6 мин.

Вихри враждебные

70

Глядя на аэродинамические формы болидов «Формулы-1» образца 2009 года, грех не задуматься, почему инженеры из Рабочей группы по обгонам (OWG) пришли именно к такому дизайну? Зачем сужать задний спойлер и так сильно раскидывать крылья на носу? К чему стандартизация центральной части переднего оперения, и отчего такой диффузор? Каким образом все это связано с одной из главных целей работы группы – повышением зрелищности гонок путем увеличения количества обгонов? Давайте разбираться…

Как сказал кто-то из OWG, если бы инженеры намеренно стремились снизить число успешных атакующих маневров в королевских автогонках, они пришли бы в итоге именно к нынешнему аэродинамическому дизайну. Но не будем подозревать их в злом умысле – первостепенной задачей конструкторских бюро было, все же, наращивание скоростей и увеличение прижимной силы при сохранении коэффициента лобового сопротивления, и не их вина, что напрямую от этих параметров зависело и то, что при этом творилось за задним крылом и диффузором. В конце концов, командам даже выгодно, чтобы у машины была аэродинамика, «как у танка» (так говорят о «Тойоте»). Получается вспомогательный защитный прием, а не в этом ли одна из целей гонок – удержать позицию?

Вот что говорит о размерах и о влиянии турбулентного следа позади машины главный инженер «Рено» Пэт Симондз, один из трех членов Рабочей группы по обгонам: «В хвосте болида образуется большая турбулентная область, поведение потоков воздуха в которой можно рассмотреть во время дождя. Весьма условно, длина этого следа пропорциональная квадрату скорости автомобиля, а общая амплитуда – его коэффициенту лобового сопротивления. На трассах вроде «Хунгароринга» последний равен трети прижимной силы, поэтому размеры области грязного воздуха увеличиваются. На главной прямой венгерского трека скорость достигает 300 км/ч, а длина следа составляет 150 метров, и занимает 20 процентов всей прямой. Если поместить болид соперника непосредственно в начало этой области, то он получит серьезную прибавку в скорости благодаря существенному снижению лобового сопротивления. К сожалению, если преследующая машина находится далеко, ее поведение серьезно изменяется в худшую сторону. Например, если рассмотреть два болида, идущие на скорости 200 км/ч на расстоянии десяти их длин, то преследователь потеряет около 20 процентов прижимной силы, а его баланс сместится назад на 4 процента, что уже ведет к заметной недостаточной поворачиваемости. На расстоянии в три длины потери прижимной силы составляют около трети, а нарушение баланса – 15 процентов, что делает практически невозможным преследование соперника вплотную в быстром повороте перед выходом на прямую, где возможен обгон».

Понятно, что самостоятельно инженеры бороться с «грязным воздухом» не собирались, поэтому за дело взялась ФИА. А поскольку все последние изменения аэродинамики, вроде поднятия переднего крыла, производились без особых расчетов, на сей раз места интуиции не осталось – ее вытеснил серьезный научный подход.

Первая попытка коренным образом преобразить внешний вид современных болидов принадлежала Нику Вирту, талантливому инженеру, работавшему с «Бенеттоном» и «Симтеком». Все свои расчеты он производил на компьютере, на основе повсеместно сейчас используемых программ CFD, и в результате родился монстр с двумя задними крыльями. Отсутствие центральной секции, по расчетам Вирта, должно было создавать нисходящий поток позади машины, поэтому конструкция получила название Centreline Downwash Generating (CDG) wing. Однако при последующем анализе оказалось, что такое замысловатое крыло на практике ведет себя даже хуже, чем существующие варианты: турбулентный след после него получается еще длиннее, кроме того, отсутствуют два базовых потока, о которых пойдет речь ниже, и которые на самом деле помогают очистить область от грязного воздуха.

