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.
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.
Алонсо против Окона. Фото: Youtube.com
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.
Brabham BT46B «Fun Car». Фото: Фото: Youtube.com
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.
Lotus 79. Фото: Youtube.com
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.
Arrows A2. Фото: Youtube.com
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.
Днище Haas VF-21. Пилот не пострадал. Фото: Youtube.com
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.
Леклер преследует Ферстаппена. Фото: Youtube.com
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.
Так выглядит Porpoising (дельфинирование). Фото: Youtube.com
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.
Использованы фотографии: youtube.com
Формула 1: граунд-эффект в действии
С нового сезона технический регламент Формулы 1 вновь легализовал на гоночных машинах граунд-эффект, который долгое время был запрещен как опасный и приводящий к многочисленным авариям. Обсуждаем с экс-пилотом Формулы 1 Сергеем Сироткиным, что это такое и следует ли его опасаться современным гонщикам.
Авария Мика Шумахера во время квалификации Гран-при Саудовской Аравии, когда его Haas VF22 буквально разорвало на две части, выглядела ужасно, и болельщики Формулы 1 пережили несколько тяжелых, нервных минут, пока не стало понятно, что с пилотом все в порядке. Мик выбрался из этой «передряги» живым и невредимым, что вряд ли бы могло случиться еще, скажем, пару десятков лет назад — и заслуга в этом принадлежит исключительно пассивной безопасности нового поколения гоночных автомобилей, которые обладают, как нам кажется, всеми необходимыми характеристиками, чтобы сохранить жизнь и здоровье пилоту. Однако все эти правила безопасности написаны в прямом смысле кровью гонщиков, ведь именно аварии помогают понять, где «тонко и рвется». Этот опыт мы получаем намного чаще, чем хотелось бы, но смертельных исходов в гонках становится все меньше, и порой гонщикам удается выбраться живыми из совершенно, казалось бы, гибельных ситуаций — как это еще в конце 2020 года произошло с Роменом Грожаном в Бахрейне.
Однако с сезона-2022 года Формула 1 вступила в эпоху нового технического регламента, который вновь воскрешает понятие граунд-эффекта — явления крайне интересного, но и не менее опасного. Что это за «эффект земли» и приведет ли его появление в Формуле 1 к авариям и другим серьезным последствиям? Разбираемся ниже с помощью Сергея Сироткина.
Марио Андретти и Колин Чепмен как родоначальники эпохи граунд-эффекта
Считается, что идея использования граунд-эффекта в автогонках принадлежит Колину Чепмену, который придумал, как «перевернуть» подъемную силу для самолета и получить прижимную силу для автомобиля. Однако это не совсем так: в свое время на эту идею его натолкнул Марио Андретти, который испытал этот эффект совершенно случайно во время гонок еще в 1970 году.
March 701 на тестах в Кьялами
В одном из своих интервью изданию Auto und Motor Sport Марио Андретти рассказал о том, как пилотировал March 701 на тестах на трассе Кьялами. По словам знаменитого гонщика, команда искала возможности снизить лобовое сопротивление и с этими целями сняла с машины боковые понтоны. После этого, выйдя на трассу, Андретти ощутил, как разгрузилась передняя часть машины, и заинтересовался этим явлением.
Несколькими годами позже, в конце сезона 1976 года, он обсуждал возможные улучшения по машине с инженерами команды Lotus, в том числе и с Чепменом, и вспомнил ситуацию в ЮАР. Андретти поделился ей с командой; именно тогда Чепмена буквально осенило идеей не просто удлинить боковые понтоны, но и «запечатать» их по краям специальной «юбкой» для увеличения прижимной силы. Дальнейшие тесты позволили команде доработать эту идею и создать подвижные «фартуки», которые помогали сохранять под днищем зону разреженного воздуха на протяжении всего заезда.
Колин Чепмен и Марио Андретти
По словам Марио Андретти, это сильно затрудняло процесс торможения: иногда на педаль тормоза приходилось нажимать по несколько раз подряд, чтобы замедлить машину, но он с этим научился справляться. Зато скорость автомобиля и его прижимная сила стали просто фантастическими, и в итоге Андретти выиграл следующий сезон чемпионата мира, став на данный момент единственным титулованным американцем в Формуле 1.
