Такая форма машины утопила «Мерседесу» прошлый сезон, а ее сохранили. Потому что в теории это прорыв
Рискуют и чистят от минусов.
Главной темой презентации болида «Мерседеса» для кампании «Ф-1» 2023-го стало недоумение «ну зачем, зачем они вообще сохранили концепцию с околонулевыми понтонами»?
И правда: в 2022-м восьмикратные чемпионы поразили мир революционной минималистичной компоновкой, но наткнулись на проблемы с огромным лобовым сопротивлением, нестабильностью машины из-за галопирования и подскоков и последствиями в виде перебоев с прижимной силой. Расселл и Хэмилтон временами не попадали в третий сегмент квалификации, уступали по кругу лидерам в гонках, а прогресс запустился только к концу первой трети сезона. В итоге «Мерседес» лишь раз заехал на поул (в Венгрии перед летним перерывом) и лишь раз победил (в Бразилии – под занавес года), а Льюис вообще провел статистически худший год за всю карьеру.
Тем не менее, концепцию сохранили.
«Мы тщательно все проанализировали на предмет того, был ли выбор в пользу этой концепции правильным, – заявил на презентации Тото Вольфф. – Если говорить конкретно о боковых понтонах, то это пока лишь первый вариант конструкции. И в первых гонках сезона она претерпит небольшие изменения.
У прошлогодней W13 был большой потенциал, но мы так и не смогли его раскрыть и использовать всю прижимную силу. Однако на некоторых трассах тряска была слишком сильной, и машина не позволяла атаковать в полную силу. Мы постарались сохранить сильные стороны W13 и устранить слабые. Задача была в улучшении машины в целом.
В «Ф-1» очень важно действовать смело, и я горжусь теми решениями, которые мы применили на прошлогодней машине. И мы не считаем такой вариант дизайна боковых понтонов причиной, по которой в прошлом году мы не смогли выступить хорошо.
Машина, которую вы увидели на презентации, более-менее в том же виде будет использоваться и на старте сезона, и на тестах».
«Мы не питаем иллюзий и понимаем, что нам будет очень тяжело. Мы начинаем сезон, находясь позади, мы не являемся фаворитами, – уточнил технический директор «Мерседеса» Майк Эллиот. – Многие могли подумать, что после восьми лет побед в чемпионате подряд и одного неудачного сезона мы порвем все чертежи и начнем все сначала. Но это не так.
Мы считаем, что в болиде W13 было много удачных решений, хотя некоторые моменты нам и правда не понравились. И в случае с проектированием W14 нужно было сохранить все хорошее от предыдущей машины и при этом исправить проблемные моменты.
Это решение может удивить многих людей, но с учетом всех проведенных тестов мы не увидели причин отказываться от выбранной концепции. К середине прошлого года мы разобрались в проблемных областях машины. Они не были связаны с концепцией – скорее с нашим общим курсом».
Это правда? «Мерседес» на самом деле грознее, чем кажется, и теперь его надо бояться?
Причины провала предыдущего сезона: почему не сработала минималистичная концепция и откуда взялось такое лобовое сопротивление
Все сильные и слабые стороны W13 в сравнении с «Феррари» отлично покажет вот этот расчет CFD с одинаковым встречным потоком:
«Мерседес» внизу, в красных зонах воздух в пять раз быстрее, чем в синих.
Как видите, идея инженеров из Бракли полностью сработала: W13 действительно получил намного больше воздуха в задней части на диффузоре. Причем перетекал он туда с большей скоростью – следовательно, сохранял больше энергии.
Это и есть фундаментальное преимущество концепции: поскольку большая часть прижимной силы генерируется под днищем на диффузоре, если передать туда больше ресурсов, можно претендовать на большую отдачу. Может, даже и не прямо сейчас, но горизонт развития намного сильнее – с увеличенными объемами воздуха шире опции по разгону/торможению и перенаправлению их желаемым образом. То есть аэродинамическая философия шасси «Мерседеса» действительно прогрессивнее и обладает большим потенциалом.
Но здесь же мы видим и главные слабости: намного больше красно-желто-зеленого быстрого воздуха на задних колесах и заднем антикрыле. Это главный минус концепции: в заднюю часть передается слишком много ненаправленного потока, он рассеивается и неконтролируемо рассекается о шины и одну конкретную деталь, которой нельзя поток «причесать». В итоге выходит много деструктивных завихрений и вредного лобового сопротивления, а заднее антикрыло перегружается (обычно оно «обменивает» мощность на прижимную силу как раз через лобовое сопротивление, но с таким подходом его площадь условно удваивается без возможности как-то отбалансировать ситуацию).
