Trong thế giới F1 hiện đại, slipstream (hút gió) và dirty air (luồng khí nhiễu loạn) thực chất là hai mặt của cùng một đồng xu: đó là cách không khí bị xáo trộn sau khi một chiếc xe đua lao đi với tốc độ hơn 300 km/h.
Tuy nhiên, tác động của chúng lại hoàn toàn trái ngược nhau: một cái là "người bạn" giúp bạn vượt xe, cái còn lại là "kẻ thù" khiến bạn mất lái.
Slipstream (hút gió) – "chân ga" miễn phí
Hãy tưởng tượng chiếc xe phía trước như một mũi tên đang xé toạc bức tường không khí. Khi lao đi, nó để lại một vùng không gian có áp suất thấp và ít lực cản ngay phía sau đuôi xe. Và khi bạn chạy sát đuôi xe phía trước trên một đoạn đường thẳng, chiếc xe của bạn không còn phải "vật lộn" để xuyên qua luồng không khí dày đặc này nữa. Và khi chiếc xe chịu ít tác động từ lực cản thì cũng đồng nghĩa với việc xe sẽ đạt tốc độ cao hơn. Sự chênh lệch về khả năng tăng tốc của hai chiếc xe lúc này trên cùng đoạn đường thẳng sẽ trở nên đáng kể, dù cho chúng có sức mạnh động cơ tương đương.
Jack Chilvers - cựu chuyên gia khí động học của đội đua Williams đã chia sẻ:
"Chiếc xe phía trước tạo ra các luồng xoáy không khí phía sau khi nó sản sinh ra downforce, từ đó hình thành một vùng áp suất thấp phía sau xe. Nếu chiếc xe phía sau ở đủ gần, nó có thể tận dụng hiệu ứng này để được 'hút' vào vùng áp suất thấp đó. Khi đó, chiếc xe phía sau sẽ tiêu tốn ít năng lượng hơn để vượt qua lực cản không khí. Vì vậy, trong những tình huống không bị giới hạn bởi độ bám, slipstreaming trở thành một lợi thế, bởi bạn không cần quá nhiều downforce khi chạy trên đoạn thẳng."
Dirty air (luồng khí nhiễu loạn) - "cơn ác mộng" ở góc cua
Trái ngược với vẻ "yên bình" của slipstream trên đoạn đường thẳng, khi luồng không khí thoát ra từ cánh gió và bánh xe của xe phía trước bị xáo trộn mạnh, trở nên hỗn loạn và xoáy tròn, nó sẽ tạo ra "dirty air" (hay luồng khí nhiễu loạn).
Những chiếc xe F1 thường tận dụng luồng khí "sạch" (có tính chất phẳng và ổn định) đi qua cánh gió để tạo ra downforce, giúp xe bám đường khi vào cua. Tuy nhiên, khi bám đuôi, xe phía sau lại chỉ nhận được luồng khí hỗn loạn, khiến cánh gió không thể hoạt động hiệu quả. Hậu quả mang lại từ hiệu ứng này là việc chiếc xe bám đuổi sẽ bị mất độ bám, dễ bị trượt văng khi vào cua nhanh. Ngoài ra, lốp xe bị trượt nhiều hơn sẽ nóng lên và nhanh hỏng, đồng thời bộ tản nhiệt không nhận đủ không khí mát để làm dịu động cơ.
Jack Chilvers giải thích: "Một trong những yếu tố ảnh hưởng lớn nhất tới tay đua chính là cảm giác lái của chiếc xe bị thay đổi. Về mặt khí động học, điều đó đồng nghĩa với việc aero balance (cân bằng khí động học) bị thay đổi."
"Thông thường, tay đua sẽ dựa trên mức độ aero balance đã được thiết lập để họ cảm thấy tự tin khi đưa xe vào góc cua. Vì thế, khi chiếc xe bắt đầu mất đi sự cân bằng, tay đua buộc phải nhả ga. Và đó là lý do khiến hiệu suất sụt giảm."
Sự mất cân bằng khí động học xuất phát từ luồng khí nhiễu loạn sẽ tác động lên cánh gió trước đầu tiên, làm giảm đáng kể hiệu suất cũng như độ hiệu quả của toàn bộ hệ thống.
Dù nhiều người cho rằng tổn thất về hiệu quả khí động học là tác hại lớn nhất của "dirty air", trên thực tế, vấn đề làm mát đôi khi còn nghiêm trọng hơn đối với chiếc xe bám phía sau.
Ông Chilvers tiếp tục giải thích: "Khi các tay đua chạy sát phía sau một chiếc xe khác, họ luôn đẩy giới hạn của chiếc xe lên mức tối đa - từ động cơ cho tới hệ thống phanh. Nếu áp suất tổng của luồng khí đi vào xe giảm xuống, toàn bộ hệ thống làm mát cũng sẽ bị ảnh hưởng."
