สงครามอากาศพลศาสตร์ใน DTM

สงครามอากาศพลศาสตร์ของ DTM หล่อหลอมสมดุลการแข่งขันของซีรีส์นี้ในทุกด้าน ตั้งแต่แอโรฟอยล์ไปจนถึงดิฟฟิวเซอร์ จากกระแสลมปั่นไปจนถึง DRS: ในยุค Class One รถยนต์สร้างแรงกดลงมากกว่ารถแข่ง GT เสียอีก ในขณะที่ความพยายามของกฎระเบียบในการจัดการกับกระแสลมปั่นทำให้การ "แข่งขันด้านล่าง" อันเลื่องชื่อของซีรีส์นี้ยังคงมีชีวิตชีวา นี่คือเรื่องราวทั้งหมดของเรื่องนี้

ทำไมอากาศพลศาสตร์จึงสำคัญมากในรถ DTM?

แอโรฟอยล์และดิฟฟิวเซอร์ของรถแข่งทำงานเหมือนปีกเครื่องบินที่ถูกกลับด้าน: ไม่ได้ออกแบบมาเพื่อดันอากาศขึ้น แต่เพื่อกดรถลงสู่พื้นถนน ยิ่งแรงกดลงเพิ่มมากขึ้น ยางก็ยิ่งถูกกดลงกับพื้นแน่นขึ้น เกาะถนนเพิ่มขึ้น และความเร็วในโค้งก็พุ่งสูงขึ้น ใน DTM หลักฟิสิกส์นี้กำหนดอัตลักษณ์ทั้งหมดของซีรีส์การแข่งขันนี้ เพราะตลอดประวัติศาสตร์ของซีรีส์ ผู้กำหนดกฎระเบียบต้องเผชิญกับข้อพิพาทเดียวกันทุกครั้ง: ถ้าเปิดเสรีให้อากาศพลศาสตร์ เทคโนโลยีก็จะบ้าคลั่งและต้นทุนจะพุ่งสูงขึ้น แต่ถ้าจำกัดลง การแข่งขันชิดชิงที่คุณพยายามปกป้องในฐานะโชว์ก็จะได้รับความเสียหาย

และความตึงเครียดนี้แหละคือเรื่องราวหลักของวิวัฒนาการด้านอากาศพลศาสตร์ของ DTM ในเส้นทางจากกฎระเบียบที่เปิดกว้างของยุค 90s สู่ยุค Class One ที่ใช้ชุดอากาศพลศาสตร์แบบร่วมกัน และจบลงที่ยุค GT3 ทุกก้าวล้วนเป็นการแสวงหาสมดุลใหม่ระหว่าง "ความเร็ว" กับ "ความสามารถในการแข่งขัน"

ต้นยุค 90s: กฎระเบียบที่เปิดกว้างและแอโรฟอยล์ที่ไร้ขอบเขต

เมื่อซีรีส์นี้ก่อกำเนิดขึ้นกลางยุค 80s รถยนต์ยังเป็นรถที่วิ่งบนถนนจริงๆ พวกมันพอใจกับแอโรฟอยล์แบบจำกัดเพียงไม่กี่ชิ้นที่ติดตั้งอยู่บนตัวถัง แต่เมื่อทีมโรงงานเข้ามาเกี่ยวข้อง กฎระเบียบก็ค่อยๆ ออกห่างจากหลักการนี้อย่างรวดเร็ว ต้นยุค 90s ในการต่อสู้ระหว่าง Mercedes, Opel และ Alfa Romeo ซีรีส์นี้กลายเป็นหนึ่งในรุ่นที่พัฒนาด้านเทคโนโลยีสูงที่สุดของโลก และคู่มือกฎระเบียบที่เปิดกว้างอย่างมากก็มอบสนามเด็กเล่นที่ไร้ขีดจำกัดให้กับวิศวกรอย่างแท้จริง