Нельзя в теории сказать, какой эффект побеждает и лучше транслируется в скорость: нужно искать баланс, учитывая мощность мотора, разные размеры антикрыльев и еще кучу более мелких деталей.
Концепт «Феррари» же другой: он широкими понтонами рассекает воздух, перенаправляя его подальше от колес. Философия «Ред Булл» менее радикальная и более классическая – на RB18 понтоны тунеллировали поток, перенаправляя его сверху и снизу по желаемому пути. Этот путь максимально изучен, и потому RB18 сходу показывал наивысший уровень эффективности (почти 5% по сравнению даже с «Феррари»), но и теоретически конечный предел развития у него ближе. Не обязательно достижимый до завершения действия нынешнего регламента, но чуть более ограниченный.
У «Мерседеса» же он самый широкий, но в 2022-м чемпионы столкнулись с непредсказуемым побочным эффектом максимальной прижимной силы под днищем – галопированием. Машину так присасывало с асфальту, что она до него дотрагивалась, поток останавливался и происходит подскок с последующим новым ударом об асфальт. И W13 страдал от этого чуть ли не сильнее всех, поскольку именно «Мерседес» поставил все на работу днища – а подвеску просто не подготовили к таким испытаниям, она не спасала.
Пришлось реагировать и повышать дорожный просвет – однако так восьмикратные чемпионы избавились и от главной сильной стороны в виде максимальной прижимной силы. Ее стало еще и не хватать для балансировки машины – и тогда в ход пошло старое доброе большое заднее антикрыло.
А вы помните про аэродинамические побочки концепции, да?
В итоге «Мерседес» оказался в крайне сложной ситуации: меньшее количество прижимной силы не позволяло контролировать температуру покрышек как задумано (важнейший фактор успеха в «Ф-1»), а огромное количество неконтролируемого лобового сопротивления тормозило машину на любом треке.
Но главная сложность заключалась в полном отсутствии точного понимания, может ли концепция заработать в принципе: шелуха из характерных проблем сезона полностью исказила общую картину. На изучение и отделение двух «потоков» из балансовых настроек и ушла первая половина сезона – «Мерседес» ездил с огромной «амбарной дверью» позади машины, срезал с нее куски и привозил на Гран-при кучу измерительного оборудования вместо обновлений. Такова оказалась раслата за инновации.
Что требовалось для решения проблем? Что сделали для 2023-го?
В идеале, конечно, для «активации» главной фишки концепции и начала поиска баланса уже всерьез нужно было:
снизить галопирование: этим «Мерседес» и занимался практически весь сезон – достаточно эффективно.
снизить лобовое сопротивление: этим «Мерседес» тоже занимался как мог – даже попытался сделать обтекание еще и передних колес, чтобы снизить лобовое сопротивление спереди (после инновации чемпионов такую деталь запретили регламентом).
повысить мощность мотора, чтобы дожирать «несокращенное» лобовое сопротивление.
доработать подвеску так, чтобы галопирование меньше влияло на машину и можно было вновь использовать ее сильные стороны.
исключить совсем самое вредное лобовое сопротивление – на колесах и дополнительное на заднем антикрыле.
Что же из этого мы видим в новом W14?
Прежде всего, глава мотористов Хайвел Томас пообещал больше мощности за счет программных улучшений даже без конструктивных доработок – следовательно, в прошлом сезоне «Мерседес» не выдавал все возможное. Лобовое сопротивление помешает чуть меньше.
Пункт №2: обе подвески здорово пересмотрели. «Ключевыми стали полные переделки передней и задней подвески» – признал Элиотт.
Вообще его воззрение на доработки – очень масштабное:
«Все изменения – в деталях, и многие из них не видны. Мы проделали очень много работы над днищем. Пытаясь уменьшить вес автомобиля, а также немного улучшить управляемость».
Едва заметные доработки под днищем действительно есть:
Но отразившиеся на корпусе изменения все-таки даже показательнее – поскольку они и правда позволяют понять, насколько «Мерседес» углубился в устранение недостатков.
