Aërodynamica heeft van alle factoren die inwerken op een moderne Formule 1-auto veruit de grootste impact op de wegligging. Een minimale verandering aan het bodywork kan ingrijpende gevolgen hebben op de prestaties. Het vormt vaak de dunne scheidslijn die er bestaat tussen succes en falen. Niet voor niets brengen de teams wekelijks wekelijks vele uren door in de windtunnel, die dan ook gezien mag worden als het kloppende hart van de Formule 1.

Het is nog niet eens zo heel lang geleden dat de wetenschapper Daniël Bernoulli de grond legde voor aërodynamica, een wetenschap die de mensheid letterlijk vleugels heeft gegevens. Bernoulli ontdekte in de achttiende eeuw dat naarmate lucht sneller wordt voortbewogen, de luchtdruk afneemt. Dit principe resulteert erin dat er een drukverschil ontstaat, wanneer er luchtstromen met verschillende snelheden langs een object worden geleid. Het vormde de basis voor de luchtvaarttechnologie, waarbij door middel van vleugels een opwaartse kracht wordt gegenereerd die zo sterk is dat de zwaartekracht wordt overwonnen.

Het zou tot het einde van de jaren '60 duren, voordat het belang van dit principe zou doordringen tot de autosport. Tot halverwege de jaren '60 had men zich bij de ontwikkeling van auto's met name gericht op motorisch vermogen. Pas toen Lotus-teambaas Colin Chapman voor het eerst een achtervleugel monteerde om de Lotus 49B een betere wegligging te geven, drong langzaam door hoeveel er te winnen viel met een betere luchtgeleiding: door de vorm van de vleugel zoals die bij vliegtuigen werd toegepast om te draaien, ontstaat het omgekeerde effect: neerwaartse druk. Met de jaren zou het duidelijk worden dat dankzij deze neerwaartse druk de grip van de auto op het wegdek tot een factor vier zou kunnen toenemen.

Het vormde een absolute doorbraak in de autosport en voegde een compleet nieuwe dimensie toe aan de ontwikkeling van de auto's. Binnen drie decennia nam aërodynamica een enorme vlucht. Met name in de jaren '70 en begin jaren '80 zouden aërodynamische innovaties enorme verschillen opleveren in de onderlinge prestaties. Maar naarmate de jaren vorderden, werden de verschillen - mede door de striktere technische reglementen - steeds kleiner. Om desondanks de concurrentie een stap voor te blijven, moest men tot in de kleinste details gaan. Iets wat, geholpen door de verbeterde technologie, ook mogelijk werd. Het belangrijkste wapen in de strijd om duizendsten van seconden werd de windtunnel.

Toen men halverwege de jaren '80 de turbomotoren afschafte en de omstreden skirts bovendien werden verboden, moesten de teams nieuwe gronden betreden om vooruitgang te boeken. Wat in de luchtvaarttechnologie al enkele jaren werd toegepast, zou spoedig ook zijn intrede doen in de Formule 1: de windtunnel zou dienen als het ultieme middel om de aërodynamica van de auto te testen, zonder dat men het circuit op hoefde. Door simulatie met schaalmodellen konden nieuwe ontwikkelingen eerst uitvoerig worden getest, voor ze in het uiteindelijke ontwerp werden opgenomen. Dit had tot gevolgd dat de ontwikkelingen elkaar niet alleen in hoog tempo opvolgden, het maakte het bovendien mogelijk nog nauwkeuriger toe te werken naar de suboptimale oplossing.

Begon het met enkele uren per maand bij een nabijgelegen laboratorium of testcenter, anno 2004 is de windtunnel niet meer weg te denken uit de Formule 1. Op Minardi na, hebben alle teams inmiddels een eigen windtunnel, waarin maandelijks vele uren worden doorgebracht. Ook in die technologie is een heel duidelijke vooruitgang waarneembaar. De modernste windtunnels zijn voorzien van de meest geavanceerde apparatuur om het gedrag van de auto op aërodynamische veranderingen in allerlei situaties te testen. En vooral op dat laatste ligt in de nieuwste generatie windtunnels de nadruk. Begon men ooit eenvoudigweg met het geleiden van koude lucht langs het chassis om daaruit de aërodynamische efficiëntie af te leiden, tegenwoordig worden daarbij steeds meer externe factoren meegewogen.

Dat laatste vergt echter een zeer specifiek en tot in het detail gekalibreerd concept. In de Formule 1 wordt daarom gebruik gemaakt van windtunnels met een gesloten circuit, waarbij de lucht in feite door het systeem wordt gerecirculeerd. Een grote ventilator zorgt binnen dit systeem voor een statische druk, waardoor de lucht constant, zonder afwijkingen en andere bijwerkingen langs het chassis wordt gevoerd. Het chassis wordt daarbij bevestigd aan horizontale carbonbalken en geplaatst op een rollerbaan. De carbonbalken en het aanbeeld ter hoogte van de airbox houden het chassis op zijn plaats en maken het bovendien mogelijk dat de hoek waarin de auto op de rollerbaan geplaatst is probleemloos en geleidelijk kan worden gewijzigd. Op die manier kan het effect op de aërodynamica worden gemeten, wanneer de coureur een bocht instuurt.