ราคาของอิสรภาพนี้คือต้นทุนที่พุ่งสูงขึ้น การพัฒนาอากาศพลศาสตร์แบบเปิดทำให้รถเร็วขึ้นเรื่อยๆ แต่ก็ทำให้งบประมาณพุ่งทะยาน และซีรีส์นี้ก็สิ้นสุดลงในปี 1996 - ยิ่งไปกว่านั้น ในฤดูกาลนั้นมันได้กลายเป็นระดับนานาชาตภายใต้ชื่อ ITC และการแข่งขันทั้งหมดถูกย้ายออกไปจากเยอรมนี กล่าวคือ สงครามอากาศพลศาสตร์ครั้งใหญ่ครั้งแรกของ DTM สิ้นสุดลงโดยไม่มีผู้ชนะ

ยุค Class One: ชุดแรงกดลงขนาดยักษ์

ซีรีส์ที่เกิดใหม่ในปี 2000 ได้ตกลงใช้กฎพื้นฐานเดียวกันกับ Super GT ของญี่ปุ่นตั้งแต่ปี 2014 และกระบวนการนี้เสร็จสมบูรณ์ในปี 2019: มีการเปลี่ยนจาก V8 แบบธรรมชาติ 4.0 ลิตร ไปเป็นหน่วยเทอร์โบ 2.0 ลิตร และรุ่นนานาชาตินี้ได้รับชื่อว่า Class One ผลลัพธ์คือบทสุดท้ายและรุนแรงที่สุดของอากาศพลศาสตร์ของ "DTM แท้"

สิ่งที่น่าประหลาดใจเหรอ? กฎระเบียบดูเหมือนจะจำกัดทุกอย่าง โมโนคอก ชิ้นส่วนระบบกันสะเทือน พื้นลำตัว ปีกหลัง ดิฟฟิวเซอร์หลัง และสปลิตเตอร์หน้าเหมือนกันในทุกคัน แต่แม้แต่ชิ้นส่วนที่ใช้ร่วมกันก็ยังก่อตัวเป็นชุดที่ทำให้ downforce ของรถ Class One น่าจะสูงกว่ารถแข่ง GT ปัจจุบันรุ่นใดก็ตาม จุดอ่อนก็อยู่ตรงนี้เอง: แรงต้านสูง นั่นคือประสิทธิภาพทางอากาศพลศาสตร์ต่ำ ตัวรถทั้งคันเร่งบนทางตรงเหมือนมีดคมเล่มหนึ่ง แต่ชุดแอโร่ชุดเดียวกันกับบังคับให้มันทำงานด้วยระยะห่างจากพื้นสูงมากและความไวต่อการสั่นสะเทือนแบบ pitch

การเปลี่ยนแปลงในปี 2019 ทำให้อะไรพังไป?

รถปี 2019 มีสปลิตเตอร์หน้าที่เล็กลงและปีกหลังที่กว้างขึ้นแต่ใช้โปรไฟล์เดียว เมื่อเทียบกับปี 2018 คู่ผสมนี้ทำให้แรงกดลงลดลง และแย่กว่านั้นคือทำให้จุดสมดุลอากาศพลศาสตร์เลื่อนไปด้านหน้า: สปลิตเตอร์หน้าขนาดเล็กร่วมกับปีกหลังขนาดใหญ่สร้างผลกระทบที่ทำให้การทรงตัวสับสน ดังนั้นปัญหาใหญ่ที่สุดของทีมแอโร่จึงไม่ใช่ประสิทธิภาพ แต่เป็นการดึงสมดุลไปทางหน้า - พลังงานที่เหลืออยู่ส่วนใหญ่ถูกใช้ไปกับการระบายความร้อนของเครื่องยนต์เทอร์โบรุ่นใหม่ไปแล้ว

