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Análisis

Por qué el diseño downwash ganó la guerra de pontones en la F1

Analizamos qué es el concepto downwash de los pontones de la Fórmula 1 y cómo acabaron siendo la mejor opción de diseño para esa parte del coche.

Detalle de los sidepods del Red Bull Racing RB18

Análisis técnico de Giorgio Piola

Análisis proporcionado por Giorgio Piola

El nuevo reglamento técnico de la Fórmula 1 para 2022 hizo temer a muchos el fin de la variedad en el diseño y una parrilla llena de coches idénticos. Sin embargo, a pesar de algunas reglas claramente más prescriptivas, había claras diferencias entre cada monoplaza, y en particular los pontones ofrecían una amplia variedad de diseños.

Lectura de apoyo:

Ahora, un año y medio después del inicio de esta era reglamentaria, hemos empezado a ver un cambio generalizado hacia uno de esos conceptos, la solución downwash, puesto que los equipos de F1 se han dado cuenta de que es la que mejor se adapta a las necesidades aerodinámicas generales del reglamento actual.

Alpine, AlphaTauri y Red Bull fueron los primeros en adoptar esa solución, y de ellos, Alpine fue el primero en tomar su propio camino de desarrollo único, cuando el equipo hizo cambios en su diseño de entrada ya en el Gran Premio de Azerbaiyán 2022 en preparación para ello.

Alpine A522 side floor detail
Alpine A522 sidepods detail

El waterslide (tobogán), gulley (barranco), o cualquier otra terminología que se pueda utilizar para describirlo, aprovecha el hecho de que la mayor parte de la carrocería lateral que se está utilizando bajo estas nuevas reglas es una fachada, que permite a los diseñadores envolver más estrechamente la carrocería a los componentes, como hicieron bajo las reglas anteriores.

Alpine se dio cuenta de que, dado que la parte delantera del pontón cumplía sus objetivos aerodinámicos, podía hacer un mejor uso de la parte superior de la carrocería del pontón para dirigir el flujo de aire hacia los puntos deseados aguas abajo.

Y, aunque puede atribuirse claramente el mérito de esa nueva rama de desarrollo, también es probable que se haya inspirado en la solución tipo bañera de Ferrari.

Ferrari F1-75 side pods
Ferrari F1-75 sidepods comparison

Al igual que la solución de rampa descendente (también se llama así en español al diseño downwash), la carrocería lateral empleada por Ferrari es más ancha de lo necesario para envolver los componentes internos, y gran parte de esa carrocería se dedica a reacondicionar el flujo de aire turbulento que se crea aguas arriba.

Las superficies superiores ondeadas de la bañera trabajaban en conjunción con una serie de branquias de refrigeración que el reglamento permitía, una vez más, con las salidas de refrigeración traseras reducidas de tamaño como consecuencia.

Ferrari introdujo algunos cambios en el diseño durante 2022, aunque se trataba de optimizaciones topográficas y no de un cambio conceptual radical.

Aston Martin front comparison
Aston Martin AMR22 new layout

Aston Martin y Williams fueron los primeros en romper filas en 2022 y cambiaron sus respectivas soluciones de cintura alta y rampa corta por otras más cercanas a la filosofía empleada por el trío downwash.

El principal cambio se produjo en el Gran Premio de España para Aston Martin, ya que hizo un intento de replicar el diseño de suelo y pontón del RB18, aunque frenado por el diseño de entrada del pontón, con el SIP (sistema de protección lateral) superior obstruyendo un cambio a la solución de techo abierto defendida por Red Bull.

Williams FW44 floor cut
Williams FW44 open vs closed sidepod

Por su parte, Williams fue uno de los equipos que tuvo una identidad de diseño propia cuando empezó la temporada, cuando el equipo de Grove adoptó un enfoque novedoso que incluía un conducto de derivación en el hombro superior del pontón.

La escudería había diseñado la solución de tal manera que cuando el conducto estaba abierto ayudaba a alimentar el flujo de aire por su rampa acortada hacia el suelo de detrás, pero también podía cerrar el conducto, aumentando la capacidad de refrigeración.

Williams FW44 side view comparison2

Comparación de la vista lateral del Williams FW442

Williams se dio cuenta muy pronto de que su concepto no iba a proporcionar el tipo de rendimiento que buscaba, pero no pudo implementar su propia versión de la rampa de flujo descendente más larga hasta Silverstone.

