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Wichtigste Aerofaktoren - abgesehen vom Unterboden

Fragen und Antworten über die Technik in der Formel 1.

Beiträge: 1
Ich wollte hier nur mal Fragen, was eurer Meinung nach die wichtigsten Faktoren für die Aerodynamik sind.
Dass der Unterboden DIE Hauptkomponente ist, sollte klar sein.
Ich bin der Meinung dass der Frontflügel den größten Einfluss ausübt. Luftstrom um die Reifen leiten usw. Eure Meinung? :)


Beiträge: 40280
Ich denke auch, dass der Frontflügel eine entscheidende Rolle spielt


Beiträge: 20024
Naja es gibt ja eigentlich nur drei wesentliche Elemente.

Unterboden, Frontflügel, Heckflügel

Das sind die drei Bereiche in denen die Teams noch halbwegs Spielraum haben.

Die Airbox ist sehr stark reglementiert, die Kühleinlässe in den Seitenkästen sind bei fast allen Teams recht gleichgroß und auf den Seitenkästen darf auch nichts besonderes mehr gebaut werden.
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Beiträge: 179
formelchen hat geschrieben:
Naja es gibt ja eigentlich nur drei wesentliche Elemente.

Unterboden, Frontflügel, Heckflügel

Das sind die drei Bereiche in denen die Teams noch halbwegs Spielraum haben.

Die Airbox ist sehr stark reglementiert, die Kühleinlässe in den Seitenkästen sind bei fast allen Teams recht gleichgroß und auf den Seitenkästen darf auch nichts besonderes mehr gebaut werden.


