Аэродинамика болидов Формулы-1
Технологии используемые в Формуле-1 тайна за семью печатями: узнать какие-либо подробности об современных болидах практически невозможно. Тем не менее иногда получается увидеть кое-что интересное. Так, благодаря аварии Мика Шумахера, мы воочию увидели днище болида HAAS. В условиях текущего регламента днище считается главной областью с точки зрения аэродинамики, ведь оно обеспечивает половину прижимной силы, генерируемой болидом.
Это аэродинамический эффект, создающий прижимную силу, в области между днищем машины и дорожным полотном. На самом деле этот эффект наблюдается у всех без исключения тел, быстро двигающихся близко к поверхности земли. Причем это может быть как подъемная, так и прижимная сила.
– Мауро Форгьери, бывший шеф дизайнер команды Ferrari.
Но все-таки применительно к Формуле-1 граунд-эффектом принято называть только лишь прижимную силу, возникающую под днищем болида. Для техники этого года, доля граунд-эффекта в прижимной силе достигает 60%. Ещё по 15% дают антикрылья (в сумме 30%), а оставшиеся 10% приходятся на внешние кузовные панели.
Как работает граунд-эффект? Приведу пример из жизни. Представьте себе узкий проход (лучше арку) между двумя домами. В ветреную погоду скорость ветра между ними будет гораздо больше, чем на открытом пространстве. Почему? Так работает закон Бернулли: с уменьшением сечения потока газа, происходит увеличение скорости (и падение статического давления, в нашем примере на стены дома). То есть для создания прижимной силы нужно ускорить поток воздуха под днищем, что бы под ним возникла область пониженного давления, то есть — прижимная сила!
Первые опыты в этом направлении проводил главный конструктор команды Brabham, южноафриканец Гордон Марри. Еще в 1974 году Гордон установил под сплиттер Brabham BT44 поперечную юбку, и обнаружил что сразу после неё возникает область пониженного давления, то есть прижимная сила.
В команде Lotus нашли другой способ. Питер Райт использовал профиль днища в виде перевёрнутого авиационного крыла, а что бы избежать попадания воздуха извне, вдоль бортов установил специальные экраны, получившие меткое название «мини-юбки». Ставка на аэродинамические инновации сработала, и в Чемпионате мира Формулы-1 1978 года болиды Lotus с граунд-эффектом, под управлением Марио Андретти и Ронни Петерсона не знали себе равных.
– Питер Райт, Lotus.
Но, наверное, самый экстремальным подход к освоению «эффекта земли» продемонстрировал Тони Саутгейт. Для Arrows A2 антикрылья не были предусмотрены в принципе! Бескрылый болид выглядел настолько непривычным, что гонщики боялись на нём выступать. Что бы успокоить пилотов, Саутгейту даже пришлось переделать аэродинамику, добавив заднее антикрыло.
В таком виде, то есть тоннели Вентури плюс «мини-юбки», граунд-эффект получил широкую и скандальную известность. Ведь него, как и у любой медали, была обратная сторона. Во первых, разгерметизация днища в повороте приводила к мгновенной потере прижимной силы и к вылету с трассы. А во вторых, в условиях работы со столь большой нагрузкой, конструкторы вынуждены были делать подвеску колёс жёсткой и короткоходной. По сути, болиды Формулы-1 конца семидесятых представляли собой этакий карт, оснащенный мощным двигателем. И это доставляло сильный дискомфорт пилотам.
Благодаря введению ограничений, Автомобильная Федерация добилась того, что гонки стали гораздо безопасней, а болиды предсказуемей в управлении. В 1981 году «мини-юбки» были запрещены, а в 1983 году в Формуле-1 предписали использовать только плоское днище, что ставило на граунд-эффекте крест. По этим правилам Формула-1 и жила до прошлого года.
