Uitgelegd: Zo werkt de "magische" achtervleugel van McLaren

De fysica achter flexibele vleugels

Om de "goocheltruc" met de achtervleugel van McLaren te begrijpen, is het handig om composietmaterialen en hun eigenschappen te nader te bekijken. De aerodynamische onderdelen van een F1-auto zijn gemaakt van koolstofvezelcomposieten, die worden gecreëerd door koolstofvezel te combineren met een hars, zoals vinylester, om een composietmateriaal te maken met betere prestatie-eigenschappen dan het afzonderlijke materiaal.

Deze materialen worden al tientallen jaren gebruikt, niet alleen in de F1 maar ook in de lucht- en ruimtevaart, vanwege hun uitstekende mechanische prestaties, lichtgewicht en ontwerpflexibiliteit. Ingenieurs proberen altijd deze drie eigenschappen te benutten bij het ontwerpen van nieuwe aerodynamische onderdelen: ze proberen lichte elementen te bouwen die kunnen vervormen onder belasting en toch zeer goed bestand zijn tegen spanningen.

De prioriteit van F1-technici is om voor- en achtervleugels te ontwerpen die onder belasting zo veel mogelijk buigen (bij hoge snelheden, op rechte stukken) om de luchtweerstand tot een minimum te beperken, maar die vervolgens weer terug kunnen komen in hun "normale" positie om maximale downforce te leveren tijdens het remmen en in bochten. Deze truc is mogelijk dankzij twee van de eigenschappen die hierboven zijn beschreven: de lichtheid en de grote flexibiliteit van deze materialen, die onder belasting kunnen vervormen en dan weer terugvormen in hun oorspronkelijke positie.

Maar hoe kan de FIA deze onderdelen controleren en hoe kunnen ze legaal zijn? Deze onderdelen moeten voldoende stijfheid hebben om te voldoen aan de eisen van de statische belastingstest van de FIA (minder dan 20 mm doorbuiging met 100 kg verticaal toegepast op een of beide uiteinden van de vleugel). Hier komt de derde bovengenoemde eigenschap om de hoek kijken: dankzij hun uitstekende mechanische prestaties zijn koolstofvezelcomposieten zeer resistent wanneer er een statische kracht op wordt uitgeoefend, maar zeer flexibel onder aerodynamische belasting. Dit stelt de ingenieurs in staat om vleugels te ontwerpen die bij hoge snelheid aan de buitenranden terug kunnen draaien en toch de statische tests van de FIAdoorstaan.

De prestaties van de structurele componenten onder belasting staan dan ook bovenaan de prioriteitenlijst van ontwerpers, omdat dit aanzienlijke voordelen kan opleveren in termen van prestaties, ook al kost het ontwerpen en ontwikkelen van deze elementen altijd veel geld.

De "tovertruc" van de MCL38

Tijdens het eerste derde deel van het 2024 F1-kampioenschap had de MCL38 van McLaren een zeer lage aerodynamische efficiëntie in vergelijking met Red Bull en Ferrari. Toch veranderde de situatie drastisch toen ze vanaf Barcelona nieuwe achtervleugels introduceerden.

Vanaf de Grand Prix van Spanje introduceerde het team onder leiding van Andrea Stella bij veel verschillende races (Barcelona, Silverstone, Spa en Zandvoort) een nieuwe versie van de achtervleugel, maar met een bijzonderheid: veel van deze "nieuwe achtervleugels" hadden geen nieuw radicaal ontwerp, maar waren gemaakt van nieuwe materialen, waardoor deze vleugels veel efficiënter waren terwijl ze nog steeds evenveel downforce leverden als de oudere versies.

Dit feit werd zowel door Andrea Stella als Rob Marshall benadrukt tijdens het Grand Prix weekend van Nederland. De teambaas legde uit:"We hebben alle achtervleugelvariaties geüpgraded. Zelfs die in Spa betrof een nieuwe vleugel, omdat die was geüpgraded op basis van wat modernere concepten." En de technisch directeur wees erop dat de nieuwe versie "een beetje efficiënter is, ons een beetje meer downforce zou moeten geven met een vergelijkbaar niveau van luchtweerstand, dus we denken dat het een goede stap voor ons is." (Zijn woorden hadden specifiek betrekking op de Zandvoort achtervleugelspecificatie).

Dit gezegd hebbende, was het pas op het 2,2 km lange rechte stuk in Baku dat de "moderne concepten" waar Stella het een paar races geleden over had zichtbaar werden: de live beelden lieten zien dat de voorrand van de DRS-klep in lijn met de lading omhoog kwam als het systeem niet geactiveerd was (rode pijl). Zoals op de tekening hieronder te zien is, was het mogelijk om bij hoge snelheden (en dus onder belasting) te zien hoe dit kleine deel van de DRS-flap iets omhoog kwam, waardoor de ruimte tussen het hoofdvleugelvlak en de mobiele flap in dat kleine gebied groter werd en er een "mini-DRS" effect ontstond, zelfs als het DRS-systeem niet geactiveerd was (blauwe pijl toont het "normale" ontwerp van de vleugel).

