Daniel Ricciardo - Red Bull - Ungarn sutton-images.com
Red Bull - Formel 1 - GP Mexiko - 25. Oktober 2018
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Red Bull - Formel 1 - GP Mexiko - 25. Oktober 2018
Ferrari - Formel 1 - GP Mexiko - 25. Oktober 2018
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Aerodynamik in der Sackgasse

Der Fluch der breiten Reifen

Sieben von zehn Teams mussten bei der Aerodynamikentwicklung im Verlauf der Saison mindestens ein Mal einen Schritt zurück gehen. Ferrari hat das möglicherweise den Titel gekostet. Warum stellte die Aero-Entwicklung 2018 die Ingenieure vor so viele Rätsel?

Es war das zweite Jahr der breiten Autos und breiten Reifen. Die Aerodynamikregeln blieben weitgehend stabil. Airbox-Finne, Monkeyseat und T-Flügel verschwanden. Der Halo kam hinzu. Eigentlich gute Voraussetzungen für die Entwicklungsabteilungen der Teams. Alle würden sich kontinuierlich nach der Decke strecken und dem Limit ein Stückchen näher rücken. Dachte man. Doch für sieben der zehn Teams war die Aerodynamikentwicklung eine Achterbahnfahrt. Nur bei Mercedes, HaasF1 und Sauber zeigte die Entwicklungskurve immer bergauf.

Die Sorgenkinder hatten unter dem Strich in verschiedenen Phasen der Saison alle ein ähnliches Problem. Instabiler Abtrieb im Heck. Damit im Rennen die Reifen nicht in die Knie gehen, behalfen sich fast alle vorübergehend mit größeren Flügel. Das ging zu Lasten des Topspeeds. Oft lag der Teufel im Detail. Man war mit dem Boden, den Leitblechen oder den Flügeln in der Entwicklung einfach einen Schritt zu weit gegangen und war gezwungen, erst wieder einen Schritt zurück zu tun.

Ferrari und Red Bull in der Aero-Falle

Ferrari fiel nach der Sommerpause in ein Loch. Genau gesagt ab dem GP Singapur. Bei den Hochgeschwindigkeitsrennen in Spa und Monza stand ein Auto mit einem speziellen Aero-Paket am Start. Bei Ferrari liefen mit Ausnahme des Frontflügels, der in Sochi debütierte, alle Aerodynamikentwicklungen ins Leere. Der Heckflügel, der Unterboden, die Leitbleche. Alles ein Schritt rückwärts. Es dauerte drei Rennen, bis Ferrari merkte, dass irgendetwas mit der Korrelation zwischen Windkanal, CFD-Simulation und Rennstrecke nicht stimmen konnte. „Wir mussten herausfinden, wo und warum wir falsch abgebogen sind“, verrät Sebastian Vettel.

Sebastian Vettel - Ferrari
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Um dem Problem auf die Spur zu kommen, probierte Ferrari vier Mal in Folge eine neue Idee am Unterboden aus. In die Bodenplatte zwischen den Rädern waren noch mehr Slots in Längsrichtung geschlitzt. Dazu kamen vertikale Finnen zur Kanalisierung des Luftstroms. Alle Versuche am Freitagmorgen ergaben, dass der Anpressdruck nicht so stabil war wie mit dem alten Boden. Kaum rüstete Ferrari wieder auf den Stand vor der Sommerpause zurück, benahm sich das Auto wieder normal. So gewann Kimi Räikkönen den GP USA.

Auch Red Bull ging bei der Suche nach mehr Abtrieb und weniger Luftwiderstand einen Schritt zu weit. Zwischen dem GP England und dem GP Italien konnten Max Verstappen und Daniel Ricciardo nicht mal aus eigener Kraft auf das Podest fahren. In der verregneten Qualifikation von Budapest erlebte Red Bull eine böse Überraschung. Ausgerechnet bei den Bedingungen, auf die man das ganze Jahr gewartet hatte, landeten die Fahrer nur auf den Startplätzen 7 und 12. In der Analyse stellten die Ingenieure fest, dass der Diffusor unter bestimmten Bedingungen nicht das machte, was er sollte: konstant Abtrieb liefern. Die Aerodynamiker brachten Korrekturen an, reduzierten außerdem die Anstellung des Autos. Nicht dramatisch, aber doch groß genug, dass aus dem Dritten im Spitzenpulk in den letzten sieben Rennen wieder ein Siegkandidat wurde. Und man auf den Geraden im Mittelfeld landete.

