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El RB5 de Red Bull Racing, el más innovador y veloz del 2009: I. La suspensión trasera

Escrito por Felipe Jiménez Blas el 4 diciembre, 2009 – 7:54 am -

El monoplaza del equipo Red Bull Racing, diseñado por Adrian Newey, ha sido el más innovador y rápido de la parrilla 2009. Analizamos, en este primer artículo de una serie de tres, sus características más relevantes.

El pasado 18 de octubre, tras la finalización del GP de Brasil, la escudería británica Brawn GP se hizo con el título de constructores de Fórmula 1. Esto convierte de manera automática al Brawn BGP001, mostrado en la Figura 1, en el monoplaza de la escudería británica, en el más completo de la parrilla. Sin embargo, a lo largo de toda la temporada, otro monoplaza, el RB5 de Red Bull Racing, ha dado grandes señales de excelencia en su comportamiento, que junto con su excepcional diseño, lo hace probablemente merecedor del título de monoplaza más innovador y rápido de la parilla. Los padres de esta maravilla no son unos cualquiera. El equipo ha estado capitaneado por ilustres ingenieros del deporte del motor: Adrian Newey, Oficial Técnico Jefe y gurú de la Fórmula 1 (anteriormente en McLaren y Williams), Peter Prodromou, Jefe de Aerodinámica (con anterioridad en el equipo McLaren), y Rob Marshall, Jefe de Diseño, y antiguo Jefe de Diseño Mecánico del equipo Renault F1.

Dos hechos han propiciado que Jenson Button y Brawn GP hayan logrado ambos campeonatos del mundo, o al menos, han allanado sus caminos hacia la gloria, en detrimento de Sebastián Vettel o Marc Weber y Red Bull Racing, escudería dirigida por Christian Horner y guiada técnicamente por Newey (ver Figura 2). Por un lado, la legalización por parte de la FIA de los dobles difusores introducidos por los equipos Brawn GP, Williams y Toyota. Por otro, la nueva normativa en materia de test iniciada a partir de 2009 por la que se limita el número de días en los que los equipos pueden llevarlos a cabo y la prohibición explícita de realizarlos una vez comenzados los grandes premios.

Como es bien sabido, la normativa para 2009 supuso un cambio drástico en el concepto aerodinámico de los monoplazas, siempre buscando los ansiados adelantamientos en F1. Ello obligó al uso de alerones traseros más altos y estrechos y una posición más retrasada del difusor trasero, entre otras medidas. Algunos ingenieros, los más osados y más innovadores, buscaron (y encontraron) soluciones radicales que llevaron a sus equipos a los más alto del podio en diferentes partes de esta temporada.

Una de ellas, la más polémica sin lugar a dudas, fue el uso del difusor de doble piso propuesto por Brawn, y también por las escuderías Williams y Toyota. El diseño del BGP001 fue, sin lugar a dudas, muy comentado en su momento, con su morro más bajo que el del resto de monoplazas y con una clara pendiente caída hacia delante. Pero esto era sólo la punta del iceberg, que se puso de manifiesto en cuanto el monoplaza comenzó a rodar y generar cargas aerodinámicas (gracias al exitoso conjunto aerodinámico propuesto por Brawn y sus ingenieros) muy por encima de las de sus rivales, incluyendo a los todopoderosos Ferrari y McLaren. La solución del difusor de doble piso o doble difusor, mostrada en la Figura 3, fue rápidamente tachada por casi todos los equipos de ilegal y de ir en contra del espíritu de la nueva norma para la temporada 2009. Sin embargo, la FIA consideró que eran legales, pese a ir, muy probablemente, en contra del espíritu de la norma. Merece la pena recordar aquí que el espíritu de la norma, tan mencionado durante toda la temporada, era el recorte de ventajas aerodinámicas de los monoplazas para propiciar los ya mencionados adelantamientos. La normativa que salió a la luz de cara a esta temporada ya concluida fue el resultado de diferentes reuniones del Grupo de Trabajo de la FIA para los adelantamintos (FIA’s Overtaken Work Group), formado por los ingenieros de tres equipos: Paddy Lowe (McLaren), Rory Byrne (Ferrari) y Pat Symonds (Renault). Esto significó, obviamente, una enorme ventaja de diseño del BGP001 enorme respecto a sus rivales. Únicamente el RB5 de Red Bull Racing pudo hacerle frente ganando una carrera en el GP de China, en una combinación de excelente adaptación del monoplaza al circuito, por un lado, y la fantástica conducción de Sebastián Vettel en las condiciones de mojado en que se celebró la prueba china. Por su parte, Jenson Button fue capaz de lograr la victoria en 6 de las 7 primeras pruebas del mundial, algo que a la larga le dio el título de pilotos.