รายละเอียดที่น่าสนใจ: เมื่อทีมต่างๆ เปรียบเทียบคอนฟิกูเรชันที่มีจุดศูนย์ถ่วงแรงดันเดียวกันในระเบียบเก่าและใหม่ พวกเขาพบการสูญเสีย downforce ที่น้อยกว่าที่คาดไว้มาก นั่นคือการเปลี่ยนแปลงกติกาลงมานุ่มนวลกว่าที่ปรากฏบนกระดาษ แต่ความแตกต่างที่แท้จริงไม่ได้อยู่ที่กติกา แต่อยู่ที่ท่าทีของวิศวกรต่างหาก ทีมต่างๆ ใช้ความแข็งของสปริงแนวกลิ้ง (roll stiffness) ต่ำ และพยายามควบคุมแพลตฟอร์มก่อนที่ bump stop ที่แข็งจะเข้าทำงาน รถ Class One บางคันใช้เรขาคณิต anti-dive และ anti-lift ที่ก้าวร้าวอย่างยิ่ง เพื่อรักษาสมดุลของแพลตฟอร์มอากาศพลศาสตร์ระหว่างการเบรก โดยสรุปคือไม่ให้จมูกรถดิ่งลงเพื่อให้ปีกทำงานได้อย่างถูกต้อง - ผมไม่เคยจดจำซีรีส์อื่นใดที่อากาศพลศาสตร์สอดแทรกกับระบบกันสะเทือนลึกซึ้งขนาดนี้ นั่นคือยุคสมัยที่ระบบกันสะเทือนในความเป็นจริงคือการจูนด้านแอโร่ที่มองไม่เห็น

แรคของ Audi จมูกของ BMW

แม้จะมีชิ้นส่วนร่วมกัน แต่สองแนวทางก็แตกต่างกัน: Audi ใช้แนวคิด rake สูง นั่นคือท่าทางที่ยกส่วนท้ายให้สูงขึ้น ขณะที่ BMW ทำงานด้วยมุม pitch ที่เล็กกว่า มีการกล่าวขวัญว่าฝ่าย BMW เชื่อว่าแนวทางของ Audi ได้ผลดีกว่า แต่ไม่สามารถเปลี่ยนดีไซน์ที่มีอยู่ได้ การห้ามใช้สปริงที่สามและแดมเปอร์ในปี 2019 ก็เป็นหนึ่งในปัจจัยที่หล่อเลี้ยงความคิดสร้างสรรค์นี้ด้วย; แม้จะเป็นที่ถกเถียงว่าการห้ามนั้นช่วยประหยัดได้จริงหรือไม่ แต่ชัดเจนว่ามันผลักดันทีมต่างๆ ไปสู่ทางแก้ที่ฉลาดเช่น anti-dive/anti-lift (ส่วนข้ออ้างว่า Audi ได้เปรียบในกติกากำลังเครื่องยนต์และการไหลของเชื้อเพลิงนั้น ยังคงเป็นการคาดเดาที่ไม่ได้รับการยืนยัน)

การต่อสู้เรื่องแรงกด: ลมสกปรก slipstream และสมดุลของ DRS

คุณรู้จักสิ่งที่คนเรียก DTM ว่า 'การแข่งขันแบบคอร์เนอร์' หรือเปล่า: ยานสองคันวิ่งเข้าโค้งโดยห่างกันเพียงไม่กี่เมตร การต่อสู้ที่ทำให้ผู้ชมลุกจากที่นั่งด้วยความตื่นเต้น แต่เบื้องหลังการแสดงนี้มีฟิสิกส์ที่ท้าทายอยู่ รถที่วิ่งนำหน้าจะปล่อยอากาศแบบปั่นป่วน หรือที่เรียกว่า 'อากาศสกปรก' ไว้ด้านหลัง กระแสอากาศที่บิดเบี้ยวนี้ลดแรงกดลง (downforce) ของรถที่ตามหลังและทำลายสมดุลอากาศพลศาสตร์ ผลลัพธ์คือรถที่ตามหลังจะเข้าโค้งด้วยความเร็วเท่าเดิมได้ยากและต้องชะลอความเร็ว ในฟอร์มูลา 1 มีตัวอย่างว่ารถที่ตามหลังสูญเสียแรงกดได้มากถึง 35% - ผลกระทบนี้เกิดขึ้นในทุกชั้นของรถแข่ง

