NGAUMAN kereta Formula 1 (F1) kembali kedengaran di Litar Antarabangsa Sepang (SIC) untuk perlumbaan Bahrain Grand Prix di Malaysia.
Kesunyian dalam tempoh sembilan tahun ini menjadikan kemunculan semula perlumbaan ini, dapat menarik jumlah penonton luar biasa tinggi, khususnya rakyat Malaysia yang merindukan deruman jentera sukan permotoran ini.
Rata-rata peminat mungkin suka melihat reka bentuk kereta yang agresif dan futuristik, atau karisma pemandu yang lasak, atau kehebatan pengurusan strategi dan teknikal pasukan.
Namun perkara yang tidak kurang penting ialah kejuruteraan di sebalik keupayaan setiap jentera untuk memaksimumkan prestasi, kestabilan dan kecekapan sepanjang perlumbaan.
Banyak perkara yang perlu diambil kira semasa proses penyelidikan dan pembangunan sesebuah jentera F1. Hal ini termasuk pembinaan enjin, sains bahan, perisian dan pengurusan udara yang berada di sekeliling kereta ketika ia bergerak pada kelajuan tinggi.
Udara memang tidak dapat dilihat, tetapi kesannya boleh dirasai. Semakin laju sesebuah kereta bergerak, semakin besar pengaruh udara terhadap pergerakannya. Dalam bidang aeronautik, aliran udara digunakan untuk menghasilkan daya angkat yang membolehkan pesawat terbang.
Bagi kereta F1 pula, prinsip yang hampir sama digunakan tetapi dengan tujuan yang berbeza. Apabila kereta bergerak pada kelajuan tinggi, ia cenderung untuk terangkat dan boleh menjadi tidak stabil.
Untuk mengatasi kecenderungan ini, kereta F1 menggunakan prinsip daya angkat dengan membalikkan arah daya tersebut supaya kereta ditekan dengan lebih kuat ke permukaan litar.
Tekanan ke bawah ini membantu tayar mendapatkan cengkaman yang optimum. Atas sebab itu, kereta F1 dipasangkan dengan sayap di bahagian depan dan belakang.
Bentuk dan sudut sayap mengarahkan aliran udara dengan cara tertentu sehingga menghasilkan perbezaan tekanan yang mewujudkan daya tekan atau downforce.
Tekanan tayar
Daya ini tidak menambah berat kereta, tetapi ia meningkatkan tekanan tayar pada permukaan litar. Kesan ini membolehkan pemandu mengawal kereta dengan lebih stabil ketika membrek, memasuki selekoh dan mempercepatkan kereta ketika keluar daripadanya.
Namun, lebih banyak daya tekan tidak semestinya membawa kelebihan sepanjang masa. Setiap kali sayap menghasilkan daya tekan, ia turut menambah seretan udara. Seretan ini menentang pergerakan kereta ke hadapan dan boleh mengurangkan kelajuan, khususnya di laluan lurus.
Oleh itu, jurutera perlu mencari titik keseimbangan antara daya tekan dan seretan supaya kesan aerodinamik ini memberikan manfaat tepat pada waktunya, sekali gus membantu kereta memperoleh kelebihan prestasi keseluruhan.
Jika litar mempunyai banyak selekoh, lebih banyak daya tekan mungkin diperlukan. Jika litar mempunyai laluan lurus yang panjang, mengurangkan seretan pula menjadi lebih penting. Jadi, tetapan aerodinamik tidak sama untuk setiap litar.
Litar Monaco misalnya mempunyai banyak selekoh dan ruang yang terhad untuk mencapai kelajuan maksimum. Litar Monza pula terkenal dengan laluan lurus yang panjang.
SIC mempunyai gabungan kedua-duanya kerana terdapat laluan lurus yang panjang selain beberapa selekoh yang memerlukan cengkaman yang baik.
Dalam keadaan ini, pengurusan udara bukan hanya mengenai berapa banyak daya tekan yang dapat dihasilkan tetapi bagaimana ia diagihkan pada seluruh kereta. Sayap depan mempunyai peranan yang sangat penting kerana ia merupakan antara bahagian pertama yang menerima aliran udara.