La otra solución radical de la temporada 2009 fue el diseño original del Red Bull Racing RB5, que no sólo incluyó soluciones realmente innovadoras, sino un conjunto que demostró a lo largo de toda la temporada una gran capacidad de evolución, algo fundamental en una categoría como la F1.

LAS INNOVACIONES MÁS ORIGINALES DE LOS PULL-RODS DEL RB5

Como ya se ha comentado, el cambio de normativa propició que los ingenieros más imaginativos y creativos desarrollaran ideas muy vanguardistas e interesantes. El diseño más innovador de esta temporada ha sido sin duda alguna el uso del  sistema de suspensión basado en brazos del tipo ‘pull-rod’ en la parte trasera del RB5. Las suspensiones de los monoplazas de competición han evolucionado muchísimo hasta llegar al sistema actual. Se fundamentan en el uso de dos trapecios, uno superior y otro inferior, con seis puntos de anclaje por rueda (4 puntos de anclaje en el chasis y dos en cada rueda), brazos o barras sometidos a esfuerzos axiales o longitudinales (a lo largo de la propia barra), y elementos que absorben y disipan las cargas de peso a las que se somete el monoplaza (típicamente un conjunto muelle/amortiguador o muelle/barra de torsión para absorber y disipar las transferencias de carga de las irregularidades del asfalto, al tomar las curvas y al frenar y acelerar, generalmente acompañadas por muelles y/o barras de torsión adicionales, incluyendo las conocidas barras antibalanceo o ‘anti-roll bars’). A principios de los años 70, de la mano de Colin Chapman primero y Gordon Murray cuatro años más tarde, se comenzaron a usar brazos del tipo ‘pull-rod’, sometidos a esfuerzos de tracción (estiramientos). El mismo Gordon Murray, entre 1977 y 1978, introdujo la arquitectura ‘push-rod’, basada en brazos sometidos a esfuerzos de compresión (acortamientos).  En el primer tipo, la masa suspendida (toda la masa del vehículo excepto todos los elementos de la suspensión y las ruedas) tracciona o estira la suspensión, mientras que en el segundo caso la comprime. El artículo titulado Profundizando en las suspensiones: ‘push-rods’ y ‘pull-rods’, en la sección ‘En detalle’, se hace un análisis un poco más profundo.

La nueva normativa técnica para el año 2009, que retrasó la posición del difusor y permitió disponer de más espacio en la parte trasera del monoplaza, permitió a Newey y su equipo introducir, tras más de 20 años de dominio casi absoluto de los brazos de compresión (‘push-rod’), la suspensión ‘pull-rod’. El sistema de suspensiones basado en ‘pull-rods’ presenta varias ventajas frente al ‘push-rod’, que Newey y su equipo han sabido utilizar y aprovechar convenientemente. Para analizar adecuadamente las ventajas aerodinámicas de las primeras frente a las segundas, se muestran las suspensiones traseras del RB5, del MP4-24, del BGP001 y del FW31, los monoplazas de 2009 de las escuderías Red Bull Racing, McLaren-Mercedes, Brawn GP y Williams respectivamente, en las Figuras 4-7.