Крылья и вентиляторы
Впервые граунд-эффект был применен Чепменом еще на Lotus 78, однако в полной мере технология была раскрыта на Lotus 79. Победа в чемпионате с этой машиной привела к тому, что во всех командах стали перенимать эту технологию, а некоторые инженеры пытались ее переосмыслить.
По сути эффект прижимной силы возникал благодаря разнице давления между верхней и нижней поверхностями встроенного внутрь бокового понтона крыла перевернутой формы, но кто-то сознательно старался уйти от больших боков, которые только повышали лобовое сопротивление.
Схема внутреннего строения Lotus
Именно так был придуман Chaparral 2J от Джима Холла, который решил создать граунд-эффект не с помощью крыльев, а с помощью мощных вентиляторов, которые выгоняли воздух из-под днища автомобиля, тем самым припечатывая его к трассе. В отличие от граунд-эффекта, созданного с помощью крыльев, который возникал лишь на высоких скоростях, вентиляторы помогали поддерживать разреженный воздух под днищем и в медленных поворотах. Однако помимо того что такие вентиляторы можно было подвести под понятие «подвижных аэродинамических элементов» и запретить по регламенту, у них был еще один существенный недостаток. Воздушные потоки, создаваемые их лопастями, поднимали с поверхности трассы весь имеющийся мусор, включая песок и гравий, и на высокой скорости выбрасывали его в идущую позади машину. Такой поток можно было в прямом смысле слова назвать «грязным воздухом», к тому же ушибы от таких прилетевших камушков были весьма болезненны и порой приводили к травмам. Очень скоро автомобили с такими вентиляторами были запрещены.
Chaparral 2J
Тем не менее, если посмотреть на эти «вентиляторные» машины, получившие прозвище «пылесосов», то с точки зрения безопасности для своего пилота они давали 100 очков вперед машинам со специальным днищем и «юбками».
Что такое граунд-эффект?
Граунд-эффект в автоспорте — это появление дополнительной прижимной силы у автомобиля за счет создания зоны низкого давления и разреженного воздуха между днищем и трассой. Прижимная сила имеет свойство увеличиваться пропорционально росту скорости, однако для этого необходимо, чтобы дорожный просвет был минимальным, а на воздушный поток под автомобилем влияло как можно меньше факторов. Именно для этого даже кузовные автомобили опускают ниже к земле, а на бамперы и пороги навешивают «юбки».
Было бы ошибочно думать, что в те периоды, когда в Формуле 1 регламентом было запрещено использование граунд-эффекта, его и в самом деле не было. Прижимная сила и граунд-эффект всегда возникают на высоких скоростях, просто запрет распространялся на специальные элементы аэродинамики, позволяющие его дополнительно генерировать.
В первую очередь граунд-эффект генерирует днище автомобиля. При этом большое значение имеют сразу три момента: как воздух заходит под днище, как он там проходит и как оттуда выходит. Ключевые факторы в том принадлежат переднему крылу автомобиля, форме его днища и заднему диффузору. Но не менее важны и другие детали, в том числе элементы подвески и даже рычаги.
Аэродинамическая схема Формулы 1
В 2022 году граунд-эффект не то чтобы появился из ниоткуда, просто его роль существенно возросла, и большее значение стало играть днище и его форма, в то время как роль переднего и заднего крыла, а также дополнительных аэродинамических элементов на корпусе автомобиля, наоборот, снизилась.
«Чтобы получить этот эффект по максимуму, днище должно иметь определенный клиренс и рейк, который сейчас существенно снизился», — рассказал Сергей Сироткин. — «Самое сложное, что для каждой скорости значения клиренса и рейка должны быть разными. Так что, если забыть про прочие факторы, воздействующие на машину, для получения максимального граунд-эффекта нам нужно следовать этой идеальной пропорции, что, как вы понимаете, очень сложно».
Какие они, трубки Вентури?
В этом году в связи со сменой регламента по аэродинамике в Формуле 1 вновь заговорили об эффекте Вентури и каналах Вентури (их также называют тоннелями или трубками Вентури), используемых при создании новых автомобилей. Тех самых, которые были запрещены в 1983 году из-за повышенной опасности, которую они создавали для пилотов.
