodynamika Henriho Coandy) a Magnus efekt (dle německého fyzika Heinricha Magnuse).

První je v podstatě o tom, že proudící plyn má tendenci být přitahován k povrchu, druhý efekt se týká proudění kolem otáčejících se objektů a následných odchylek v trajektorii.

Kombinace těchto dvou efektů je klíčová pro to, aby týmy dostaly do difuzoru co nejvíce vzduchu. Tyto věci v poslední době aerodynamiky nejvíce zaměstnávaly v tunelu a při CFD simulacích.

Podle šéfa Mercedesu Rosse Brawna se jeho soupeřům daří v rozporu s duchem nových pravidel opět foukat do difuzorů, což mělo být letos díky úpravě pravidlům znemožněno: "Výfukové systémy, které provozují, se ani trochu neblíží tomu, co zamýšlela FIA. Ta vám možná řekla, že se výfukové difuzory již nebudou používat. Mysleli jsme si, že je tedy nebudeme mít, ale několik vozů je má."

Trable Ferrari
Ferrari se odlišnou filozofií snaží rovněž o získání co největšího přítlaku díky tvarováním bočnic. V Jerezu fungoval, ale vzhledem k přehřívání pneumatik však muselo nakonec v posledním předsezónním testu v Barceloně nasměrovat výfuky mimo bočnicové kanály (tzv. Acer duct dle loga v daném místě), podobně jako to měl původně Red Bull, s plným vědomím jejich nižšího potenciálu. Bylo to však jediné řešení, jak udržet zadní pneumatiky při životě při delších stintech.

Kapotáž Ferrari F2012 tvarovaná do kanálu "Acer" obsahujicího výfuky a výstupní chladicí otvory
(foto: Scuderia Ferrari)

"Museli jsme to změnit, i když se nám to určitě nelíbilo. Stále však pracujeme na původním uspořádání, ale nebudeme schopni jej otestovat dříve než v Mugellu na počátku května. Věříme, že nám to poskytne slušnou výkonnostní výhodu," vysvětloval šéf Scuderie Stefano Domenicali pro Autosport.

A tak zatímco Ferrari přešlo na konvenčnější řešení, Red Bull šel ke konci testů opačnou cestou, kterou vytyčil McLaren. Situace se proti loňsku dokonale otočila: tehdy McLaren kopíroval výfuky Red Bullu a v prvním závodě mu koukal na záda, letos to bylo opačně, kopírky žhavili v rakouské stáji.

Zdá se však, že systém, který zvolil McLaren, je účinnější, jak ostatně připustil i technický ředitel Ferrari Pat Fry: "Myslím, že to je způsob, jak za současných pravidel získat nejvíce přítlaku."

Domenicali sice uvedl, že nebudou muset předělávat šasi, ale úprava si zřejmě vyžádá nové bočnice, které by měly projít nárazovými testy. Problémem, který souvisí s přesunutím výfuků více dopředu, je specifické chlazení Ferrari.

McLaren MP4-27 v Austrálii (foto: Vodafone McLaren Mercedes)

Proč to McLarenu funguje, ale Ferrari ne?
Nicméně to nemění otázku: jak to, že výfuky směrované k okrajům McLarenu fungují a Ferrari ne? Když srovnáme vedle sebe MP4-27 s F2012, jasně vyplyne, že výfuky Ferrari jsou umístěny více vzadu, podstatně blíže k zadním kolům, naproti tomu koncovky McLarenu jsou co nejblíže přední části vozu a spoléhají dle Autosportu na výše zmíněný Coanda efekt, díky němuž horké plyny proudí ke spodní části podlahy, přestože výfuky míří vzhůru.

Toto proudění však musí být směrováno jemně, protože náhlá změna profilu by vedla k jeho odtržení - proto musí být koncovky co nejvíce vpředu, aby docházelo k co nejmenší změně jejich směru. Pokud by se proudění odtrhlo, mířily by horké plyny přímo na zadní pneumatiku.

Vzadu umístěné výfuky Ferrari také blokují proudění v citlivém místě, kde se kapotáž zužuje, a zvyšuje odpor vzduchu - což by mohlo vysvětlovat nízké maximální rychlosti. Do difuzoru se zároveň nedostává tolik vzduchu o vysoké energii, nedostatek přítlaku poté vede k horší trakci.

Koncovka výfuku Ferrari F2012 a výstup chladicího systému v Melbourne (foto: Adam Cooper)

Aby Ferrari dostalo výfuky více dopředu (dále od zadních kol), bude muset zcela předělat chladiče a celou oblast bočnic, což si vyžádá nový boční nárazový test. "Jedná se o dlouhý proces, protože budeme muset změnit kapotáž, ale inženýři musí nejdříve porozumět tomu, jako to pomocí CFD přemodelovat, a pak pracovat na teplotách," sdělil Domenicali.

Ale jak to, že se Red Bullu podařilo tak rychle předělat svůj výfukový systém včetně bočnic? Možná to v případě vozu RB8 bylo snadnější, Ferrari však přiznalo, že v oblasti aerodynamiky a simulaci stále není na podobné úrovni.

"V roce 2010 jsme započali nový technický cyklus: podnikli jsme důležité kroky v oblasti organizace a metodologie a zde přemýšlím hlavně o oblasti simulací a strategií. Aerodynamika ještě není na adekvátní úrovni - není jednoduché nalézt ty správné lidi, ale to musí být podnětem pro ty, kteří pro nás pracují.

Zažil jsem nejprve Schumacherovu éru a před ní jsme se také trápili. Ferrari bude zpět s dalším vítězným cyklem, jelikož pro to máme vybudované základy," objasňuje situaci v Maranellu s jistou dávkou optimismu šéf Ferrari.

