Colin Chapman và Lotus từng đi đầu trong cuộc cách mạng ground effect (hiệu ứng mặt đất) của Formula 1. Những chiếc xe của đội tận dụng hình dạng phần dưới của sàn xe để tạo vùng áp suất thấp, qua đó sản sinh downforce lớn mà không cần phụ thuộc hoàn toàn vào các chi tiết khí động học phía trên.
Khi tốc độ vào cua tăng nhanh và những rủi ro của ground effect ngày càng rõ rệt, các quy định bắt đầu được ban hành nhằm siết chặt công nghệ này. Sau khi tấm chắn khí động học bên hông (sliding skirt) bị loại bỏ và độ cao gầm tối thiểu được áp dụng tại F1, Lotus vẫn không từ bỏ ý tưởng khai thác luồng khí bên dưới chiếc xe.
Thay vào đó, đội đua phát triển một kiến trúc hoàn toàn khác với hai khung gầm (twin-chassis).
Kết quả là chiếc Lotus 88 trở thành một trong những thiết kế táo bạo nhất của Colin Chapman và cũng là một trong những chiếc F1 nổi tiếng nhất vì không được phép xuất phát trong một cuộc đua Grand Prix.
Ground effect đã thay đổi cách Lotus tạo downforce
Những chiếc F1 khai thác ground effect còn được gọi là wing car (hay xe hiệu ứng mặt đất). Thay vì tạo phần lớn downforce bằng các cánh phía trên thân xe, các kỹ sư định hình phần dưới của sidepod thành những đường hầm Venturi chạy dọc thân xe về phía sau.
Không khí đi qua các đường hầm này được tăng tốc, khiến áp suất giảm xuống. Chênh lệch áp suất giữa phần dưới và phần trên của xe tạo ra lực hút, ép xe xuống mặt đường.
Lotus nhanh chóng nhận ra một vấn đề quan trọng. Không khí từ bên ngoài có thể lọt vào hai bên đường hầm và phá vỡ vùng áp suất thấp. Để hạn chế hiện tượng này, đội đua phát triển tấm chắn khí động học bên hông treo dọc mép dưới sidepod, với phần dưới luôn giữ sát mặt đường.
Những tấm chắn này hoạt động như một lớp bịt kín, hạn chế không khí từ bên ngoài tràn vào đường hầm Venturi. Nhờ đó, dòng khí bên dưới xe ổn định hơn và ground effect được khai thác mạnh hơn.
Lotus liên tục đẩy ground effect tới giới hạn
Khi các đội đua bắt đầu hiểu rõ tiềm năng của ground effect, cuộc cạnh tranh nhanh chóng chuyển sang việc làm những đường hầm Venturi lớn hơn và hiệu quả hơn.
Chiếc Lotus 79 là ví dụ điển hình. Lotus cố gắng làm thân xe gọn và kéo dài nó hết mức có thể để tạo những đường hầm Venturi rộng hơn và dài hơn. Toàn bộ thiết kế được tính toán xoay quanh việc đưa càng nhiều luồng khí xuống dưới xe càng tốt.
Trên chiếc Lotus 80, ý tưởng còn được đẩy xa hơn với những đường hầm Venturi dài hơn. Tuy nhiên, việc khai thác ground effect quá mạnh khiến chiếc xe trở nên khó đoán khi độ cao gầm thay đổi. Lotus cuối cùng phải quay lại sử dụng chiếc Lotus 79 hiệu quả hơn.
Các đối thủ tại F1 cũng bắt đầu tìm cách mở rộng không gian cho đường hầm Venturi. Arrows thậm chí từng thử nghiêng động cơ trên chiếc A2 để tăng chiều rộng khu vực tạo ground effect.
Nhưng cùng với hiệu suất, tốc độ vào cua cũng tăng lên nhanh chóng. Ground effect trở nên nhạy cảm với sự thay đổi độ cao gầm và có thể mất hiệu quả rất đột ngột khi dòng khí bên dưới bị phá vỡ. Hiện tượng lướt cá heo (porpoising) cũng trở thành một vấn đề đáng lo ngại.