Udara yang melaluinya kemudian bergerak ke arah tayar, sisi badan dan bahagian bawah kereta sebelum sampai ke belakang. Jika aliran di bahagian depan tidak berada dalam keadaan yang dikehendaki, bahagian lain juga boleh menerima kesannya.
Disebabkan itu, reka bentuk sayap depan, kedudukan tayar, bentuk badan dan lantai tidak boleh dibuat secara berasingan. Kereta juga perlu mempunyai keseimbangan antara bahagian depan dengan belakang.
Jika tayar depan tidak mempunyai cengkaman yang mencukupi, kereta mungkin terus bergerak ke luar selekoh walaupun stereng sudah dipusingkan. Keadaan ini dikenali sebagai understeer.
Aliran udara
Jika bahagian belakang pula kehilangan cengkaman dan mula bergerak ke sisi, keadaan tersebut dikenali sebagai oversteer. Kedua-duanya boleh berlaku bergantung kepada keadaan tayar, kelajuan, jumlah bahan api dan tetapan kereta.
Pemandu perlu menyesuaikan cara membrek, mengambil selekoh dan menekan pedal pendikit mengikut perubahan yang berlaku sepanjang perlumbaan.
Hal ini menguji kemahiran pemandu hingga tahap tertinggi kerana kereta yang dipandu pada awal perlumbaan tidak semestinya memberikan tindak balas yang sama selepas beberapa puluh kali pusingan.
Udara mengalir melalui keseluruhan permukaan kereta termasuk bahagian bawah badan. Apabila udara mengalir di bahagian bawah ini, ia boleh dipercepatkan sehingga tekanan di kawasan tersebut menjadi lebih rendah.
Perbezaan tekanan antara bahagian atas dan bawah kereta mewujudkan daya yang menarik kereta lebih rapat ke permukaan litar. Fenomena ini dikenali sebagai ground effect.
Dalam sejarah F1, pasukan Lotus mempelopori pembangunan kereta yang memanfaatkan ground effect ini pada penghujung 1970-an. Lotus menyedari bahawa aliran udara di bawah kereta boleh digunakan untuk menjana sedutan yang kuat.
Mereka membangunkan bentuk bahagian bawah badan kereta dan laluan udara yang mempercepatkan aliran di kawasan tersebut. Model Lotus 78 pada 1977 dan Lotus 79 selepasnya membuktikan bahawa struktur bawah kereta boleh berfungsi sebagai komponen aerodinamik yang sangat berkesan.
Namun, keupayaan ini datang dengan risiko. Sistem panel penutup atau skirt yang digunakan untuk menutup bahagian bawah kereta menjadikan aliran udara terlalu sensitif. Jika kereta melalui bonggol atau kehilangan ketinggian secara tiba-tiba, sedutan boleh hilang serta-merta dan kereta menjadi tidak stabil.
Beberapa insiden serius berlaku pada era tersebut memaksa badan pentadbir sukan mengambil keputusan untuk mengharamkan penggunaan struktur bawah kereta yang menghasilkan sedutan ekstrem.
Oleh itu, sejak awal 1980-an, pasukan terpaksa bergantung kepada sayap dan komponen aerodinamik di bahagian atas kereta untuk menjana daya tekan.
Saluran aerodinamik
Namun dalam tahun 2022, peraturan membenarkan semula penggunaan ground effect tetapi dalam bentuk yang lebih terkawal. Struktur bawah kereta direka supaya menghasilkan sedutan melalui saluran aerodinamik yang lebih stabil dan tidak lagi menggunakan skirt.
Pendekatan ini diperkenalkan bagi mengurangkan masalah aliran udara kotor yang menyukarkan kereta belakang untuk mengikuti rapat.
Peraturan 2026 sekali lagi membawa perubahan terhadap cara udara diurus. Peranan terowong di bahagian bawah dikurangkan berbanding kereta generasi sebelumnya, manakala sayap depan dan belakang mempunyai elemen yang boleh berubah kedudukan.
