Docisk aerodynamiczny (downforce)

Docisk aerodynamiczny to skierowana w dół siła, jaką opływające jadący samochód powietrze wytwarza nad nadwoziem i pod nim, dociskając pojazd do drogi. W praktyce jest to odwrócona siła nośna: skrzydło samolotu kształtuje się tak, by unosiło maszynę w górę, natomiast powierzchnie aerodynamiczne auta projektuje się tak, by spychały nadwozie ku asfaltowi. Cel jest prosty, lecz niezwykle skuteczny: obciążając opony mocniej bez dodawania jakiejkolwiek rzeczywistej masy, docisk pozwala im przenosić większe siły poprzeczne, hamujące i napędowe, co umożliwia szybsze pokonywanie zakrętów oraz krótszą drogę hamowania.

Siła ta powstaje na tej samej zasadzie, która unosi samolot, czyli dzięki różnicy ciśnień między dwiema powierzchniami. Tylne skrzydło to odwrócony profil lotniczy, który przyspiesza powietrze pod swoją dolną powierzchnią, tworząc tam niskie ciśnienie i wyższe ponad sobą, przez co tył auta zostaje zassany w dół. Pod samochodem odpowiednio ukształtowana płyta podłogowa oraz tylny dyfuzor przyspieszają strugę powietrza w wąskiej szczelinie, a następnie ją rozprężają, wytwarzając strefę niskiego ciśnienia, która przyciąga całe podwozie ku ziemi. Jest to rozwiązanie bardzo wydajne, ponieważ niewiele zwiększa opór. Przedni splitter, lotki i dive plane'y rozkładają obciążenie między osie, aby auto zachowało stabilność i nie stało się ani zbyt lekkie z przodu, ani zbyt obciążone z tyłu.

Dla kierowcy korzyść rośnie wraz z prędkością, gdyż siła aerodynamiczna zwiększa się mniej więcej z kwadratem prędkości. Przy małej prędkości skrzydło nie robi prawie nic, lecz na torowym tempie potrafi docisnąć auto siłą równą jego własnemu ciężarowi lub większą, skąd wzięło się słynne stwierdzenie, że niektóre samochody wyścigowe mogłyby teoretycznie jechać po suficie. Ta dodatkowa przyczepność pozwala hamować później, utrzymywać wyższe prędkości w środku zakrętu i poprawia stabilność przy dużych prędkościach, trzymając auto pewnie tam, gdzie sama przyczepność mechaniczna pozwoliłaby mu ślizgać się lub stać się nerwowym.

Docisk aerodynamiczny ogromnie ewoluował od lat 60., gdy do bolidów Grand Prix przykręcano pierwsze prymitywne skrzydła. Odkrycie efektu przypowierzchniowego (ground effect) w latach 70., wykorzystującego podwozie zamiast samych dokładanych skrzydeł, zrewolucjonizowało sport motorowy, choć później ze względów bezpieczeństwa częściowo go zakazano. Dziś te zasady trafiają do szybkich aut drogowych za sprawą stałych nakładek, aktywnych tylnych spojlerów rozkładanych przy prędkości oraz płaskich osłon podwozia, podczas gdy serie takie jak Formuła 1 wytwarzają większość docisku z płyty podłogowej i dyfuzora w ramach ściśle określonych przepisów.

Podstawowe ograniczenie polega na tym, że docisk nigdy nie jest darmowy: każda powierzchnia spychająca auto w dół zaburza zarazem przepływ powietrza i zwiększa opór, podnosząc zużycie paliwa i ograniczając prędkość maksymalną. Inżynierowie szukają więc najlepszego stosunku docisku do oporu, a nie maksymalnego docisku samego w sobie, zaś wiele aut drogowych stosuje aktywną aerodynamikę chowającą elementy na autostradzie. Sztuka równoważenia przyczepności i oporu łączy docisk bezpośrednio z szerszą dziedziną aerodynamiki, ze współczynnikami oporu i nośności oraz z polem przekroju czołowego.