FISA - cơ quan điều hành thể thao của FIA vào thời điểm đó - bắt đầu hạn chế lợi thế của ground effect. Từ mùa giải 1981, các tấm bên di động bị cấm sử dụng và độ cao gầm tối thiểu 60 mm được áp dụng. Mục tiêu là giảm tải khí động học và giảm tốc độ vào cua của những chiếc F1.
Colin Chapman không muốn chấp nhận sự thay đổi này.
Lotus 86 đã mở đường cho Lotus 88
Lotus thực tế đã nghiên cứu ý tưởng hai khung gầm trước khi chiếc 88 xuất hiện. Chiếc 86 là một mẫu thử nghiệm công nghệ được phát triển từ cuối thập niên 1970.
Ý tưởng cốt lõi là tách chiếc xe thành hai phần. Phần bên trong chịu trách nhiệm về các tải trọng cơ học, trong khi phần bên ngoài đảm nhiệm việc tạo và truyền tải lực khí động học.
Tuy nhiên, khi tấm chắn bên vẫn còn được phép sử dụng, thiết kế hai khung gầm chưa đem lại lợi ích đủ lớn để thay thế một chiếc xe có kiến trúc truyền thống. Lotus 86 vì thế không được đưa vào thi đấu.
Sau khi tấm chắn bên hông bị cấm và độ cao gầm tối thiểu được áp dụng, Lotus đã quay lại với ý tưởng này.
Lần này, mục tiêu trở nên rõ ràng hơn. Lotus muốn phần thân tạo ground effect có thể duy trì vị trí gần mặt đường mà không buộc toàn bộ chiếc xe phải hoạt động theo cùng một cách.
Cảm hứng từ chiếc McLaren MP4/1
Trong quá trình phát triển chiếc Lotus 88, Colin Chapman cũng chú ý tới sự xuất hiện của chiếc McLaren MP4/1 do John Barnard thiết kế.
Chiếc MP4/1 gây chú ý với kết cấu monocoque, tức là khung chịu lực dạng liền khối, sử dụng vật liệu composite carbon. Lotus nhận thấy đây là hướng công nghệ có tiềm năng và bắt đầu phát triển một kết cấu tương tự cho dự án của mình.
Tuy nhiên, McLaren có mối liên hệ với Hercules - đơn vị tham gia chế tạo kết cấu composite cho MP4/1. Còn Lotus, do không có cùng nguồn lực và thời gian phát triển cũng rất hạn chế, nên đội đua phải tự xây dựng phiên bản monocoque của mình.
Kết cấu của Lotus sử dụng sợi carbon và Kevlar, với lõi tổ ong Nomex thay cho lõi tổ ong nhôm mà McLaren sử dụng. Lotus cũng áp dụng phương pháp đắp lớp ướt (wet lay-up) và không đóng rắn kết cấu trong lò hấp áp suất (autoclave). Điều này làm kết cấu kém cứng và kém bền hơn so với cách chế tạo của McLaren.
Nhưng vật liệu chỉ là một phần của câu chuyện. Điều khiến Lotus 88 khác biệt thực sự nằm ở cách đội đua phân chia tải trọng giữa hai khung gầm.
Hai khung gầm đảm nhiệm hai nhiệm vụ khác nhau
Bản vẽ chi tiết kỹ thuật của mẫu Lotus 88 do Paolo D’Alessio thực hiện cho thấy rõ cách Colin Chapman chia chiếc xe thành hai cấu trúc riêng biệt. Đây không đơn thuần là hai lớp khung gắn vào nhau, mà là hai phần được thiết kế để đảm nhiệm hai nhóm tải trọng khác nhau.
Dựa theo hình ảnh bản vẽ bên dưới:
[1] Khung gầm khí động học bên ngoài (outer tub) bao quanh phần cơ khí chính của chiếc xe. Đây là phần chịu tải khí động học và được thiết kế để tiếp nhận downforce dư do ground effect tạo ra mà không truyền trực tiếp toàn bộ tải đó vào hệ thống treo của khoang lái.
[2] Khung gầm cơ khí bên trong chứa khoang lái và người lái, đồng thời mang theo các bộ phận cơ khí chính. Phần này được treo mềm hơn và đảm nhiệm các lực tác động từ mặt đường cùng hệ thống truyền động.