Теперь по новому регламенту в днище машины должно быть расположено два больших канала Вентури. Их задача — создавать зоны повышенного разрежения за счет ускорения воздушного потока. Выглядят они примерно вот так:
Разница в днище на машинах Формулы 1 2021 и 2022 года
Смысл этого эффекта можно передать следующим образом: если поток газа или жидкости протекает через суженную часть трубы, то давление на этом участке падает, а скорость протекания газа или жидкости растет. Инженеры стали использовать этот эффект, максимально занижая подвеску и опуская машину как можно ниже к треку. Благодаря этому они создают под днищем разреженный воздух и низкое давление, и машина буквально «прилипает» к земле и развивает более высокую скорость.
Негативные последствия граунд-эффекта
Однако у граунд-эффекта есть и свои отрицательные стороны и неприятные последствия, и прежде всего это его сильная зависимость от неровностей трассы и целостности элементов аэродинамики.
Как только дорожный просвет увеличивается или «юбка» или «днище» автомобиля получают повреждения, прижимная сила резко снижается. Это приводило к обратному результату: вместо граунд-эффекта на автомобиль начинали действовать обратные силы: машина моментально «разгружалась» и взлетала.
Следствием внезапного падения прижимной силы стали многие серьезные аварии в Формуле 1, в том числе трагичные события с Патриком Депайе и Жилем Вильневом. Найджел Мэнселл тоже в свое время раскритиковал граунд-эффект, рассказав, что никогда не гонял на более непредсказуемых автомобилях.
С учетом растущих скоростей в первую эпоху граунд-эффекта аварий становилось все больше, а их последствия — все катастрофичнее. Итогом развития машин стал запрет на использование граунд-эффекта.
1999 год и полеты Марка Уэббера
По словам Сергея Сироткина, последствия высокой прижимной силы — очень актуальная тема для категорий прототипов LMP2 и LMP1. Однако в Ле-Мане с этим сталкивались и до появления LMP1 и LMP2, когда прототипы выглядели совершенно иначе. Audi, BMW, Ferrari, Mercedes-Benz, Nissan, Toyota и многие другие строили машины, буквально лежащие на земле и генерирующие максимум прижимной силы. Однако последствия конструктивных ошибок или неучтенных особенностей приводили порой к катастрофическим последствиям.
В 1999 году Mercedes привез три новых Mercedes CLR, которые, по их расчетам, должны были разорвать соперников. За рулем одного из автомобилей выступал Марк Уэббер. Все было отлично, пока в среду во время свободных практик на участке между поворотами Мульсан и Индианаполис его машина № 4 не взлетела в прямом смысле.
«Я почувствовал, как нос машины стал легче и сначала не обратил на это внимания», — рассказывал Уэббер в своей книге. — Но вскоре понял, что не могу прижать переднюю часть машины обратно, т. к. она продолжала подниматься. Это напоминало плавный взлет самолета. Скорость у меня была под 300 километров в час, и машина оторвалась от асфальта. Я видел только небо — и все это на высоте 10 метров».
Авария закончилась для Уэббера без травм, а механики сообщили, что нашли причину и устранили ее, так что после допуска врачей австралиец вновь вернулся за руль. Но во время утреннего субботнего прогрева Mercedes CLR вновь взлетел, а в третий раз это произошло уже в гонке и товарища Уэббера по команде Питера Дамбрека. Удивительно, но все обошлось без жертв и даже каких-то серьезных травм.
Позже было определено, что причиной таких взлетов стали слишком длинные передние свесы, которые пропускали большую массу воздушного потока, особенно на перевале через подъем. Это и приводило к срыву и полету машин.
Невероятные боковые перегрузки и дельфинирование
Побочным явлением были и невероятные боковые перегрузки в поворотах, на которые жаловались гонщики еще в те времена. То же самое происходит и сейчас с теми, кто по какой-то причине оказался к ним не готов. Вспомните, как уже после второго дня тестов в Бахрейне Кевин Магнуссен жаловался на сильнейшие боли в мышцах шеи!