แต่อากาศสกปรกแบบเดียวกันนี้ก็มีด้านที่เป็นประโยชน์เช่นกัน: สลิปสตรีม เมื่อวิ่งตามหลังรถคันหน้าในบริเวณความดันต่ำบนทางตรง แรงเสียดทานลดลงและความเร็วเพิ่มขึ้น นั่นคือปรากฏการณ์เดียวให้ผลลัพธ์ที่แตกต่างกันสองอย่าง: โอกาสในการเข้าใกล้บนทางตรง และการที่ต้องชะลอความเร็วก่อนเข้าโค้ง การแซงที่ดีซ่อนอยู่ในจังหวะเวลาระหว่างแรงทั้งสองนี้

กฎ Class One ได้เพิ่มชั้นใหม่บนสมดุลนี้: DRS ปีกหลังแบบชิ้นเดียวขนาดใหญ่แบบร่วมทำให้ผลการลดแรงต้านของ DRS เด่นชัดอย่างน่าเหลือเชื่อ - เมื่อปีกเปิดออก แรงต้านอากาศลดลงอย่างมากและการเคลื่อนที่แซงได้รับความเร็วเพิ่มขึ้นอย่างมีนัยสำคัญ DRS ที่ใช้ได้สูงสุด 3 ครั้งต่อรอบ สามารถใช้ได้ในตำแหน่งอิสระ ยกเว้นช่วงที่มีแรงเร่งด้านข้างหรือแรงเบรกเกินเกณฑ์ที่กำหนด บนสนามอย่าง Hockenheim ระบบนี้ให้ความเร็วสูงสุดเพิ่มขึ้นประมาณ 9 กม./ชม. นอกจากนี้ยังมี Push-to-Pass อีกด้วย: เพิ่มอัตราการไหลของเชื้อเพลิงที่อนุญาตเป็นเวลาหนึ่งช่วงเพื่อเพิ่มกำลัง และในปี 2020 ยังเปิดให้ใช้ได้ในการฝึกซ้อมด้วย เวลาในการตั้งแต่งลดลงตามผลลัพธ์นี้ ตรรกะของผู้กำกับกฎชัดเจนมาก: ถ้าบังคับให้รถวิ่งใกล้กันด้วยการจำกัดอากาศพลศาสตร์ไม่ได้ ก็ให้รางวัลความใกล้ชิดด้วยระบบช่วยเหลือ

การประจันหน้ากับ Super GT: ปรัชญาอากาศพลศาสตร์สองแบบ หนังสือกฎเล่มเดียว

หนึ่งในช่วงเวลาที่สดใสที่สุดของ Class One คือ Dream Race ที่ Fuji ในปี 2019: รถ DTM และ Super GT แข่งขันกันภายใต้กฎพื้นฐานเดียวกัน แต่ความคล้ายคลึงทางภายนอกนั้นทำให้เข้าใจผิด ขณะที่ DTM แข่งด้วยชุดอากาศพลศาสตร์แบบร่วมเพื่อประหยัดต้นทุน Super GT ก็ใช้การออกแบบอากาศพลศาสตร์ที่ซับซ้อนและหรูหรากว่า หนังสือกฎเล่มเดียวกัน วัฒนธรรมวิศวกรรมที่แตกต่างกันสองแบบบนสองทวีป - นี่คือจุดที่ดีที่สุดของการเปรียบเทียบนี้

แล้วอากาศพลศาสตร์ในยุค GT3 ล่ะ?

