Historie: De massademper: vergeten genialiteit

  • Gepubliceerd op 26 feb 2016 12:00
  • 11
  • Door: Rob Veenstra

Door: Bas Naafs

In 2005 en 2006 won Fernando Alonso het wereldkampioenschap Formule 1 in de Renault R25 en R26. Gekenmerkt door betrouwbaarheid en tractie, kwetsbaar op topsnelheid. Het heeft ervoor gezorgd dat de twee seizoenen voor een spannende classificatie zorgden. In 2005 werden de degens gekruist met Kimi Raikkonen in de snellere McLaren, in 2006 zagen we Michael Schumacher in de Ferrari een laatste bod doen op een achtste wereldtitel. Men zou bijna vergeten dat de twee seizoenen tevens de kruising vormden in de motorspecificatie. Na 2005 nam men afscheid van de V10 en verwelkomde de V8. Dat nam minder dramatische resultaten met zich mee dan de V6 turbo in 2014 heeft gedaan. Over het algemeen zaagde men twee cilinders van een al bestaande motor af en plaatste deze in een iets compactere verpakking. Dit betekende dat de constructeurs hun bolides met een kleinere wielbasis konden laten rijden. Om het verminderde motorvermogen beter op te kunnen vangen, introduceerden veel teams een zeven-traps automaat. Renault koos ervoor om de wielbasis niet aan te passen omdat de aerodynamica van de R25 van 2005 al prima in orde was. De nieuwe V8 motoren brachten nog een voordeel mee voor Renault. Deze bracht het veld dichter bij elkaar nu het vermogen van de verschillende motorleveranciers niet meer dan tien pk betrof. Nu had Renault niet alleen het voordeel van betrouwbaarheid en aerodynamica, maar ook het motorvermogen speelde geen parten meer. De absentie van Ferrari in 2005 kan verklaard worden middels het bandenreglement. In dat seizoen moest de coureur de race uitrijden op één setje banden, een formule die Michelin beter onder de knie had dan Bridgestone. De herintroductie van bandenwissels in 2006 zag Ferrari weer terugkomen. Waar 2005 in het teken stond van de strijd tussen Renault en McLaren, zag 2006 een ware titanenstrijd ontstaan tussen Renault en Ferrari.

Kwaliteit in plaats van kwantiteit

Anders dan het succes van Renault in deze periode doet vermoeden, was het nog steeds een team met een budget. Hoewel over het budget geen zekerheid bestaat, in 2005 had Renault van de elf constructeurs het op vier na hoogste budget. Het feit dat zij met zo´n gering budget (grofweg de helft van Ferrari´s budget) zulke resultaten kon bereiken oogstte veel lof onder collega constructeurs. De reden hiertoe? Kwaliteit en geen kwantiteit. Oké, toegegeven, zo makkelijk is dat niet, maar wel de enige oplossing voor een team met een klein budget. Het team kon dit bereiken door wat gerust de heilige graal in de ontwikkeling van een Formule 1-bolide genoemd kan worden: een bijna perfecte correlatie tussen CFD resultaten uit de windtunnel en prestaties op het circuit. Het vinden van de perfecte correlatie wordt al decennia lang nagestreefd en Renault kwam daar akelig dichtbij. Herinnert u zich de crisis bij Ferrari nog, toen het hen niet lukte een onderdeel te ontwikkelen voor Fernando Alonso´s bolide dat zowel op het circuit als in de windtunnel werkte? Eerst moest Ferrari uitwijken naar de tunnel van Toyota terwijl de eigen tunnel een update kreeg, later besloten zij een nieuwe te bouwen. Het toont hoe belangrijk deze correlatie is. Maar naast die kleine overwinningen op het gebied van wagenontwikkeling miste Renault nog dat kleine beetje om de koppositie met succes te verdedigen. En opeens kwam daar een idee van Renault ingenieur Rob Marshall bij. Een idee welke in zoveel industrieën al beproefd was, voornamelijk in de luchtvaart, architectuur en scheepsbouw. Een systeem dat er feitelijk voor zorgt dat verticale en horizontale beweging niet automatisch betekent dat de boel instort. Het houdt grote schepen aan elkaar, vliegtuigen in de lucht en gebouwen in aardbevingsgevoelige gebieden overeind: de massademper. Uiteindelijk door de FIA verboden als middel dat de aerodynamica beïnvloed, wat knap was gezien het feit dat het ver opgesloten in de neus van de R26 zat en ruim tien kilo woog. Hoe zag dit systeem eruit, en wat deed het?

