Khi McLaren trình làng chiếc xe Formula 1 mới cho mùa giải 2010, đội đua hy vọng một trong những giải pháp quan trọng trên chiếc xe vẫn có thể được giữ kín. Tuy nhiên, bí mật tại paddock hiếm khi tồn tại lâu. Chỉ trong thời gian ngắn, thiết kế này đã thu hút sự chú ý của các đội đua, truyền thông và người hâm mộ.
Nó nhanh chóng được gọi là F-Duct, theo chữ "F" trong logo của nhà tài trợ Vodafone nằm cạnh một cửa hút trên thân xe. Tên gọi nội bộ của dự án là RW80. Đây là một hệ thống giảm lực cản có cấu tạo phức tạp, trong đó tay đua trực tiếp tham gia điều khiển hoạt động bằng cách che một cửa hút trong khoang lái.
Khi được kích hoạt trên đường thẳng, F-Duct đưa cánh sau vào trạng thái stall - tức là làm dòng khí quanh cánh bị phá vỡ, qua đó giảm downforce và lực cản. Chiếc xe vì thế đạt được tốc độ tối đa cao hơn. FIA cho phép hệ thống được sử dụng trong mùa giải 2010 trước khi loại bỏ hướng phát triển này từ năm 2011.
F-Duct thực sự hoạt động ra sao?
Về cơ bản, thiết kế của McLaren có thể chia thành hai phần. Phần thứ nhất là hệ thống đường ống được điều khiển bởi tay đua. Phần còn lại là mạng lưới đường ống dẫn luồng khí tới khu vực cánh sau.
Khi cửa hút trong khoang lái [2] được để hở, luồng khí đi vào từ cửa hút trên thân xe [1] được dẫn vào khoang lái. Đồng thời, luồng khí lấy từ hộp gió [4] đi qua bộ chuyển mạch lưu chất [5] rồi thoát ra tại cửa [7].
Khi tay đua dùng cơ thể che kín cửa [2], trạng thái áp suất trong hệ thống thay đổi. Luồng khí từ cửa hút [1] không còn đi thẳng vào khoang lái mà được chuyển qua đường ống tín hiệu [3] tới bộ chuyển mạch lưu chất [5].
Sự thay đổi áp suất tại đây khiến bộ chuyển mạch đổi hướng luồng khí lấy từ hộp gió [4]. Không khí được đưa vào đường ống phía trên [6], chạy dọc chiếc xe rồi tới khu vực cánh sau.
Tại cánh sau, luồng khí được đưa ra ngoài qua một khe bổ sung. Dòng khí này phá vỡ dòng chảy vốn bám trên bề mặt cánh và đưa cánh vào trạng thái stall.
Khi cánh sau mất một phần tác dụng khí động học, downforce và lực cản cùng giảm xuống. Chiếc xe vì thế đạt tốc độ cao hơn trên đường thẳng.
Điểm đặc biệt nhất nằm ở cách hệ thống này được điều khiển. F-Duct không cần một cơ cấu khí động học chuyển động để thay đổi góc nghiêng của cánh sau. Chính tay đua trở thành một phần của hệ thống và trực tiếp thay đổi luồng khí bằng cơ thể mình.
McLaren liên tục phát triển F-Duct
Thiết kế đầu tiên không phải là phiên bản cuối cùng của F-Duct. McLaren liên tục điều chỉnh hệ thống trong suốt mùa giải để tìm thêm hiệu suất.
Ban đầu, cửa hút trong khoang lái được điều khiển bằng đầu gối của tay đua. Cách bố trí này cho phép tay đua che cửa hút trên đường thẳng mà vẫn giữ hai tay trên vô lăng.
Tuy nhiên, McLaren sau đó đưa đường ống sâu hơn vào khoang lái để tay đua có thể dùng khuỷu tay thay cho đầu gối. Cách bố trí mới tạo ra một phương thức điều khiển thuận tiện hơn.
Cửa hút trên phần đầu khung gầm cũng trải qua nhiều lần thiết kế lại. Hình dạng và kích thước của khu vực này được thay đổi nhằm cải thiện lượng không khí đi vào hệ thống.
Cấu hình F-Duct cũng phụ thuộc vào đặc điểm từng đường đua. Những nơi yêu cầu nhiều downforce cần một cách bố trí khác với các đường đua ưu tiên tốc độ tối đa.
Tại Monaco, McLaren sử dụng thêm các cửa hút và cửa thoát khí trên mặt phẳng chính của cánh (mainplane) để điều chỉnh hoạt động của hệ thống.
