Die schwerwiegendsten Regeländerungen für die Formel-1-Saison 2017 betreffen die Karosserie. Der Wagen wird breiter, flacher und liegt mit seinem aggressiven Aussehennoch tiefer auf der Straße. Das neue Design beeinflusst vor allem die Aerodynamik des Fahrzeugs. Welche Auswirkungen das hat, beurteilt Dr. Jürgen Schöne, Hauptabteilungsleiter Strömungstechnik bei ebm-papst in Mulfingen – dem offiziellen Team Supplier von Mercedes-AMG Petronas Motorsport.
In der kommenden Formel 1-Saison werden die Autos breiter, liegen tiefer auf der
Straße und wirken aggressiver. Welche Auswirkungen haben diese Änderungen auf
die Aerodynamik der Autos?
Dr. Jürgen Schöne: In der Gesamtheit führt das dazu, dass das Fahrzeug einen höheren
aerodynamischen Abtrieb erzeugt. Das ermöglicht eine bessere Bodenhaftung bei größerer Kurvenbeschleunigung. Eine Zielsetzung der aerodynamischen Auslegung ist, die Abtriebskraft über den Boliden hinweg zu maximieren. Wenn nun der Frontflügel breiter und die Nase länger wird, gibt das den Teams die Möglichkeit, die Umströmung besser auszulegen. Das ist deshalb wichtig, weil der Frontflügel die gesamte Aerodynamik um das Fahrzeug herum beeinflusst. Die Luft strömt vom Frontflügel über das Vorderrad, das Chassis und den Heckflügel. Daher muss die Geometrie des Frontflügels so ausgelegt sein, dass sie auch die Strömung über die restlichen Komponenten verbessert. Zum Beispiel wurden die seitlichen Windabweiser vergrößert. Diese Maßnahme beeinflusst die von den Vorderrädern kommende stark gestörte Strömung.
Weshalb werden die Autos so schneller?
Dazu muss man zunächst mal definieren, was man unter „schnell“ versteht. In erster Linie
bedeutet das eine möglichst geringe Rundenzeit. Ob der Wagen eine höhere Endgeschwindigkeit hat, oder ob er in der Kurve schneller ist, hängt von vielen Parametern ab: Neben Motorleistung, Beschleunigungsfähigkeit, Luftwiderstand und Abtriebskraft natürlich auch das Können des Fahrers. Aerodynamische Faktoren tragen also tatsächlich einen Teil dazu bei. Schnellere Rundenzeiten lassen sich aber nur in der Betrachtung aller Faktoren erklären. In der kommenden Saison sollen durch diese Maßnahmen die Rundenzeiten um bis zu fünf Sekunden sinken – das ist eine ganze Menge.
Warum lassen sich die Autos mit diesen Änderungen schwerer steuern?
Wenn das Fahrzeug mehr Abtrieb erzeugt, lassen sich höhere Kurvengeschwindigkeiten
erreichen. Dabei wirken stärkere Kräfte auf den Fahrer ein, seine Belastung nimmt über die Rennzeit zu. Dadurch wird das Fahren deutlich anstrengender.
Welche Rolle spielt die Form des Frontflügels, wenn die Boliden dicht
hintereinanderfahren?
Sobald im Rennen Fahrzeuge hintereinanderfahren, wird das hintere stark vom vorderen in seiner Aerodynamik beeinflusst. Negative Einflüsse sollen dabei natürlich möglichst gering gehalten werden. Da spielt der Frontflügel eine wichtige Rolle, da er in solchen Situationen als erstes und am stärksten betroffen wird. Die Aufgabe dabei ist, eine Geometrie zu finden, die trotz stark gestörter Zuströmung noch guten Abtrieb ermöglicht. Die Formel-1- Konstrukteure begegnen diesem enorm komplexen Problem mit Vielfachflügelsystemen. Dabei besteht der Frontflügel aus mehreren neben- und übereinander versetzten Elementen.
Übertragen wir die Regeländerungen doch mal auf Ihre tägliche Arbeit: Was bedeutet
es für einen Ventilator, wenn seine Flügel breiter und länger werden?
Das sind bei uns ganz typische Parameter. Wenn wir den Platz haben, versuchen wir den
auch durch möglichst viel Flügelfläche auszunutzen. Denn mehr Flügelfläche führt zu mehr Luftleistung bei gleichen Außenabmessungen und Drehzahlen.
Wie gehen Sie diese Herausforderung an?
Die Herangehensweise unterscheidet sich nicht wesentlich von der in der Formel 1: Die
Ingenieure haben eine Aufgabe mit klarer Zielsetzung und bestimmten Randbedingungen. Sie haben dafür bestimmte Vorgehensweisen und Werkzeuge. Wir haben im gemeinsamen Austausch festgestellt, dass sie dafür die gleichen Werkzeuge wie wir nutzen: Simulation, Versuch und Ergebnisse aus dem Feld. Wir nutzen fast dasselbe Simulationswerkzeug wie die Ingenieure in Brackley. Dort wo sie Versuche im Windkanal durchführen, gehen wir in den Luftleistungsprüfstand. Sie gehen mit dem Fahrzeug auf die Strecke, wir nutzen Messwerte aus den Anwendungen.
