ET SPADESTIK DYBERE
For de fleste Formel 1 fans er Den Røde Gudinde fra Maranello ikke det første der falder dem ind, når de ser et stykke aluminiumsliste i det lokale byggemarked. Men faktum er at mange af de væsentligste opfindelser bliver opdaget ved et tilfælde. I sidste nummer redegjorde jeg i brede strøg for den meste basale viden omkring aerodynamik, og lovede at F1journal.com i kommende numre ville gå dybere ind i de hellige aerodynamik haller. Filosofien bag en Formel 1 vinge har jeg forklaret, og vi kom forbi vindtunnelens interessante verden. Nu skal vi stikke et lag dybere med spaden, så vi kan begynde at forstå hvordan en F1 racer virker.
En Formel 1 racer er ikke en enkelt genstand, men summen af flere tusinde dele som hver især kan indstilles på flere hundrede måder. Ikke noget under at det er en højere videnskab at lave setup på en formel racer, stor eller lille. Ofte er det marginalerne der tæller. Og til disse marginaler hører den geniale og rimeligt tilfældige opfindelse af Gurney flappen. Lige dele stiksav og snusfornuft dengang betyder at Michael Schumacher nu kan justere sin front og hækvinge på sin F2003-GA til den yderste grænse så den optimale balance opnås.
Opfinderen er den amerikanske racerkører, teamejer, bilkonstruktør, opfinder og galning Daniel Sexton Gurney. Udover 48 sejre i Formel 1, NASCAR, Indy og sportsvogne. Men for at forklare hvad en Gurney flap er for en størrelse bliver jeg nødt til at fortælle lidt om manden bag opfindelsen. Sandt at sige var det ikke Daniel Sexton Gurney der først tænkte tanken. Det fandt Dan nemlig ud af, da han prøvede at patentere sin nye opfindelse. Edward F Zaparka havde patenteret en lignende indretning helt tilbage til 3. april 1931. Men indtil denne bitre pille gik op for Gurney var hans All American Racers bemalet med store bogstaver som sagde : "Pat Pend" for at sikre sig mod at andre løb med patentet. Som allerede nævnt fik teamchefen aldrig sit patent, hvorfor næsten alle moderne racerbiler i dag har denne geniale opfindelse monteret.
SÅDAN SER DEN LILLE "LISTIGE" FÆTTER UD I DAG - © Media Ferrari
DER VAR ENGANG EN BANE, HVOR BOBBY UNSER SVEDTE...
For at komme tæt ind på livet af Gurney flappen - denne profillistes store rolle i Formel 1, så skal vi spole filmen tilbage til det herlige år 1971. Teamchef Dan Gurney stod på en vindblæst racerbane i Phoenix, USA. Her var han med sit All American Racers team ved at teste deres spritnye USAC racer forud for sæsonens første løb. En USAC racer er forløberen til den nuværende Indy car, som vi kender så godt fra burgerens hjemland. Raceren var flot, nogle ville måske endda kalde den smuk. Skeptikerne ville blot kalde den anderledes. Men hvad teamets kører, Bobby Unser kaldte den må jeg ikke skrive for min emsige redaktør, men det var ikke nogle ord som Bobby´s mor havde lært ham. Bilen var for langsom og alle vidste det.
Men spørgsmålet er hvad man skulle gøre, bilen var ny og utestet og sæsonens første løb stod for døren. Til sidst måtte Bobby Unser kaste håndklædet i ringen og sætte sin teamchef kniven for struben. Et var i hvert fald helt sikkert, Unser skulle ikke være til grin i en bil som var så langsom. Mod slutningen af den tredje og sidste dags testkørsler havde Bobby Unser fået nok, han var løbet tør for ideer og konfronterede nu sin erfarne teamchef for en løsning på de aerodynamiske problemer. Gurney gik lidt rundt i pitområdet mens han til stor undren for officials gik og højlydt talte med sig selv, skiftevis slog ud med armene, rystede på kraftigt på hovedet, slog bedende ud med armene mod himlen for måske at bede om råd fra Skaberen selv.