Wenn das Auto nur für einen Typ Kurve funktioniert

Renault hatte im Vorjahr mit einer Diffusor-Modifikation das Problem der Instabilität des Autos in Kurven mit langen Radien gelöst. Mit dem neuen Auto stellte sich das gleiche Phänomen erneut ein. Untersteuern am Kurveneingang, Übersteuern im Scheitelpunkt, begrenztes Vertrauen der Fahrer in ihr Auto. Was Renault auch immer anstellte, es half nicht aus dem Dilemma. Dabei attestierte der Windkanal dem Unterboden, der in Spa debütierte, eindeutig bessere Werte. Sie kamen aber nicht auf der Strecke an. Erst als der neue Boden mit ein paar alten Elementen und Ideen abgewandelt wurde, trat leichte Besserung ein.

Nico Hülkenberg - Carlos Sainz - Renault - GP Brasilien 2018
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Bei McLaren war es umgekehrt. Ordentlich in schnellen Kurven, ein Problemfall in langsamen. „Leider gibt es immer weniger schnelle Kurven“, bedauert Einsatzleiter Andrea Stella. „Mit mehr Abtrieb gehen immer mehr Kurven für alle problemlos Vollgas.“ Toro Rosso stand vor genau dem gleichen Rätsel. Die Techniker bekamen es erst vier Rennen vor Schluss mit einem umfangreichen Aero-Update einigermaßen in den Griff. Frontflügel, Unterboden und die Seitenkasten-Flügel waren neu.

McLaren ist schon vor der Saison mit seinem Konzept falsch abgebogen. Genauso wie Williams. Das Konstruktionsbüro um Technikchef Paddy Lowe dokterte ein halbes Jahr an einem missratenen Frontflügel herum, bis endlich ein Fortschritt eintrat. Der Rückstand war aber schon viel zu groß, um noch irgendetwas von der verkorksten Saison zu retten. Entwicklungsfahrer Robert Kubica erklärt das Dilemma: „Wir hatten vor allem mit dem Simulator zu Saisonbeginn noch Korrelationsprobleme. Diese Abweichungen zwischen den Werkzeugen und der Wirklichkeit haben im Endeffekt auch zu der Fehleinschätzung des Autos geführt. Wir dachten wirklich, wir hätten ein gutes Auto. Der Simulator wird ja mit Daten gefüttert, die von anderen Abteilungen kommen. Und die waren schon falsch.“

Simulationswerkzeuge sind am Limit

Force India kam nach zwei Rennen drauf, dass der Einzug der Seitenkästen im Heck eine Instabilität am Kurveneingang hervorrief. Der Abtrieb schwankte zu stark. Es ging da um ein paar Zentimeter mehr oder weniger Radius, um ein paar Grad Neigung mehr oder weniger im Vergleich zum Boden. Peanuts aus Sicht eines Laien. Dramatisch aus Sicht der Fahrer, die immer dann Vertrauen verlieren, wenn das Auto aus heiterem Himmel seinen Anpressdruck einbüßt oder sich dieser von vorne nach hinten oder umgekehrt verschiebt.

Technikchef Andy Green erzählt: „Bei uns lagen die Probleme an der schlechten Korrelation zwischen Windkanal, CFD und dem realen Auto. Eines unserer Entwicklungswerkzeuge hat uns in eine Richtung geschickt, doch plötzlich hat ein anderes Werkzeug dagegen gesprochen. Und das hat sich dann auch auf der Strecke bestätigt. Es war nicht einfach, dieses Rätsel aufzulösen. Mir haben unsere Experten in diesem Bereich gesagt, dass wir den Fehler verstanden haben und wissen, wie er passieren konnte. Aber sicher sein, dass sich sowas nicht wiederholt, kann man nicht. Wir sollten aber nicht so leicht noch einmal in die selbe Falle laufen. Wir wissen jetzt, dass wir künftig auf diesem Gebiet noch etwas gründlicher arbeiten müssen.“

