Zum Vergrößern anklicken: Die Geheimnisse der Aerodynamik
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Die Kunst der Konstrukteure im Spiel mit dem Wind: Im harten Kampf um Sekundenvorteile in der Formel 1 spielt die Aerodynamik eine noch wichtigere Rolle als Reifen und Motor. Ein schnelles Auto ist mehr denn je eine Sache der Einstellung: Für den Heckflügel gibt es 20, für den Frontflügel sogar 100 verschiedene Einstellmöglichkeiten. War früher die Motorleistung der entscheidende Faktor für die Performance der Autos, sind heute aerodynamische Kennwerte fast wichtiger als PS-Zahlen.

Die Bedeutung der Aerodynamik zeigt sich in erster Linie am Abtrieb, der das Auto auf die Straße presst und dadurch kurze Bremswege und hohe Kurvengeschwindigkeiten ermöglicht. Der Grip, wie diese Bodenhaftung auch genannt wird, hängt nach Expertenschätzung zu 80 Prozent von der Aerodynamik des Autos und nur zu 20 Prozent von den Reifen ab. Die Suche nach mehr Abtrieb ist bei den Rennställen zum Antrieb ganzer Abteilungen geworden.

Doch Abtrieb ist nicht alles. Wie so oft in der Formel 1 kommt es auf den besten Kompromiss an - in diesem Fall zwischen größtmöglichem Abtrieb und möglichst geringem Luftwiderstand. Ein gordischer Knoten, der sich nicht so leicht durchschlagen lässt. Es gibt keine Abstimmung, die auf allen Strecken und schon gar nicht auf allen Streckenabschnitten optimal wirkt. Das Erfolgsrezept besteht also grob vereinfacht darin, dem Ideal näher zu kommen als die Konkurrenz.

Das Grundprinzip aerodynamischer Performance im Rennwagenbau ist vergleichsweise einfach. Es funktioniert wie bei einem Flugzeug - nur umgekehrt. Die Oberflächen der Flügel haben eine andere Form als die Unterseite, dadurch strömt die Luft unten, wo sie den längeren Weg hat, schneller. Durch den entstehenden Unterdruck, der für die gewünschte Bodenhaftung und hohe Kurvengeschwindigkeiten sorgt, bleibt ein Formel-1-Auto auch bei Fliehkräften von 4 g noch sicher in der Spur, während ein Serienauto selbst mit einem Sportfahrwerk schon bei 1 g zu rutschen beginnt.

Die hohe Kunst der Aerodynamik sorgt also nicht nur für eine gute Performance, sondern auch für noch mehr Sicherheit. Ein gutes Drittel des Gesamtabtriebs steuert der Heckflügel bei, der gleichzeitig aber auch den größten Luftwiderstand verursacht. Auf der Suche nach der idealen Mischung aus Abtrieb und Tempo wird an seiner Einstellung von Rennen zu Rennen am meisten verändert.

Generell gilt: Auf Stadtkursen oder Strecken mit vielen engen Kurven werden die Flügelelemente steil gestellt, auf Kursen mit langen Geraden und schnellen Kurven, so wie jetzt beim Großen Preis von Italien in Monza, wird mit flachen Flügeln gefahren, um möglichst hohe Geschwindigkeiten zu erreichen. 25 Prozent des Abtriebs kommen vom Frontflügel, allerdings nur, wenn das Auto nicht direkt hinter einem anderen fährt.

Das Heck verursacht nämlich Verwirbelungen, die so genannte "dirty air", durch die sich beim direkten Verfolger der vom Frontflügel erzeugte Abtrieb auf nur noch zehn Prozent verringert. Das ist einer der Hauptgründe, warum auf vielen Formel-1-Strecken so schwer überholt werden kann. Für aerodynamische Effizienz sorgt auch der Diffusor, dessen Tunnel und Kanäle an der Unterseite des Hecks wie eine Rampe schräg nach oben führen und die anströmende Luft so leiten, dass ein möglichst großer Saugeffekt entsteht.

Bis zu 40 Prozent des gesamten Abtriebs werden durch den Luftbeschleuniger am Unterboden erzeugt. Den Unterboden haben auch die Fahrzeugentwickler in der Serie im Visier. Großflächige Verkleidungsteile sorgen für aerodynamische Effizienz: sie verringern den Strömungswiderstand und den unerwünschten Auftrieb. Während die Formel-1-Boliden auf die Straße gepresst werden, neigen Serienfahrzeuge dazu, bei schneller Fahrt Auftriebskräfte zu entwickeln:

"Je glatter der Unterboden ist, desto schneller kann die Luft an der Fahrzeugunterseite strömen", so Dr. Christoph Lauterwasser vom Allianz Zentrum für Technik (AZT). "Dadurch wird analog zur Formel 1 ein Unterdruck erzeugt, durch den der Auftrieb des Gesamtfahrzeugs klein gehalten werden kann. Dies sorgt für mehr Fahrstabilität bei höheren Geschwindigkeiten." Weil ein kleines Luftleitblech zwischen Vorderrad und Seitenkasten unter Umständen mehr Tempo bringen kann als ein paar zusätzliche PS, ist die Aerodynamik einer der wichtigsten Faktoren bei der Konstruktion eines Formel-1-Autos.

Mit der rasend schnellen Entwicklung können nur Teams mithalten, die über einen eigenen Windkanal verfügen. Kostenpunkt: rund 45 Millionen Euro. In diesen Anlagen testen die Ingenieure nicht nur Form und Einstellung der am Computer konstruierten Aerodynamik-Teile, sondern beispielsweise auch die Empfindlichkeit des Autos auf eine veränderte Anströmung, etwa durch Nickbewegungen oder Seitenwind.

Die Anziehungskraft auf die Verfechter der reinen Strömungslehre ist enorm - sie verbringen übers Jahr bis zu 13.000 Stunden in den Windtunneln. Eindrucksvoll ist auch das Leistungsspektrum eines modernen Windkanals: In der Anlage von WilliamsF1 am Firmensitz in Grove, wo der Ventilator von einem 60 Tonnen schweren und 4000 PS starken Motor angetrieben wird, können sogar Hurrikane simuliert werden.

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