การถอนตัวของ Mercedes ในปี 2019 การจากไปของ Aston Martin ที่เข้าร่วมในปี 2019 เมื่อจบฤดูกาล และการที่สิ่งนี้ผลักดันให้ Audi ถอนตัวเช่นกันเมื่อสิ้นปี 2020 นำไปสู่การตัดสินใจครั้งสำคัญของซีรีส์นี้: ในปี 2021 กฎ Class One ถูกยกเลิกทั้งหมดและเปลี่ยนไปใช้กฎที่อ้างอิงจาก GT3 และการเป็นเจ้าของซีรีส์ถูกโอนให้แก่ ADAC ซีรีส์ยังคงชื่อเดิมไว้ แต่ความเห็นที่ว่า 'DTM แท้จบลงในปี 2020' เป็นที่แพร่หลายในหมู่แฟน ๆ - เป็นความเชื่อร่วมกันว่ารถ GT3 ผลิตแรงกดด้านหน้าด้วยวิธีอย่างการใช้สปลิตเตอร์และการเลื่อนสมดุลน้ำหนักไปด้านหน้า แต่ไม่สามารถเข้าใกล้แรงกดระดับบ้าคลั่งของ Class One ได้

ในเรื่องนี้ ปัญหา dirty air ยังไม่ถูกแก้ไขได้ที่ใดในโลกเลย: แม้แต่กติกาปี 2026 ของฟอร์มูลา 1 ก็ยังมุ่งลดบทบาทของ ground effect ลงด้วยพื้นล่างที่เรียบขึ้น เพื่อบรรเทาปัญหา dirty air นั่นคือสิ่งที่ DTM พยายามปรับสมดุลด้วยกติกาในยุค Class One นั้น คือสมรภูมิกลางใจของกีฬามอเตอร์สปอร์ตจริง ๆ

มาถึงตอนจบ: ความเร็ว หรือการแข่งขัน?

ขณะอ่านประวัติศาสตร์อากาศพลศาสตร์ของ DTM ฉันคิดว่า: รถที่เร็วที่สุดของแต่ละยุค ไม่ใช่รถแข่งที่ดีที่สุดของยุคนั้น ปีกอันไร้ขีดจำกัดในยุค 90s นำเสนองานเลี้ยงเทคโนโลยี แต่ก็ทำให้ซีรีส์นั้นจบลง ส่วนชุดอากาศพลศาสตร์ร่วมของ Class One ช่วยชู้การแข่งขันไว้ได้ แต่ก็ทำให้วิศวกรต้องเสียเวลากับเรื่องการระบายความร้อนและความสมดุล แทนที่จะมุ่งไปที่ 'ประสิทธิภาพจริง' ผู้กำกับกติกาเดินบนเส้นเชือกเดิมทุกครั้ง และ DTM ก็ค้นพบเอกลักษณ์ของตัวเองได้ด้วยความตึงเครียดนี้ ด้วยความตึงเครียดนี้เท่านั้น การแซงที่เกิดขึ้นเป็นเรื่องต่อเนื่องไม่ใช่เรื่องบังเอิญ แต่เป็นผลลัพธ์ของการออกแบบ - และฉันคิดว่านี่ยังคงเป็นบทเรียนที่ซื่อตรงที่สุดของมอเตอร์สปอร์ต

ถ้าเป็นเธอ จะเลือกทำอย่างไร: อิสรภาพด้านอากาศพลศาสตร์แบบไร้ขีดจำกัด หรือรถที่ถูกแซงได้อย่างใกล้ชิด?

แหล่งอ้างอิง

• The real DTM – A look into Class One (Part 1) - DrRacing's Blog
• The real DTM – A look into Class One (Part 3) - DrRacing's Blog
• Slipstream and 'dirty air' explained - Racecar Engineering
• What's the difference between slipstream and dirty air? - RaceTeq
• Feature: Downforce in Formula One, Explained - Mercedes AMG F1
• Diffusers | Engineering basics - Racecar Engineering
• Why Super GT won't be left behind by DTM in Dream Race at Fuji - Autosport
• Deutsche Tourenwagen Masters - Wikipedia
• Class 1 Touring Cars - Wikipedia