Dat gebeurde niet alleen op het rechte stuk, maar ook op alle stukken waar de aerodynamische belasting voldoende was om de achtervleugel terug te trekken en dit "apparaat" te activeren, waardoor de MCL38 van Piastri een enorm voordeel had bij het verdedigen tegen Leclerc.

Het was zelfs mogelijk om te zien hoe gemakkelijk Piastri dichter bij Leclerc kwam (en hem uiteindelijk passeerde) toen hij de DRS-zone inging; aan de andere kant had de Ferrari-coureur veel moeite om dichter bij de McLaren voor hem te komen, ondanks het feit dat hij zowel de DRS als de sleepvoorziening had (hij won slechts 3,5/4 tienden op een rechte stuk van 2,2 km!).

Deze achtervleugeloplossing kan verklaren waarom McLaren bijna elk weekend achtervleugels met een hogere downforce gebruikt dan hun concurrenten: dankzij het vermogen van de DRS-klep om een beetje te buigen en omhoog te gaan onder aerodynamische belasting, kunnen ze nog steeds een uitstekende topsnelheid hebben terwijl ze meer downforce beschikbaar hebben. Dat maakt de MCL38 sneller in bochten en beter in bandenmanagement.

Voor het geval velen van jullie zich afvragen: deze "goocheltruc" is legaal omdat de achtervleugel met succes de statische tests van de FIA heeft doorstaan, waardoor hij voldoet aan de technische regels.

Dit ontwerp geeft het team uit Woking onvermijdelijk een duidelijk voordeel ten opzichte van de concurrentie, maar dit zou geen aanleiding moeten zijn voor kritiek, maar juist een reden om het werk van Andrea Stella en alle ingenieurs bij McLaren te vieren, omdat ze een innovatieve oplossing hebben gevonden door te handelen in het grijze gebied van het reglement, met betere prestaties als gevolg.

Engineering gaat ook over het verleggen van de grenzen van de reglementen om net dat beetje extra prestaties te vinden waarmee teams races kunnen winnen.

Nieuwe upgrades in Singapore?

Het is belangrijk om erop te wijzen dat McLaren na de overwinning van gisteren de leiding in het constructeurskampioenschap heeft overgenomen van Red Bull en een marge van 20 punten heeft gecreëerd. Met nog zeven races te gaan en gezien de huidige vorm van Red Bull, is McLaren licht favoriet om te winnen.

Veel zal ook afhangen van hoe Red Bull zal reageren in de komende races, maar het Papaya-team heeft alle troeven in handen om de constructeurstrofee voor het eerst sinds 2012 weer naar Woking te brengen.

In dit verband onthulde Andrea Stella aan GPblog en anderen dat het team overweegt om de komende races met meer nieuwe onderdelen te komen, die de prestaties van de MCL38 kunnen verhogen: "We zijn zeker bezig met upgrades voor dit seizoen. We zijn dit nu aan het afronden. Ik wil niet te veel verklappen over wat en wanneer, maar we hebben wel een plan om de auto sneller te maken. Of we dat kunnen of niet, dat zullen we zien, want ik denk dat we hebben gezien dat het op dit niveau van ontwikkeling geen gemakkelijke taak is om de specificaties van de auto te veranderen en het te laten werken zoals je verwacht in je ontwikkeltools. Maar dat is ook de reden waarom we wat meer tijd hebben genomen om ervoor te zorgen dat wat we naar de baan brengen succesvol is. Dus ja, ik kan bevestigen dat er wat dingen aankomen voor de volgende races."

De woorden van de teambaas zijn een bewijs van de rust binnen het team: ze zijn zich bewust van de risico's die gepaard gaan met upgrades en nemen daarom alle tijd om echt te evalueren hoeveel invloed deze veranderingen kunnen hebben op de prestaties en de algehele balans van de auto voordat ze naar het circuit worden gebracht. In feite onderscheidde McLaren zich de afgelopen twee jaar van de concurrerende teams, ondanks het feit dat ze over zeer moderne gereedschappen en technologieën beschikken die een zeer goede correlatie garanderen: ondanks dat ze haast hadden om zo snel mogelijk met nieuwe onderdelen te komen, hadden ze het voorrecht om geduldig te werken en pas met een upgrade te komen als ze er zeker van waren dat deze zou werken.

Tot slot was het erg interessant om deze "magische" achtervleugeltruc in Baku in actie te zien. Het zal nog interessanter zijn om te zien of andere teams zullen proberen dit idee te kopiëren op hun eigen auto's, terwijl ze wachten om te zien of de nieuwe onderdelen die worden verwacht voor de volgende races de MCL38 nog sneller zullen maken.