Wszystko o oponach w Formule 1
© Red Bull Content Pool
F1

Opony – czarne złoto F1

Opony w Formule 1 są dziś identyczne dla wszystkich, a zmuszenie ich do prawidłowego działania to dla inżynierów trudne zadanie. Jak sobie z nim radzą? Jak wybrać najlepszą strategię?
Autor Jakub Winiewski

Temperatura – przyjaciel i wróg

Opona działa dobrze, gdy jest gorąca. Kiedy kierowca opuszcza aleję serwisową, wstępnie ogrzane ogumienie stygnie. Jeśli zacznie jechać szybko po torze, wkrótce rozgrzeje się ono z powrotem. Problem pojawia się w momencie wyjazdu samochodu bezpieczeństwa np. z powodu wypadku. W takiej sytuacji zawodnicy muszą zwolnić, przez co opony znów stygną. Aby temu przeciwdziałać, jeżdżą charakterystycznym wężykiem. Zwiększa to tarcie między gumą i asfaltem, a zatem podnosi temperaturę.
Starta podczas jazdy opona bolidu F1
Starta podczas jazdy opona bolidu F1
Formuła 1 to sztuka kompromisów. Można zbudować samochód z ogromnym dociskiem, ale nic to nie da, gdy zbyt mocno przyciska on opony do toru. W takiej sytuacji szybko się one rozgrzeją i przez kilka okrążeń będą zachowywać się odpowiednio, ale potem błyskawicznie zużyją się z uwagi na wyjście poza optymalny zakres temperatur. Współcześnie z oponami Pirelli jest tym większe ryzyko takiej sytuacji, bo ich okno pracy jest wąskie. Możliwe też jest zbudowanie auta z małym dociskiem, który będzie się delikatnie obchodził z ogumieniem. To także może być jednak ślepa uliczka, bo zbyt mały docisk zmusi kierowcę do wolnej jazdy w zakrętach. Takim bolidem również nie da się wygrać. Z tego powodu mistrzami zostają ci, którzy najlepiej pogodzą dziesiątki technicznych sprzeczności.
Okna pracy poszczególnych mieszanek bardzo różnią się od siebie. Dolna granica dla najbardziej miękkiej to około 85 stopni Celsjusza, z kolei górna granica dla najtwardszej to 140 stopni. Ogólnie można przyjąć, że kolejne okna pracy lekko nakładają się na siebie. Na zdjęciu widać dokładne zakresy temperatury dla każdej z dostępnych opon z 2018.

Opona na twardo czy na miękko?

Opony wykonywane są z mieszanek różnych rodzajów gumy. Mogą one być miękkie i twarde, istnieje także cała gama wartości pośrednich. Obecnie wizualnie różnią się one od siebie kolorami napisów na bokach (czerwony to miękka, żółty to pośrednia, a biały to twarda). Najważniejsze różnice dotyczą jednak ich pracy. Prawa fizyki mówią nam, że im coś jest bardziej miękkie, tym łatwiej się topi. Tak też jest z gumą. Miękka mieszanka topi się w niższej temperaturze. Oczywiście mowa tutaj tylko o cienkiej warstwie gumy bezpośrednio na powierzchni opony. To ona przykleja się do asfaltu i odrywa od niego w miarę obracania koła. Część gumy pozostaje jednak przylepiona do nawierzchni, ale o tym później. Im łatwiej następuje wspomniane topnienie, tym lepszą przyczepność ma wyposażony w dany typ opony bolid.
F1 · 2 min
Pit-stop w stanie nieważkości
Problemem jest to, że miękką oponę łatwo przegrzać – stopi się wtedy za bardzo, a przyczepność gwałtownie spadnie. Niska jest też jej żywotność, ponieważ już po kilku lub kilkunastu okrążeniach traci ona swoje właściwości i konieczny jest pit-stop. Na postoju można wiele zyskać lub stracić, dlatego mechanicy ćwiczą tę procedurę długimi godzinami. Red Bull ma od tego świetnych specjalistów, którzy obsługują bolidy w czasie poniżej dwóch sekund i ustanowili kilka rekordów F1 w tej dziedzinie. Udało im się nawet przeprowadzić pit-stop w stanie nieważkości.
Stopiona guma na powierzchni opony działa jak klej
Stopiona guma na powierzchni opony działa jak klej
Twarda opona zachowuje się odwrotnie do miękkiej – daje mniejszą przyczepność, ale jej parametry są stabilne przez znacznie dłuższy czas. Trudniej ją doprowadzić do odpowiednio wysokiej temperatury, ale też trudniej przegrzać. Jej optymalna temperatura jest wyższa niż w przypadku miękkiej, ponieważ twarda guma trudniej się topi. Różne bolidy z różną intensywnością grzeją opony, dlatego właśnie jeden samochód będzie się lepiej sprawował na miękkich, a drugi na twardych gumach. Na niektórych torach różnica między twardą a miękką oponą to nawet pół sekundy na okrążeniu, czyli mniej-więcej tyle, ile dzieli bolidy z czołówki od tych ze środka stawki.

