Cơ chế hoạt động của Hệ thống Giảm thiểu Lực cản (DRS)

Có thể nói, các thành phần khí động học hiện nay không còn quá mới mẻ. Mỗi khi bạn ngồi trên máy bay, bạn sẽ thấy cánh con (wing flap) hay cánh liệng (airelon) chuyển động. Thường khi hạ cánh, bạn cũng có thể nhìn thấy một loạt các bộ phận thủy lực được phi công kích hoạt ở cánh máy bay.

Các hệ thống trên xe F1 về cơ bản cũng hoạt động tương tự – ống thủy lực (hydraulic tube), thanh truyền (rod) và cơ cấu kích hoạt (actuator). Tuy nhiên, trái ngược với một chiếc Airbus A320, UAV hiện đại hoặc máy bay chiến đấu, xe F1 không cần quá nhiều không gian cho các bộ phận kể trên.

1. Giới thiệu hệ thống giảm thiểu lực cản

Các tay đua F1 có một công cụ khác có tên gọi là Hệ thống Giảm thiểu Lực cản (Drag Reduction System, DRS). Về cơ bản, nó là một hệ thống điều chỉnh được đặt ở cánh đuôi (rear wing) và được sử dụng để tăng khả năng vượt xe khác trên đường đua.

Theo luật mùa giải 2011, trong một số trường hợp nhất định thì các tay đua mới có thể điều chỉnh cánh con ở đuôi xe. Khi bị vượt, nếu khoảng cách giữa xe sau và xe trước ít hơn một giây, hệ thống sẽ gửi tín hiệu cho phép người lái kích hoạt hệ thống cánh đuôi chủ động (active rear wing). Khi đó, cánh con được nâng lên ở mép trước và giữ cố định ở mép sau để giảm drag cho xe (đồng thời cũng giảm downforce). Như vậy, trong trường hợp hỏng hóc, cánh con sẽ hạ xuống vị trí ban đầu (tạo ra downforce lớn). Thông thường, DRS được phép kích hoạt ở các đoạn đường thẳng giúp các tay đua có cơ hội vượt tốt hơn.

Tony Purnell, cố vấn FIA và là người tham gia vào công tác ban hành luật, cho biết: “Nhìn lại một vấn đề ở mùa giải 2007, chúng tôi nhận thấy rằng bất kì chiếc xe F1 nào lao ra khỏi khúc cua đều có khả năng tăng tốc cực kỳ tốt. Vì vậy, khi xe dẫn trước tăng ga sớm hơn dù chỉ vài trăm miligiây thì mặc cho xe sau có nhanh hơn bao nhiêu, xe dẫn trước vẫn bỏ xa một khoảng cách lớn. Điều đó đồng nghĩa với việc giảm lực cản khi vừa ra khỏi góc cua hầu như không tạo ra bất kì lợi thế nào”.

Purnell tin rằng việc kích hoạt DRS thậm chí còn làm tăng đáng kể cơ hội vượt ở các đường đua hẹp như Hungaroring hay Monaco.

2. Cơ chế hoạt động của DRS

So với hệ thống điều chỉnh cánh trước trong những mùa giải trước đây, DRS không còn cho phép các xe có nhiều thiết lập vị trí cánh. Theo đó, sẽ chỉ có một thiết lập DRS và xe chỉ có thể chọn bật hoặc tắt. Năm ngoái, người ta nhận thấy rằng các đội sử dụng các cánh con trước (front wing flap) kết hợp với bộ lốp dual compound (2CT) chủ yếu là để giảm trọng lượng xe thay vì dùng vào mục đích ban đầu của nó là để vượt xe (overtaking).

Khi tay đua bấm nút trên vô lăng, một tín hiệu ngay lập tức được truyền đến ECU (do McLaren Electronics cung cấp từ mùa giải 2008 đến nay). ECU sau đó sẽ dẫn động một van (do Moog cung cấp) được gắn trong khu vực hộp số. Moog cũng cung cấp một loạt động cơ điện nhỏ không thổi than (miniature brushless electric motors) cũng có thể được dùng cho cùng mục đích như van trên.

Thực tế, ta khó có thể biết được chính xác cách các đội kích hoạt cánh gió khi bật DRS là như thế nào. Tuy nhiên khi nhìn vào một số cánh rìa (end plate) phía trước của xe các mẫu F1 gần đây, ta có thể thấy rõ các đường dầu thủy lực được dẫn đến một bộ kích hoạt nhỏ. Ngoài ra, một số đội khác thì lại chọn sử dụng bộ kích hoạt điện tử.

Peter Hughes từ công ty MD cho biết: “Các đội thường sẽ tự thiết kế các bộ phận lắp ráp, sau đó gửi cho chúng tôi để đánh giá tính khả thi của chúng. Chúng tôi nhận thông tin và biến chúng thành những thiết kế thực tế. Nhiều đội đã làm việc với chúng tôi qua nhiều năm và tự biết họ cần làm gì, ví dụ như uốn cong cánh hoặc tăng tính thẩm mỹ…”.

Vật liệu được sử dụng trong các hệ thống này cũng đòi hỏi độ chính xác cao và nguồn ngân sách dồi dào. Hughes giải thích thêm: “Ngày nay, xe F1 chủ yếu dùng ống titan. Một số bộ phận trong hệ thống nhiên liệu sẽ dùng vật liệu PEEK nhưng đa phần thì vẫn là titan. Tất nhiên cũng có thể dùng nhôm và thép, nhưng titan được ưa chuộng vì trọng lưuongj nhẹ và độ bền vốn có của nó. Điều đó có nghĩa là ta có thể làm cho tiết diện của vật liệu mỏng hơn rất nhiều so với dùng nhôm.”

“Theo những gì tôi được biết, chưa có vật liệu nào tốt hơn titan mà giá cả vẫn hợp lý. Vấn đề với việc chế tạo các bộ phận từ titan là bạn chỉ có cơ hội uốn cong nó một lần mà thôi, sau đó nó sẽ cứng dần. Đây là công việc đòi hỏi kĩ năng. Bạn cần phải hiểu rõ chính xác góc đàn hồi và độ đàn hồi của vật liệu. Theo thời gian, chúng tôi đã học cách chế tác ống titan theo nhiều phương pháp mà người khác không thể làm được. Trong tương lai, chính công nghệ này sẽ mang lại thành quả cho ngành công nghiệp xe hơi."

Công nghệ DRS lần đầu tiên được sử dụng ở chặng GP Melbourne trong mùa giải 2011. Lần đó, DRS không cho thấy ảnh hưởng đáng kể của mình. Tuy nhiên ngay sau đó, các chặng đua với nhiều đường thẳng hơn như ở Sepang, Spa và Monza, hệ thống này đã chứng tỏ được hiệu quả rõ rệt.