Еще одно следствие граунд-эффекта и высокой прижимной силы — дельфинирование, о котором так много говорится в последнее время. Росс Браун уже после первых предсезонных тестов-2022 высказал большое удивление тем, что инженеры не смогли его предусмотреть и заранее нейтрализовать — ведь про этот эффект очень много говорили и писали еще в конце 70-х — начале 80-х. Что же такое это дельфинирование?
Сергей Сироткин очень хорошо описал, откуда появляется этот самый пресловутый эффект, который называют по-разному: кто-то дельфинированием, кто-то козлением, а кто-то просто скачками. «Когда разгоняешься и достигаешь очень высоких скоростей, машина по законам физики прижимается ближе к земле, также по законам аэродинамики с увеличением скорости растет и прижимная сила. Это не может происходить бесконечно: в какой-то момент клиренс нарушается, прижимная сила пропадает, машина начинает подниматься, воздух заходит под днище и прижимная сила возвращается. Происходит все это очень быстро и напоминает тряску или «низкочастотные, но высокоамплитудные колебания».
Со стороны это выглядит так, будто машина постоянно подскакивает на кочках. В трансляциях, особенно с камер, установленных позади кокпита, было видно, как гонщика очень сильно трясет — и прежде всего на прямых, где асфальт идеально ровный.
Подобные колебания кузова связаны с проблемой срыва воздушного потока. Одна из версий появления дельфинирования — очень маленький дорожный просвет автомобилей, у которых за создание прижимной силы в значительной мере отвечает днище. Другая версия — особенности конструкции переднего крыла.
Такие продольные колебания начинаются, когда машина, разгоняясь, приближается к максимальным скоростям, при этом под воздействием аэродинамических нагрузок дорожный просвет уменьшается. Если происходит достаточно явное отделение потока, то прижимная сила снижается, нагрузка на машину становится меньше и клиренс увеличивается.
Затем поток восстанавливается, соответственно, дорожный просвет вновь уменьшается, в очередной раз вызывая срыв потока. Циклические повторы этого явления приводят к характерным «клевкам» передней части машины. Решить проблему можно, если удается добиться, чтобы прижимная сила не снижалась, все время оставаясь более-менее стабильной.
Есть ли связь нового регламента и аварии Мика Шумахера?
После возвращение в Формулу 1 граунд-эффекта некоторые зарубежные эксперты предвещали новые серьезные аварии сродни тем, что происходили в 80-е. А авария Мика Шумахера во время квалификации в Джидде стала причиной дальнейших обсуждений, как бы все закончилось, если бы он управлял автомобилем предыдущего поколения.
Сергей Сироткин считает, что «сейчас команды и их техника находятся уже совсем на другом уровне развития. Имеющиеся знания, расчеты и общая технологическая база в разы сильнее, чем это было даже десять лет назад. Поведение машины можно спрогнозировать еще до того, как она выйдет на трассу, поэтому я не думаю, что ошибки могут быть столь серьезными».
Сергей уверен, что и авария Шумахера, и другие инциденты на трассе изначально не связаны с граунд-эффектом. Особенно это касается Николаса Латифи, который просто допустил в повороте глупую и детскую ошибку.
Что же касается Мика Шумахера и двух Alpine, которые оказались в почти схожей ситуации, за исключением того, что и Алонсо, и Окон сумели их поймать, срыв произошел по другим причинам.
«Когда выезжаешь из поворота на абсолютном пределе, но руль все еще повернут, и при этом машина наезжает на поребрик, с которого затем соскальзываешь задней осью, то просто теряешь сцепление. А вот потом, конечно, вступает в силу и аэродинамика. Т. е. вначале машину срывает по другим обстоятельствам, но тот факт, что она оказывается на поребрике, приводит к снижению прижимной силы, которую генерирует днище. В этот момент поток воздуха направлен на машину под большим углом, а на таких скоростях машины к этому крайне чувствительны. Плюс дополнительно 15-20% прижимной силы может быть потеряно даже за счет того, что машина в этот момент находится с полностью вывернутым рулем, т. е. в глубоком дрифте. Все это происходит одновременно и моментально, и ты уже в стене».
Большинство пилотов не слишком позитивно высказываются относительно машин с граунд-эффектом именно потому, что автомобиль становится более непредсказуемым и неуправляемым. Гораздо большая безопасность достигается при меньшей прижимной силе, генерируемой с помощью днища, и большей, исходящей от крыльев.
