Возвращение подпрыгиваний - Пэт Симондс о неприятном для команд явлении
Новое слово было на слуху у всех во время предсезонных тестов машин, построенных по новым правилам. И это слово – «подпрыгивания». На самом деле, не такое уж оно и новое, ведь некоторые из нас застали время (и работали в Ф1), когда граунд-эффект был важной частью аэродинамики машин десятилетия назад. Да и не настолько давно этот эффект последний раз был на радаре инженеров, спросите тех, кто работает со спортпрототипами. Как и новые машины Формулы 1, спорткары чаще всего имеют такую конструкцию и дизайн, что делает данный эффект распространенным, а инженеры знают, как с ним справляться.
Но что из себя представляют подпрыгивания? Многие скажут, что это аэродинамический эффект, но это не до конца правда. Да, мы наблюдаем подпрыгивания машины, когда проявляется граунд-эффект, но, на самом деле, граунд-эффект использовался и в последние годы тоже. До появления машин с высоким клиренсом задней части в последние десять лет часто использовали такие настройки переднего крыла и аэродинамики вообще, что на высоких скоростях диффузор «приседал» к земле, чтобы снизить лобовое сопротивление.
Что ж, если переднее крыло и диффузор уже имитировали граунд-эффект в прошлом, почему машины не подпрыгивали? Чтобы ответить, надо понять работу аэродинамики и как она взаимодействует с шасси с точки зрения инженерных систем.
Взглянув на аэродинамику, можно увидеть, что клиренс в задней части машин теперь меньше, чем прежде. Причина в том, что рельеф днища теперь составляет не только диффузор, который начинался от задней оси, но и полноценная аэродинамическая конструкция от начала боковых понтонов и до задней части. К тому же, до этого года внешняя (боковая) часть днища была на 50 мм выше центральной его части. Эта «ступенька» приводила к тому, что днище не так сильно прилегало к асфальту. Эффект там скорее больше создавался от воздушных вихрей, а не от днища. Теперь края днища куда ближе к асфальту и аэродинамический эффект тем сильнее, чем меньше клиренс.
Клиренс понижается еще сильнее на высоких скоростях, когда мощные аэродинамические потоки прижимают машину к земле, что приводит к лучшему прилеганию днища и его боковых частей машины к асфальту. Считается, что это приводит к срыву воздушного потока от днища, и в какой-то степени это правда, но помимо этого при малом клиренсе воздушные потоки, сформированные передней частью машины могут разрываться, что в итоге снижает поток под днищем и приводит к уменьшению прижимной силы.
Мы получаем нестабильную систему. Скорость увеличивается, машина сильнее прижимается к земле, прижимная сила увеличивается со скоростью намного большей, чем ожидаемый рост самой скорости машины. Далее достигается критическая точка, когда аэродинамика машины перестает справляться, прижимная сила снижается, и клиренс вырастает. Когда он вырастает, машина снова становится стабильной, аэродинамика работает, и болид начинает опять прижиматься к земле.
Степень подъемов и прижиманий зависит от жесткости настроек машины. Если бы не было пружин и шины были бы бесконечно жесткими, то при наборе скорости прижимная сила росла бы пропорционально квадрату скорости машины. Такие предсказания дает вычислительная гидродинамика.
Mercedes пришлось дополнительно вносить элементы для крепления днища, в то время как у Red Bull такой необходимости не было...
Даже жестко настроенные машины далеки от абсолютной жесткости, где невозможно движение. Существует две главных частоты вертикального движения. Первая это частота подпрыгивания, которая связана только с вертикальным движением (примерно 5 Гц). Вторая это частота основного тона, связанная с тем, что передняя часть машины прижимается, а задняя – приподнимается, и наоборот (примерно до 7 Гц). Если рассматривать частоту вертикального движения, которую можно изучать даже без конкретных данных с машины, используя только секундомер и видеозаписи, можно увидеть, что частота подпрыгивания разная на разных машинах, но в целом лежит в пределах 4,8-5,4 Гц. Иными словами, аэродинамика сходится с частотой работы подвески.
Что определяет частоту колебаний подвески? Простой ответ такой: для машины определенного веса чем жестче система настроена, тем выше частота. Так как основное требование, чтобы машина была как можно ближе к земле, то пружины настроены достаточно жестко. К тому же вертикальная жесткость 18 дюймовых шин больше, чем у шин, что использовались ранее, но не настолько, насколько принято считать.
Все это говорит нам о том, что машины настроены достаточно жестко (в том числе подвеска), и именно тут у команд возникают проблемы. Они стараются сделать аэродинамические элементы в задней части машины между колесами как можно уже, что приводит к тому, что немалая часть днища остается без опоры. И еще конструкторам сейчас с трудом удается сделать свои машины как можно легче, что приводит к тому, что днище в этой части, где находятся коробка передач и двигатель, приходится дополнительно делать жестче. И это может быть достигнуто только утяжелением и увеличением конструкции днища. Те, кто не уделяют этому достаточно внимания, будут подпрыгивать сильнее.
Очень поздние изменения правил, позволившие увеличить днище в этой области, дали возможность увеличить жесткость при минимальном наборе веса. Это помогло тем, кто не смог изначально сделать днище достаточно жестким, но стало проблемой для тех, кто сделал днище тяжелым и массивным.
Это перевод статьи Пэта Симондса из журнала GP Racing UK за май 2022.
Фото: MotorsportImages.com;
Этот блог в соцсетях:
