Die Flügel verleihen einem Formel-1-Auto so viel Abtrieb, dass es auch bei Kurvengeschwindigkeiten von über 200 km/h noch wie auf Schienen fahren kann. Die Kunst liegt darin, die Flügel so einzustellen, dass sie den größtmöglichen Abtrieb garantieren, gleichzeitig aber der Luftwiderstand so gering wie möglich ist. Im Serienfahrzeugbau können aerodynamische Anbauteile die Fahrsicherheit und Fahrstabilität erhöhen.
Wind
Die Formel-1-Teams müssen ihre Autos bei den Rennen auf die sich immer wieder ändernden, teilweise kräftige Windböen einstellen.
Gefordert ist viel Abtrieb in den Kurven, aber wenig Luftwiderstand auf der langen Start-Ziel-Geraden. Der Schlüssel zur Lösung dieser Aufgabe steckt im wichtigsten aerodynamischen Hilfsmittel - in den Flügeln. Der Frontflügel erzeugt etwa ein Viertel, der Heckflügel etwa ein Drittel des Abtriebs. Für den Rest sind die übrigen aerodynamischen Teile vor allem am Chassis und Unterboden verantwortlich.
Im Lauf der Formel-1-Geschichte haben die Konstrukteure versucht, an nahezu allen Stellen eines Chassis Teile anzubringen, die für mehr Abtrieb (die Kraft, mit der Formel-1-Autos auf den Boden gepresst werden) sorgen sollten. Davon erwiesen sich manche als unbrauchbar, andere wurden von der Fédération Internationale de lAutomobile (FIA) aus Sicherheitsgründen verboten, etwa die auf den Seitenkästen montierten X-Wings. Heute werden neben den Flügeln auch Diffusor und Windabweiser als aerodynamische Hilfen eingesetzt.
Dirty Air
Etwa ein Viertel des Abtriebs wird also durch den Frontflügel erzeugt - allerdings nur, wenn das Auto nicht direkt hinter einem anderen fährt. Die vom vorneweg fahrenden Fahrzeug verursachten Verwirbelungen, die so genannte ,,dirty air“, bringen den folgenden Wagen aus der Balance, sorgen für eine instabilere Straßenlage.
In diesem Fall sinkt der vom Flügel erzeugte Abtrieb auf 10 Prozent, was der Hauptgrund dafür ist, dass das Überholen in der Formel 1 schwierig geworden ist. Da der Schwerpunkt eines Formel-1-Autos hinten liegt, muss der Frontflügel das fehlende Gewicht auf der Vorderachse wettmachen. Er hat außerdem die Aufgabe, die Luft möglichst ohne Verwirbelungen weiterzuleiten, damit die übrigen aerodynamischen Teile sauber angeströmt werden können. Dazu tragen auch die so genannten Winglets an den Flügelseiten bei.
Der Kompromiss
Die beweglichen Front- und Heckflügel werden genutzt, um für jede Rennstrecke die ideale Mischung aus Abtrieb und Höchstgeschwindigkeit zu finden. Generell gilt: Bei Stadtkursen oder Strecken mit vielen engen Kurven werden die Flügelelemente steil gestellt.
,,Die richtige Einstellung der Flügel ist immer wieder ein streckenspezifischer Kompromiss. Sind sie zu steil, büßen wir auf den Geraden Top Speed ein. Sind sie zu flach, haben wir weniger Abtrieb, der uns in den Kurven fehlt“, sagt Gavin Fisher, Chefkonstrukteur von WilliamsF1.
Für keinen Bereich der technischen Entwicklung eines Formel-1-Autos wird mehr Geld ausgegeben als für die Aerodynamik. Die Flügel werden wie das gesamte Auto mit Hilfe von CFD (Computational Fluid Dynamics) und CAD (Computer Aided Design) am Computer entworfen.
So können die Ingenieure bei jedem Teil sofort simulieren, wie es von der Luft umströmt wird. Zu den Faktoren, die bei der Konstruktion der Flügel berücksichtigt werden müssen, gehören unter anderem die Traktion sowie Windgeschwindigkeit und - richtung. Fertige Flügel werden von den Teams im Windkanal getestet. Doch auch das garantiert noch keine Ideallösung - denn ständig wechselnde äußere Bedingungen wie in Barcelona können noch nicht simuliert werden.
Service für das Serienauto
Bei Serienautos spielen Spoiler und Flügel im Vergleich zur Konstruktion des gesamten Chassis nur eine untergeordnete Rolle. Ein Serienauto wird nicht entwickelt, um möglichst hohes Tempo fahren zu können und in neue Grenzbereiche vorzustoßen. Hier stehen andere Faktoren im Mittelpunkt: Sicherheit, Fahrbarkeit, Straßenlage, Komfort und Benzinverbrauch.
,,Die extremen Kurvengeschwindigkeiten und auch die Verzögerungen beim Bremsen in der Formel 1 wären ohne die massiven aerodynamischen Abtriebskräfte durch die Flügel nicht denkbar. Serienfahrzeuge bewegen sich nicht annähernd in diesem Bereich“, sagt Dr. Christoph Lauterwasser vom Allianz Zentrum für Technik, ,,dennoch finden aerodynamische Anbauteile auch in der Serie ihre Anwendung. Vor allem bei den Aspekten Sicherheit und Stabilität spielen sie eine Rolle. Die aerodynamischen Anbauteile können - wenn sie richtig abgestimmt sind - bei höheren Geschwindigkeiten die Fahrstabilität erhöhen.“
Verbrauch
Vor allem der Faktor Benzinverbrauch ist ein wichtiger Grund dafür, dass in der Serie wenig Flügel eingesetzt werden: Sie vergrößern den Luftwiderstand und erhöhen dadurch den Kraftstoffverbrauch.
Immerhin: Bei einem Mittelklasse-PKW beträgt der Anteil des Luftwiderstands am gesamten Fahrwiderstand bei einer Geschwindigkeit von 100 km/h bereits 75 Prozent. Flügel und Spoiler werden ab Werk meist bei Sportwagen eingesetzt. Dort erfüllen sie den Zweck, das Auto auch bei hohem Tempo in der Spur zu halten. Um dennoch eine ökonomische Fahrweise zu garantieren, werden inzwischen auch Flügel verwendet, die automatisch ausfahren, wenn das Auto eine bestimmte Geschwindigkeit erreicht hat.