Сергей считает, что хотя технологии развиваются и машины с граунд-эффектом становятся все более безопасными, все равно определенное довольно опасное направление в этом развитии есть.
Перед командами и конструкторами сейчас стоит основная задача научиться справляться с эффектом дельфинирования. И одной из причин может стать уже имеющийся опыт в этой области кого-то из специалистов. Так, например, Эдриан Ньюи, строящий машины для команды Red Bull, уже в начале 80-х работал в Формуле 1, в том числе в команде March, и сталкивался с граунд-эффектом и его последствиями еще в тот период.
Именно Red Bull в начале этого сезона был одной из команд, наименее подверженных этому эффекту. Хуже всего дела обстояли с этим у Mercedes, которые признают, что граунд-эффект мешает им добиться максимальных скоростей и негативно влияет на управляемость автомобиля.
Очень интересно посмотреть, как команды справятся со своими проблемами и как будет выглядеть турнирная таблица, когда основные игроки выжмут максимум из своих автомобилей.
Марио Андретти об истории граунд-эффекта
В этом году в Формулу 1 возвращается так называемый «граунд-эффект», хорошо известный способ повышения прижимной силы, применявшийся ещё в 70-е. Марио Андретти, легендарный американский гонщик, выиграл чемпионат мира в 1978 году за рулём Lotus 79, в которой использовалось это техническое решение, но ему достоверно известно, что граунд-эффект был открыт намного раньше.
«Идея родилась в 1970-м и была связана с моим опытом пилотирования машины March 701, – вспоминает Андретти в интервью Auto Motor und Sport. – её боковые понтоны были похожи на крылья. Во время тестов на трассе в Кьялами (в ЮАР), мы сняли боковые понтоны, чтобы снизить лобовое сопротивление. И вдруг выяснилось, что передняя часть машины разгрузилась – это говорило о том, что боковые понтоны генерировали прижимную силу.
Чтобы компенсировать возникший эффект, пришлось ставить на машину дополнительные крылья, но это помешало реализовать наш план, мы ведь хотели уменьшить лобовое сопротивление.
Затем как-то раз в конце 1976 года, когда я выступал за Lotus, мы встретились на базе команды, чтобы обсудить планы по созданию новой машины. Инженеры спросили, чего бы мне хотелось. Я сказал, что гонщикам хочется побольше прижимной силы, но чтобы за это не надо было платить слишком высокую цену.
Они рассмеялись и сказали: «Да-да, все этого хотят!» Тогда я рассказал им историю о боковых понтонах March, и мы начали обсуждать эту тему. На March 701 они были довольно короткие, поэтому Колин Чэпмэн предложил: а что, если сделать большие боковые понтоны в длину всей колёсной базы, и как бы «запечатать» их края?
Первая машина, в которой использовался «граунд-эффект», была не такой уж хорошей, но это было развитие идеи, которая появилась у команды March намного раньше. Разумеется, в этом никто никогда не признался. Уступать лавры March не хотелось.
Во время тестов в Хоккенхайме я заметил, что в одном из скоростных поворотов, в средней его фазе, вдруг произошло резкое увеличение прижимной силы. Я постепенно наращивал темп и ехал всё быстрее. Было понятно вот что: чем ближе края боковых понтонов к трассе, тем сильнее ощущается этот эффект. Тогда Чэпмэн отправил кого-то из механиков в магазин за пластиковой лентой. Мы закрепили её вдоль боковых панелей, и я сразу поехал на полторы секунды быстрее.
К сожалению, пластиковый «фартук» изнашивался уже через пару кругов. Тогда в двух или трёх гонках мы попробовали использовать специальные щётки, но, конечно, это было не так уж эффективно. Тогда Колин попросил фотографа сделать снимки машины в разных поворотах, чтобы понять, каким образом при их прохождении распределяется воздушный поток.
Благодаря этому появилась идея сделать фартуки подвижными – это позволило добиться, чтобы зона разрежения под днищем машины оставалась стабильной. Затем, уже ориентируясь на это, мы оптимизировали конструкцию диффузора и скорректировали величину дорожного просвета.