Grundsätzlich richtig, aber wie so oft ist es nicht ganz so einfach.
Der Frontflügel ist mit Abstand das wichtigste Aerodynamik-Teil am gesamten Auto bei einem modernen F1-Auto, da er die gesamte Luftströmung um das Auto beeinflusst bzw. das Konzept vorgibt. Mit geschickt induzierten Wirbeln kann man es schaffen, den Unterboden "abzudichten" (das heißt, dass keine oder weniger Luft von der Seite unter den Unterboden gezogen wird) und damit dessen Performance massiv erhöhen. Ebenso kann der Frontflügel die Anströmung des Heckflügels massiv beeinflussen.
Der Heckflügel selber ist zwar sehr wichtig und sorgt für einen guten Teil des Abtriebs, aber man kann damit nicht wirklich sonderlich abgefahrene Sachen machen. Man sieht immer mal wieder kleinere Spielereien aber abgesehen von unterschiedlichen Anstellwinkeln und Größen der Flaps hält sich das echt ziemlich in Grenzen.
Am Unterboden selber kann man leider heutzutage auch nicht mehr so richtig viel machen, das Verbot des Anblasens (dabei wurden die Auspuffgase ursprünglich unter das Auto geleitet und konnten dort Abtrieb unabhängig von der Fahrzeuggeschwindigkeit erzeugen (super in langsamen Kurven); später wurde das verboten und man hat die Auspuffgase geschickt genutzt um den Unterboden wie oben beschrieben "abzudichten") hat das ganze am Unterboden selber etwas langweiliger gemacht. Verschiedene Luftleitbleche, Wirbel-Erzeuger (wie sagt man das? vortex generators meine ich) und das Anstellen des Fahrzeugs sind die wesentlichen Sachen die man da machen kann. Die Höhe des Diffusors am Heck ist vorgegeben, unterm Auto ist das auch bis kurz vorm Heck alles nahezu vollständig vorgegeben, lediglich im letzten Bereich könnte man kreativ werden, aber was den Winkel bzw. den Verlauf des Winkels angeht gibt es durch die Strömungsmechanik auch nicht mehr wirklich Spielraum, da muss man einfach nur aufpassen, dass die Strömung sich nicht ablöst und keine Wirbel entstehen (bzw. nur da wo man möchte). Da gibt es, genauso wie bei den grundsätzlichen Flügelgeometrien (im Querschnitt) ein paar Profile, die grundsätzlich sinnvoll sind, die aber auch in recht simplen Lehrbüchern nachzulesen sind. Wenn man da aufpasst unterscheidet sich das sowohl bei den Unterböden als auch bei den Flügeln (beim Heckflügel sieht man's am besten) nicht großartig.
Wo heutzutage in meinen Augen die wirkliche Kunst liegt ist in der nicht so offensichtlichen Aerodynamik, also der Geometrie der Motorabdeckung, Nasenunterseite, Seitenkästen usw. Damit kann man die Performance des Unterbodens und des Heckflügels massiv beeinflussen. Dabei geht es auch längst nicht nur um Geradeausfahrt bei Volllast, sondern insbesondere das Verhalten des Abtriebs beim Lastwechsel, bei hartem Bremsen, bei Queranströmung des Autos(in der Kurve oder bei Seitenwind), unter Einfluss mehrerer Lasten (Beschleunigen/Bremsen plus Lenken), beim Fahren im Windschatten oder auch bei Rückenwind.
Gerade bei den neuen Power Units ist da dann die Kühlung bzw. viel mehr das Thermomanagement von existentieller Bedeutung. Man möchte für die optimale Anströmung der Oberseite des Diffusors gerne möchlist schmale Seitenkästen und Heck haben (coke bottle/bottle neck shape), allerdings darf die Power Unit auch nicht zu heiß werden. Zu heiß bedeutet dabei, dass die Lebensdauervorgabe des Reglements beeinträchtigt wird, nicht mehr und nicht weniger. Motoren oder Power Units werden so heiß betrieben wie es das Design auch nur irgendwie zulässt. Nicht ohne Spaß hört man gelegentlich Funksprüche an Fahrer, dass sie etwas Abstand halten sollen oder aus dem Windschatten herausfahren sollen auf der Geraden, um die Power Unit zu kühlen. Neben dem bestmöglichen Packaging ist aber auch das Design der Öffnung am Heck wichtig. Wenn man mehr Kühlluft benötigt, braucht mein eine größere Öffnung. Damit wird der Diffusor nicht mehr optimal angeströmt, der Monkey Seat arbeitet auch nicht mehr optimal und unter Umständen leidet auch die Heckflügel Performance deutlich. Viel hängt dabei auch davon ab, ob man es schafft, die heiße Abluft laminar ausströmen zu lassen oder ob sie eher turbulent austritt und zu Strömungsablösungen am Diffusorende führt (zB).
Mercedes und Ferrari haben beide beim Thermomanagement interessante Ideen gezeigt, wobei Ferrari zeitgleich an einigen Stellen so den Bock abgeschossen hat, dass das garnicht debattiert wurde. Ferrari kühlt die Ladeluft nicht direkt in einem Ladeluftkühler im Seitenkasten sondern direkt am Motor über einen mit Kühlwasser durchströmten sehr kleinen Luft-Wasser Ladeluftkühler. Dieser kann sehr klein sein, da Wasser eine deutlich höhere Wärmekapazität hat und damit auf der gleichen Fläche ein größerer Wärmestrom übertragen werden kann. Das Kühlwasser für den Ladeluftkühler ist dabei nicht mit dem des Motors verbunden, sondern es ist ein eigenständiger Kreislauf, wobei das Wasser in einem (auch ziemlich kleinem) Wasser-Luft Kühler im Seitenkasten gekühlt wird. Das hat, wie man sich denken kann, einen nicht zu vernachlässigenden Gewichtsnachteil. Allerdings ist der Package-Vorteil erheblich und man verkürzt das Volumen des Ansaugsystems, was zu einem besseren Ansprechverhalten führt (das kann man mit den heutigen Motoren aber auch anders bewirken, siehe Mercedes). Zusammen mit extrem effizienten Kühlern von mezzo technologies, ist das in meinen Augen nach wie vor ein äußerst interessantes Konzept.
Mercedes hat wiederum beim Packaging und Thermomanagement den wichtigeren Schritt gemacht, indem sie den Krümmer als Log-Style ausgeführt haben (ein dickes Sammlerrohr quasi direkt am Zylinderkopf in das kurze Runner von den einzelnen Zylindern führen). Damit ist der Auspuff bis zur Turbine so kurz und vom Raumbedarf her so klein wie irgendwie möglich und damit auch die dort durch Strahlung abgeführte Wärme (Wärmeleitung ist bei den Abgastemperaturen nicht sonderlich relevant). Ein weiterer Vorteil ist, dass der Log-Style Exhaust wesentlich leichter zu dämmen ist als ein verwinkelter Krümmer mit möglichst gleichen Runner-Längen. Ferrari hat das Dämmen/Isolieren sogar komplett versäumt (das grenzt wirklich an Dummheit in meinen Augen). Das Dämmen hat neben der geringeren Wärmeabfuhr durch Strahlung den zusätzlichen Vorteil, dass die Abgase heißer an der Turbine ankommen und damit mehr Enthalpie (Energiegehalt) besitzen und damit auch mehr Leistung an die Turbine abgeben können.
Neben dem schlauen Auspuff hat Mercedes aber auch durch das Verschieben des Verdichters vor den Motor einen großen Vorteil. Der Verdichter ist, insbesondere bei Mercedes, nämlich eher riesig und sitzt bei den anderen Teams an einer Stelle, die man normalerweise eher schlank ausführen würde von der Motorverkleidung her. Außerdem rückt so die Turbine weiter nach vorne, wodurch man die Verkleidung nochmal enger anlegen kann.
Damit hat Mercedes auch bei der Aerodynamik einfach erheblich größere Freiheiten als andere Teams das haben, wodurch man weniger Kompromisse eingehen muss und für ein Problem nicht mehr die absolut abgefahrenste Lösung aus dem Hut zaubern muss, sondern oft den Luxus hat, zunächst relativ pragmatisch vorgehen zu können.

