Ground effect

Een vleugel in de vrije lucht staat er alleen voor. Maar breng een aerodynamisch oppervlak dicht bij de grond en er gebeurt iets opmerkelijks: de grond doet mee. Voor vliegtuigen is dat een zacht kussen, voelbaar in de laatste meter voor de landing. Voor racewagens werd het de grootste ontdekking uit de geschiedenis van de sport — downforce voor bijna niets, van een oppervlak dat niemand kan zien.

De grond als kanaalwand

De regel uit les 2 — samengeperste stroming is snel, snel is lage druk — heeft een kanaal nodig om zich in samen te persen. De onderkant van de auto en de weg vormen precies dat: een kanaal met het asfalt als tweede wand. Vorm de vloer van de auto zo dat de opening smaller wordt en dan weer wijder (een venturi), en lucht die door de vernauwing jaagt, stroomt met heel lage druk vlak onder de auto, over het hele vloeroppervlak. Het resultaat is verbluffend efficiënt: de vloer van een moderne F1-auto levert ongeveer de helft van de totale downforce op tegen een fractie van de weerstand die een vleugel zou vragen, omdat de kracht voortkomt uit een besloten drukverschil in plaats van het gewelddadig wegslaan van lucht.

(Komt dit diagram bekend voor — instroom, keel, diffuser en de drukval onder de keel — dan is dat omdat het exact dezelfde tekening is als in de vloerles van de F1-cursus, want het is dezelfde machine. Dankzij de gecontroleerde verbreding van de diffuser aan de achterkant kan de lucht onder de hele vloer er überhaupt snel doorheen stromen.)

De revolutie van 1978 — en het verbod

Colin Chapmans Lotus 78 en 79 zetten deze natuurkunde om in dominantie: vloeren gevormd als echte venturitunnels, aan de randen afgesloten met schuivende skirts die over het asfalt schraapten en voorkwamen dat lucht de lagedrukzone in lekte. De Lotus 79 won het kampioenschap van 1978 bijna achteloos — bochten nemend alsof hij op de weg was geschilderd — en binnen één seizoen kopieerde elk team het idee. Toen werd de wapenwedloop beangstigend: auto's reden steeds stijver en lager, coureurs werden murw gebeukt door vering die bijna star was geworden, en een klemmende skirt midden in een bocht kon zonder waarschuwing de helft van de grip wegnemen. Na een reeks afschuwelijke ongelukken werden vlakke vloeren in 1983 verplicht en werd ground effect vier decennia lang uit de F1 verbannen — pas in 2022 keerde het terug, getemd en zonder skirts.

Op het scherp van de snede

Ground effect heeft een ingebouwde valkuil: de zuigkracht wordt sterker naarmate de opening kleiner wordt — de vloer trekt de auto omlaag, waardoor de opening verder sluit, waardoor hij nog harder trekt. Rijd te laag en de stroming in de vernauwing stikt of laat los, de zuigkracht stort in één klap in, de auto veert op zijn vering omhoog, de vloer hecht weer aan, en de cyclus herhaalt zich meerdere keren per seconde: porpoising, het stuiteren waardoor coureurs in 2022 dubbel zagen op de rechte stukken. Het is de overtrek-afgrond uit les 4, maar dan op vier wielen: enorme prestaties vlak naast plotseling verlies, gescheiden door millimeters rijhoogte. Die scheermeslijn is waarom vloeraerodynamica het meest angstvallig bewaakte geheim blijft in elke F1-ontwerpstudio.