Два канала в боковых понтонах проходили вдоль всей машины. Но при этом задние тормоза на Lotus 78 всё равно мешали прохождению воздушного потока, и на Lotus 79 Чэпмэн установил тормозные суппорты непосредственно на корпусе трансмиссии, однако это создало другую проблему. Тепло от трансмиссии передавалось тормозам, из-за чего тормозная жидкость начинала кипеть.
Когда машина Lotus 79 дебютировала на Гран При Бельгии 1978 года, при торможениях мне постоянно приходилось по несколько раз давить на педаль, только тогда удавалось сбросить скорость. И всё-таки я выиграл ту гонку. Но Чэпмэн не хотел даже слышать о проблемах, главным для него было то, что наша машина оказалась быстрее всех…»
Когда Андретти спросили, что он думает о машинах Формулы 1 нового поколения, он предпочёл воздержаться от прогнозов: «Насколько я понимаю, предполагается, что зона турбулентности позади этих машин будет меньше, и гонщикам будет проще преследовать соперников.
Идея в том, чтобы прижимная сила вырабатывалась под днищем машины. Поэтому я никогда не мог понять, для чего несколько лет назад в Формуле 1 решили сделать машины шире и увеличить размер крыльев. Это лишь увеличило зону турбулентности, и обгоны стали ещё больше зависеть от систем DRS.
Теперь всё делается наоборот, и это правильно. Но я не возьму на себя смелость предсказывать, действительно ли это позволит гонщикам вести более плотное преследование соперников, в том числе в поворотах. Вот если статистика обгонов увеличится на 30%, тогда можно будет считать, что прогресс достигнут».
Граунд-эффект – ключ к здоровью Формулы 1
Вот и подошел к концу очередной сезон Формулы 1. И, несмотря на весьма интересный чемпионат, у «Больших Призов» по-прежнему есть множество нерешённых проблем. О них мы сегодня и поговорим.
Анамнез
«Я могу прямо сейчас расписать первые 15 мест следующей гонки — не совпадёт лишь пара позиций, — объяснял свой уход из Формулы 1 Фернандо Алонсо. — Формула 1 даёт слабое шоу, мы куда больше полемизируем и обсуждаем радиопереговоры, а не события на трассе. Сложно принять то, насколько предсказуемой стала Формула 1». И испанец, что бы ни двигало им во время этого интервью, прав.
В современной Формуле 1 лишь три команды способны бороться за подиум, а регулярно бороться за победы — только две из них. Чемпионат де-факто разделён на две лиги: топ-команды и все остальные. Подобное положение вещей возникало в «Больших призах» и ранее, но разрыв был не так велик, а «остальные» время от времени получали шанс дотянуться до «топов» и попортить им жизнь.
Многие хорошо помнят сезон-2012, когда первые семь гонок выиграли семь разных пилотов, но и в 2013-м, например, победы одерживали четыре разные команды. В том же 2008-м, накануне серьёзных перемен в регламенте, на подиуме побывали представители восьми (!) команд, включая считавшихся аустайдерами Honda и Williams.
Это было в тот момент, когда в паддоке жаловались на малое число обгонов и скучные гонки. Предполагалось, что в 2009 году ситуацию исправит реформа аэродинамики — резкое сокращение прижимной силы заставит пилотов больше работать за рулём, будет провоцировать их на ошибки и сделает заезды непредсказуемыми. Что из этого вышло?
Несколько лет невероятно уродливых машин со ступеньками на носу и возвращение прижимной силы уже в 2017-м. Помогло ли это решить проблемы? Алонсо считает, что всё стало только хуже. Конечно, нельзя сказать, что в современной Формуле 1 вообще всё плохо, но многое — очень многое — можно сделать куда лучше.
Тренировки для тех, кто не умеет ездить
Залог увлекательной гонки — неожиданная стартовая решётка. Весь мир с замиранием сердца ждал старта Гран При Мексики, который гонщики Red Bull начинали с первого ряда, увлекательным получился и этап в Остине, где Феттель вынужден был стартовать позади Райкконена, Боттаса и Риккардо. И если в Мехико неожиданные итоги квалификации объяснялись особенностями трассы и разреженным воздухом выскогорья, то в Остине ключевую роль сыграл пятничный дождь.
