Como medir a aerodinâmica de um F1?

Ouvimos os pilotos dizer que um carro precisa de mais downforce ou que uma atualização vai trazer X décimos, mas como é possível medir a aerodinâmica de um F1? Possivelmente a grande briga da Red Bull nos últimos anos foi consigo mesma, ou melhor, com a correlação entre os dados aerodinâmicos obtidos nas simulações na fábrica e na pista. Esse é um dos maiores fantasmas de qualquer equipe e a frequência com que isso ocorre – a Ferrari é outra que, na última década, sofreu muito com isso – mostra que não é algo tão fácil de resolver. 

Mas como as equipes conseguem mensurar a carga aerodinâmica e entender por que seus números não estão batendo? E mais: de onde vêm e o que significam aqueles números aos quais os times muitas vezes se referem para explicar a perda de rendimento de um piloto após sofrer algum dano, os tais pontos de aerodinâmica?

Não vou entrar aqui nos cálculos complicados e já aviso que os dados aerodinâmicos são guardados a sete chaves pelas equipes, mas alguns conceitos básicos ajudam a compreender melhor cenas que vemos às vezes em treinos livres, como aquelas grades usadas, as tintas coloridas e carros andando, aparentemente, bem lentos na pista.

De onde vêm os problemas de correlação?

As equipes desenvolveram armas poderosas de simulação especialmente depois que os testes em pista ficaram muito limitados. Primeiro o investimento foi em túneis de vento de 100% de escala, mas depois isso também foi proibido – hoje o máximo é de 60%, o que diminui sua precisão. Ao mesmo tempo em que estavam se adaptando a esta mudança, os times foram aumentando o investimento em simulações por computador, por meio do estudo de fluidodinâmica computacional (CFD).

Então toda a parte aerodinâmica do carro ou é simulada em computador, ou em um túnel de vento (que tem condições ideais) de escala menor do que o carro que vai para a pista. Em um esporte de tamanha precisão, é fácil entender por que muitas vezes o que a simulação diz não é o que a pista mostra. E os engenheiros estão constantemente atualizando seus sistemas para obterem os mesmos dados e não perderem tempo e dinheiro fazendo peças que, simplesmente, não funcionam, ou não melhoram o carro tanto como os dados da fábrica apontavam.

Mas como eles medem isso?

O downforce absoluto, medido em Newtons, pode ser obtido por meio da instalação de potenciômetros nas suspensões, já que a movimentação das molas dá a medida da força de compressão do carro em relação ao solo. Esses números entram, então, numa fórmula junto com a densidade do ar e resultam no que os engenheiros chamam de pontos de aerodinâmica.

Aí começam os segredos, porque as equipes não gostam muito de revelar esses números, mas vez ou outra ouvimos que “o piloto X teve uma perda de 20 pontos de aerodinâmica pelo dano que o carro sofreu no assoalho na primeira volta”, por exemplo. Como um ponto de aerodinâmica geralmente quer dizer 0s01, podemos supor que esse piloto X perdeu 0s2 por volta, mas é claro que depende muito do circuito e do tamanho da volta.

Os carros são equipados com pelo menos 100 sensores, e esse número pode chegar a 300, gerando 1.5GB de dados durante um GP, segundo números da McLaren. A maioria deles não é visível, mas deu para perceber neste ano que a Ferrari usou um sensor ótico de ângulo de ataque das rodas, que joga um feixe de luz no solo.

Juntando os dados deste sensor com os do volante, dá para ver o quanto um carro está saindo de traseira ou de frente, já que ele vai acompanhar a direção à qual os pneus estão, efetivamente, apontando. Isso é importante para entender o desgaste de pneus e se o carro está se comportando da maneira esperada com base no acerto (assunto que já tratamos aqui).

Entendendo os fluxos de ar

Outra preocupação é com o fluxo de ar, se ele está funcionando com as pressões devidas e na “rota” imaginada pelas simulações. Isso é feito por meio da instalação de sensores nas superfícies aerodinâmicas exatamente nos mesmos lugares em que eles estão instalados no modelo do túnel de vento ou posicionados na simulação de CFD.

Isso vai medir as forças atuando naquele ponto em particular. Se há a necessidade de verificar o fluxo, aí as equipes lançam mão do flow-viz. Trata-se de um pó colorido misturado a um óleo de viscosidade baixa que, quando o carro está em movimento, mostra a “trilha” aerodinâmica. E a “arte” final é, então, comparada com esse mesmo tipo de simulação feito em CFD.

Outro tipo de medição é usando as grades que geralmente vemos na pré-temporada. Elas são chamadas de aero rakes ou Kiel probe arrays, e são mais uma maneira de entender se o fluxo de ar está acontecendo da maneira como é previsto. Elas são geralmente colocadas atrás dos pneus para gerar informações sobre a interferência dos pneus sobre esse fluxo. E são bastante úteis, devido a sua sensibilidade, para entender o que acontece nas curvas, quando há mudanças repentinas.

A não ser que uma equipe esteja estreando um pacote aerodinâmico extenso, geralmente não é um sinal muito positivo ver flow-viz e estas grades em treinos livres. Isso geralmente indica que o time está tentando entender e corrigir problemas de correlação.