Jeg skal ikke kunne sige hvad af dette der var mest effektivt, men faktum er at Dan kom tilbage til All American Racers pit, og foreslog flappen. Han var nemlig kommet i tanker om den succes som Richie Ginter havde haft med at eksperimentere med spoilers på sine Ferrari sportsvogne. Og som følge heraf kom Dan på tanken om at montere en lille spoiler på kanten af hækvingen. Efter 45 minutter med stiksav, boremaskine, eder og forbandelser sad den første Gurney flap på Unsers racer, og Gurney bad køreren om at køre ud igen. Indenfor et par omgange stod det klart at raceren på ingen måde havde forbedret sine omgangstider, og alle gik derfor udfra at flappen var en fiasko.
Men da Unser kom i pit, kaldte han Gurney over til raceren og spurgte ham hemmelighedsfuldt om der var nogen der snusede rundt nogen steder, for at holde øje med teamet. Da dette ikke var tilfældet kunne Unser fortælle den undrende Gurney at racerens bagende nu var så solidt plantet i asfalten at den nu i stedet var begyndt at understyre voldsomt. Derfor var Bobby ikke i stand til at køre bedre omgangstider. Så alt hvad der var at gøre var at ændre den aerodynamiske balance, ved at give raceren mere front-end downforce. Da dette var gjort kørte Gurney´s Eagle racer nogle omgangstider som gjorde Gurney helt tør i halsen - Gurney flappen var opfundet!
AAR TOYOTA GTP MED GURNEY FLAP PÅ HÆKVINGE - © All American Racers
KONKURRENTERNE BEGYNDER AT KOPIERE
Sæsonen 1973 var hylemorsom, i hvert fald hvis man havde All American Racers logo på kørerdragten, for Gurney var jo nok klar over at oppositionen prøvede at regne ud hvad det var den amerikanske legende havde opfundet. For så hurtigt som den nye USAC racer kørte, så stak der noget under. Folk havde en pudsig vane med at slentre forbi pitten mens raceren blev præpareret. De stod og kiggede, kløede sig i håret, kiggede igen og lige meget hvor meget de end undrede sig så kneb det med at regne pointen ud.
Dem der så endelig spurgte om den underlige aluminiumsliste som Dan havde boltet til sin hækvinge fik at vide, at den udelukkende tjente et strukturelt formål. Spoileren skulle jo nødigt knække under de voldsomme belastninger som vingen blev udsat under løbet. Som man kunne forvente begyndte konkurrenterne at kopiere denne fantastiske liste, og som noget nyt begynde at montere den på undersiden af vingen. Dem der kender til Guerney´ens funktion kunne jo på forhånd sige sig selv, at det ikke ville tjene noget formål. Til sidst begyndte rygtet at vandre i paddocken at denne Gurney var et hemmeligt våben, som Eagle teamet havde fundet frem til. Set i bagklogskabens klare lys minder denne forvirring om Team Lotus´ håndtering af den nyopfundne ground effect på Lotus 78 raceren. Her skyndte man sig at kaste et håndklæde over et differentiale, til trods for at selve hemmeligheden var monocoquens vingeform.
Men det var ret tydeligt at langt de fleste ikke havde fattet noget som helst af Gurney flappens funktion. Så i stedet for at gå videnskabeligt frem, så monterede man denne alu-liste på hækvingen, og håbede det bedste. Dan Gurney har altid været en videnskabelig korrekt herre, selvom han i bund og grund var en ægte fuldblods racerkører. Men han vidste, at skulle man nå sine mål, så gjaldt det om at kunne dokumentere sine fremskridt, ifølge korrekt procedure. Så han kontaktede det dengang førende McDonnel Douglas, bagmændene bag de navnkundige DC-3, DC-8, DC-9 og DC-10 trafikfly. Selskabet er nu opslugt af Boeing Aircraft, men dengang var de milevidt foran Boeing både på det civile og militære aeronautiske område. Hos flyfabrikken fik han mulighed for at anvende en gammel vindtunnel til at teste sin vidunderopfindelse.
TEORIEN BAG EN GURNEY FLAP PÅ EN AIRFOIL
Hvis vi lige skal rekapitulere hvordan en vinge fungerer: en vingeform indebærer en asymmetrisk formgivning, så luft som flyder hen over den længere øvre flade af vingen bevæger sig ved en højere hastighed end den tilsvarende luftstrøm som bevæger sig hen over den kortere nedre vingeflade. Eftersom luftstrømmen over den øvre vingeflade grundet den højere hastighed vil have et lavere tryk, et egentligt undertryk, så vil dette undertryk skabe et sug. En F1 vinge er i sagens natur vendt om, så den i stedet for lift skaber downforce, men teorien er naturligvis den samme.
