Wie funktioniert ein F1-Windkanal?

F1-Windkanäle funktionieren, indem Luft über ein maßstabsgetreues Modell eines Autos geblasen wird, um aerodynamische Kräfte zu messen und das Design zu optimieren. Das Modell, typischerweise 60% der tatsächlichen Größe, wird im Tunnel platziert und Windgeschwindigkeiten von bis zu 50 Meter pro Sekunde ausgesetzt. Sensoren und Kameras sammeln Daten zu Luftwiderstand, Abtrieb und Strömungsmustern, die Ingenieure verwenden, um die Form des Autos für maximale Leistung auf der Strecke zu optimieren.

Wie F1-Windkanäle funktionieren

F1-Teams nutzen den Windkanal, um zu prüfen, ob Ideen, die in Computersimulationen gut aussehen, tatsächlich funktionieren, und um die Wirksamkeit verschiedener Konzepte, Komponenten und Upgrades zu analysieren.

Im echten Leben bewegt sich das Auto über die Strecke durch die Luft. Im Windkanal ist es umgekehrt. Das Modell des Autos ist fixiert, und Luft strömt darüber, im Wesentlichen durch das Blasen von Wind mit einem großen Ventilator.

Windkanäle wurden ursprünglich für die Luftfahrtindustrie entwickelt und werden seit 50 Jahren in der Formel 1 eingesetzt.

Im Laufe der Zeit haben sich F1-Windkanäle weiterentwickelt und wurden noch spezialisierter. Einer der größten Unterschiede zwischen Luftfahrt- und Motorsport-Windkanälen ist, dass der F1-Windkanal einen beweglichen Boden hat.

Dies ist im Grunde genommen ein sehr schnelles Förderband, das sich mit der gleichen Geschwindigkeit wie der Wind bewegt und so die relative Strömung zwischen Fahrbahn und Auto simuliert.

Während das echte Chassis aus Carbon besteht, besteht das Zentrum des Windkanalmodells aus einer festen Aluminiumstruktur namens Wirbelsäule, an die verschiedene Komponenten angeschraubt sind. So können Ingenieure einen Teil des Autos ändern, ohne andere zu beeinflussen.

Die meisten Teile des F1-Windkanalmodells werden mittels Rapid Prototyping und 3D-Druck hergestellt, und Komponenten wie die Flügel bestehen aus Metall.

Das Modell ist mit Sensoren ausgestattet und Analysten nutzen verschiedene High-Tech-Methoden zur Datenerfassung. Sie können auch die Höhe und Lage des Modells während des Tests ändern, um zu simulieren, wie sich das Auto auf der Strecke verändert und manövriert.

Ein Lauf im Tunnel liefert eine riesige Menge an Daten zur Analyse. All dies hilft den Teams, sich ein Bild davon zu machen, was die Strömung bewirkt, und zu entscheiden, ob ein Konzept oder Upgrade zur Strecke gebracht werden kann.

Der Mercedes-Windkanal wurde dafür ausgelegt, ein Auto in Originalgröße aufzunehmen, was in der Vergangenheit auch so gemacht wurde, aber die Regulierungsbehörden waren besorgt, dass dies zu teuer sei. Daher dürfen Teams jetzt nur noch Modelle mit 60% Maßstab verwenden.

Es wurden weitere Einschränkungen eingeführt, um die Kosten zu senken. Teams dürfen nur einen Windkanal verwenden und dürfen ihn nicht mit mehr als 180 km/h betreiben, was etwas über 110 Meilen pro Stunde entspricht.

Das klingt zwar schnell, schränkt aber ihre Fähigkeit ein, das Fahrverhalten auf der Strecke vollständig zu simulieren.

Es gibt auch Einschränkungen, wie viele Tests jedes Team durchführen darf. Diese Beschränkungen gelten seit einigen Jahren, aber zusätzliche Begrenzungen wurden vor der Saison 2021 eingeführt.

Wie viele Windkanalläufe ein Team durchführen darf, hängt nun von seiner Position in der Konstrukteurs-Weltmeisterschaft ab.

Das letztplatzierte Team erhält 25% mehr Testläufe als das erstplatzierte Team, und dazwischen gibt es eine gleitende Skala.

Die Beschränkungen wurden für die Saison 2022 und darüber hinaus weiter verschärft, da die FIA versucht, die Leistungen im Feld einander anzugleichen. Diese strengeren Regeln setzen die Ingenieure unter Druck, das Maximum aus jedem Lauf herauszuholen und zwingen sie dazu, ihre Arbeitsweise anzupassen.

Zusätzlich hat der Tunnel selbst ein paar interessante Aspekte:

• Der Testbereich, bestehend aus einem Stand, auf dem das Auto positioniert wird, um Auf- oder Abtrieb durch den Wind zu messen. Dies ist der schmalste Punkt im Tunnel, wodurch der Luftstrom vor dem Auto beschleunigt wird.
• Der Antriebsbereich, durch den der Wind am Ventilator vorbeiströmt.
• Der Diffusor, ein sich allmählich öffnender Abschnitt des Tunnels, verlangsamt die Luft, sodass sie leichter weitergeleitet werden kann.
• Der Beruhigungsbereich vor dem Testbereich besteht aus einer wabenförmigen Gitterstruktur, die den Luftstrom gerade und gleichmäßig ausrichtet.
• Die Entlüftungs- bzw. Kühlungseinheit sitzt innerhalb der Schleife, um einen zu hohen Luftdruckanstieg durch Bewegungen zu verhindern.

Auch der Testbereich selbst hat mehrere Komponenten:

1. Die zwei langen Arme, die das Auto an Ort und Stelle halten.
2. Unter dem Auto kann ein sich drehender Boden verwendet werden, um die Windgeschwindigkeit anzupassen und zu verhindern, dass sich die Luft am Boden festsetzt und die Sensoren verfälscht.
3. Das Auto selbst darf nur 60% der Größe eines regulären F1-Autos haben.

F1-Windkanal FAQs

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Übersetzung aus dem englischen Artikel “How Does An F1 Wind Tunnel Work?“