VENTAJAS AERODINÁMICAS DE LOS PULL-RODS

La primera ventaja de la suspensión basada en ‘pull-rod’ es de carácter aerodinámico. Como se observa en la Figura 1, el punto de anclaje del ‘pull-rod’ en el chasis del RB5 se encuentra por debajo de los anclajes del trapecio inferior de la suspensión. En el caso del MP4-24 y del BGP001, que usan el sistema más tradicional del ‘push-rod’, el punto de anclaje se encuentra a la misma altura que los correspondientes del trapecio superior de la suspensión (ver Figuras 5 y 6). En el caso del FW31 de Williams este punto de anclaje está aún más arriba, como se aprecia en la Figura 7. Con estas disposiciones, la entrada del flujo de aire a través de los trapecios de las suspensiones, procedente de la parte delantera del monoplaza (que circulan sobre el capó motor) es más limpia en el caso del RB5 que en los otros monoplazas mostrados en las Figuras 5-7. Es importante recordar que si un flujo de aire se encuentra en su camino con obstáculos no deseados (las suspensiones suelen ser uno de los ejemplos más claros), se producen perturbaciones en ellos, causando generalmente una bajada en la carga aerodinámica o modificando el carácter del flujo en la parte posterior, lo que se suele traducir en turbulencia alrededor de los elementos.

Otro detalle muy importante, inteligentemente aprovechado por Newey y su equipo, es el diseño y ubicación del trapecio superior de la suspensión. Como se aprecia en la Figura 4, éste está integrado en el plano bajo del alerón trasero que se encuentra bajo el ala, al final del capó motor. El diseño de ambos conceptos, ‘pull-rod’ y trapecios superiores, funcionan conjuntamente para permitir un flujo de aire más limpio y óptimo por la parte inferior del alerón trasero. La calidad del flujo de aire que circula por la parte superior es vital, no sólo para conseguir que el óptimo funcionamiento del alerón trasero sino también para que el flujo que circula por la parte superior del monoplaza se una adecuadamente al flujo que viaje por el fondo del vehículo. En los casos del MP4-24, del BGP001 y del  FW31 (Figuras 5-7), existen un amplio hueco entre el trapecio superior y el plano bajo del alerón trasero, lo que produce probablemente una calidad de flujo de aire en la zona trasera inferior a la obtenida por el RB5.