Например, посмотрите, как гениально чемпионы сохранили переднее антикрыло с элементами обтекания для снятия лобового сопротивления с передних колес:
Считалось, что в 2023-м такие детали будут запрещены, поскольку в правила дописали обязательные соединения торцевой пластины с горизонтальными. Однако инженеры из Бракли нашли способ – в мельчайших маленьких «мостиках»!
Теперь входные отверстия воздухозаборников более прямые и и расположены выше – как раз чтобы в теории закрывать задние колеса от основной части турбулентного потока.
«Мерседес» обещает небольшие доработки понтонов к первой гонке, и они, скорее всего, будут в этой зоне – уж слишком схематично она выглядит сейчас. Вероятно, представят более аэродинамичную и обтекаемую форму, но общая логика должна примерно сохраниться: вход выше и немного шире.
На бедовом W13 выпуклость понтонов максимально сбросили вниз. Теперь его приподняли и сбоку – даже открыли небольшую линию «обтекания» внизу, чтобы создать акцентированный тунелированный поток над диффузором:
Вот с такого ракурса еще заметнее:
Благодаря решению о небольшом расширении боковых понтонов появилась возможность вновь перепаковать систему охлаждения: часть деталей вернули из моторного отсека в бока, использовав пространство более полезным образом.
Так лобовое сопротивление снизилось еще чуть-чуть через уменьшение площади «гребня» над головой пилота, а еще быстрый доступный поток акцентированнее направился над диффузор к колесам, снижая риск рассеивания и дополнительной нежелательной нагрузки на заднее антикрыло.
В общем, «Мерседес» просто исправлял недостатки общей модели, намечая места для нового поиска идеального баланса между прижимной силой, мощностью и лобовым сопротивлением на тестах. Внешне изменения не кажутся сильно выдающимися, однако под корпусом они потребовали масштабной перекомпоновки – следовательно, для апгрейда потребовалось бы новое шасси с полным комплектом запчастей, а в эпоху потолка расходов бюджет такое больше не тянет. Потому пришлось доезжать 2022-й в режиме боевого тестирования и собирать дополнительные данные.
Тем не менее, даже если «Мерседес» действительно исправил все недостатки концепции, они вовсе не превратятся в автоматического доминатора. «Ред Булл» уже мощно развил более классическую и понятную всем командам концепцию, «Феррари» доказала эффективность своей и тоже неплохо продвинулась по ветке докруток – восьмикратным чемпионам придется их догонять. Причем команда Хэмилтона и Расселла действительно займется этим практически с чистого листа: ведь если основная часть проблем побеждена, у них фактически оказывается совсем другая машина – и ее свойства и возможности придется переоткрывать. Опыт 2022-го показал примерное направление настроек, но на прошлогодние ориентиры опереться не выйдет – потому «Мерседес» пока отстает.
Однако в прошлом сезоне он показал всем, как умеет прогрессировать.
Новый «Мерседес» – фантастически черный. Но теперь не из-за активизма Хэмилтона
Фото: formula1.com; the-race.com
На карте скоростей видно, что у них самая высокая скорость потока из диффузора, отсюда и самое большое галопирование. Дело в том, что уравнение, описывающее поток, в решении имеет в данном случае гармонические члены, проще говоря, колебания. И частота колебаний и амплитуда связана со скоростью.
Поэтому у данного концепта всегда будет самое высокое галопирование.
Вопрос решался с двух сторон, видимо, меняли параметры подвески, и потом по результату исследований продавили в ФИА изменение правил в сторону увеличения просвета у всех(!), даже кто не галопировал так сильно.
В целом концепт аэродинамики очень спорный, при том что машина то очень быстрая, судя по Бразилии.
Я честно говоря думал, что концепцию переработают сильнее, ну тут Тото что ли уперся всем доказывать, что не только Росс Браун может в инновации.
Могу ошибаться, doctor.morge поправит если что, но:
Получить "больше воздуха" в одном и том же объёме можно, только обеспечив большую скорость прохождения через этот объём. Т.е. это суть одно и то же, без всяких "причем".
Ну, и для аэродинамических эффектов от воздуха не требуется никакая загадочная "энергия". Всё, так или иначе, сводится к скорости его движения в тех или иных областях (над и под плоскостями; за и в диффузоре и т.д.). И даже ламинирование потоков - не самоцель, а лишь средство избегать их срыва с рабочих плоскостей (т.е. тоже решает задачу движения потока с нужной скоростью в нужном месте, а не где-то рядом).