Strategiczny ból głowy

Regulamin sportowy Formuły 1 wymaga obecnie, aby podczas wyścigu zastosowano co najmniej dwie z trzech dostępnych mieszanek. Potocznie mówi się o nich po prostu jako o miękkiej, pośredniej i twardej, choć w rzeczywistości jest to bardziej skomplikowane. Na podstawie parametrów poszczególnych torów oraz wniosków z testów i poprzednich wyścigów, jakie się na nich odbyły, Pirelli wybiera trzy rodzaje gładkich opon (slicków) z pięciu produkowanych mieszanek gumy. Określane są one kodami od C1 do C5, gdzie litera C pochodzi od angielskiego compound (mieszanka), a cyfry od 1 do 5 oznaczają kolejne stopnie miękkości. Jeżeli nawierzchnia danego toru jest łagodna dla opon, można użyć miękkich mieszanek, np. C3, C4 i C5. Wtedy C3 jako najtwardsza z nich będzie nazywana twardą, C4 pośrednią itd. Na innym obiekcie może jednak być konieczne użycie twardego zakresu mieszanek, np. C1, C2 i C3. Wtedy ta sama C3 będzie najbardziej miękką z dostępnych opon i otrzyma czerwony napis.
F1 · 2 min
Magia pit-stopu w Formule 1!
Stratedzy zespołów F1 muszą w porozumieniu z kierowcami zdecydować, kiedy użyją której mieszanki i ile okrążeń należy na niej pokonać. Twardych opon używa się zazwyczaj na początku wyścigu, kiedy bolidy są ciężkie i jadą stosunkowo powoli. Miękkie z kolei stosowane są na ostatnich okrążeniach zawodów, kiedy samochody są lekkie i jadą szybko, ponieważ na tak krótkim dystansie czerwone opony nie zdążą się zużyć, a mogą umożliwić walkę o dodatkowy punkt za najszybsze okrążenie. Tak najczęściej wyglądają wyścigi w wykonaniu kierowców spoza czołówki. Pierwsza dziesiątka z kolei startuje na tych oponach, na których jeździła w drugiej części kwalifikacji – czyli prawie zawsze na miękkich. Oni starają się odjechać konkurencji na pierwszych okrążeniach, wykorzystując przewagę przyczepności. Dość szybko zakładają twardsze opony, na których usiłują potem dojechać do mety, co jednak nie zawsze się udaje i często konieczny jest jeszcze jeden postój.
Pit-stop w 1,88 sekundy? W ekipie Red Bulla udało się to w GP Wlk. Brytanii
Pit-stop w 1,88 sekundy? W ekipie Red Bulla udało się to w GP Wlk. Brytanii
Przedstawiona taktyka może w razie potrzeby ulec zmianie. Jeśli np. dany bolid lepiej współpracuje z twardymi oponami, to kierowca będzie chciał jak najszybciej pozbyć się miękkich. Jeżeli zaś ma spaść deszcz, to zawodnicy postarają się dotrwać do niego nawet na zużytych gumach i założyć przejściówki lub deszczówki, zwane też często z angielskiego intermediatami i full wetami. Potocznie określa się je jako „mokre opony”. Obecnie są one oznaczone odpowiednio zielonym i niebieskim kolorem. Bieżnik zielonych interów odprowadza 30 litrów wody na sekundę przy 300 km/h, a niebieskich pełnych deszczówek 65 l/s przy tej samej prędkości. Dla porównania opony drogowych samochodów odprowadzają 6-10 l/s przy 100 km/h. Kierowcy używający ogumienia na mokrą nawierzchnię muszą bardzo uważać, gdy zaczyna ona przesychać, ponieważ zużywa się ono w błyskawicznym tempie. Można zdobyć ogromną przewagę, gdy założy się mokre opony chwilę przed konkurencją, ale trzeba pilnować ich zużycia, ponieważ jeśli deszcz jednak nie spadnie, już po chwili konieczny będzie kolejny pit-stop. Decyzję o użyciu którejś z mokrych mieszanek podejmuje się na podstawie odczuć zawodnika – gdy uznaje on, że na slickach nie da się jechać, prosi o założenie gum zielonych lub niebieskich. Drugim wyznacznikiem są czasy okrążeń. Przeciętny czas na suchym torze przyjmuje się za 100% i w przypadku deszczu zespoły ustalają progi procentowe, a przy ich przekroczeniu stosują któreś z mokrych opon. Deszcz spłukuje ponadto gumę z toru, co przekłada się na mniejszą przyczepność, niż gdyby jej warstwa pozostawała na asfalcie.
Deszcz spłukuje gumę i trzeba zastosować opony przejściowych lub deszczowe
Deszcz spłukuje gumę i trzeba zastosować opony przejściowych lub deszczowe