Перед Гран При США у команд не было возможности три часа работать на чистой трассе и доводить до идеала настройки, а потому в квалификации гонщики ехали практически вслепую — полагаясь не на решения инженеров, а на собственные ощущения и интуицию. Это сыграло свою роль и в гонке, поскольку в боксах не знали, как поведёт себя машина в той или иной ситуации, и должны были импровизировать по ходу заезда.
Так, может, в этом и кроется решение? Полный отказ от пятничных тренировок привёл бы к тому, что пилотам каждый раз приходилось бы выезжать на квалификацию, как в Остине. Ответственность пилота и давление на него стали бы ещё выше, а роль инженеров в итоговых результатах квалификации резко снизилась бы. Часовой разминки в субботу утром вполне достаточно, чтобы лучшие пилоты в мире проверили трассу, а инженеры убедились, что машина на ходу. При желании можно даже выделить десять минут на разовый тест обновлений.
Освободившееся время в пятницу стоило бы отдать молодым пилотам, которым катастрофически не хватает «наката». У пилотов Формулы 1 перед квалификацией есть четыре часа тренировок, а у гонщиков гонок поддержки — лишь 30 минут. А ведь именно молодым пилотам нужно проводить больше времени на трассе, изучать конфигурацию и оттачивать мастерство.
В то же время гонщики Формулы 1 могли бы уделить пятницу маркетинговым активностям, встречам с болельщиками и интервью местным телеканалам — это даст куда больший охват, чем три часа однообразных заездов без какой-либо спортивной интриги. Кроме того, уже не первый год идут разговоры о реформе расписания гоночного уик-энда, чтобы сделать его более насыщенным и интересным для болельщиков — вряд ли зрители так уж дорожат свободными заездами, ведь трибуны в этот момент зачастую пустуют.
Граунд-эффект — ключ к борьбе на трассе
Главная проблема сегодняшних гонок — потеря прижимной силы при преследовании соперника. Она ощущается даже если впереди идущая машина оторвалась на 5-6 секунд. В прежние годы — в 80-х и 90-х — обогнать тоже было очень трудно, но была возможность преследовать и «подогревать» соперника, подготовить атаку и выбрать для неё правильный момент. Теперь же пилоты предпочитают держаться чуть позади, чтобы не перегреть шины и двигатель, и попытаться отыграть позицию за счёт пит-стопов или ждать чужой ошибки. В такой ситуации на некоторых автодромах гонки проходят с одним-единственным обгоном. И потому ни зрелищная церемония открытия, ни развлекательные программы, ни концерты суперзвёзд не способны привлечь на трибуны болельщиков.
Проблема не нова и решить её пытаются уже много лет. Именно с этой целью — облегчить обгоны — в 2009-м была упрощена аэродинамика. Ради обгонов на машинах появилась DRS, а Pirelli делала шины, разваливающиеся уже после пяти кругов, чтобы разница в темпе была большой и гонщики могли обгонять. Правда, о борьбе речи уже не шло, да и не обгоны это были — машина на свежих шинах просто проезжала мимо автомобиля, у которого резина была разрушена. Зрелищности это гонкам не добавило, зато хаоса на трассе стало намного больше.
В 2017 году уровень прижимной силы вернулся на прежний уровень, но со следующего сезона передние антикрылья станут намного проще и лишатся многоуровневых конструкций, а значит, «прижимать» машины они будут слабее. Предполагается, что за счёт снижения эффективности аэродинамики потеря прижимной силы позади соперника будет меньше, однако сама по себе проблема останется.
Другими словами, если на переднее антикрыло не поступает воздух, уже поднятый идущим впереди автомобилем, то прижимной силы не будет нигде — ни на задней оси, ни спереди. А значит, подготовить атаку и вплотную следовать за соперником два-три круга будет по-прежнему тяжело.
Странно, что FIA и Росс Браун в этой ситуации не обращаются к уже готовому решению, неплохо зарекомендовавшему себя ещё в 80-х, — граунд-эффекту. Это концепция, в рамках которой при минимальном дорожном просвете воздух под днищем автомобиля становится настолько разреженным, что машину фактически присасывает к земле. Основную часть прижимной силы при граунд-эффекте генерирует днище болида, а это значит, что при преследовании соперника потеря «прижима» будет куда менее заметна.
