Etusiiven kehitys Formula 1-sarjassa

Abstract

Formula 1 on avopyöräisten ja yksipaikkaisten autojen kilpasarja. Joka vuosi useat tallit taistelevat maailmanmestaruudesta ja paras tapa voittaa se, on tehdä heidän autostaan mahdollisimman nopea. Insinöörien tekemien tutkimusten jälkeen on huomattu, että suunniteltaessa F1-autoa tärkeintä auton suorituskyvylle on sen aerodynaaminen suorituskyky. Tämän vuoksi insinöörit ovat 1960-luvulta lähtien suosineet auton suunnittelussa negatiivisen nosteen eli downforcen luomista auton parempien mutkanopeuksien vuoksi. Formula 1-autot tuottavat downforcea lukuisin keinoin ja yksi niistä on aivan auton etupäästä löytyvä etusiipi. Etusiipi on autolle aerodynaamisesti erittäin tärkeä. Se toimii yhteistyössä auton muun rungon sekä takasiiven kanssa luoden autolle downforcea. Lisäksi koko systeemi pyrkii luomaan mahdollisimman vähän ilmanvastusta parempien suoranopeuksien vuoksi. Etusiiven suunnittelu on tärkeää, sillä muu auto kulkee etusiiven vaikuttamassa ilmavirrassa.

Etusiipi on kehittynyt ajan saatossa voimakkaasti. Alkuaikoina, kun etusiivet otettiin käyttöön, niiden käytössä keskityttiin auton etupään aerodynaamisen pidon lisäksi erityisesti ilmavirran ohjaamiseen auton pohjalevyn alle. Tällä tavoin autot pystyivät käyttämään mahdollisimman paljon hyödykseen maaefektiä, jonka avulla autolle luotiin paljon negatiivista nostetta parantaen auton suorituskykyä huomattavasti. Kun sarjassa rajoitettiin maaefektin käyttöä, alkoi siiven kehitys kulkea kohti ilmavirran tarkempaa hallintaa ja siiven omaa kykyä tuottaa downforcea, kun rungon downforcea oli rajoitettu. Tästä syystä siivet kehittyivät aerodynaamisesti hyvin monimutkikkaiksi, kunnes uudet sääntömuutokset 2010-luvun lopulla ja 2020-luvun alussa rajoittivat siiven geometriaa ja yksinkertaistivat siipeä. F1 kehittyy sarjana jatkuvasti ja kaudelle 2026 tulevat uudet sään-tömuutokset muuttavat etusiipeä siten, että se tuottaa vielä vähemmän downforcea. Kuitenkin uusissa sääntömuutoksissa on mahdollistettu liikkuva ”aktiivinen etusiipi”, joka voi mahdollistaa uusia mahdollisuuksia etusiivelle, kuten esimerkiksi DRS:n käytön.

Päätehtävinä etusiivillä nykyajan formula-autoissa ovat downforcen luominen auton etupäähän, ilmavirran ohjaaminen sitä tarvitseville osille, kuten pohjalevylle ja sen pois vieminen sellaisilta osilta, jotka luovat liikaa ilmanvastusta, kuten renkailta. Siipi suunnitellaan niin, että sillä pyritään maksimoimaan maaefektin tuoma lisäetu. Nykyautoissa etusiivet noudattavat näitä keskeisiä periaatteita.