Ich bin gespannt, ob Mercedes evtl. über einen Wechsel auf Luft-Wasser Ladeluftkühler nachdenkt. Die Frage ist, ob das in deren Packaging sinnvoll zu integrieren ist. Daneben wundert es mich bislang noch, dass die Teams ihre Auspuffanlagen nicht grundsätzlich doppelwandig (also luftspaltisolierte Abgasanlage) ausführen. Das ist bei manchen Herstellern Serientechnik und insbesondere beim Mercedes Krümmer ziemlich leicht umzusetzen. Aus Sicht des Thermomanagements wäre es aber auch nach der Turbine durchaus noch sinnvoll, da die Verkleidung dann wieder näher dran kann. Ist in Inconel sicherlich der absolute Krampf, das herzustellen, aber dann kostet die Abgasanlage halt nen Faktor 5 von dem was sie jetzt kostet (vielleicht spielte da in 2014 auch noch die Zuverlässigkeit eine größere Rolle).

SO.
Das hatte ich mir schon 2 oder 3 mal gedacht als ich das Thema hier gelesen habe, hatte aber nie die Muße dazu. Habe jetzt nichts 2 mal gelesen und hoffe man kann es nachvollziehen und ich habe nichts wesentliches vergessen ;)

Gruß
Johannes


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Vielen Dank! Für mich war das sehr verständlich, schön, dass du wieder da bist. Hab schon befürchtet, du hast dich aus dem Forum verabschiedet.

Mich würde mal interessieren: Derzeit wird ja viel über die Saison 2016 diskutiert, wo man einiges ändern will, speziell am Motor, aber auch am Chassis. Das Thema Motor hatten wir ja schon mal, aber mich würde mal interessieren: Wie müsste für dich das Chassisreglement in etwa aussehen, dass möglichst viel Freiraum zu möglichst günstigen Preisen dabei rauskommen - möglichst auch noch so, dass die F1-Autos sich gegenseitig auch überholen können.


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Hier hatten wir mal im History-Bereich noch nen interessanten Artikel über Aerodynamik:

historisches-f7/aerodynamik-fur-anfanger-t11939.html


Beiträge: 179
MichaelZ hat geschrieben:
Vielen Dank! Für mich war das sehr verständlich, schön, dass du wieder da bist. Hab schon befürchtet, du hast dich aus dem Forum verabschiedet.

Mich würde mal interessieren: Derzeit wird ja viel über die Saison 2016 diskutiert, wo man einiges ändern will, speziell am Motor, aber auch am Chassis. Das Thema Motor hatten wir ja schon mal, aber mich würde mal interessieren: Wie müsste für dich das Chassisreglement in etwa aussehen, dass möglichst viel Freiraum zu möglichst günstigen Preisen dabei rauskommen - möglichst auch noch so, dass die F1-Autos sich gegenseitig auch überholen können.


Wie schon mehrfach gesagt: Ich bin wirklich kein Aero-Fachmann.
Grundsätzlich würde ich im Bereich Diffusor mehr zulassen, der stört die hinterherfahrenden Autos bei weitem nicht so, wie ein Heckflügel. Dazu sollte der Frontflügel massiv vereinfacht werden. Kaskaden weg, nur noch 2-3 Elemente an den Seiten, keine Spielereien mit den Endplatten und auch untendrunter eine einfachere Geometrie. Damit sollte die Empfindlichkeit was die Anströmung angeht massiv verringert werden. Für den passenden Abtrieb vorne muss man dann wohl etwas Drag in Kauf nehmen, aber die Deregulierung beim Diffusor wirkt da in die andere Richtung.
Die Heckflügel würde ich persönlich gerne wieder tiefer und breiter haben. Das sieht für mich einfach viel viel geiler aus, ansonsten sollte das aber nicht viel ändern, glaube ich so auf die Schnelle.
Ansonsten muss man da in meinen Augen bei der Aerodynamik nicht alles verändern. Der Frontflügel ist halt das wichtigste Teil an den aktuellen Autos und der Diffusor das effizienteste.