Điều đó đồng nghĩa với việc két tản nhiệt hoạt động kém hiệu quả hơn, và luồng khí đi qua brake duct (hốc làm mát phanh) cũng không còn đủ lưu lượng cần thiết. Tất cả dẫn tới hiện tượng quá nhiệt ở nhiều hệ thống khác nhau, và đó là lý do các tay đua thường phải chủ động giảm tốc để quản lý nhiệt độ của chiếc xe.
Trong khi thuật ngữ "slipstreaming" xuất hiện phổ biến ở nhiều thể loại đua xe - từ NASCAR Cup Series cho tới GT hay thậm chí xe hai bánh, thì "dirty air" lại hiếm khi được nhắc tới bên ngoài Formula 1. Chính vì vậy, F1 đã nỗ lực phát triển bộ luật kỹ thuật mang tính cách mạng vào giai đoạn mùa giải 2022 nhằm giảm thiểu ảnh hưởng của hiện tượng này lên những chiếc xe đua.
Thoạt nhìn, có thể sẽ khá khó hiểu khi xe F1 lại nhạy cảm đến vậy trước sự thay đổi của luồng khí đầu vào. Tuy nhiên, điều này phần lớn đến từ mức độ tối ưu khí động học cực kỳ tinh vi mà các đội đua hiện đại đạt được.
"Trong F1, mọi thứ đều được tinh chỉnh và hoàn thiện đến mức cực đoan. Vì vậy, chỉ cần một lượng dirty air nhỏ cũng có thể ảnh hưởng lớn tới các thiết bị khí động học, bởi tất cả đều được cân bằng cực kỳ chính xác để hoạt động hài hòa cùng nhau", Chilvers giải thích.
Ngoài ra, khác với sportscar hay touring car, Formula 1 sử dụng thiết kế open-wheel (bánh hở), điều này đồng nghĩa với việc các đội phải xử lý cả luồng khí nhiễu loạn sinh ra từ bánh xe. Đây là một dạng luồng khí cực kỳ hỗn loạn và phá hủy hiệu quả khí động học, nên thường được đẩy ra xa khỏi thân xe. Tuy nhiên, phần wake (luồng khí xoáy) mà chiếc xe phía trước để lại càng làm vấn đề dirty air trở nên nghiêm trọng hơn đối với chiếc xe bám đuổi phía sau.
Sự kết hợp giữa mức độ tối ưu khí động học ở mức cực đoan và luồng khí nhiễu loạn từ lốp xe chính là lý do khiến "dirty air" trở thành vấn đề đặc biệt nghiêm trọng đối với xe F1 hiện đại.
Như đã đề cập trước đó, bộ luật khí động học năm 2022 từng được xây dựng với mục tiêu không chỉ thu nhỏ vùng wake phía sau xe, mà còn "hút" luồng khí nhiễu loạn vào phía trong thân xe trước khi đẩy nó lên cao và vượt qua chiếc xe phía sau. Ý tưởng cốt lõi là giúp những chiếc xe có thể bám sát nhau hơn và tạo điều kiện vượt xe ngay trong các góc cua.
Tuy nhiên, điều này cũng kéo theo một tác dụng phụ trên các đoạn thẳng: vùng wake giờ đây tác động lên chiếc xe phía sau theo hình dạng "giọt nước". Điều đó có thể khiến chiếc xe bám theo không còn nhận được lợi ích từ việc giảm lực cản không khí như trước - đồng nghĩa với việc hiệu ứng slipstream sẽ kém hiệu quả hơn.
"Không thể tránh khỏi việc chiếc xe phía sau vẫn sẽ chịu ảnh hưởng từ luồng khí bị xáo trộn bởi chiếc xe dẫn trước. Nó sẽ luôn phải tiếp nhận một luồng khí đầu vào kém ổn định hơn so với khi chạy trong không khí sạch hoàn toàn, và tôi không nghĩ điều đó có thể bị loại bỏ triệt để", Jack Chilvers nhận định.
Ông cũng nhấn mạnh rằng dù bộ luật kỹ thuật được thiết kế với một mục tiêu nhất định, "các kỹ sư khí động học luôn sẽ tìm mọi cách để khai thác tối đa những gì luật cho phép."
Điều này gợi nhớ tới cuộc cải tổ luật kỹ thuật năm 2009 của Formula 1, thời điểm mà FIA muốn cắt giảm mạnh hiệu suất khí động học. Tuy nhiên, một số đội đua đã nhanh chóng lấy lại phần hiệu suất bị mất nhờ phát minh "double diffuser" (bộ khuếch tán kép). Những cuộc đấu trí như vậy từ lâu đã trở thành một phần không thể thiếu trong trò chơi bất tận giữa các kỹ sư và các nhà làm luật của F1.