Frequentie en amplitude

Als men het heeft over de massademper in de R26 zou je niet zeggen dat een Formule 1-bolide hier een voordeel mee kan behalen. Om het goed te laten werken is gewicht en afmeting van belang. Het hele systeem woog ruim tien kilo en was gemonteerd in de neus van de bolide, op een redelijk ongunstig hoge positie. Het moge dus duidelijk zijn dat het systeem voor een substantieel voordeel moest zorgen wilde het niet een blok aan het been zijn. Simpel gezegd was de massademper in de R26 een negen kilo wegende plaat die in een cilinder tussen twee springveren was geplaatst. De plaat zat nergens aan vast, werd door de veren op zijn plek gehouden en kon vrij op en neer bewegen in de cilinder. Het zorgde ervoor dat verticale bewegingen van de R26 werden opgevangen door een tegengewicht. De cilinder was vastgemaakt aan het chassis en vormde zo een rigide geheel. Als een Formule 1-bolide over het circuit stuitert, trillen de vier wielen met een frequentie tussen de 8 en de 12 hertz. Dit zorgt voor twee dingen: de wisselende druk die de wielen op het wegdek uitoefenen door deze trillingen gaat ten nadele van de mechanische grip door de bochten. Daarnaast verandert de neus van de auto continu van hoogte, wat weer nadelig is voor de luchtstroom onder de bolide. De massademper zorgt ervoor dat deze verticale oscillatie (beweging van een massa rond een vast punt, oftewel de stuiterende bolide), tegengewerkt wordt door de demper met een evenzo hoge oscillatie in de tegenovergestelde richting. Wat had dit tot gevolg? Laten we een niet feitelijk voorbeeld nemen. Gesteld dat de vier wielen gezamenlijk een druk van 500 kilo uitoefenen op het wegdek. Over een ronde varieert deze druk van 400 tot 600 kilo door het stuiteren van de bolide. Met een gewicht in de auto die de hevigheid van deze beweging halveert zal het drukverschil van wiel en wegdek teruggebracht worden naar een verschil van 450 en 550 kilo over een ronde. Dit resulteert in meer grip door de bochten. Deze grip kan worden bewerkstelligd zonder de auto met meer downforce af te stellen wat de topsnelheid en brandstofgebruik ten goede komt.

En toch, verboden

Werkte het? Ja, dat deed het zeker. De R26 behaalde met het lompe en zware systeem maar liefst drie tienden voordeel per rondje. Renault heeft haar massadempingsysteem nooit onder stoelen of banken geschoven en het was dan ook meer dan logisch dat de meeste topteams de plannen voor een eigen versie al paraat hadden liggen. Tijdens de winterstop al, werd de techniek besproken. Rob Marshall verliet Renault voor Red Bull en werkte aan het systeem voor de RB2. Er waren zelfs teams die plannen maakten om een nog veel groter gewicht horizontaal, verticaal én diagonaal te laten werken. Ook Ferrari implementeerde het systeem, maar had de bolide onafhankelijk daarvan ontworpen. Toen het systeem eenmaal verboden werd, verloor Ferrari vrijwel geen snelheid. Dit gold wel voor Renault en de tweede helft van het seizoen werd dan ook gedomineerd door Ferrari. Hoewel de FIA zich eerder nog positief uitsprak over de toepassing van het massadempingsysteem, werd de universele implementatie daarvan en de eerder genoemde ´extreme´ vormen van dit systeem afgekeurd. Het proces tegen het systeem startte de week vóór de Grand Prix van Duitsland op 26 juli. Het systeem werd verboden op grond van het feit dat het een aerodynamisch voordeel bezorgde, of dat nu direct of indirect gebeurde was niet van belang. Het resultaat telde. Een voorwerp dat voor aerodynamisch effect zorgde moet vaststaan en immobiel zijn. Een bewegende schijf van negen kilo viel daar niet onder. En dus, verboden. Voor Renault een klap in het gezicht, want het systeem was een vast onderdeel van het chassis. Het klopte ook zeker dat de massademping de R26 drietienden voordeel gaf, want zij leverden sterk aan snelheid in. Eerst vocht Renault het besluit nog aan, wat een aantal weken duurden, maar participeerde ondertussen zonder het systeem om het mogelijke verlies van punten tegen te gaan.

Reacties (11)

Login om te reageren
  • Interessant en daarom: bedankt!

    • + 1
    • 26 feb 2016 - 12:08
  • Zeker zeer interessant! Graag meer van dit soort artikelen!

    • + 2
    • 26 feb 2016 - 12:41
  • Caramba

    Posts: 5.786

    Ja weer rete-interessant, en ook een ode aan het menselijk vernuft.