También se hicieron cambios en el suelo y en la cubierta del motor para que contribuyeran al unísono a mejorar el rendimiento.

La otra gran excepción en cuanto al diseño de su pontón fue Mercedes, ya que el equipo presentó originalmente una disposición más sencilla en su presentación en 2022, que posteriormente utilizó en un shakedown en Barcelona.

Los equipos llegaron a los test oficiales de pretemporada en Bahrein, donde Mercedes desveló su nueva solución, que rápidamente sería bautizada como zeropod (sin pontones).

Williams FW44 side view comparison2

Vista lateral del Williams FW442

El 'sin pontones' representaba un marcado contraste con muchas de las otras soluciones que habían presentado sus rivales, con sólo una esbelta entrada vertical que sobresalía del lateral del chasis del W13, encargada de refrigerar sus partes internas.

El resto de la carrocería se adhería firmemente a los componentes alojados en su interior, de forma muy similar a como todos los equipos habían procedido a retractilar sus carrocerías al amparo de la anterior era reglamentaria.

Con el fin de alcanzar sus objetivos de 'sin pontones', el equipo tuvo que pensar un poco de manera lateral respecto al SIS superior, que estaba alojado en su propio carenado tanto por delante como por encima de la carrocería principal.

MCL36 side view comparison
McLaren sidepods details

McLaren F1, como muchos de sus rivales, empezó la temporada con su propio concepto, pero derivó hacia algo más parecido a la solución downwash vista en el Alpine, el AlphaTauri y el Red Bull. Pudo inyectar más del ADN de ese último equipo en su diseño, ya que también se apropió de un diseño de admisión similar.

Esa solución para la entrada de aire se incorporó por completo al lenguaje de diseño de McLaren para 2022, y el equipo llevó a cabo una renovación completa de los pontones, el suelo y la cubierta del motor en el Gran Premio de Austria, preparando el escenario para lo que ha sido un salto significativo en la parrilla para el equipo.

McLaren side comparison (Silverstone endplate Inset)

Comparación lateral del McLaren (el endplate usado en Silverstone, en el recuadro)

Es evidente que apenas se ha dejado una superficie sin tocar en la renovación del monoplaza, ya que también se ha aumentado la mordida inferior y la entrada, el rebaje, la geometría de los flancos y la longitud de la rampa descendente del pontón. Y, siguiendo los pasos de Aston Martin, McLaren también ha incorporado un tobogán mucho más profundo en la superficie superior de los pontones del MCL60.

La solución del tobogán más profundo es un buen ejemplo de cómo los equipos de F1 toman una idea y luego mueven la aguja al incorporarla ellos mismos.

El diseño del AMR23, por ejemplo, tiene sus raíces en la versión menos profunda vista por primera vez en el Alpine A522 en 2022, que desde entonces ha estimulado varias nuevas ideas de desarrollo, incluyendo a Aston Martin, que ha llevado su diseño un paso más allá, con una actualización que introdujo en Canadá.

Aston Martin AMR23 sidepods view

Vista de los pontones del Aston Martin AMR23

Mientras tanto, Ferrari también ha incorporado su propia versión del tobogán, aunque una variante menos profunda, y dio los primeros pasos hacia una solución de downwash cuando actualizó sus pontones en el Gran Premio de España.

Los cambios también obligaron al equipo a renovar la disposición de las branquias de refrigeración, y gran parte de la responsabilidad recayó en el hombro de la cubierta del motor, aunque todavía tiene la opción de añadir o reducir la refrigeración a través de los paneles intercambiables alojados en la carrocería.

Como parte de la actualización, mantuvo su disposición de conductos en "S", una solución integrada en la filosofía general de su pontón, ya que la entrada vertical situada junto al chasis se utiliza para transportar el flujo de aire desde debajo de la entrada principal y distribuirlo por la superficie superior del pontón a través de la salida curvada situada junto al Halo.

Ferrari SF-23 comparison Spanish GP
Ferrari SF-23 S-duct detail

La reticencia de Mercedes a aceptar que el concepto 'sin pontones' era defectuoso, y continuar con él para el inicio de 2023, dio lugar a que el equipo tuviera que adoptar aún más un enfoque Frakenpod cuando finalmente cambió en el Gran Premio de Mónaco.

