Giải mã điều kỳ diệu của những chiếc lốp xe đua F1

Nếu bạn đã sở hữu cho mình một chiếc xe với thiết kế hoàn hảo, một động cơ ít ai sánh kịp, và bạn đã tập luyện hàng năm trời để chờ đến giây phút trọng đại này. Vậy bạn còn cần phần quan trọng nhất của một chiếc xe F1. Đó cũng là phần duy nhất của chiếc xe tiếp xúc với mặt đường trong suốt chặng đua – lốp xe ô tô.
 

Trước hết, lốp xe đua F1 phải làm việc tốt trong điều kiện lực tác động rất lớn và nhiệt độ cao. Nhiệt độ lốp xe ở điểm tiếp xúc với mặt đường có thể lên tới 125ºC do lực ma sát, và bánh xe có thể quay với tốc độ 3.000 vòng/phút khi xe đạt tốc độ cao nhất.

Do nhiệt độ và áp suất hơi ảnh hưởng rất lớn đến hoạt động của lốp, lốp xe F1 được bơm căng bằng không khí khô có độ ẩm bằng 0% để hoàn toàn loại bỏ ảnh hưởng của hơi nước đến áp suất và nhiệt độ. Nhiều đội đua thậm chí dùng khí trơ nitơ bơm vào lốp xe để có thể tính toán chính xác sự thay đổi áp suất khi nhiệt độ thay đổi.

Trong cuộc đua, lực ma sát sẽ khiến lốp xe nóng dần lên rồi ổn định ở một nhiệt độ nào đó, thường là khoảng 70-80ºC. Do vậy lốp xe được thiết kế để hoạt động tối ưu ở nhiệt độ cao.

Để đảm bảo lốp xe hoạt động tốt ngay ở những vòng đua đầu tiên, các đội đua thường sử dụng một loại chăn điện đặc biệt để "hâm nóng" lốp xe trước khi vào đua. Những chiếc chăn điện này sẽ được phủ lên cả 4 lốp xe khoảng 2-3 tiếng đồng hồ trước giờ đua.

Thông thường, lốp xe F1 có 3 loại chính dựa theo thời tiết: lốp khô (dry), lốp trung gian (intermediate), và lốp mưa (wet) được dùng khi trời không mưa, trời mưa nhẹ, và khi trời mưa to.

Tùy theo điều kiện thời tiết và mặt đường đua mà các đội đua sẽ lựa chọn loại lốp thích hợp nhất. Kể từ năm 1998, lốp khô bắt buộc phải có các rãnh dọc chạy song song với kích thước nhất định. Quy định này do Liên đoàn ôtô quốc tế (FIA) đưa ra nhằm giảm bớt tốc độ của xe đua F1, tăng độ an toàn cho các cuộc đua.

Hai yếu tố quan trọng nhất mà các nhà sản xuất lốp xe phải quan tâm là thành phần hoá học và cấu tạo cơ học của lốp. Mỗi chiếc lốp xe đua có thể được tạo thành từ hàng trăm thành phần hoá học khác nhau, trong đó nhiều nhất là cao su, carbon, lưu huỳnh và các hợp chất từ dầu mỏ.

Tỷ lệ các thành phần này được thay đổi tuỳ theo tính chất của đường đua. Độ cứng của lốp do đó cũng thay đổi và được phân loại một cách tương đối từ rất mềm (extra soft) tới cứng (hard). Trước mỗi cuộc đua, các nhà sản xuất lốp lại mang đến rất nhiều loại lốp khác nhau, các đội đua phải chạy thử từng loại để tìm ra loại lốp thích hợp nhất cho đường đua và chiến thuật đua của mình.

Loại lốp mềm thường cho nhiều ma sát hơn lốp cứng và do đó giúp xe chạy nhanh hơn, nhưng lại có nhược điểm là mòn nhanh hơn và do đó phải vào pit (khu vực kỹ thuật của đội đua) nhiều lần hơn để thay lốp.

Trong một cuộc đua, các xe đua phải vào pit ít nhất một lần để thay lốp và tiếp nhiên liệu, mỗi lần mất khoảng 30-50 giây tính cả thời gian ra vào pit, tuỳ từng đường đua.

Cấu tạo các lớp của lốp xe F1. Cấu trúc cơ học của lốp nói đến đặc tính cũng như cách sắp xếp của bộ khung các lớp sợi tổng hợp chạy ngang dọc bên trong lốp.

Các lưới sợi tổng hợp này tạo nên độ cứng của lốp đủ để chịu được các lực tác động rất lớn khi xe chạy nhanh, phanh và vào cua. Khi xe đua chạy với tốc độ 250 km/h, lực tác động tổng cộng của trọng lượng xe và lực khí động học lên các lốp xe lên tới hơn 1 tấn. Khi xe đua vào cua, lốp xe sẽ phải chịu một gia tốc lên tới 4-5G. 

Lốp xe ô tô cũng phải chịu được các rung xóc rất mạnh ở tốc độ cao khi các tay đua chạy xe lấn lên phần gờ không bằng phẳng ở hai bên đường đua. Thông thường hệ thống giảm xóc của xe đua F1 rất cứng do gầm xe thấp, vì vậy lốp xe phải hấp thụ hầu hết những chấn động này.

Độ ổn định của lốp xe cũng là một yếu tố rất quan trọng. Trong quá trình đua, các lốp xe sẽ không thể tránh khỏi việc bị mài mòn và biến dạng. Các nhà sản xuất lốp sẽ phải tính toán để duy trì hoạt động tốt của lốp ngay cả trong những trường hợp này. Để lốp hoạt động tối ưu, việc thiết kế lốp hiện nay không còn là việc riêng của các kỹ sư của các nhà sản xuất lốp mà có sự đóng góp rất lớn của các kỹ sư thiết kế xe đua.

Chiếc xe đua sẽ chạy nhanh nhất khi có sự “hoà hợp” giữa tất cả các bộ phận của xe, bao gồm cả lốp, hệ thống giảm xóc, hình dáng khí động học… Vì thế, việc hợp tác giữa các kỹ sư thiết kế lốp và các kỹ sư thiết kế xe đua là quan hệ hai chiều, họ hợp tác giúp đỡ lẫn nhau để tạo ra những chiếc xe chạy nhanh nhất.