Trái lại, tại Monza (Ý), đội đua chọn cấu hình downforce thấp truyền thống và không sử dụng F-Duct. Đây là đường đua có nhiều đoạn tốc độ cao, nên một cấu hình khí động học đơn giản với lực cản thấp sẽ phù hợp hơn.
McLaren tiếp tục sửa đổi toàn bộ phần cánh sau tại Grand Prix Nhật Bản ở Suzuka. Đường ống khi đó được đưa tới mặt phẳng chính (mainplane) thay vì cánh phụ phía trên (top flap). Khe thoát khí ở mặt sau cánh cũng được di chuyển theo.
Những thay đổi liên tục cho thấy F-Duct không phải là một thiết bị được lắp lên chiếc MP4-25 rồi giữ nguyên trong cả mùa giải. McLaren xem đây là một phần quan trọng của gói khí động học và liên tục tìm cách khai thác thêm hiệu suất.
Khi tay đua trở thành một phần của hệ thống khí động học
Vấn đề lớn nhất của F-Duct không nằm ở nguyên lý hoạt động mà ở cách tay đua phải điều khiển nó.
Khi các đội đua khác bắt đầu phát triển những phiên bản tương tự, một số thiết kế yêu cầu tay đua thực hiện thao tác bằng một tay trong những đoạn đường thẳng để kích hoạt hệ thống. Hình ảnh tay đua rời một tay khỏi vô lăng để điều khiển hệ thống nhanh chóng trở thành vấn đề gây tranh cãi.
FIA không lập tức loại bỏ công nghệ này. F-Duct tiếp tục được sử dụng trong mùa giải 2010, dù các đội ngày càng tìm ra những cách triển khai phức tạp hơn.
Cuối cùng, FIA quyết định loại bỏ F-Duct từ mùa giải 2011. Cùng thời điểm đó, Formula 1 đưa vào sử dụng hệ thống giảm lực cản - DRS (Drag Reduction System).
DRS tạo ra hiệu ứng tương tự bằng cách cho phép mở một phần của cánh sau tại những khu vực được FIA quy định. Điểm khác biệt nằm ở chỗ DRS sử dụng một cơ cấu được kiểm soát theo luật, thay vì phụ thuộc vào thao tác trực tiếp của tay đua.
F-Duct vì thế trở thành một bước chuyển tiếp quan trọng trong quá trình Formula 1 phát triển những giải pháp giảm lực cản trên đường thẳng.
Sauber cũng nhanh chóng đưa F-Duct lên chiếc xe của mình
McLaren cũng không phải là đội duy nhất khai thác ý tưởng này.
Sauber là đội đầu tiên theo chân McLaren phát triển một phiên bản F-Duct của riêng mình và đưa hệ thống lên chiếc xe tại vòng đua thứ hai của mùa giải 2010 ở Australia.
Thiết kế của Sauber có nhiều điểm khác biệt. Thay vì đặt cửa hút chính trên phần đầu khung gầm như McLaren, đội đua Thụy Sĩ bố trí cửa hút bên hông thân xe.
Ở phía sau, luồng khí cũng được dẫn tới mặt phẳng chính của cánh sau thay vì tập trung vào cánh phụ phía trên.
Sauber còn bổ sung thêm một khe để ổn định dòng khí quanh cánh sau. Giải pháp này dựa trên một thiết kế mà đội từng sử dụng tại Grand Prix Singapore năm 2009.
Cách tiếp cận của Sauber cho thấy nguyên lý F-Duct có thể được biến đổi theo nhiều hướng khác nhau nhưng vẫn hướng tới cùng một mục tiêu: làm giảm tác dụng khí động học của cánh sau trên đường thẳng.
Một mùa giải đủ để thay đổi Formula 1
F-Duct chỉ tồn tại trong mùa giải 2010, nhưng ảnh hưởng của nó kéo dài lâu hơn nhiều.
McLaren đã tìm ra một cách đặc biệt để giảm lực cản mà không cần sử dụng một cơ cấu khí động học chuyển động. Một mạng đường ống phức tạp chạy bên trong chiếc xe kết hợp với thao tác của chính tay đua để làm cánh sau rơi vào trạng thái stall.
Các đối thủ nhanh chóng sao chép ý tưởng. Sự phức tạp trong cách điều khiển cũng ngày càng tăng, khiến FIA có thêm lý do để đóng lại hướng phát triển này.
Từ mùa giải 2011, F-Duct không còn được phép sử dụng và DRS trở thành giải pháp tiêu chuẩn cho việc giảm lực cản trên đường thẳng. F-Duct vì thế trở thành một ví dụ tiêu biểu cho cách một khoảng trống trong bộ quy định có thể mở ra cả một cuộc chạy đua kỹ thuật chỉ trong một mùa giải.