Eso se debe a la mencionada ubicación del carenado SIS, ya que no se puede cambiar sin introducir un nuevo chasis. Esto también compromete el diseño de la entrada, el rebaje y la parte superior de la carrocería del pontón basándose en soluciones vistas en otros lugares.

La actualización de Mónaco también resultó ser una solución provisional, ya que el equipo optimizó tanto la entrada como el resto de la carrocería del pontón y su suelo en el Gran Premio de Bélgica.

Y, aunque todavía es claramente capaz de exprimir más rendimiento de su nuevo diseño, es más que probable que adopte un enfoque muy diferente para esa zona del coche la próxima temporada.

Mercedes W14 sidepods detail, Belgian GP

Detalle de los pontones del Mercedes W14, GP de Bélgica

Red Bull es actualmente la punta de lanza, por lo que no es de extrañar que a menudo se le atribuya a ellos el diseño downwash, a pesar de que otros también empezaron su temporada 2022 con soluciones similares.

Y, mientras que los del pelotón perseguidor han experimentado con soluciones de tipo tobogán, Red Bull se ha mantenido firme hasta ahora, ya que sigue empleando una rampa más benigna en su carrocería hasta la parte trasera de su suelo.

Sin embargo, donde no se ha contenido es en su decisión de mejorar la parte delantera del pontón, con un énfasis significativo en la entrada del RB19 y en cómo eso puede influir en el tamaño del undercut.

Ese viaje comenzó en Azerbaiyán, cuando se redujo la altura de la entrada, pero se ensanchó para compensar. Tras eso llegó una actualización más significativa en el Gran Premio de Hungría, cuando el equipo hizo cambios en los componentes internos del pontón y en los conductos, al tiempo que optimizaba la carrocería externa para obtener más ganancias aerodinámicas.

Las actualizaciones se centraron en la toma de aire y la toma de aire inferior, ya que esta última se extendió hacia delante, haciendo que la toma de aire pareciera aún más pequeña desde ciertos ángulos. La ventaja añadida es que así se amplía el corte inferior y se protege la toma de aire de la estela errante y turbulenta que emite el frontal del coche.

Red Bull Racing RB19 sidepods inlet comparison
Red Bull Racing RB19 sidepod detail

Está claro que ahora hay una ruta principal de desarrollo que los equipos están tomando, pero eso no quiere decir que todos estén haciendo lo mismo. De hecho, dista mucho de ser así y será interesante ver por cuál de esas soluciones opta cada equipo en el futuro y si hay más ramificaciones del árbol de desarrollo principal.

La historia de los pontones de la F1 se repite

El reglamento vigente tiende a guiar a los equipos por determinados caminos de diseño, pero lo más frecuente es que encuentren respuestas diferentes a las mismas preguntas.

Las discrepancias visuales que se observan en cada una de las soluciones de pontones antes mencionadas son obviamente intrigantes, pero obviamente no es la primera ni la última vez que veremos algo así, y quizás el ejemplo más evidente en el pasado reciente lo encontramos en las temporadas 2012 y 2013.

La F1 ya había pasado por la fase del difusor de escape soplado en 2010 y 2011, y la FIA estaba ansiosa por erradicar el efecto con un cambio en el reglamento que impidiera que el escape se aplanara y alojara en la parte superior del suelo y que los gases de escape se utilizaran para ayudar a impulsar el rendimiento del difusor.

Sin embargo, aunque el organismo rector introdujo numerosos cambios en el reglamento de escapes y carrocería para intentar que los escapes no influyeran tanto, los equipos tenían otras ideas y se pusieron manos a la obra para utilizar la carrocería circundante y crear un sustituto aerodinámico de esos componentes físicos.

Al principio, había cuatro o cinco soluciones que los equipos habían encontrado de forma independiente unos de otros de cara a 2012, pero, como era de esperar y al igual que está ocurriendo hoy en día, todos empezaron a converger en las ideas que ofrecían más posibilidades.

Mercedes W03 top view, yellow arrows depict predicted trajectory of the exhaust plume

Vista superior del Mercedes W03; las flechas amarillas muestran la trayectoria prevista del penacho de gases de escape.