Wenn wir beim Chassis ins Fahrwerk gehen, dann würde ich kategorisch aktive bzw. elektronisch angesteuerte Aufhängungen zulassen. Dabei würde ich die nicht zwingend so zulassen, wie das beim FW14 der Fall war. Aber die Fahrwerksabstimmung über die Elektronik anstatt semilegale Hydraulikleitungen mit Drosseln und Ventilen zu machen ist einfach schneller und erheblich günstiger. Wenn man da das Steuergerät vorgibt, kann man die Teams wunderbar kontrollieren. Letztlich kann man das von der Elektronik her so schreiben, dass man nur noch Kennwerte eingibt für die Dämpfer, Federn, ARBs usw. Grundsätzlich würde ich es da auch erlauben, das ganze nicht strikt statisch zu machen, sondern etwas dynamisch, aber für die Details sollte man kompetente Fahrwerker dran lassen.
Was nicht ganz zum Chassis gehört, aber trotzdem ein Punkt ist sind die Reifen/Räder. Da sollte man in meinen Augen auf jeden Fall deutlich größere Felgen nehmen. Die 13" Felgen sehen einfach lächerlich aus und der Aufwand der in Reifenmodelle geht ist nicht mehr normal. Je weniger Reifenflanke da ist, desto weniger wichtig sind die Reifen für das Dämpfungs- und Federverhalten des Autos. Damit liegt mehr und mehr direkt an den Teams und nicht mehr am Verständnis der absichtlich schlecht gemachten Reifen. Was der nächste Punkt wäre: Gescheite Reifen die 1-2 mal im Rennen gewechselt werden müssen über Verschleiß, aber bis dahin komplett vergewaltigt werden können. Also Reifenmischungen, die nicht nach 3 harten Runden thermisch so belastet wurden, dass sie komplett aufgeben. 20-30 Runden Alles was geht und während den letzten 3-5 Runden dürfen sie so langsam abbauen.
Führt dann auch zu besserem Racing, mehr Überholmanövern (man macht sich die Reifen nicht mehr im Windschatten kaputt) und mehr Einsatz der Fahrer.
Damit meine ich nicht, dass die Reifen unendlich viel Grip bieten sollen, das ist ja jetzt schon grundsätzlich nicht das Problem. Sie sollen nur dauerhaft am Grip-Limit gefahren werden können oder deutlich näher dadran als das jetzt geht.
Mit größeren Felgendurchmessern sollten auch die Bremsen tendenziell etwas preiswerter werden können, da die nicht mehr ganz so ans Limit gebracht werden. Unter Umständen kann man dann sogar Stahlbremsen fahren, falls das von den Kosten einen wirklich sinnvollen Unterschied macht und technisch umsetzbar ist. Keramik wäre auch mal interessant, das ist ja immerhin eine Serientechnologie und so die Mitte davon. Vielleicht könnte da die Formel 1 mal weiterentwickeln.

Worüber man mal nachdenken könnte ist eine Verringerung des Radstandes. Ich bin nicht der größte Fan davon, dass am aktuellen Auto etwa der letzte halbe Meter Radstand nur aus Aerodynamikgründen da ist. Würde mich mal interessieren, ob das optisch ansprechend wäre, bin mir da nicht ganz sicher.

Hier mal ein Bild:
Bild
Beide Fahrzeuge haben 13" Felgen...


Beiträge: 40280
Auch wenn du kein Aero-Fachmann bist, würde mich schon mal eine genauere Erklärung interessieren, wieso der Diffusor bzw. der ausgetüftelte Unterboden nicht viel ausmacht. Die meisten Journalisten (auch namhafte) schreiben schon immer, dass ein flacher Unterboden helfen würde bei der Überholproblematik.

0ph 0ph

Beiträge: 1334
Ich wäre ja auch ein Freund davon, die ganze Elektronik massiv einzuschränken.
Handschaltung sowieso, elektronische Einstellungen von Gaspedel, Bremsen, Differential und ähnlichem streichen. Dann müsste man vielleicht auch mal Kompromisse beim Setup eingehen und könnte nicht ständig nachjustieren. Es gäbe vielleicht zu unterschiedlichen Zeiten im Rennen unterschiedliche "schnellste" Piloten/Wagen.

Die Autos wären einfach wieder schwieriger zu fahren und der Pilot und nicht der Computer Anwender würde mehr in den Mittelpunkt rücken.


Beiträge: 40280
Genau so sehe ich das auch, dafür den Technikern wieder mehr technische Freiheiten im Bereich Chassis und Motor geben.


