8 мин.

Ценный воздух

26

Стюарды Гран-при Китая единогласно признали легальным воздуховод команды «Мерседес». Блог «Формуляр» рассказывает о преимуществе этой конструкции, а также объясняет, почему она не нарушает технический регламент.

В ситуации вокруг этого воздуховода много парадоксального. Начиная с того, что, как совершенно верно отметил Марк Хьюз, он стал прямым следствие неудачной попытки «Мерседеса» создать свою версию обычного воздуховода два года назад, и заканчивая тем, что именно Росс Браун просил команды подать на систему протест. В то время как возражающие против легальности устройства команды на протяжении полутора месяцев ходили вокруг до около, выступали в прессе, задавали вопросы Уайтингу (который совершенно четко давал понять, что не видит в системе ничего незаконного), и рассуждали о том, что «ФИА должна дать окончательный ответ».

Официальный протест расставил точки над i – система признана легальной, и хотя у «Лотуса», или как там будет называться эта команда в конце сезона, есть возможность подать жалобу в Апелляционный суд, на практике это маловероятно – слишком уж убедительно выглядели аргументы «немцев». И самое главное, эти аргументы, наконец, пролили свет на принципы работы конструкции – теперь уже не на уровне догадок, а при помощи фактов.

Нет, никаких удивительных открытий тут не оказалось: технологию работы этого устройства вполне корректно раскрывали чуть раньше и Гэри Андерсон, и Крейг Скарборо. Тем не менее, я решил рассказать о ней, благо теперь мы можем оперировать прямыми данными, безо всяких «возможно» и «видимо». К тому же, как мне показалось, очень многие болельщики до сих пор не смогли до конца разобраться, что же это за воздуховод такой, по той простой причине, что объяснения специалистов рассчитаны на тех, кто разбирается в аэродинамике. Я же хочу изложить все это максимально просто и доступно, потому что, на мой взгляд, сама эта история необходима для понимания принципов существования современной «Формулы-1».

Мелкие детали

Многочисленные споры вокруг «DRS-воздуховода», сконструированного «Мерседесом», были вызваны, в первую очередь, тем, что позиция «Лотус» и «Ред Булл» выглядела гораздо эффектнее. С их слов получалось, что немцы придумали устройство, которое включается одновременно с DRS, и которая представляет собой аналог запрещенного воздуховода F-duct, только не для заднего, а для переднего антикрыла. То есть, дернул гонщик рычаг/нажал кнопку в кокпите – открылся специальный воздушный канал, и воздух, подающийся на переднее антикрыло, сорвал поток с его плоскости.

Все это не так уж далеко от истины, но в действительности если бы принцип работы системы был таким, она без сомнения была бы нелегальной. Причем, настолько «без сомнений», что вряд ли Браун выделил на ее разработку хотя бы цент. Тем не менее, в «Мерседесе» не постеснялись потратить на этот воздуховод как деньги, так и время. Почему? Потому что в действительности принцип его действия немного другой.

Первое, что надо понять: воздуховод «Мерседеса» не имеет никакой связи с кнопкой DRS в кокпите пилота. Собственно, у него вообще ни с чем «связи» нет – это обычный воздушный канал (я несколько упрощаю, но сейчас главное – понять принцип), который ведет от заднего крыла к переднему. И все. Как же он работает?

Все дело в воздухозаборнике этого канала. Таких воздухозаборников два, и они находятся на торцевых пластинах заднего антикрыла. Разумеется, если бы они всегда были открыты, это бы лишило смысла всю систему – воздух должен поступать туда только на прямых. В то же время никаких дополнительных клапанов, которые надо было бы принудительно открывать, у них нет. Но все дело в том, что эти воздухозаборники находятся прямо за пластиной заднего антикрыла – той самой, что открывается в момент активации DRS. Пока пластина закрыта, давления на входе в прорези системы недостаточно, и воздух в нее практически не поступает. Когда же пилот включает DRS, пластина открывает доступ набегающему потоку воздуха, он попадает в воздушный канал, проходит по специальным трубкам через всю машину к переднему антикрылу, и через специальные отверстия выходит под ним.

На этом и строится аргументация Брауна – ни одно правило не запрещает размещать в болиде какие угодно каналы. И никакого отношения к управлению ими гонщик по сути не имеет. А то, что фактически DRS немцев настроена так, что влияет еще и на переднее антикрыло – так (и это Браун широко аргументировал) у подавляющего количества команд аэродинамика тоже оптимизирована под срабатывание DRS, и фактический прирост скорости куда выше теоретического. Так почему же одно можно, а другое – нельзя?

Зачем все это надо

Зимой, когда информации об этой системе еще было очень мало, каждый пытался о ней судить в соответствии со своими представлениями об аэродинамике. Прямо скажем, не всем это удавалось хорошо – я с удивлением читал даже на очень уважаемых ресурсах, якобы воздух подается к антикрыльям «для увеличения прижимной силы». Для человека, далекого от аэродинамики, это утверждение, должно быть, выглядит вполне логичным, но на самом деле такой подачей воздуха увеличить прижимную силу практически невозможно – поток неизбежно будет турбулентным, и возникнет тот самый пресловутый «срыв потока». Что это такое – давайте разбираться.