El diseño tipo periscopio se ajustaba más a la solución que esperaba la FIA cuando introdujo el reglamento, y varios equipos, incluido Mercedes, como se muestra aquí, lo emplearon desde el principio.

Lotus E20 periscope style exhausts

Escapes Lotus E20 estilo periscopio

El E20 de Lotus también lució la solución de escape inicial, de estilo periscopio, con la carrocería encapuchada alrededor del escape para ayudar a influir en el penacho de escape.

Red Bull RB8 original exhaust solution exiting under upper wishbone, arrows depict predicted exhaust plume trajectory

Solución de escape original del Red Bull RB8 saliendo por debajo de la horquilla superior; las flechas muestran la trayectoria prevista del penacho de escape.

Red Bull también señaló su intención de utilizar un diseño de tipo periscopio cuando se presentó el coche.

Red Bull RB8 'Coanda' exhaust ramp solution, blue arrow shows how air should travel under the ramp, yellow arrows show projected exhaust plume trajectory

Solución de la rampa de escape 'Coanda' del Red Bull RB8, la flecha azul muestra cómo debe viajar el aire por debajo de la rampa, las flechas amarillas muestran la trayectoria prevista del penacho de escape

Sin embargo, rápidamente se hizo evidente que Red Bull tenía otras ideas, ya que llegó una solución mucho más complicada, que tenía una sección trasera en rampa para el pontón, en la que se alojaba el escape. Red Bull esperaba que, combinando el penacho de escape con el flujo de aire procedente de la carrocería del pontón, éste se dirigiera hacia la zona de los difusores soplados.

Para añadir más complejidad a su solución, Red Bull también tenía un túnel en la pared lateral de la carrocería lateral en rampa que pretendía fluir hacia la zona de la botella de Coca-Cola.

McLaren MP4-27 semi 'Coanda' exhaust solution, gills added in front of rear suspension to reject heat

Solución de escape semi "Coanda" del McLaren MP4-27, branquias añadidas delante de la suspensión trasera para rechazar el calor.

Una solución que parecía ofrecer una trayectoria similar para el penacho de escape, aunque sin la carrocería en la mitad inferior, era la disposición semi-Coanda de McLaren.

Ferrari F2012 'Acer duct' style exhaust configurations at the start of the season

Configuraciones de escape estilo "conducto Acer" del Ferrari F2012 al inicio de la temporada.

Ferrari tenía su propia solución, apodada el conducto Acer, debido a que colocó la pegatina de ese patrocinador en la carrocería. El equipo probó varias modificación para la colocación de los escapes dentro de la carrocería para liberar el rendimiento que buscaba.

Red Bull RB8 'Coanda' exhaust ramp comparison

Comparación de la rampa de escape 'Coanda' del Red Bull RB8

Red Bull continuó alterando su diseño también, con cambios en este caso en el conducto de escape para tratar de influir no sólo en la dirección del penacho, sino también en cómo se relacionaba con el flujo de aire que entraba en el túnel inferior transversal.

Red Bull RB8 exhaust solution change (older specification inset)

Cambio en la solución de escape del Red Bull RB8 (recuadro con especificaciones anteriores)

La solución siguió evolucionando, con la forma de la carrocería alrededor del escape, la longitud de la rampa, la forma y la frecuencia de las entradas alojadas dentro del túnel crossunder y su punto de salida, todo ello alterado en lo que parecía ser una base carrera a carrera.

Red Bull RB8 enlarged crossover tunnels (see inset for comparison)

Túneles transversales ampliados del Red Bull RB8 (ver recuadro comparativo)

Otro ángulo muestra el alargamiento de los túneles transversales y de la sección de la rampa. Mira también los tres divisores colocados bajo el carenado del árbol de transmisión para ayudar a influir en la trayectoria del flujo de aire sobre la parte superior del difusor.

Mercedes W03 Semi-Coanda exhaust, predicted path of exhaust plume arrowed

Escape Semi-Coanda del Mercedes W03, trayectoria prevista del penacho de escape señalada con una flecha

Los equipos empezaron a cambiar a otras soluciones en el transcurso de la temporada, con la vista puesta en una versión más productiva para la temporada siguiente, siendo Mercedes uno de los equipos que cambió a la solución semi-Coanda.

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