Původní čisté řešení Ferrari, k němuž se chce tým po vyřešení vrátit - "Poskytne nám to slušnou výkonnostní výhodu," tvrdí Domenicali (foto: Scuderia Ferrari)

Bude muset Ferrari předělat i chlazení?
Zatímco Red Bull či McLaren využívají klasický centrální otvor vzadu, Ferrari k chlazení využívá Acer kanál v kapotáži, v němž jsou umístěny právě výfuky. To bylo velmi populární na počátku 21. století.

Důvodem je to, že výfukové plyny zvyšují díky odsávání (aspiraci) hmotnostní průtok vzduchu chladicím systémem. Pokud zrychlíte průtok vzduchu chladicím systémem, můžete dosáhnout stejného hmotnostního průtoku i za použití menších otvorů v přední části bočnic, což je výhodné z aerodynamického pohledu (viz studie Aerodynamic effectiveness of the flow of exhaust gases in a generic formula one car configuration publikovaná v The Aeronautical Journal, autoři: Parra a Kontis).

Výstupní proud může být umocněn umístěním výfukového potrubí do kanálu o větším průměru, kde dochází k tvorbě smíšeného proudění. Mísení generuje aspiraci na vnější straně kanálu, což je založeno na stejném principu jako pumpa ejektoru. Plyny proudící z výfukového potrubí rychlostí až 240 m/s "obalené" vzduchem z chladicího prostoru díky tomu zvyšují efektivitu radiátorů.

Původně se koncovky výfuku na Ferrari F2012 nacházely uprostřed výstupu z chladicího kanálu, který byl uvnitř tvarovaný jako trychtýř směřující proudění dolů k okraji difuzoru. Původní řešení Scuderie bylo úhledným řešením, s nímž se zřejmě snažili urychlit proudění vzduchu chladicí soustavou. Vzduch z chladičů společně s externím prouděním po horní straně bočnic měl zároveň nasměřovat proudění z výfuků směrem dolů k difuzoru, přestože koncovky musí být skloněny vzhůru o minimálních 10 °.

Jenže jakmile se během předsezónních testů objevily s původním řešením problémy, bylo nutné oddělit výfuky od chlazení, jak jsme to mohli pozorovat poslední tři dny v Barceloně. Ferrari možná kvůli tomu bude muset předělat nejen výfuky, ale i chlazení. Bude proto zajímavé sledovat, jestli se u nových bočnic F2012 krom posunutých výfuků změní i velikost vstupního otvoru v jejich přední části.

Srovnání s loňským vozem: může za část problému i nedostatek zkušeností s novým předním zavěšením typu pull-rod? (foto: Scuderia Ferrari)

Problémy také v přední části vozu
Ferrari přiznalo, že mu chybí především maximální rychlost (v Austrálii bylo na rovinkách o 10 km/hod pomalejší než McLaren) a trakce na výjezdu z pomalých zatáček, jinak je výkonnost F2012 v rychlých zatáčkách velmi dobrá.

V pomalých zatáčkách se F2012 zdá být těžko ovladatelné - v Melbourne se Alonso i Massa několikrát ocitli mimo trať. Massa skončil ve štěrku v první zatáčce v pátek a Alonso v kvalifikaci, oba poté, co se dostali jedním kolem na trávu na hlavní rovince. Zpočátku se mi zdálo, že v kvalifikaci Alonso na chvíli ztratil koncentraci při nastavování přepínačů na volantu, jenže Španěl není žádný nováček, ale jeden z nejlepších a nejméně chybujících pilotů na světě.

Spíše než na školácké chyby to může poukazovat na základní nedostatek vozu: nestabilitu při brzdění, což může být důsledkem nešťastné kombinace nedostatku přítlaku na zádi s novinkou ve startovním poli - po 13 letech objevivším se pull-rodem na předním zavěšení, které možná není ještě dobře zoptimalizováno pro průjezd nerovností v zatáčkách (lze kompenzovat negativním sklonem, to však může přispívat k nestabilitě při brzdění při jízdě v přímém směru). Ferrari zřejmě pro kompenzaci nedostatečné trakce volí dle BBC takové zavěšení, které činí vůz nervózním a nepřesně ovladatelným při brzdění.

Massa i Alonso o uplynulém víkendu skončili ve štěrkové zóně (foto: Scuderia Ferrari

Zlepšení až v Barceloně
Ferrari hodlá v Mugellu otestovat obrovský balík vylepšení včetně nových bočnic a výfuků, který by měl řešit veškeré současné problémy. Znamená to, že se piloti s nekonkurenceschopným vozem budou muset rvát ještě tři závody.

To, co není dobré pro Alonsa, je hotovou pohromou pro Massu, který potřebuje stabilnější záď pro svůj styl pozdního brzdění a kterému již po Austrálii jistě schází potřebné sebevědomí. Fernando je extrémně schopný přizpůsobit svůj styl problematickému chování vozu, Massa ne. Současný vůz pouze zvýrazní výkonnostní rozdíl mezi oběma piloty.

Okruhy v Malajsii, Číně a v Bahrajnu by měly Ferrari více vyhovovat a tým bude moci spoléhat alespoň na Alonsa. Navíc v Melbourne předvedlo zastávky jako z jiné planety, inženýři McLarenu a Red Bullu jen nechápavě kroutili hlavami nad bleskurychlými výměnami pneumatik. Ferrari by díky tomu mohlo získávat alespoň nějaké body a co nejvíce omezit škody v šampionátu. Těžko od stáje z Maranella do Velké ceny Španělska očekávat více.