In der kommenden Formel 1-Saison werden die Autos breiter, liegen tiefer auf der
Straße und wirken aggressiver. Welche Auswirkungen haben diese Änderungen auf
die Aerodynamik der Autos?
Dr. Jürgen Schöne: In der Gesamtheit führt das dazu, dass das Fahrzeug einen höheren
aerodynamischen Abtrieb erzeugt. Das ermöglicht eine bessere Bodenhaftung bei größerer Kurvenbeschleunigung. Eine Zielsetzung der aerodynamischen Auslegung ist, die Abtriebskraft über den Boliden hinweg zu maximieren. Wenn nun der Frontflügel breiter und die Nase länger wird, gibt das den Teams die Möglichkeit, die Umströmung besser auszulegen. Das ist deshalb wichtig, weil der Frontflügel die gesamte Aerodynamik um das Fahrzeug herum beeinflusst. Die Luft strömt vom Frontflügel über das Vorderrad, das Chassis und den Heckflügel. Daher muss die Geometrie des Frontflügels so ausgelegt sein, dass sie auch die Strömung über die restlichen Komponenten verbessert. Zum Beispiel wurden die seitlichen Windabweiser vergrößert. Diese Maßnahme beeinflusst die von den Vorderrädern kommende stark gestörte Strömung.
Weshalb werden die Autos so schneller?
Dazu muss man zunächst mal definieren, was man unter „schnell“ versteht. In erster Linie
bedeutet das eine möglichst geringe Rundenzeit. Ob der Wagen eine höhere Endgeschwindigkeit hat, oder ob er in der Kurve schneller ist, hängt von vielen Parametern ab: Neben Motorleistung, Beschleunigungsfähigkeit, Luftwiderstand und Abtriebskraft natürlich auch das Können des Fahrers. Aerodynamische Faktoren tragen also tatsächlich einen Teil dazu bei. Schnellere Rundenzeiten lassen sich aber nur in der Betrachtung aller Faktoren erklären. In der kommenden Saison sollen durch diese Maßnahmen die Rundenzeiten um bis zu fünf Sekunden sinken – das ist eine ganze Menge.
Warum lassen sich die Autos mit diesen Änderungen schwerer steuern?
Wenn das Fahrzeug mehr Abtrieb erzeugt, lassen sich höhere Kurvengeschwindigkeiten
erreichen. Dabei wirken stärkere Kräfte auf den Fahrer ein, seine Belastung nimmt über die Rennzeit zu. Dadurch wird das Fahren deutlich anstrengender.
Welche Rolle spielt die Form des Frontflügels, wenn die Boliden dicht
hintereinanderfahren?
Sobald im Rennen Fahrzeuge hintereinanderfahren, wird das hintere stark vom vorderen in seiner Aerodynamik beeinflusst. Negative Einflüsse sollen dabei natürlich möglichst gering gehalten werden. Da spielt der Frontflügel eine wichtige Rolle, da er in solchen Situationen als erstes und am stärksten betroffen wird. Die Aufgabe dabei ist, eine Geometrie zu finden, die trotz stark gestörter Zuströmung noch guten Abtrieb ermöglicht. Die Formel-1- Konstrukteure begegnen diesem enorm komplexen Problem mit Vielfachflügelsystemen. Dabei besteht der Frontflügel aus mehreren neben- und übereinander versetzten Elementen.
Übertragen wir die Regeländerungen doch mal auf Ihre tägliche Arbeit: Was bedeutet
es für einen Ventilator, wenn seine Flügel breiter und länger werden?
Das sind bei uns ganz typische Parameter. Wenn wir den Platz haben, versuchen wir den
auch durch möglichst viel Flügelfläche auszunutzen. Denn mehr Flügelfläche führt zu mehr Luftleistung bei gleichen Außenabmessungen und Drehzahlen.
Wie gehen Sie diese Herausforderung an?
Die Herangehensweise unterscheidet sich nicht wesentlich von der in der Formel 1: Die
Ingenieure haben eine Aufgabe mit klarer Zielsetzung und bestimmten Randbedingungen. Sie haben dafür bestimmte Vorgehensweisen und Werkzeuge. Wir haben im gemeinsamen Austausch festgestellt, dass sie dafür die gleichen Werkzeuge wie wir nutzen: Simulation, Versuch und Ergebnisse aus dem Feld. Wir nutzen fast dasselbe Simulationswerkzeug wie die Ingenieure in Brackley. Dort wo sie Versuche im Windkanal durchführen, gehen wir in den Luftleistungsprüfstand. Sie gehen mit dem Fahrzeug auf die Strecke, wir nutzen Messwerte aus den Anwendungen.
