Vloer & ground effect

Vraag een gewone fan waar de downforce van een F1-auto vandaan komt, en hij wijst naar de vleugels. Meestal fout. Bij een moderne auto komt ongeveer de helft van alle downforce van de vlak ogende onderkant — de vloer — en die maakt die kracht met veel minder luchtweerstand dan welke vleugel dan ook. Het snelste oppervlak van de auto is het oppervlak dat je niet ziet.

Hoe de vloer zuigt

Knijp een luchtstroom samen en hij versnelt — en snellere lucht is lucht met een lagere druk (de wet van Bernoulli, die je in de cursus Aerodynamica helemaal uitgelegd krijgt):

De vloer maakt hier gebruik van, met de weg zelf als één wand van het kanaal. Lucht komt binnen onder de voorrand van de auto, wordt versneld door de smalle opening tussen vloer en asfalt, en de druk zakt onder de atmosferische druk. Boven op de auto duwt de normale luchtdruk naar beneden; onder de auto duwt de verzwakte druk naar boven; het verschil is een hand die de auto de weg in drukt. Gevormde kanalen in de vloer (venturitunnels, teruggekeerd in het reglement van 2022) vernauwen zich tot een keel waar $v$ het hoogst is en $p$ het laagst, en waaieren daarna uit via het opgetrokken achtereinde — de diffuser — die de snelle lucht terugbrengt naar normale druk zonder dat de stroming loslaat. De diffuser vangt de lucht niet alleen weer op: juist die uitzetting laat de hele vloer ervóór zo snel stromen.

Goedkope downforce

Een vleugel maakt downforce door lucht met kracht omhoog te duwen, en betaalt daarvoor met luchtweerstand en een turbulent zog. De vloer maakt zijn kracht vooral door drukverschil in een nauw kanaal — er wordt veel minder lucht met geweld omgebogen, dus die downforce is goedkoper in luchtweerstand. Daarom offeren ontwerpers bijna alles op voor vloerprestaties, en daarom komen teams vaker met nieuwe vloerranden naar een race dan met welk ander onderdeel dan ook.

Op het scherp van de snede

Ground effect wordt sterker naarmate de opening kleiner wordt — totdat de grenslagen van vloer en weg samensmelten, of de diffuserstroming loslaat, en de zuiging plotseling instort. Rijd je te laag, dan overtrekt de vloer onvoorspelbaar; dat is een van de oorzaken van het stuiteren (porpoising) dat de auto's van 2022 teisterde: naar beneden gezogen worden, overtrekken, omhoog veren, weer aanhechten, en dat een paar keer per seconde opnieuw. Het is ook waarom de F1 zo streng toeziet op rijhoogte en vloerstijfheid, en waarom de sport ground-effect-ontwerpen in 1983 zelfs helemaal verbood, nadat auto's als over rails door de bochten reden — tot dat plotseling niet meer zo was. Het volledige verhaal — sliding skirts, auto's met een aanzuigventilator, dat alles — is een apart verhaal op deze site.