Oczekiwane i nieoczekiwane problemy

Podczas jazdy kawałeczki gumy odrywają się od opony i pozostają na asfalcie. Powoduje to powstawanie coraz większych dziur, wyżłobień i otworów. Skutkuje to wystąpieniem grainingu i blisteringu, a w skrajnych wypadkach delaminacją gumy i pęknięciem opony. Graining (od angielskiego grain, czyli ziarenko) to zjawisko polegające na gromadzeniu się na powierzchni opony kulek z oderwanej gumy. Powodują one zmniejszenie powierzchni kontaktu z podłożem, co pogarsza przyczepność. Kierowcy mogą jednak próbować przetrwać ten moment, ponieważ po jakimś czasie granulki same odpadają z opony i znów staje się ona przyczepna.
Blistering (od angielskiego blister, czyli pęcherz) to powstawanie pęcherzyków gumy na powierzchni opony. Do wspomnianych wcześniej wyżłobień i otworów dostaje się powietrze, które nagrzewa się od gorącej gumy. Powiększa ono swoją objętość, rozciągając znajdujący się nad nim materiał. Pojawiające się w ten sposób bąble i pęcherze po pierwsze zmniejszają powierzchnię kontaktu opony z podłożem, a po drugie powodują odrywanie od niej dużych kawałków gumy i jeszcze szybszą utratę przyczepności. Opona ulegająca blisteringowi już nie wróci do dobrego stanu niezależnie od starań kierowcy, dlatego w takiej sytuacji należy zjechać na pit-stop.
Ciemna linia na środku to wgnieciona w asfalt guma - tędy jadą bolidy
Ciemna linia na środku to wgnieciona w asfalt guma - tędy jadą bolidy
Jeżeli do końca wyścigu zostało już tylko kilka okrążeń, zawodnik może próbować przejechać je na zużytych oponach, żeby nie tracić czasu na ich zmianę. Jest to duże ryzyko. Jeśli się ono opłaci, można w najlepszym wypadku stracić tylko trochę czasu i w zależności od układu na torze spaść nieznacznie w głąb stawki, lub nawet nie spaść wcale, gdy ma się wystarczająco dużą przewagę nad rywalami. Jeżeli jednak kierowca się przeliczy, opona może w samej końcówce ulec delaminacji. Oznacza to rozwarstwienie się gumy i pęknięcie opony, co może mieć różne skutki. Jeśli wydarzy się to przy dużej prędkości, samochód stanie się niesterowny i wypadnie z toru, kończąc jazdę w żwirze lub na bandzie. Gdy prędkość będzie niewielka, samochód będzie się dało opanować i doprowadzić do boksu. Niedawno oglądaliśmy bardzo rzadką w Formule 1 sytuację, kiedy jeden z kierowców usiłował dojechać do mety na trzech kołach. Lewis Hamilton, bo o nim mowa, miał dużo szczęścia, że opona pękła mu w stosunkowo wolnej partii toru. Dzięki