[3] Bố trí hai khung gầm trên sơ đồ cho thấy phần thân khí động học bên ngoài bao phủ cấu trúc cơ khí bên trong. Hai phần có thể chuyển động tương đối với nhau trong phạm vi mà Lotus thiết kế.
[4] Động cơ Ford-Cosworth DFV V8 được gắn cứng với khung gầm cơ khí bên trong. Điều đó giúp những lực truyền từ động cơ, hộp số và hệ thống truyền động đi vào cấu trúc cơ khí thay vì tác động trực tiếp lên phần thân được thiết kế để khai thác ground effect.
[5] Cánh trước được gắn với cấu trúc khí động học bên ngoài. Cùng với sidepod và sàn xe, phần này tạo thành một hệ thống khí động học được thiết kế để duy trì dòng khí liên tục vào các đường hầm Venturi bên dưới chiếc xe.
Lotus thiết kế phần khung gầm bên ngoài như một lớp vỏ có thể chuyển động tương đối với cấu trúc bên trong.
Khi tốc độ tăng, lực hút do ground effect tạo ra ép phần thân bên ngoài xuống gần mặt đường. Phần này vì thế có thể duy trì khoảng cách thấp với mặt đường để tăng hiệu quả khí động học, trong khi khung gầm bên trong vẫn đảm nhiệm các tải trọng cơ học.
Đây là cách Lotus tìm cách duy trì lợi thế của ground effect sau khi tấm chắn bên hông bị cấm mà không cần toàn bộ chiếc xe phải hạ xuống theo cùng một chuyển động.
Vấn đề nằm ở quy định về chi tiết khí động học
Lotus lập luận rằng bộ quy định không cấm một chiếc xe có hai khung gầm. Tranh chấp thực sự xoay quanh mối quan hệ giữa phần khí động học và phần được treo của chiếc xe.
Quy định khi đó yêu cầu các bộ phận khí động học phải được gắn cố định với phần được treo của chiếc xe và giữ nguyên vị trí tương đối với nó. Nguyên tắc này nhằm ngăn những bộ phận khí động học thay đổi vị trí trong quá trình chiếc xe vận hành.
Mẫu Lotus 88 lại được thiết kế để phần khung gầm bên ngoài thay đổi vị trí tương đối với khung gầm bên trong dưới tác động của lực khí động học.
Lotus cho rằng phần bên ngoài vẫn là một phần được treo và vì thế phù hợp với cách diễn giải của đội. Các đối thủ lại cho rằng thiết kế này đã đi ngược mục đích của quy định.
Chính sự khác biệt trong cách diễn giải trở thành tâm điểm của cuộc tranh cãi quanh chiếc Lotus 88.
Lotus 88 và cái kết của một ý tưởng táo bạo
Lotus đưa chiếc 88 tới Long Beach, Los Angeles, Mỹ cho vòng đua khai mạc mùa giải 1981. Chiếc xe vượt qua kiểm tra kỹ thuật ban đầu và được sử dụng trong các buổi đua thử, nhưng các đội đối thủ lập tức phản đối. Lotus sau đó không được phép đưa chiếc xe vào cuộc đua và Elio de Angelis phải sử dụng chiếc Lotus 81 thay thế.
Đội đua tiếp tục mang thiết kế này tới Brazil và Argentina, rồi thử đưa phiên bản Lotus 88B trở lại tại Grand Prix Anh, nhưng tranh cãi về tính hợp lệ vẫn không chấm dứt. Lotus cuối cùng phải từ bỏ nỗ lực đưa khung gầm kép vào thi đấu và chuyển sang một thiết kế truyền thống hơn.
Mẫu Lotus 88 vì thế trở thành một trường hợp đặc biệt trong lịch sử Formula 1. Chiếc xe không giành chiến thắng, thậm chí không được phép xuất phát trong một cuộc đua Grand Prix chính thức, nhưng lại cho thấy Colin Chapman sẵn sàng thay đổi cả kiến trúc của chiếc F1 để giữ lại lợi thế khí động học sau khi tấm chắn bên hông bị cấm.
Bằng cách tách tải trọng cơ học khỏi tải trọng khí động học, Lotus đã đưa cuộc chiến ground effect tới một trong những giới hạn táo bạo nhất của kỷ nguyên này.