Ketika mengambil selekoh, kereta memerlukan daya tekan yang lebih tinggi supaya tayar terus mencengkam. Sebaik sahaja memasuki laluan lurus, kedudukan aerodinamik boleh berubah bagi mengurangkan seretan dan membolehkan kereta mencapai kelajuan yang lebih tinggi.
Di laluan lurus, kedudukannya boleh berubah untuk mengurangkan seretan dan meningkatkan kelajuan maksimum. Pendekatan ini menunjukkan bahawa aliran udara tidak lagi diurus dengan satu tetapan statik. Kereta kini boleh beroperasi dalam konfigurasi aerodinamik yang berbeza mengikut keperluan sama ada ketika memasuki selekoh atau memecut di laluan lurus.
Udara kotor yang terhasil daripada kereta F1 merujuk kepada aliran udara yang telah terganggu dan tidak lagi stabil, bukannya udara yang tercemar secara fizikal. Aliran yang tidak sekata ini boleh menjejaskan kereta yang mengekori rapat di belakang.
Apabila kereta belakang memasuki kawasan udara kotor, aliran udara ke komponen aerodinamiknya menjadi tidak konsisten, lalu mengurangkan sebahagian daya tekan terutama ketika mengambil selekoh.
Pemandu mungkin mendapati bahagian depan kereta tidak lagi mempunyai cengkaman seperti ketika memandu bersendirian. Keadaan ini menjelaskan mengapa seseorang pemandu boleh mengejar lawan dengan pantas di laluan lurus tetapi menghadapi kesukaran apabila semakin rapat ketika memasuki selekoh.
Oleh itu, jurutera bukan sahaja perlu menentukan bagaimana udara memasuki dan bergerak melalui kereta, tetapi juga bagaimana aliran itu keluar di bahagian belakang tanpa menjejaskan prestasi keseluruhan.
Malah tidak semua udara yang dialirkan digunakan untuk menghasilkan daya tekan. Sebahagian daripadanya perlu disalurkan untuk menyejukkan brek, sistem kuasa dan komponen elektrik yang menghasilkan haba tinggi sepanjang perlumbaan.
Bukaan udara yang besar memang membantu penyejukan, namun ia turut menambah seretan dan mengurangkan kecekapan aerodinamik. Jika bukaan terlalu kecil, komponen kritikal boleh menjadi terlalu panas.
Keadaan ini memaksa jurutera mencari keseimbangan antara penyejukan, seretan dan daya tekan supaya setiap aliran udara yang digunakan tidak menjejaskan fungsi yang lain.
Pembangunan kereta F1 kini bergantung kepada gabungan pelbagai kaedah. Jurutera menggunakan terowong angin, simulasi komputer, penderia tekanan dan bahan khas pada permukaan kereta untuk memahami dengan tepat bagaimana udara bergerak di sekeliling kereta.
Perubahan kecil pada bentuk permukaan yang hampir tidak kelihatan ketika kereta berhenti boleh menghasilkan perbezaan besar apabila kereta bergerak melebihi 300 kilometer sejam.
Kehebatan F1 juga tidak hanya bergantung pada kuasa enjin. Kuasa yang besar tetap perlu dipindahkan melalui tayar sebelum dapat menggerakkan kereta dan untuk tayar terus mencengkam permukaan litar, aliran udara di sekeliling kereta mesti diurus dengan sebaik mungkin.
Di sebalik deruman enjin dan aksi memotong, salah satu perlumbaan sebenar dalam F1 ialah bagaimana setiap pasukan mengurus sesuatu yang tidak dapat dilihat, tetapi sentiasa berada di sekeliling kereta, iaitu udara.
- Penulis memiliki Sarjana Muda Kejuruteraan (Mekanikal-Aeronautik) dari Universiti Teknologi Malaysia (UTM) dan pernah berkhidmat di Hornbill Skyways Sdn Bhd.