De aanwezigheid van een rollerbaan lijkt op het eerste oog wellicht overbodig, maar dat is het zeker niet. Door deze rollerbaan bewegen de wielen tijdens de test op ware snelheden. Op het circuit lopen die op tot over de 300 km/u, waardoor turbulentie ontstaat die de luchtstroom kan verstoren. Ook de temperatuur in de windtunnel speelt een cruciale rol, omdat die bepalend is voor de luchtdichtheid. Wanneer de teams hier bij de aërodynamica-tests geen rekening mee houden, kan het weggedrag in werkelijkheid heel anders uitpakken dan van te voren wordt voorzien. Daarnaast is ook de rijhoogte een belangrijk aspect bij aërodynamicatests. Die is immers bepalend voor de snelheid waarmee de lucht onder het chassis naar de diffuser wordt geleid; hoe lager de rijhoogte, hoe sneller de lucht zich zal voortbewegen. Om die reden wordt het chassis met verticale en horizontale carbonbalken verbonden. Deze houden het chassis ondanks de bewegingen van de rollerbaan exact op haar positie. En exact betekent hier tot op 0,01 millimeter nauwkeurig. 

Het mag duidelijk zijn, dat testen en vervaardiging heel nauw samenhangen bij aërodynamica. De geringste verandering in aërodynamica kan een enorm verschil in wegligging opleveren. "Het is heel belangrijk dat je onderdelen met een zo hoog mogelijk precisieniveau test en dat die onderdelen ook met een zo hoog mogelijke precisie worden vervaardigd.", zegt Mike Gascoyne, Technisch Directeur van Toyota, "De precisie waarmee je test is afhankelijk van de precisie waarmee de onderdelen zijn vervaardigd. Als je met een precisie van slechts 0,5% onderdelen maakt, zul je iedere aërodynamische verbetering mislopen die meer precisie vereisen. Maar juist daarbij worden de meeste verbeteringen gevonden. Als je tien componenten kunt vinden die ieder voor 0,1% aan een verbetering bijdragen, wordt dat samen 1% en dat is heel erg veel in de Formule1."

Om een zo hoog mogelijke precisie te behalen is het dus van het grootste belang de werkelijkheid zo dicht mogelijk te benaderen. Daarbij is in de eerste plaats de schaal waarop gewerkt wordt van belang. De modernste windtunnels bieden plaats voor 1:2 schaalmodellen. Dit wil echter niet zeggen dat  ook de windtunnel zelf van een dergelijk schaalformaat is. Juist om de werkelijkheid zo gedetailleerd mogelijk te benaderen, is de moderne F1-windtunnel een complex met een zeer imposante omvang. Tot voorkort liepen Renault en Ferrari voorop met de grootste en modernste windtunnels. De Scuderia opende in 1998 naast de testbaan van Fiorano een revolutionair concept, dat met 12m2 als eerste ruimte bood aan 1:2-schaalmodellen. Deze kan met een ventilatordoorsnede van 5 meter, een vermogen van 2200kW en luchtsnelheden tot 250 km/u nauwkeurig testen. Renault (toen nog Benetton) voltooide een jaar later een gelijkwaardig aërodynamicadepartement bij haar Engelse hoofdkwartier in Enstone.

Deze maand wordt echter in Hinwil de meest geavanceerde windtunnel tot nu toe in gebruik genomen: verrassend genoeg is het het team van Sauber dat dit stukje state-of-the-art technologie heeft laten bouwen. $55 Miljoen kost het nieuwe complex, waaraan in de afgelopen twee jaar is gebouwd. Het heeft een zeer imposante omvang. De tunnel heeft een totale lengte van maarliefst 141 meter en een vermogen van 3000kW. De Sauber-tunnel is dan ook de grootste tot nu toe en heeft een aantal significante voordelen ten opzichte van de andere: met in totaal 15m2 testruimte wordt het namelijk mogelijk om met twee schaalmodellen achter elkaar te testen. Op die manier kan nauwkeurig de verandering in wegligging van een auto worden bepaald wanneer er een andere bolide dicht achter rijdt. In dat geval verandert de wegligging voor beide ingrijpend (zie bijlage). Tot op heden moest dit voor gegeven worden aangenomen, maar wellicht wordt hiermee een belangrijke stap gezet om ook deze, belangrijke deficiëntie weg te nemen. De verandering in wegligging moet namelijk worden gezien als de belangrijkste oorzaak voor het feit dat inhalen in de Formule 1 tegenwoordig zo wordt bemoeilijkt.

Hoewel de verbeteringen anno 2004 dus marginaal zijn, valt er dus nog wel degelijk veel vooruitgang te boeken binnen aërodynamica. Met behulp van de nieuwste technologieën, waaronder ook CFD (Computational Fluid Dynamics), waarmee gedetailleerde computersimulaties kunnen worden uitgevoerd en ADM (Advanced Digital Manufacturing), waarbij onderdelen volautomatisch worden vervaardigd, zullen de teams de lat steeds weer hoger proberen te leggen. Daarbij is uiterste precisie een absolute vereiste, want alleen op die manier kan de werkelijkheid zo nauwkeurig mogelijk worden benaderd. Ondanks de verhoogde standaards, is in al die jaren echter één ding wel hetzelfde gebleven: pas op het moment dat de auto daadwerkelijk zijn ronden rijdt, weet men pas echt zeker of het werkt.

Het Bernoulli-principe: doordat de lucht die over de vleugel wordt geleid een langere weg aflegt dan de lucht die onderlangs stroomt, ontstaat hier een opwaartse druk.

Aërodynamica deed in de Formule 1 feitelijk pas zijn intrede in 1968, door de enorme achtervleugel op de Lotus 49B.

De Formule 1 maakt gebruik van windtunnels met een gesloten-circuit, waarbij de lucht wordt gerecirculeerd.

Het schaalmodel wordt in de windtunnel bevestigd aan carbonbalken en  geplaatst op een rollerbaan.

De windtunnel die Ferrari in 1998 in gebruik nam was destijds revolutionair.

Opvallend genoeg is het Sauber dat de Scuderia hierin voorbij streeft. Deze maand neemt ze haar nieuwe windtunnel in gebruik.

Hoe nauwkeurig de test ook wordt uitgevoerd, pas op het circuit wordt echt duidelijk of het werkt.