Tìm hiểu về lực downforce trong F1

Khi nhắc đến xe đua F1, các thông số kỹ thuật như khối lượng, nhiệt độ, độ bám, ma sát và rất nhiều đại lượng vật lý khác cần phải được xem xét. Trong đó, lực ép mặt đường (downforce) là thông số được quan tâm và tính toán nhiều nhất. Về bản chất, lực downforce được tạo ra khi dòng không khí di chuyển qua thân xe, tạo ra lực hướng xuống và ép xe xuống mặt đường. Lực downforce cung cấp thêm độ bám cho xe, từ đó giúp những chiếc xe F1 chạy nhanh hơn trên đường đua.

Lực downforce trong F1 được xem là chiếc chìa khóa quan trọng dẫn đến chiến thắng. Do đó, các đội đua luôn có riêng một đội ngũ kỹ sư khí động học (aerodynamics engineer). Nhiệm vụ của các kỹ sư này là tính toán và thiết kế ra các bộ phận trên xe với mục đích tạo ra nhiều lực downforce nhất có thể. Trong bài viết này, bạn đọc hãy cùng Otoman điểm qua những bộ phận có nhiệm vụ tạo ra lực downforce trên một chiếc xe đua F1.

1. Cánh trước (front wing)

Phần lớn lực downforce được tạo ra trên xe F1 đến từ vị trí cánh trước. Vì thế, các đội đua luôn áp dụng những tinh chỉnh mới nhất trên cánh trước vào mỗi chặng đua của mùa giải. Điều này là nhằm tận dụng tối đa chiếc xe của đội mình.

Ngoài ra, cánh trước còn có một nhiệm vụ quan trọng khác là điều hướng dòng không khí đi đến các bộ phận khác trên xe. Công việc này giúp nâng cao độ hiệu quả mà dòng không khí mang lại – làm mát và tạo ra lực downforce cho xe.

Ví dụ, cánh trước dẫn hướng không khí ra ngoài hai bánh trước, giúp cắt giảm lực cản ở khu vực đầu xe. Hơn nữa, cánh trước cũng sẽ dẫn dòng khí đi dọc theo thân xe (hai bên khoang lái). Cuối cùng, chúng sẽ hướng dòng không khí xuống gầm xe và đi đến bộ khuếch tán (diffuser) ở phía sau đuôi xe.

Cánh trước là bộ phận có tầm quan trọng đặc biệt. Chỉ cần một hư hỏng nhỏ xảy ra, đội đua gần như sẽ phải lập tức thay thế bộ cánh trước mới hoàn toàn. Nếu “tiếc rẻ” thời gian dừng pit, việc giữ nguyên cánh trước sẽ dần làm cho chiếc xe gặp nhiều vấn đề và chạy chậm hơn.

2. Tấm khí động (bargeboard)

Phía sau cánh trước là vị trí của các tấm khí động. Bên cạnh việc cung cấp một phần lực downforce cho xe, nhiệm vụ chính của các tấm khí động là “gom” không khí xung quanh xe và dẫn chúng đi dọc về phía sau. Điều này giúp phần sàn xe và cánh đuôi sử dụng dòng khí một cách hiệu quả hơn.

3. Sàn xe (floor)

Đúng như tên gọi, sàn xe có vị trí nằm thấp dưới cùng của xe. Bộ phận này cũng được xem là một chi tiết khí động học và các đội đua luôn đảm bảo thân xe càng nhỏ gọn về phía trọng tâm xe càng tốt. Từ đó, phần diện tích sàn xe tiếp xúc với dòng khí sẽ được tối đa hoá để tạo ra hiệu ứng mặt đất (ground effect) nhằm tăng lực downforce.

4. Bộ khuếch tán (diffuser)

Thông thường, chúng ta gần như không thể nhìn thấy một số chi tiết khí động học quan trọng từ F1, trong đó có bộ khuếch tán.

Bộ khuếch tán tận dụng hiệu ứng Venturi (Venturi effect) bằng cách định hình thân xe sao cho luồng không khí “chảy” từ vùng có áp suất cao ở phía đầu xe đến vùng có áp suất thấp ở phía đuôi xe. Sự chênh lệch áp suất này giúp “hút” xe vào mặt đường và tạo ra nhiều lực downforce hơn.

5. Cánh đuôi (rear wing)

Bên cạnh cánh trước, cánh đuôi được xem là một bộ phận đặc biệt của trên xe. Cánh đuôi được tạo hình để cung cấp lực downforce cho bánh sau và tăng thêm độ bám. Bên cạnh đó, chúng cũng hỗ trợ công việc của bộ khuếch tán (nằm bên dưới).

Cánh đuôi cũng có một bộ phận có thể chuyển động được gọi là Hệ thống Giảm thiểu Lực cản (Drag Reduction System, DRS). Hệ thống điều chỉnh này giúp giảm kích thước của cánh và giảm lực cản tác động lên xe, từ đó tăng tốc độ và khả năng vượt xe khác trên đường. Khi chạy trên đường thẳng với DRS được bật, xe sau sẽ có lợi thế khoảng từ 4 - 5 km/h so với xe trước.

6. Tổng kết

Cùng với nhiều bộ phận khác, thiết kế các bộ phận khí động học trên đây được quy định chặt chẽ trong các quy tắc kỹ thuật của giải F1. Tuy nhiên, các đội sẽ luôn điều chỉnh thiết kế của họ trong suốt mùa giải để đảm bảo chiếc xe của đội mình chạy nhanh nhất có thể.

Để tối đa hóa lực downforce cho xe, thiết kế của mọi bộ phận từ vây (fin), phần tử cánh (wing element)... cùng với góc đặt, hình dạng và kích thước của chúng đều được kiểm tra kỹ lưỡng và sử dụng hoàn toàn có chủ đích.