Принципиальная схема похожа, ведь в обоих случаях используют длинные туннели Вентури под днищем. Но так как «мини-юбки» всё ещё запрещены регламентом, то конструкторам команд пришлось придумывать способ увеличить эффективность другими способами.
Теперь для увеличения прижимной силы используются «генераторы вихрей», установленные на входе под боковые понтоны. Эти «Vortex generators» служат для того, что бы сделать поток воздуха под днищем болида максимально возмущенным, а значит ещё сильнее снизить давление — читайте: увеличить прижимную силу.
Ничего подобного в Формуле-1 раньше не применялось. Впрочем, идея не новая, «vortex генераторы» используются на гоночной технике уже лет двадцать. Например, аналогичный профиль днища применяли в серии «Индикар» ещё на рубеже 80-х, и 90-х. Так же аналогичные устройства использовались на «спортпрототипах» с середины 90-х годов.
Неприятной неожиданностью от возвращения граунд-эффекта стал давно забытый эффект «козления» или «дельфинирования» (porpoising), который возникает когда под действием разрежения машину настолько сильно присасывает к дорожному полотну, что поток воздуха под ним прерывается. В этот момент прижимная сила резко падает, и болид «подпрыгивает» вверх. После этого поток воздуха восстанавливается, а вместе с ним и прижимная сила — болид вновь «падает» на дорогу. И так повторяется до тех пор, пока пилот не сбросит скорость.
И хотя для болельщиков способы получения прижимной силы не имеют значения, возвращение давно забытого «эффекта земли» привело к обострению борьбы в пелетоне. Что положительно сказывается на интересе зрителей к Чемпионату Мира. Шарль Леклер и Макс Ферстаппен уже подарили зрителям давно забытый вкус борьбы за победу, с многочисленными обгонами.
Что такое граунд-эффект?
Это аэродинамический эффект, создающий прижимную силу, в области между днищем машины и дорожным полотном. На самом деле этот эффект наблюдается у всех без исключения тел, быстро двигающихся близко к поверхности земли. Причем это может быть как подъемная, так и прижимная сила.
Автомобиля, не использующего граунд-эффекта не существует, потому что автомобиль — это тело, пусть даже не всегда обтекаемое, которое взаимодействует с поверхностью земли.
– Мауро Форгьери, бывший шеф дизайнер команды Ferrari.
Но все-таки применительно к Формуле-1 граунд-эффектом принято называть только лишь прижимную силу, возникающую под днищем болида. Для техники этого года, доля граунд-эффекта в прижимной силе достигает 60%. Ещё по 15% дают антикрылья (в сумме 30%), а оставшиеся 10% приходятся на внешние кузовные панели.
Как работает граунд-эффект? Приведу пример из жизни. Представьте себе узкий проход (лучше арку) между двумя домами. В ветреную погоду скорость ветра между ними будет гораздо больше, чем на открытом пространстве. Почему? Так работает закон Бернулли: с уменьшением сечения потока газа, происходит увеличение скорости (и падение статического давления, в нашем примере на стены дома). То есть для создания прижимной силы нужно ускорить поток воздуха под днищем, что бы под ним возникла область пониженного давления, то есть — прижимная сила!
Экскурс в историю: история возникновения граунд-эффекта в Формуле-1
Первые опыты в этом направлении проводил главный конструктор команды Brabham, южноафриканец Гордон Марри. Еще в 1974 году Гордон установил под сплиттер Brabham BT44 поперечную юбку, и обнаружил что сразу после неё возникает область пониженного давления, то есть прижимная сила.
В команде Lotus нашли другой способ. Питер Райт использовал профиль днища в виде перевёрнутого авиационного крыла, а что бы избежать попадания воздуха извне, вдоль бортов установил специальные экраны, получившие меткое название «мини-юбки». Ставка на аэродинамические инновации сработала, и в Чемпионате мира Формулы-1 1978 года болиды Lotus с граунд-эффектом, под управлением Марио Андретти и Ронни Петерсона не знали себе равных.