Efter at man har monteret en Gurney flap på den øverste bagerste kant på vingen som på engelsk kaldes the trailing edge, ses en markant forøgelse af downforce. Gurney flappen som i Eagle dagene var lavet af aluminium ses nu kun i kulfiber eller fiberforstærket plast. Ofte ikke en hel liste, men derimod en eller flere savtakkede Gurney. Dette skyldes dels muligheden for at finpudse en front- eller hækvinge. Men lige så meget fordi en hel Gurney flap skaber vibrationer i vingen, grundet den store aerodynamiske belastning og resonansproblematikker. Flappen virker i store træk ligesom flaps på en flyvinge, i aeronautisk sammenhæng bruges flaps under start og landing samt under flyvning i lav fart. Dette forhindrer flow separation som indebærer at vingen staller og dermed mister sit løft.
På et fly sker det ofte når luftens hastighed hen over vingen sænkes til et så lavt et punkt, at luftstrømmen bliver ustabil og ikke længere kan skabe lift. Det tynde grænselag som reagerer med vingen og skaber et sug kan under visse omstændigheder løsrive sig - vingen staller. For at hindre at dette sker kan man forøge flyvingens areal og krumme form med bevægelige flaps. På forkanten af vingen kaldes de slats og på bagkanten af vingen kaldes de flaps. Når man forøger flaps forøges vingens areal, forøger man slats forøges vingens krumme form, man ændrer den effektive camber på airfoilen, og skaber hermed forøget lift.
Men udover at skabe lift - eller downforce i F1 - så skaber flaps også drag eller luftmodstand. Drag er en mekanisk kraft som skabes når et objekt bevæges gennem luft, og er modsat bevægelsesretningen. Ganske simpelt skabes den af forskellen i hastighed mellem vingen og luften. En af synderne er skin friction mellem luftens molekyler og vingens overflade. Langs vingens overflade skabes det før omtalte boundary layer af lav energi, eftersom de af luftens molekyler som kolliderer med vingens overflade, taber hastighed og dermed befinder sig tættest på vingens overfalde og således bevæger sig relativt langsomt over vingens form. Jo længere væk man bevæger sig fra vingens overflade, jo hurtigere vil luften bevæge sig. Dette skaber et tyndt lag langs vingen, som har fra nul hastighed tættest på til fuld hastighed længst væk.
SLOTTED FLAPS I UDFÆLDET OG INDFÆLDET STAND PÅ CESSNA 172 - © Aviation Education Library
VORTEX STRØMME NØGLEN TIL SUCCES
Tykkelsen af dette lag bestemmes af det såkaldte Reynolds tal. Re = V * r * l / mu. Denne ligning består af Reynolds tallet ( Re ) som er lig med hastighed (V), gange tæthed (r) gange en karakteristisk længde (l) divideret med viskositets coeffecienten (mu). Dette lag kan være enten laminært (lagdelt) eller turbulent. Jo mere turbulent dette boundary layer er, desto tættere er vingen på at stalle, da der således er fare for flow separation. I det øjeblik der er flow separation, så løsrives det ellers laminære boundary layer fra vingen, laget skaber i stedet for lift/downforce langs vingen en form som er væsentligt forskellig fra vingens fysiske form, og liften/downforcen forsvinder.
Hvis man indsætter en flap, i F1 sammenhæng en Gurney flap så vil man øge vingens areal og dermed lift og drag - vingen er mere effektiv. Modsat en flap i flyforstand som fortsætter vingens krumme form nedefter, så er en Gurney flap lodret da en F1 vinge vender omvendt. Ved vingens bagkant eller trailing edge opstår der et vacuum, og en vortex eller hvirvelstrøm opstår. På vingens øvre kant opstår der efter Gurney flappens lodrette læbe en vortex som drejer med uret. På vingens underkant opstår der endnu en vortex som bevæger sig den modsatte vej - mod uret. Disse to vortexes skaber en lille flow separation bobbel - en roterende luftmasse som er separeret fra vingens almene luft flow. Denne roterende masse er lidt større end læben på Gurney flappen.