    Toch roept dit een paar vragen op.
    A. waarom zou Renault dit niet zo lang mogelijk voor de concurrentie geheim houden; FIA had er kennelijk geen moeite me.
    B. Ook het aerodynamisch voordeel begrijp ik dan niet. Ik begrijp dat het systeem afgesloten in de neus verborgen lag, of kwam die plaat in contact met de luchtstroom?

    Voorts, stond CFD juist niet tegenover werken met een windtunnel (en dan denk ik vooral aan Virgin GP) en was het de vraag welk systeem het best de situatie op de baan reflecteerde.

    • + 1
    • 26 feb 2016 - 12:52
    • De reden van het aerodynamisch voordeel zat hem niet in het feit dat het systeem in contact kwam met de luchtstroom maar in het feit dat het door het bewegen de luchtstroom beïnvloed.

      Door dit gewicht varieerde de rijhoogte van de auto aanzienlijk minder en tevens dus ook de druk op het asfalt.

      • + 2
      • 26 feb 2016 - 13:01
    • BNaafs

      Posts: 19

      Uitstekende vragen @CARAMBA . Om antwoord te geven op jouw vragen met betrekking tot CFD, heb jij gelijk. CFD is het evaluatieprogramma wat door computers wordt gedaan en aan de hand daarvan gevalideerd wordt in de windtunnel of op het circuit. Voor het artikel is gekozen om CFD in één adem te noemen met windtunneltests om duidelijk het verschil aan te geven met wat er in de fabriek gebeurt en wat het testen op een circuit laat zien. Desalniettemin klopt uw veronderstelling.

      Wat betreft uw eerste twee vragen; het creëren van dit systeem was lastig. Niet alleen kon een massademper pas echt effectief zijn als het geïntegreerd was in het chassis (iets wat te laat kwam voor concurrenten), ook was het formaat en het gewicht ervan zeer secuur gelieerd aan de betreffende frequenties en amplitudes die de R26 opwekte. Dat is uniek en valt niet te kopiëren in andere auto's zonder intensieve berekeningen en tests. Het aerodynamisch voordeel werd behaald uit het feit dat door het verminderde stuiteren en torderen van de bolide de luchtstromen onder de bolide minder verstoort werden. Dit werd uiteindelijk aangestipt door de FIA als een direct aerodynamisch voordeel, behaald door een bewegend voorwerp. Zij deden dit aanvankelijk niet, omdat het geen aerodynamisch onderdeel van de auto is. Uiteindelijk is wel zo besloten.

      • + 1
      • 26 feb 2016 - 13:04
    • Caramba

      Posts: 5.786

      Ik begrijp het, maar het blijft een moeilijk te volgen redenering van de FIA. Zo bezien beïnvloeden ook gewone schokbrekers de aerodynamica, en zelfs de stuurinrichting.

      • + 0
      • 26 feb 2016 - 13:10
  • mooi artikel!

    • + 0
    • 26 feb 2016 - 13:01
  • Maximo

    Posts: 9.138

    Het verbieden midden in het seizoen van een onderdeel dat al anderhalf jaar in alle openheid gebruik was , was destijds een schande in mijn ogen. Gelukkig hebben ze bij Renault met Alonso alsnog de titel binnen weten te slepen. De FIA was toen nog echt de FIArrari en dat maakte het extra knap.

    Helaas komt het wel vaker voor dat er tijdens het seizoen regels aangescherpt worden om de titelstrijd te beïnvloeden en ik blijf dat altijd een erg slechte gang van zaken, ongeacht om welk team er "terug gevloten" wordt.

    Maar als er 1 jaar bij was dat het echt schandalig was, dan was dit 2006 met het verbieden van de massademper tijdens het seizoen wel.

    • + 0
    • 26 feb 2016 - 14:05
  • Bij McLaren (ism Cambridge University) zijn ze op een idee gebracht door de massademper van Renault. Waar bij Renault er een zwaar gewicht nodig was, werden de krachten bij de McLaren versie omgezet in centrifugaal krachten. Door de draaisnelheid te verhogen kon het gewicht lager zijn. Deze versie is nooit verboden geweest (wat eigenlijk wel had gemoeten door de uitspraak van Renault)

    racecar-engineering.com/articles/f1/understanding-the-j-damper/

    • + 0
    • 26 feb 2016 - 14:43
  • Interessant!

    • + 0
    • 26 feb 2016 - 18:38
  • Lijkt mij hetzelfde resultaat te hebben, als een vliegwiel op een motor. Om alle schokken te absorberen.
    Of ben ik het spoor kwijt?

    • + 0
    • 26 feb 2016 - 19:25

Gerelateerd nieuws