Поэтому следующая группа инженеров, а это были признанные мастера – Рори Берн из «Феррари», Падди Лоу из «Макларена» и Пэт Симондз из «Рено», образовавшие Рабочую группу по обгонам, не стали доверять все компьютерам, или интуитивным представлениям о влиянии потоков на позади идущую машину. CFD получил отставку, вместо этого они загрузили усредненные данные по всем болидам «Ф-1» (их представил технический делегат ФИА Чарли Уайтинг) в симулятор «серебряных» в Уокинге, посадили за руль Педро де ла Росу и заставили его раз за разом, все с новыми настройками, преследовать виртуальный болид соперника в первом повороте «Каталуньи-Монтмело». На основе впечатлений испанца было установлено, что для обгона на этом участке преследователь должен быть на две секунды быстрее впередиидущей машины. Когда было решено снизить прижимную силу болидов в два раза, разницу скоростей удалось сократить до полутора секунд, и тогда работа переключилась на конфигурацию автомобиля преследователя с целью скостить еще полсекунды…

«Нам удалось уменьшить разницу скоростей до одной секунды. На мой взгляд, это очень существенный шаг вперед, и возможно, этого будет достаточно. Понятно, что достичь нуля здесь нельзя – в таких условиях машину не удастся даже догнать, поэтому не думайте, что мы прошли лишь половину пути. Я также полагаю, что мы не хотим сделать обгоны тривиальными. Ведь если бы мы уменьшили разницу до 0,2 секунд, то практически гарантировали бы обгон в каждой атаке – такая «Ф-1» просто стала бы скучной», – рассказывает Падди Лоу.

Итак, за счет чего же Рабочей группе удалось повысить шансы пилотов на обгон? В первую очередь они сосредоточились на днище и задней части болида. И в то время как конфигурация днища оказалась приемлемой, заднее крыло и диффузор претерпели серьезные изменения. Подняв на 15 сантиметров и сузив до 75 процентов от нынешних спойлер, сдвинув на 33 сантиметра еще дальше к хвосту диффузор, инженерам удалось уменьшить их взаимодействие, снижая тем самым общую прижимную силу.

Более узкое и высокое крыло изменило и структуру турбулентного следа. Кончики антикрыла создают два закручивающихся внутрь завихрения, которые в целом инициируют пару фундаментальных потоков: восходящий уносит с собой грязный воздух, направляя его по центру над преследующей машиной, а образующийся на уровне земли и направленный от колес к центральной оси машины (можно считать, к траектории движения) дополнительный поток приносит с собой новый, уже чистый воздух. Именно этим потоком «кормится» опущенное переднее крыло, дизайн которого так не нравится некоторым болельщикам. Ширина нужна для того, чтобы максимально использовать энергию воздуха, которая наиболее высока именно по краям, и уже не играет большой роли в центре, а стандартная центральная часть вообще сделана нейтральной, чтобы на нее не оказывал отрицательного влияния наиболее сильный в этом месте восходящий поток. Результат – центральная секция не производит прижимную силу, а значит и не теряет ее, что позволяет сохранить общий баланс в момент преследовании соперника.

Но самое интересное заключается в том, что в целом новое переднее крыло, попадая в мешок впередиидущей машины, вместо того, чтобы терять прижимную силу, как это было ранее, благодаря этому нижнему потоку воздуха будет ее наоборот приобретать! Понятно, что в этом случае машинам грозит не недостаточная, а уже избыточная поворачиваемость. Падди Лоу считает, что эффект будет почти катастрофическим, и инженерам ничего не оставалось, как легализовать подвижные плоскости на переднем спойлере. Его угол атаки гонщик отныне сможет дважды по ходу круга (контролироваться эта работа будет стандартным блоком управления двигателем) изменять на три градуса плюс или минус. Это позволит пилотам не только корректировать аэродинамический баланс при прохождении некоторых поворотов, но и снижать прижимную силу на носу болида при подготовке к атаке, что позволит избежать упомянутой серьезной избыточной поворачиваемости.

Педро де ла Роса, пока единственный, кому удалось, пусть и виртуально, атаковать машину-2009, считает, что обгонять определенно станет легче. Да и объем работы Берна, Лоу и Симондза, проведенный анализ и симуляции впечатляют. В общем, я хочу верить…

По материалам официальных сайтов «Формулы-1» и «Макларена», сайтов GrandPrix и Autosport.