Humlen i denne roterende luftmasse bag Gurney flappen er ganske enkelt at luftens vertikale afbøjning bliver forøget - summa summarum - downforcen bliver forøget. Som et plus bliver separerationen af luftens flow fra vingens nedre overflade forsinket, hvilket betyder at man uden fare kan øge vingens vinkel mod kørselsretningen, før vingen staller. Hermed har man kort sagt en mere effektiv vinge. I racing er en Gurney flap en både genial og enkel løsning på et stort problem. Der er naturligvis grænser for hvor store vinger man kan smide på en racerbil, da de skaber luftmodstand, og koster hestekræfter at bevæge gennem luften. Samtidig kan en Gurney flap hurtig monteres eller fjernes, så hvis en F1 kører kommer ind til et regulært pitstop og køreren klager over overstyring, så kan mekanikerne øge downforce på bagvognen ved at hurtigt montere denne liste som nemt glider ind på vingens endekant, og mest af alt ligner en plastikliste. Understyrer raceren kan man ændre den aerodynamiske balance ved at fjerne Gurney flappen igen.
ILLUSTRATION AF GURNEY FLAP MED VORTEX STRØMME - © All American Racers
THE LAST OF THE PIONEERS - DAN GURNEY
Dan Gurney er en pioner på lige fod med Colin Chapman, Ken Tyrrell, Carol Shelby og Jack Brabham. Men trods dette så har Gurney ikke fået opkaldt store ting efter sig. En skam når man tænker på den store betydning som han har haft for international motorsport. Hans geniale opfindelser tager man i dag for givet, og tænker ikke mere over det. For Gurney flappen har jo altid været der, en simpel lille liste som måske endda ødelægger hækvingens optisk rene form.
Skaberen af denne geniale opfindelse er ikke hvem som helst. Gurney har været Formel 1 kører for Ferrari, BRM og Porsche. Han har vundet Sebring, Nurburgring, Daytona, Belgiens Grand Prix 1967 og ikke mindst Frankrigs Grand Prix 1962 ved Rouen hvor han gav Porsche deres første og til dato eneste Formel 1 sejr. Han er også manden der magtede at forene den amerikanske motor gigant Ford Motor Company og Colin Chapmans lille Lotus firma. Gurney havde sat sig for at vinde Indy 500, og inviterede derfor Chapman til at overvære løbet i 1962. Tanken var at skabe en Lotus-Ford racer, som skulle slå de tunge amerikanske, konservative og frontmotoriserede stål Offenhauser roadstere. Dan havde kørt hækmotoriserede F1 racere i Europa, og var klar over at det var her fremtiden lå.
Året før kom F1 verdensmesteren Jack Brabham til Indy, hvor han havde udfordret de store frontmotoriserede 8 cylindrede roadsters med sin F1 Cooper-Climax. Han kvalificerede sig på en 9. plads med den lille firecylindrede Climax 1,5 liters motor som kun var en tredjedel så stor som de V8 motorer som alle andre brugte. Gurney havde set nok, og ved lidt lobby arbejde blev Chapman præsenteret for Henry Ford. Heldigvis kunne de to hygge sig, for Gurney blev midt under besøget lokket til at køre Indy500 løbet selvom Dan aldrig havde kørt på en oval før. Året efter kom Chapman tilbage med 2 Lotus 29 Ford racere, en til Jim Clark og en til Gurney. Bilen var ikke ulig en Lotus 25, blot bredere og tungere. Clark havde netop da vundet USA´s GP på Watkins Glenn
Lotus-Ford 29 raceren havde magnesium/zirconium hjul, Girling skivebremser, en ZF 4 trins gearkasse og asymmetrisk wishbone affjedring. Motoren var en amerikansk Ford small-block V8 på 289 cubic inch. Motoren blev ikke designet på et fancy designkontor hos Ford, men som Dan med selvsyn så i en mørk fugtig lagerhal med et eneste skrivebord, af en langskægget gut med en tyk ungarnsk accent. Den bil klarede i 1963 i første hug en 2. plads for Clark og Gurney kom ind på en 7. plads , trods at han hele weekenden kun kørte på 7 ud af 8 cylindre, og i 1965 vandt Jim Clark Indy500 løbet i en Lotus Ford, og beviste derved at Gurney havde ret. De tunge roadstere som havde domineret siden 1930´erne var forældede dinosaurer - takket være Gurney og Chapman.