Неожиданно, в ходе испытаний макета в аэродинамической трубе, обнаружилось нечто странное: поверхность понтонов прогибалась! Очевидно что некая сила (разрежение под днищем) тянула их вниз, и чем сильней они прогибались, тем больше становилась эта сила. Изучая этот феномен, мы решили разместить по сторонам от понтонов два куска картона. Прижимная сила выросла ещё в два раза!
– Питер Райт, Lotus.
Но, наверное, самый экстремальным подход к освоению «эффекта земли» продемонстрировал Тони Саутгейт. Для Arrows A2 антикрылья не были предусмотрены в принципе! Бескрылый болид выглядел настолько непривычным, что гонщики боялись на нём выступать. Что бы успокоить пилотов, Саутгейту даже пришлось переделать аэродинамику, добавив заднее антикрыло.
В таком виде, то есть тоннели Вентури плюс «мини-юбки», граунд-эффект получил широкую и скандальную известность. Ведь него, как и у любой медали, была обратная сторона. Во первых, разгерметизация днища в повороте приводила к мгновенной потере прижимной силы и к вылету с трассы. А во вторых, в условиях работы со столь большой нагрузкой, конструкторы вынуждены были делать подвеску колёс жёсткой и короткоходной. По сути, болиды Формулы-1 конца семидесятых представляли собой этакий карт, оснащенный мощным двигателем. И это доставляло сильный дискомфорт пилотам.
В Монце дело было настолько плохо, что все удары ощущались одновременно в позвоночнике и в голове, от боли и слепой ярости можно было взвыть. О настройке машины нечего было и говорить, речь шла о граунд-эффекте, а не о поведении на дороге, что делало техническую роль гонщика незначительной. Наша работа заключалась в скачках, подобно диким ослам. (с) Ники Лауда.
Благодаря введению ограничений, Автомобильная Федерация добилась того, что гонки стали гораздо безопасней, а болиды предсказуемей в управлении. В 1981 году «мини-юбки» были запрещены, а в 1983 году в Формуле-1 предписали использовать только плоское днище, что ставило на граунд-эффекте крест. По этим правилам Формула-1 и жила до прошлого года.
Но в 2022 году граунд-эффект вернулся. И, как выяснилось не в том виде, в каком он существовавал прежде.
Принципиальная схема похожа, ведь в обоих случаях используют длинные туннели Вентури под днищем. Но так как «мини-юбки» всё ещё запрещены регламентом, то конструкторам команд пришлось придумывать способ увеличить эффективность другими способами.
Теперь для увеличения прижимной силы используются «генераторы вихрей», установленные на входе под боковые понтоны. Эти «Vortex generators» служат для того, что бы сделать поток воздуха под днищем болида максимально возмущенным, а значит ещё сильнее снизить давление — читайте: увеличить прижимную силу.
Ничего подобного в Формуле-1 раньше не применялось. Впрочем, идея не новая, «vortex генераторы» используются на гоночной технике уже лет двадцать. Например, аналогичный профиль днища применяли в серии «Индикар» ещё на рубеже 80-х, и 90-х. Так же аналогичные устройства использовались на «спортпрототипах» с середины 90-х годов.
Неприятной неожиданностью от возвращения граунд-эффекта стал давно забытый эффект «козления» или «дельфинирования» (porpoising), который возникает когда под действием разрежения машину настолько сильно присасывает к дорожному полотну, что поток воздуха под ним прерывается. В этот момент прижимная сила резко падает, и болид «подпрыгивает» вверх. После этого поток воздуха восстанавливается, а вместе с ним и прижимная сила — болид вновь «падает» на дорогу. И так повторяется до тех пор, пока пилот не сбросит скорость.
И хотя для болельщиков способы получения прижимной силы не имеют значения, возвращение давно забытого «эффекта земли» привело к обострению борьбы в пелетоне. Что положительно сказывается на интересе зрителей к Чемпионату Мира. Шарль Леклер и Макс Ферстаппен уже подарили зрителям давно забытый вкус борьбы за победу, с многочисленными обгонами.