В принципе, поведение воздуха в общих чертах можно себе представить на основе элементарных законов физики. Но только до определенного предела. Дело в том, что поток воздуха может быть двух типов: ламинарный и турбулентный. Ламинарный поток – это стабильная и более-менее однородная струя воздуха (газа, жидкости), которая не крутится, не перемешивается и не пульсирует. К примеру, если вы высунете руку из машины на ходу – ее будет обдувать ламинарный поток воздуха. Именно такой поток создает подъемную силу крыла, прижимную – антикрыла, и так далее.

Однако если на пути воздуха появляется препятствие, которое он не может легко обогнуть, то поток «срывается», и превращается в турбулентный. В турбулентном потоке все наоборот – воздух в нем крутится и перемешивается. Такой поток считается «грязным», и работать с ним гораздо сложнее. Так, в авиации, которая и двигала аэродинамику на протяжении почти всего ХХ века, турбулентные потоки – главный враг, и вся работа специалистов была направлена на то, чтобы от них избавиться (опять же, я немного упрощаю, но мы говорим о положении в целом).

В «Формуле-1» все немного иначе, принципы аэродинамики тут отличаются от авиационных. Ведь самолет должен иметь подъемную силу всегда – если сорвать поток с крыла, самолет свалится в «штопор». Болиду нужна не подъемная сила, а прижимная, но отличие не в этом. Дело в том, что болиду падать некуда, а прижимная сила необходима ему только в поворотах. На прямых от нее один вред, и в идеале конструкторы предпочли бы в этот момент от нее избавиться. Нетрудно сделать антикрыло так, что оно будет прибавлять угол наклона в повороте, и становиться практически горизонтальным на прямых, но это уже давно запрещено регламентом (за исключением DRS).

Вот тут на помощь и приходит принудительный срыв потока. Дело в том, что обычно он происходит при определенных значениях скорости и угла атаки (поэтому самолеты не могут летать со скоростью, ниже определенных пределов, зависящих от их конструкции). Но если принудительно «загрязнить» поток, превратив его в турбулентный, то он будет обтекать крыло совершенно иначе даже при непредельных углах атаки. Вот для этого к крылу и подается воздух – он нарушает ламинарное течение струи, превращая ее в турбулентную, и сопротивление воздуха резко уменьшается. Одновременно, конечно, падает и прижимная сила, но на прямой она не нужна.

Более того, когда срабатывает система DRS, по оценкам Гэри Андерсона, нагрузка на заднее антикрыло снижается на 150-200 кг. Разумеется, задняя часть болида в этот момент приподнимается – ведь спереди нагрузка остается прежней. Болид оказывается в наклоненном вперед положении, что с точки зрения стабильности его поведения и коэффициента лобового сопротивления совсем не здорово. Срыв потока с переднего антикрыла решает эту проблему – болид стабилизируется, и оказывается в нормальном, горизонтальном положении.

Что все это дает

Оценить эффект от подобной системы не так просто. Росс Браун говорит, что выгода менее 0,2 секунды, но, по-видимому, при этом он подразумевает гоночный темп. Ведь в гонке DRS можно открывать лишь один раз по ходу круга, да и то только если ты в пределах секунды за другой машиной. Конечно, выигрыш будет не так велик.

Однако в квалификации ситуация совсем иная – тут DRS можно пользоваться сколько угодно раз, хоть на каждой прямой (что по факту и происходит), и эффект от воздуховода увеличивается многократно. Оценить его, не имея конкретных цифр, не так просто, но я уверен, что речь идет как минимум о полусекунде. Отчасти тут и кроется секрет блестящей «квалификационной» формы «Мерседес».

Кроме того, многое зависит и от трассы. На очень быстрых или очень медленных автодромах система малоэффективна – в Монако особенно разгоняться попросту негде, а в Монце антикрылья у всех и так почти горизонтальные, и выигрыш как от DRS, так и от воздуховода минимален. Зато на трассах, где есть много медленных поворотов и быстрые прямые, DRS-воздуховод способен очень серьезно улучшить время на круге.

Причем, совсем не обязательно, что использование воздуховода приведет к непосредственному росту скорости болида на прямых. Зачастую выгоднее, наоборот, настроить машину на повышенную прижимную силу, что даст прирост скорости в поворотах и на медленных участках. А на прямых срыв потока поможет нивелировать отрицательный эффект антикрыла, и позволит разгоняться примерно до тех же значений, что и болиды других участников.

Конечно, решение «Мерседеса» недолго будет эксклюзивным – остальные конструкторы уже наверняка имеют примерную концепцию своей версии системы. Но скопировать ее не так легко, как кажется. Несмотря на внешнюю простоту воздуховода, на пути реализации такой конструкции есть два больших подводных камня. Первый – это ее балансировка. Ведь поиск оптимальных точек входа и выхода воздуха требует времени, и при этом время срабатывания системы может иметь ключевое значение.

Вторая, и гораздо более серьезная сложность – размещение воздуховодов, проходящих, напомню, по всей длине машины. Включить их в конструкцию нынешнего болида будет чрезвычайно сложно, ведь специальных полостей и каналов в них не предусмотрено. А серьезные переделки кокпита потребуют значительных затрат, и, главное, почти наверняка обяжут команду заново проходить крэш-тесты. Это было бы не такой большой проблемой где-нибудь в феврале, но сейчас, в середине апреля, такая задача попросту маловыполнима. Соперники узнали о воздуховоде слишком поздно, и теперь им придется либо отказаться от него, либо искать какие-то обходные решения. Так не для того ли в «Мерседес» пропустили первую сессию тестов?

logoФормула-1