Et andet strålende eksempel fra 1973 var hans drøm om at udfordre en Formel 1 racer med sin egen Indy racer, den 900 hestekræfter stærke Olsonite Eagle. Drømmen om den endelige sammenligning mellem en F1 og en Indy racer har mange entusiaster råbt på! Kampen skulle stå på den gamle Nordschleife på Nurburgring. Han satsede på at få Mario Andretti til at køre den vilde racer i "Det grønne helvede". Gurney´s superbil Olsonite Eagle vandt Indy 500 i 1973 og 1975, samt ikke mindst forløberen til Indy mesterskabet USAC i 1974. Brabham teamet accepterede udfordringen fra USA, og Jacky Ickx prøvede på at låne en F1 racer fra Porsche. Men efter at avis, tv-rettigheder og alle PR aftaler var kommet i hus skete det som ikke måtte ske - F1 teamet fik kolde fødder og trak sig ud!
DAN GURNEY I SIN EAGLE-WESLAKE SOM SEJREDE I BELGIENS GP 1967 - © All American Racers
OPFINDEREN AF CHAMPAGNE SEJRSCEREMONIEN
En sidste sjov historie handler om at Dan Gurney startede det nu traditionelle champagne sprøjteri på sejrspodiet, da han sammen med A.J. Foyt i 1967 vandt 24 timers løbet Le Mans i en 7-liters Ford GT40. Gurney var en del af Fords forsøg på at stoppe Ferraris V12 dominans i den franske klassiker, og efter de 24 timer var kun Gurneys GT40 tilbage ud af de 6 Ford racere som var startet i løbet. A. J. og Gurney kommer på podiet, får deres pokal og en magnum flaske Moët et Chandon champagne.
"Mr. Henry Ford II var deroppe sammen med sin frue og hele sit følge, og nedenfor var der et hav af kameralinser. Alle kunne mærke at det var en særlig sejr. Jeg fik en af de der kæmpe flasker champagne, og jeg tænkte: `Dette er så fantastisk, der må være noget jeg kan gøre. Hvad med at dele champagnen med fotograferne? De ville sikkert ikke have noget imod en lille mundfuld, en lille del af min sejr. Man kan ikke genskabe disse øjeblikke, men en sejr man har kæmpet hårdt for kræver noget helt særligt," fortæller Gurney.
Gurney rystede champagneflasken, proppen røg af med et brag og en ny tradition var født. "Jeg var ikke klar over at jeg havde startet en tradition som den dag i dag fortsætter på sejrspodierne over hele verden. "Amerikaneren fejrede sin Le Mans sejr bare otte dage før Gurney vandt sin første Formel 1 sejr i en bil han selv havde bygget i sit firma All American Racers Eagle ved Belgiens Grand Prix. Dette racerfirma ejer han også i dag sammen med sin tyskfødte kone Evi Butz Gurney. Evi var før sit ægteskab med Dan pressechef hos Porsche.
NECESSITY IS THE MOTHER OF INVENTION
Dan sluttede sin aktive racerkarriere i 1970, men fortsatte med at bygge sine fantastiske All American Eagle racere. Takket være finansielle problemer havde han en kort pause i midten af 80´erne, men sammen med Toyota startede han et IMSA sportsvognsprogram, som kulminerede i 90´erne ved at hans Toyota racere blev den førende i IMSA GT serien indtil den lukkede efter 1993 sæsonen. Han startede i 1996 igen i INDY serien med Juan Manuel Fangio II, som er nevø af den fem-dobbelte Formel 1 verdensmester. Senere fortsatte han samarbejdet med Toyota i CART. Senest blev han i 2002 sat i forbindelse med et 100 % amerikansk Formel 1 team, i forening med Phil Hill. Dette blev desværre ikke til noget men tanken lurer stadig. Historien om Dan Gurney er nærmere et sagn om en legende end historien om en racerkører. Men mest af alt drejer den sig om en mand, som aldrig gav op.
Resultaterne viste med at Gurney havde fundet et guldæg - bragt til verden af simpel snusfornuft. Eller på godt dansk; Nød lærer nøgen kvinde at spinde. For sjældent har verden set en så vanvittig og genial racerkører, der tydeligvis var så langt foran sin tid at han opfandt ting ud af nødvendighed. Uden tanke for at de senere blev dagligdags ting i Formel 1 sporten. Gurney flaps, champagne sejrsceremoni, hækmotoriserede Indy racere er alle ting fra Dan Gurneys hånd. I sandhed har aerodynamik aldrig været så spændende - selv en kulfiberliste på en hækvinge kan fortælle mange lange historier.
Skrevet af Aslak Vind
aslak@f1journal.com
