W12, uma Diva?

Esta história começa numa alteração ao regulamento técnico da Formula 1 que tem como intuito diminuir a carga aerodinâmica gerada pelos carros de forma a que os fantásticos pneus “design to degrade” parem de rebentar ao “acaso”. Algo estranho é certo, quando a própria construção dos pneus altera para que eles próprios sejam mais robustos, e sempre que um rebenta, a causa são detritos na pista…logo depreende-se, alegadamente, que não têm qualquer problema.

Talvez um debate para outro dia.

O que é certo é a redução da carga aerodinâmica nos carros, recortou-se parte do fundo plano e proibiram-se as ranhuras no mesmo, alteraçou-se o design do difusor e das aletas dos dutos de travões traseiros.

Teste de pré-temporada de 2021 e uma das equipas que mais apresenta problemas (ou assim parece) é a Mercedes. Caixa de velocidades, quiçá motor, quiçá qualquer outra coisa. Não só isto acontece como os principais rivais, a RedBull, apresentam um ritmo bastante bom e os testes decorrem sem problemas. Quando o W12 está em pista parece instável, falta-lhe equilibrio.

Sendo assim, porque é que isto acontece?

A resposta pode estar relacionado com o conceito de carro que a Mercedes tem apresentado ao longo do tempo, assim como a RedBull. Duas filosofias distintas e que até aqui se têm distinguido pela superioridade da Mercedes.

O W12 tal como os seus antecessores utiliza uma distância entre eixos maior do que o RB16B, até porque isto já acontecia o ano passado, e o desenvolvimento do chassis foi congelado para 2021. Esta distância entre eixos superior permitia à Mercedes ter um fundo plano maior, e como tal conseguia retirar grande rendimento do mesmo, uma fórmula que aperfeiçoou, utilisando as dimensões do seu carro, mas também grande conhecimento no que toca a manipular fluxos de ar entre aletas, defletores e tais ranhuras (proíbidas para este ano).

O funcionamento dos fundos planos é díficil de perceber, até porque o ar não se vê, e nós não temos acesso aos tunéis de vendo. “Felizmente” um carro que utiliza um conceito semelhante ao Mercedes, o RP20 do ano passado, entregou a alma ao criado entre fumo e labaredas, o que nos permite visualizar o que faz o fundo plano:

Como se pode ver no vídeo, o fluxo de ar quando passa nas ranhuras cria um vórtice, este tem a capacidade de selar o fundo plano, o que aumenta o efeito de solo já que o ar que passa por baixo do carro tem como única saída o difusor traseiro. O Fluxo de ar mantém assim uma velocidade superior, logo baixa a pressão na parte inferior do carro e cria carga aerodinâmica.

Para além disto podem ver o ar que sai do fundo plano a contornar o pneu traseiro. Os fluxos são manipulados desta forma para evitar o “tyre squish”, que perguntam vocês e muito bem o que é. Imaginem um balão, quando o apertam o ar que está dentro desse balão tenta escapar para os lados onde existe menos resistência. É algo semelhante, um pneu passa sobre uma almofada de ar e obviamente não há espaço para o ar passsar por baixo do mesmo, logo tem que ir por um lado ou pelo outro. O que acontece é que as equipas não gostam que o ar contorne o pneu pela parte interna, porque vai perturbar o fluxo, atrapalhar o difusor, o selo criado pelo vórtice mencionado anteriormente e a eficácia das aletas nos ductos de travões.

Tyre Squish para Tótós

Por esta altura os pontos já se começam a juntar certo? O regulamento foi justamente afectar as soluções que a Mercedes tinha. E estes 10% de carga perdida estão totalmente localizados na traseira do carro, logo podem afectar as equipas de forma diferente.

Cabe então perceber o porquê de isto não acontecer com a RedBull já que todas as equipas trabalham sobre o mesmo regulamento. A resposta é: Rake!

É um caracteristica que distingue os carros da RedBull e AlphaTauri, um ângulo de ataque pronunciado cria uma zona de baixa pressão maior (marcada a amarelo) e conseguem assim gerar carga.

Claro que selar o fundo plano, não perturbar o fluxo e tudo isso que falamos no Mercedes é também válido para o RedBull, mas a filosofia permite-lhes retirar preponderância do trabalho do fundo, dando maior ênfase a utilizar todo o carro como uma asa. Além do mais (ainda que isto seja transversal a todas as equipas), vemos que o design dos pontões foi alterado de forma a facilitar que os fluxos de ar escoem na parte posterior para o fundo plano (downwash sidepod design). Podemos ver o movimento destes fluxos no flowviz do McLaren:

Isto ajuda a colmatar algumas das perdas provocadas pelo regulamento.

Portanto, a Mercedes só tem que aumentar o rake…ok calma, não é bem isto. O problema da Mercedes aumentar o rake é que ao ter um carro com distância entre eixos superior, um incremento no ângulo de ataque semelhante ao RedBull significa maior arrastro, e isso não é popriamente bom. É necessário um compromisso e a alteração para esse conceito significa alterar todas as estruturas aerodinâmicas e começar do zero, a Mercedes teriam muito mais a perder do que a ganhar.

Representação do arrasto em carros com diferentes distâncias entre eixos, mas mesmo ângulo de ataque

Será interessante também perceber qual será a performance do Ferrari, até porque o SF21 encontra-se mais ou menos no meio das duas abordagens. Mas talvez esta questão esteja mais ligada ao motor do que propriamente à aerodinâmica do carro.

Advantage RedBull?

Não falta muito para sabermos, e estes são os dados que temos na mesa:

• Alteração no regulamento parece beneficiar carros com maior ângulo de ataque, como é o caso do RedBull.
• Problemas nos testes com o Mercedes mostram um carro instável.
  • Pode estar relacionado com uma questão de setup, até porque o novo fundo plano da Mercedes, fortemente trabalhado terá como função substituir as ranhuras do ano passado.
  • A Mercedes perde o DAS, o dispositivo era relativamente pesado, distribuir este peso teoricamente é fácil, mas só rodadando é possível adaptar o setup a essa mudança.
• A Mercedes foi a primeira equipa (de forma pouco característica até), a dizer que já tinha recuperado os 10% de carga perdida pelo regulamento.
• Três dias de testes apenas podem não ter sido suficientes para a equipa afinar a máquina, não significa no entanto falta de soluções para os problemas que lhes foram apresentados.
• Os novos pneus não são outro componente que requer adaptação, e igualmente aqui só estando em pista conseguem fazêlo.
• A última vez que a Mercedes teve uma Diva, dominou!

Por fim, este é o papel que no nosso entender está a ser realizado pelas ondulações no fundo plano da Mercedes. Canalizam o fluxo e criam vórtices (a tracejado) que ajudam a selar o fundo.