PESO Y CENTRO DE GRAVEDAD

La segunda ventaja importante de la suspensión trasera basada en el uso de ‘pull-rods’ del RB5 de Newey y colaboradores, en detrimento de otros monoplazas de la parrilla, está relacionada con el peso y distribución de pesos de la misma. Las suspensiones basadas en ‘pull-rods’ son estructuralmente muy eficientes, lo que permite un diseño más ligero de las mismas en comparación con las basadas en ‘push-rods’. De hecho, como se observa comparando las barras traseras de los RB5 y MP4-24 en las Figuras 4 y 5 respectivamente (también en las correspondientes al BGP001 y FW31 en las Figuras 6 y 7), las primeras son más estrechas que las últimas. Esta diferencia es ya importante por sí misma en términos de pesos. Pero la diferencia quizá más relevante se encuentra bajo el chasis, y en particular, bajo el capó motor que cubre la transmisión de todos los monoplazas. Los monoplazas que usan las suspensiones tradicionales basadas en los ‘push-rods’, alojan los elementos básicos de éstas sobre la caja de cambios. Estamos hablando del conjunto muelle/amortiguador, que se encuentra alojado sobre la transmisión (caja de cambios), justo detrás del propulsor y del depósito de combustible. Por tanto, éstos están a la misma altura que los anclajes de los trapecios superiores. Es obvio que los elementos correspondientes a las suspensiones del RB5 se encuentran muy por debajo de ambos trapecios, tanto los superiores como los inferiores, como se puede observar en las Figuras 4-7. Esta disposición tan baja implica que el centro de gravedad del RB5, en comparación con el resto de monoplazas, está desplazado aún más abajo, con las consiguientes ventajas en la estabilidad dinámica del monoplaza. La Figura 8 muestra el conjunto muelle/amortiguador de un monoplaza de la A1GP localizado sobre la transmisión o caja de cambios del monoplaza, justo detrás del propulsor. La configuración mostrada sigue el esquema general y estándar de una suspensión trasera: uno de los extremos del ‘push-rod’ anclado al soporte de la rueda o ‘upright’ y el otro a un balancín o ‘rocker’ (de color dorado en la figura). No se debe confundir la barra de compresión (‘push-rod’) con los dos brazos del trapecio superior de la suspensión, cuyos extremos interiores van anclados directamente a la caja de cambios. Los dos extremos más interiores del balancín, que puede girar libremente alrededor de un eje perpendicular a su plano, están unidos, uno al conjunto muelle/amortiguador y otro a una pequeña barra de torsión anti balanceo o ‘anti-roll bar’, para evitar precisamente el movimiento de balanceo del monoplaza, especialmente cuando éste gira en las curvas. Aunque la A1GP es una categoría diferente a la F1, la solución empleada en el A1GP mostrado en la Figura 5 es completamente similar a la empleada en la suspensión trasera (y también delantera) de un Fórmula 1 basada en ‘push-rods’. De hecho, esta geometría se viene utilizando prácticamente en todas las categorías de monoplazas desde hace décadas.

LOS ESCAPES

Por último, es interesante destacar una última y pequeña ventaja adicional del diseño de la parte trasera del RB5, aprovechado inteligentemente por Adrian Newey y su equipo, en relación con los equipos que han implementado suspensiones traseras tradicionales. El uso de pull-rods, en lugar de push-rods, la posición más baja de los elementos esenciales de la suspensión (conjunto muelle/amortiguador, tercer muelle y barras anti-balanceo, fundamentalmente), y en definitiva, el mayor espacio entre la parte más atrasada del capó motor y el ala posterior del monoplaza, ha permitido a Newey y su equipo posicionar eficazmente los escapes del propulsor. Como se puede apreciar en la Figura 4, la salida de los gases se produce prácticamente al nivel del capó motor y justo debajo de los puntos de anclaje de los trapecios superiores, a diferencia de lo que ocurre en otros monoplazas, como en el MP4-24 del equipo McLaren-Mercedes (Figura 5), en el BGP001 del equipo Brawn (ver Figura 9), o incluso en el FW31 de Williams (Figura 10).

Tanto en el caso del MP4-24 como en el del GPB001, los escapes se deben diseñar para posicionarse a una cierta altura y con un cierto ángulo de salida con la horizontal para evitar lo máximo posible la interferencia con los ‘push-rods’, inexistentes en el caso del RB5. La salida de gases de éste último se produce de manera óptima entre el capó motor y la parte baja del ala trasera. Esto se lleva a cabo muy limpiamente debido a la ausencia de pilar vertical central en el alerón trasero. Este pilar, que tampoco existe en el monoplaza del equipo Brawn GP, sí lo lleva el MP4-24. De hecho, la ausencia de pilar en el RB5 resulta ser una interesante solución propuesta por Newey y su equipo, gracias al diseño innovador de algunas de sus partes, que le ha conferido durante las primeras carreras del año una rigidez estructural necesaria para su correcto funcionamiento. Volvemos a recordar que la ausencia de cualquier elemento sólido en partes en la que el aire debe fluir lo más limpiamente posible es esencial para la correcta generación de carga aerodinámica. La parte inferior del ala trasera es un claro exponente de este principio básico, de ahí el diseño de un alerón sin pilar central. En el siguiente artículo trataremos otros aspectos del diseño ganador del RB5, incluyendo su difusor y alerón.

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