Beiträge: 179
MichaelZ hat geschrieben:
Auch wenn du kein Aero-Fachmann bist, würde mich schon mal eine genauere Erklärung interessieren, wieso der Diffusor bzw. der ausgetüftelte Unterboden nicht viel ausmacht. Die meisten Journalisten (auch namhafte) schreiben schon immer, dass ein flacher Unterboden helfen würde bei der Überholproblematik.

Wenn ich das richtig im Kopf habe, ist die Anströmung des Unterbodens selbst relativ kurz hinter einem anderen Fahrzeug noch ganz gut, während die Performance des Front- und Heckflügels durch Verwirbelungen mehr beeinträchtigt wird.
Hatte ich bislang immer so verstanden, lasse mich da aber gerne eines besseren belehren.

Vielleicht kommen da auch 2 Sachen zusammen. Ich persönlich bin gegen eine Reduzierung des Abtriebs, tendenziell sogar eher für eine Erhöhung, damit die Fahrer in den Kurven wieder mehr gefordert werden und die F1-Autos da mal wieder Zeichen setzen können. Dann muss man sich aber halt überlegen, wo die Aerodynamik am unempfindlichsten gegenüber vorausfahrenden Fahrzeugen ist.
Wenn der Ansatz ist, den Anpressdruck zu verhindern, ist der Unterboden sicher eine gute Variante, da man die Optik der Autos für den Leihen nicht so sehr verändert und die Umsetzung im Reglement auch denkbar simpel wäre.


Beiträge: 40280
Ich würde es begrüßen wenn die Autos nicht wie auf Schienen fahren, sondern mehr Rumrutschen. Also bin ich eher für die weitere Reduzierung des Abtriebs.


Beiträge: 179
Das hat ja nicht zwingend nur was mit der Aerodynamik zu tun, sondern am Kurvenausgang vor allem mit dem Verhältnis aus der an den Reifen absetzbaren Leistung und dem was die Power Unit leisten kann.
Motoren mit viel Bumms, vor allem auch im unteren Drehzahlbereich, finde ich auch klasse.
Beim Bremsen oder in den Kurven vorm Gasgeben wird man das Rutschen immer nur bei schlechten Autos und/oder Fahrer sehen, denn es ist schlicht und ergreifend langsamer.
Das ist beim Rausbeschleunigen auch der Fall, aber da lässt es sich nicht immer ganz so leicht kontrollieren.
Es ist ja auch nicht so, dass die Autos beim Bremsen nicht am Limit des Grips sind, oder beim Fahren in den Kurven, wenn sie eine Qualifying Runde absolvieren. Die Fahrer sind halt nur so gut, dass sie die Autos dabei nicht überfahren.
Mit guten Reifen könnte man da aber evtl. auch etwas mehr sehen, da man dann konsequenter am Limit des Grips arbeiten kann, ohne Haltbarkeit einbüßen zu müssen.

Das Rutschen sieht irgendwie immer spektakulär aus, aber es ist einfach grundsätzlich immer langsamer. Wenn man das Gefühl von Geschwindigkeit und vom fahrerischen Talent vermitteln möchte, muss man endlich mal die Kameraführung überarbeiten. Wenn man in's Bezahlfernsehen geht, gibt es oft interessantere Perspektiven, gibt ja genügend Positionen an den Autos eigentlich. Aber im allgemeinen Feed sind die Kameras immer so weit weg wie irgendwie möglich, das ist einfach totaler Mist.
Im Fernsehen sieht das ganze immer super umspektakulär aus, außer es fahren mal welche direkt nebeneinander oder man bekommt Onboard-Perspektiven. Das ist aber einfach sehr selten der Fall. Wenn man konsequent näher ans Geschehen drangeht und nicht immer versucht, mit den Autos mitzuzoomen, dann kommt auch mal wieder rüber, wie pervers die Karren um die Ecke gehen und aus den Kurven rausbeschleunigen. Das ist aber ja auch schon seit Jahren bekannt und wird nur immer schlimmer und schlimmer von Seiten der FOM.


Beiträge: 8276
JohF, mal eine Frage - bist Du mal selbst irgendwas rennmäßig gefahren? Oder betrachtest Du das alles nur nüchtern technisch-theoretisch? Weil - aus Fahrersicht magst Du zwar ein Auto mit Super-Reifen und maximalen aerodynamischen Grip und Carbon-Bremsen im Qualy-Trimm toll finden, um Rennen zu fahren ist es aber alles andere als toll. Dein Limit wird damit zur Gratwanderung und der Grenzbereich geht gegen Null, alle fahren wie auf Schienen, alles wirkt perfekt aber ist im Grunde erstens einfach und zweitens langweilig!


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