Abtrieb (Downforce)

Der Abtrieb ist die nach unten wirkende aerodynamische Kraft, die der Luftstrom über und unter einem fahrenden Auto erzeugt, um es auf die Fahrbahn zu drücken. Im Grunde handelt es sich um umgekehrten aerodynamischen Auftrieb: Während ein Flugzeugflügel so geformt ist, dass er steigt, sind die aerodynamischen Flächen eines Fahrzeugs darauf ausgelegt, die Karosserie zum Asphalt zu drücken. Der Zweck ist ebenso einfach wie wirkungsvoll, denn indem der Abtrieb die Reifen stärker belastet, ohne tatsächlich Masse hinzuzufügen, können diese größere Quer-, Brems- und Antriebskräfte übertragen. Das erlaubt höhere Geschwindigkeiten in Kurven und kürzere Bremswege.

Die Kraft entsteht nach demselben Prinzip, das ein Flugzeug abheben lässt, nämlich durch eine Druckdifferenz zwischen zwei Flächen. Ein Heckflügel ist ein umgekehrtes Tragflächenprofil, das die Luft an seiner Unterseite beschleunigt und so unten einen Unterdruck und oben einen höheren Druck erzeugt, der das Heck nach unten saugt. Unter dem Fahrzeug beschleunigen ein sorgfältig geformter Unterboden und ein Heckdiffusor den Luftstrom durch einen engen Spalt und weiten ihn anschließend auf, wodurch ein Unterdruckbereich entsteht, der den gesamten Unterboden nach unten zieht. Dieser Effekt ist besonders effizient, weil er kaum Luftwiderstand verursacht. Frontsplitter, Dive Planes und Canards verteilen die Last zwischen den Achsen, sodass das Fahrzeug stabil bleibt und weder vorne zu leicht noch hinten zu schwer wird.

Für den Fahrer wächst der Nutzen mit der Geschwindigkeit, denn die aerodynamische Kraft steigt etwa mit dem Quadrat der Geschwindigkeit. Bei niedrigem Tempo bewirkt ein Flügel fast nichts, doch bei Renngeschwindigkeit kann er ein Fahrzeug mit einer Kraft nach unten drücken, die seinem eigenen Gewicht entspricht oder es übertrifft. Daher rührt die berühmte Behauptung, manche Rennwagen könnten theoretisch an einer Decke fahren. Diese zusätzliche Haftung erlaubt späteres Bremsen, höhere Kurvengeschwindigkeiten und mehr Stabilität bei hohem Tempo und hält das Fahrzeug dort sicher auf der Bahn, wo die rein mechanische Haftung es bereits rutschen oder nervös werden ließe.

Der Abtrieb hat sich seit den 1960er-Jahren stark weiterentwickelt, als die ersten rudimentären Flügel an Grand-Prix-Wagen geschraubt wurden. Die Entdeckung des Bodeneffekts in den 1970er-Jahren, der den Unterboden statt nur aufgesetzter Flügel nutzte, revolutionierte den Motorsport und wurde später aus Sicherheitsgründen teilweise verboten. Heute gelangen diese Prinzipien über feste Spoilerlippen, ausfahrbare Heckspoiler und glatte Unterbodenverkleidungen auch zu schnellen Serienfahrzeugen, während Rennserien wie die Formel 1 unter streng reglementierten Vorgaben den größten Teil ihres Abtriebs aus Unterboden und Diffusor gewinnen.

Die zentrale Einschränkung lautet, dass Abtrieb niemals umsonst zu haben ist: Jede Fläche, die das Fahrzeug nach unten drückt, verwirbelt zugleich die Luft und erhöht den Luftwiderstand, was den Kraftstoffverbrauch steigert und die Höchstgeschwindigkeit begrenzt. Ingenieure streben deshalb nach dem besten Verhältnis von Abtrieb zu Luftwiderstand statt nach maximalem Abtrieb allein, und viele Serienfahrzeuge nutzen eine verstellbare Aerodynamik, um ihre Anbauteile auf der Autobahn wieder einzufahren. Die Kunst, Haftung gegen Luftwiderstand abzuwägen, verbindet den Abtrieb unmittelbar mit der Aerodynamik im weiteren Sinne, mit dem Luftwiderstands- und Auftriebsbeiwert sowie mit der Stirnfläche.