Hoe veilig zijn Formule 1-auto’s?

Geschreven door AMT | Robby Camps en Erwin den Hoed
Foto’s: Shutterstock

Een beeld dat we niet snel zullen vergeten: Max Verstappen parkeert in het seizoen 2021 op Monza zijn Red Bull boven op de Mercedes van Lewis Hamilton.

In deze Oog voor Techniek duiken we in de Formule 1. Hoe veilig zijn de F1-bolides, en hoe is het mogelijk dat coureurs na crashes op hoge snelheid ongedeerd uitstappen?

Toen de Formule 1 in 1950 ontstond waren er nauwelijks veiligheidsvoorzieningen. Sindsdien zijn er talloze crashes geweest met te veel dodelijke slachtoffers. Gelukkig is daar lering uitgetrokken. Ze zijn niet altijd even gemakkelijk zichtbaar, maar als je er oog voor hebt, ontdek je dat moderne F1-auto’s bomvol zitten met veiligheidsvoorzieningen. Kijk je mee?

De coureur wordt beschermd door een carbon monocoque die enorme impacts kan weerstaan.

Onverwoestbare monocoque

In 1981 introduceerde McLaren de carbon monocoque in de Formule 1. Die was licht, toch enorm sterk en beschermde de coureur veel beter dan de tot dan toe gebruikelijke constructies. Deze overlevingscel voor de coureur wordt nog steeds toegepast. De constructie moet tegenwoordig voldoen aan de veiligheidseisen van de FIA, die elk jaar strenger worden. De productiemethodes zijn in de loop der jaren geëvolueerd, maar monocoques worden nog steeds met de hand vervaardigd. De basis bestaat uit een honingraatvormige laag. Aan beide zijden daarvan zijn meerdere koolstofvezellagen aangebracht. Op sommige plaatsen meer dan twaalf. Bij ophangingspunten worden ook nog vaste vulstoffen gebruikt. Zo’n koolstofvezel composietmateriaal is twee keer zo sterk als staal, maar wel vijf keer zo licht. Het weefpatroon en de richting van die meervoudige koolstofvezelmatten zijn afhankelijk van de verwachte belastingen op de verschillende delen van de structuur.

De samengestelde delen worden gebakken in een autoclaaf bij 6 bar en 120 tot 180°C. In de autoclaaf zit de monocoque in een negatief gevormde mal. Die gaat thermische expansie tegen, zodat maatvaste delen met kleine toleranties ontstaan.

De neus is ongelooflijk sterk én fungeert als kreukelzone.

Neus als kreukelzone

Aan de overlevingscel wordt de neus met de voorvleugel bevestigd. Bij pitstops zie je dat die vliegensvlug vervangen kan worden. Meestal is dan een stuk voorvleugel afgebroken. De neus zelf is veel sterker dan de vleugels. In geval van een voorwaartse crash krult hij op. Door deze deformatie werkt de neus als kreukelzone. Aan de achterzijde van de neusstructuur bevindt zich een anti-intrusieplaat. Bij een crash beschermt die de voeten van de coureur tegen indringing van vreemde voorwerpen.

Onder het plaatwerk van de sidepods bevinden zich aan beide zijden van de auto twee boven elkaar liggende afgeplatte carbon kegels. Het pijpje op de foto is de onderste.

Hoe hard kun je zijwaarts botsen in de Formule 1?

De huidige auto’s in de Formule 1 hebben een verplichte zijdelingse crashstructuur. Onder het plaatwerk van de sidepods bevinden zich aan beide zijden van de auto twee boven elkaar liggende afgeplatte carbon kegels. Het pijpje op de foto is de onderste. Die SIPS of Side Impact Protection Structures kunnen kant-en-klaar worden aangekocht als standaard deel. Deze structuren versplinteren niet bij een botsing, maar verpletteren geleidelijk aan en vertragen de zijdelingse snelheid op een gecontroleerde manier. Eén zo’n kegel weegt minder dan 500 gram en is 415 mm lang. Hij is in staat om bijna 40 kJ aan energie te absorberen in zowel rechte als schuine impactrichtingen.

Is dat veel, 40 kJ? Om daar idee van te krijgen gaan we rekenen. We nemen aan dat de F1-auto inclusief coureur en brandstof tijdens de crash 1000 kg weegt. De kinetische energie die ieder van de twee kegels maximaal kan absorberen (40 kJ) is dan gelijk aan ½ x 1000 kg/2 x V2. Daarbij is V2 het kwadraat van de zijdelingse snelheid in m/s waarmee de auto tegen een object botst dat niet meegeeft. Omgerekend komen we op 45 km/u. Als we even aannemen dat de kegels over 35 cm deformeren kunnen we bovendien berekenen dat de auto dan een versnelling (vertraging zo je wilt) van 23 g meemaakt en dat de zijdelingse snelheid 0,13 seconde na het begin van de crash 0 km/u is. 

Op het eerste gezicht lijkt 45 km/u niet zo indrukwekkend. Maar gelukkig zijn circuits veelal omgeven door objecten die wél meegeven. Toen Max Verstappen in 2021 in Silverstone zijdelings crashte, zorgden deze kegels én de bandenmuur samen voor een gecontroleerde zijdelingse vertraging. Maar de fatale ongevallen van Anthoine Hubert en recentelijk Dilano van ’t Hoff laten zien dat er marge is om de zijdelingse veiligheid verder te vergroten.

Dit is nog niet alles over veiligheid in F1-bolides! Het volledige artikel lees je op AMT.