temu był w stanie przejechać ostatnie okrążenie GP Wielkiej Brytanii i dowieźć do mety zwycięstwo. Na prostych rozpędzał uszkodzony samochód do ponad 230 km/h. Było to możliwe dzięki dużemu dociskowi generowanemu przez bolidy F1. Gdyby to przy tej prędkości zawiodło go ogumienie, zatrzymałby się on dopiero na ścianie, a wyścig wygrałby goniący go Max Verstappen znany z bezlitosnego wykorzystywania potknięć rywali.
Na mokrym torze może wystąpić aquaplaning. Polega on na pojawieniu się wodnej poduszki między oponą a asfaltem. Bolid nagle traci wtedy przyczepność, ponieważ przestaje stykać się z podłożem. Aquaplaning pojawia się, gdy warstwa wody na torze jest tak gruba, że opony nie są w stanie jej odprowadzić i „dokopać się” do asfaltu. Choć z innymi niekorzystnymi sytuacjami kierowcy mogą próbować z lepszym lub gorszym skutkiem walczyć, w przypadku aquaplaningu nic nie są w stanie zdziałać. Nawet świetnie jeżdżący w deszczu Max Verstappen będzie w takim momencie bezradny.
Bolid Verstappena - pod przednim skrzydłem widoczne ślady gumy
Bolid Verstappena - pod przednim skrzydłem widoczne ślady gumy
Dobrzy zawodnicy F1 nie tylko potrafią dbać o opony i kontrolować ich zużycie. Umieją też wykorzystywać na starcie dodatkową warstwę gumy na torze. Przed startem wyścigu kierowcy pokonują okrążenie rozgrzewkowe. Niektórzy z nich ruszają na nie agresywnie, doprowadzając do buksowania kół. Sprawia to, że dodatkowa guma odrywa się w tym momencie z opon i przywiera do asfaltu na polu startowym. Dzięki temu podczas startu do wyścigu koła mają lepszą przyczepność i mija mniej czasu od rozpoczęcia ich obracania do poruszenia samochodu. Pozwala to kierowcom lepiej ruszyć i stawia ich w korzystniejszej sytuacji w walce w tłoku przed pierwszym zakrętem.
Po wyścigu zawodnicy zjeżdżają na zwykle omijane części toru. Gromadzą się tam luźne kulki gumy z opon, które zbierają na koła w celu zwiększenia wagi samochodu. Minimalizują tak ryzyko dyskwalifikacji za zbyt lekki bolid, ponieważ na koniec zawodów auta mają niemal puste baki, a zatem są na granicy przepisowej wagi.
Opony to jedne z najważniejszych elementów bolidu F1. Dają mu one przyczepność i umożliwiają sterowanie. Jeśli samochód nie współdziała z nimi odpowiednio, niemożliwe jest wygrywanie. Kto posiadł zdolność utrzymania ich w prawidłowym zakresie temperatur, ten ma wielką przewagę nad rywalami. To czarne złoto F1.
***
Autor tekstu prowadzi vloga Ze świata F1 na YouTube.