- Алексей Медведев
- youtube.com
Рекомендуем для вас
Подводный арктический газовоз «Пилигрим» заменит трубопроводы
Доставка углеводородов подводным газовозом, да еще под арктическими льдами – не фантастика ли? О проекте 2019-го года сегодня вспомнили не случайно. Реальная...
Lada Vesta в 2025 году станет не хуже иномарок – готовится глобальное обновление
Наконец дождемся? Или АвтоВАЗ просто вынужден модернизировать автомобили под напором китайских брендов?...
ПД-8 будут испытывать на летающей лаборатории
По сообщению главы Ростеха, ПД-8 проходит последние испытания на стенде и следующий этап – тестирование в полете на Ил-76ЛЛ. Затем двигатель установят на...
Зачем при взлете и посадке стюардессы просят открывать шторки иллюминаторов
Эта неожиданная просьба имеет под собой довольно веские основания, которые, возможно, помогут сберечь здоровье, а то и жизнь пассажиров. Неужели какие-то...
ЯМЗ-535: новая рядная «четверка», которая пестрит отечественными инновациями
В новом видео на YouTube-канале «Автомобильная Россия» представлен дизельный двигатель ЯМЗ-535, который стал улучшенной версией популярного мотора ЯМЗ-534. Это...
ОДК покажет прорывные технологии на примере авиадвигателей ПД-14 и ПД-35
Выставка пройдет в Москве с 23 по 25 декабря. Покажут лучшие достижения в авиастроении....
Новый комбайн от Ростсельмаш – революционное решение для полей
На выставке «Агросалон 2024» в подробностях продемонстрировали долгожданную новинку от завода Ростсельмаш. Ею стал кормоуборочный комбайн F-1500 с двигателем...
У экранопланов, похоже, открывается «второе дыхание»
И снова «в деле» фигурируют водородные технологии. О новых открывающихся перспективах этого надводного транспорта читайте в нашем материале....
Чиновники уточнили сроки производства МС-21-300 и SJ-100
Также стало известно, сколько уже готово единиц МС-21. А еще название лайнера SJ-100 хотят русифицировать. И его выход в серию напрямую зависит от ПД-8....
В России появятся «двойники» аэропортов
Система интерактивная и обеспечивает улучшенный мониторинг работы аэропорта и сопутствующей инфраструктуры. Также технология позволяет оптимизировать...
Hyundai объявляет «войну» мониторам в авто
Все уже привыкли к ярким экранам мультимедиа. Вот только немногие знают, как влияют на безопасность вождения эти устройства и есть ли им альтернатива....
Что будет, если с двигателя Жигулей «срезать» 8 кг запчастей?
Команда YouTube-канала «Гараж 54» пошла на очередной необычный эксперимент, до которого мало кто мог додуматься. Они продемонстрировали проект по созданию...
Первые подробности о красноярском вездеходе Visuva T8
Чтобы управлять этим «монстром» не нужно специальное обучение. В качестве руля – штурвал, а гусеницы изготовлены из композита, которые уменьшают давление на...
Многоосные шасси МЗКТ выходят на гражданский рынок – «Волат» для суровой эксплуатации
Минский завод колесных тягачей известен на просторах бывшего Советского Союза в первую очередь своими многоосными шасси для ракетовозов. Но уже давно...
Представлен «Чистогор» – грузовая новинка с логотипом «КАМАЗ»
Автомобиль создан при совместном сотрудничестве крупнейшего производителя грузовой техники и Центра водородных технологий АФК «Система». Подробнее о проекте...
КАМАЗ представил обновленное шасси К3: новый двигатель, кабина и не только
Благодаря изменениям серия К3 стала ближе к более дорогой линейке К5. Что именно улучшили?...