Sergio Perez - Force India - GP Abu Dhabi 2018
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Das Problem mit der Korrelation überrascht. Wie kann etwas aus dem Ruder laufen, das offenbar 2017 noch funktioniert hat? Und die Regeln hatten sich ja nur marginal geändert. „Wenn man ein Auto immer weiter voranbringt und die Entwicklungskurve hochklettert, dann kommt man irgendwann an die Grenzen der Simulationstechnologie. Jedes Detail wird immer feiner definiert und auf die Spitze getrieben. Da kann bei der Korrelation schnell mal was leicht daneben gehen, was dann das ganze Kartenhaus zum Einsturz bringt. Je höher man das Kartenhaus baut, desto leichter fällt es in sich zusammen“, entschuldigt sich Green.

Das ist kein ungewöhnliches Phänomen in der Formel 1. Die Ingenieure waren auch schon früher über Nacht an ihren Simulationswerkzeugen verzweifelt, wenn sie versucht haben, die Grenzen eines Reglements auszureizen. „Bei einem neuen Reglement hängen die Früchte noch weit unten am Baum“, erklärt Green. „Da kann man relativ leicht große Leistungsschritte ernten. Aber mit der Zeit wird es schwieriger. Da müssen die Entwicklungswerkzeuge immer präziser arbeiten.“

Breitere Reifen, größere Luftwirbel

Die McLaren-Ingenieure Simon Roberts und Andrea Stella führen die Probleme, in die viele Teams in diesem Jahr gelaufen sind, auch auf die breitere Reifen und die größeren Unterböden zurück. Breitere Reifen bedeutet auch mehr Verwirbelung. Und größere Unterböden tragen mehr zum Gesamtabtrieb bei als kleinere. Green stimmt der McLaren-Theorie zu: „Die Verwirbelungen hinter den Rädern zu modellieren, ist bei Formel-Autos die schwierigste Aufgabe für uns. Die Ablenkung des Luftstroms auf einer Geraden unterscheidet sich extrem von den Turbulenzen, die von den eingeschlagenen Rädern mitten in der Kurve produziert werden. In der richtigen Simulation liegt der Schlüssel zur Performance des gesamten Autos. Bei Fahrzeugen mit verkleideten Rädern ist das alles viel einfacher. Sie würden kaum glauben, wie viel Arbeit wir in dieses Thema investieren. Und je breiter Reifen, desto schlimmer wird es.“

Je größer die Teams, umso besser die Hilfsmittel. Trotzdem sind auch Teams wie Ferrari oder Red Bull nicht davor sicher, nicht auf einen Irrweg zu geraten. „Die Werkzeuge helfen uns, aber sie verlangen bei der Programmierung sehr viele Ressourcen“, sagt Green. „Und die Technik ist noch nicht ganz ausgereift. Wir versuchen zum Beispiel, die Verwirbelungen in einem bestimmten Bereich hinter dem Rad zu simulieren. Es kann vorkommen, dass die Berechnungen für diesen Bereich stimmen, aber für den dahinter oder davor aber nicht mehr.“

Je mehr die Ingenieure mit Strömungshilfen arbeiten, die gezielt Luftwirbel erzeugen, um andere abzuwehren oder aerodynamisch sensible Bereiche abzudichten, umso größer wird die Gefahr mit diesem Geflecht von Leitblechen auf einen Irrweg zu geraten. Alles dreht sich darum, die schädlichen Turbulenzen abzuwehren, die von der Innenkante des Frontflügels und den Vorderrädern aufgewirbelt werden oder die zwischen der Bodenplatte und den Hinterreifen entstehen. Nico Hülkenberg glaubt, dass genau da der riesige Vorsprung der Topteams herrührt: „Die haben irgendetwas verstanden, was wir noch nicht kapiert haben. Wir müssen dieses Geheimnis entschlüsseln. Mit kontinuierlicher Entwicklung allein werden wir das nicht schaffen.“

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