В Формуле 1 граунд-эффект запрещён — в 80-х из-за неровностей трассы под днище попадал лишний воздух, и днище в результате теряло всю эффективность. Автомобиль, в мгновение лишившийся всей прижимной силы, зачастую взлетал в воздух, что приводило к очень опасным авариям.
Но на дворе 2018-й, на машинах установлены «ореолы», защитные структуры кокпита стали намного прочнее, изменились трассы, более безопасными стали поребрики. На данный момент нет ни одной логичной причины запрещать граунд-эффект. Более того, граунд-эффект широко использовался в этом году в серии IndyCar, и, несмотря на многочисленные кочки на трассах, никаких проблем это не вызвало.
Да, чтобы реализовать граунд-эффект в Формуле 1, командам придётся полностью перестраивать машины (читай — выложить кучу денег), однако часть расходов можно компенсировать удешевлением других компонентов. Так, часть аэродинамики, особенно в тех областях, где она не играет решающей роли, можно унифицировать. Инженеры, конечно, будут против, но именно в условиях жёстких ограничений такие гении, как Эдриан Ньюи, и находили революционные решения, обращая внимание на те области, которые ранее не играли важной роли.
Кто-то может посчитать, что унификация отдельных элементов аэродинамики — шаг к моносерии, но это не так, ведь с появлением граунд-эффекта откроется огромная область, в которой инженеры могут проявить всю свою фантазию. Кроме того, если Формула 1 собирается сохранить курс на экономию резины и топлива, то пусть именно в этом компоненте инженеры и соревнуются — при упрощённой и схожей аэродинамике результаты квалификации всегда будут плотными и непредсказуемыми, зато на дистанции гонки на первый план выйдут эффективное использование топлива и работа с резиной.
Иначе какой вообще смысл оставлять ограничения, скажем, на горючее? Экология? На фоне выбросов сотен самолётов, перевозящих на трассу болельщиков, команды, их оборудование, журналистов, спонсоров и VIP-гостей, экономия топлива в гонке кажется по меньшей мере лицемерием.
Топ-команды, которых более или менее устраивает нынешнее положение дел, будут против, ведь столь серьёзные перемены в регламенте могут поставить под угрозу доминирование «большой тройки», зато для Росса Брауна и Liberty это будет превосходный шанс проявить волю. В конце концов, не уйдёт Ferrari из Формулы 1 из-за одного лишь граунд-эффекта — это было бы огромным ударом по репутации итальянской марки.
Всё упирается в деньги
Наконец, главная проблема современной Формулы 1 — слишком неравномерное распределение призовых между командами. «Топы», у которых и без того огромные бюджеты и толпы спонсоров, получают огромные деньги, а середнякам достаются копейки. Так, в 2018 году Ferrari получит от FOM около $190 млн — это больше, чем весь бюджет Haas в Формуле 1. При этом сам Haas за прошлый сезон получил призовыми только $19 млн.
Это огромный разрыв, который приводит к тому, что у одних команд практически неограниченные ресурсы, а другие – с трудом сводят концы с концами. И дело здесь даже не в том, что у Haas слабые результаты — та же Force India два года подряд становилась лучшей командой «второй лиги», но не смогла дотянуть даже до конца этого сезона.
Разрыв между первой и последней командой Кубка конструкторов должен быть намного меньше. Например, в английской футбольной премьер-лиге занявший последнее место аутсайдер получает около двух третей от той суммы, которая полагается чемпиону (в АПЛ львиную долю призовых, как и в Формуле 1, составляют деньги, вырученные на продаже телеправ). И именно поэтому в АПЛ чемпионом неожиданно становится Leicester City, а в Формуле 1 у Эстебана Окона за весь год не было ни одного шанса на подиум.
Нынешняя система распределения призовых завязана на индивидуальных договорах с командами. Эти соглашения действуют до 2021 года, а потому в ближайшие пару лет изменить систему не удастся даже Liberty. Однако изменить её необходимо, чтобы обеспечить таким командам, как Williams или Sauber, для которых автоспорт — основное направление бизнеса, хоть какую-то финансовую стабильность. Ведь именно на них и держится спорт. Mercedes, Red Bull, Renault, Honda, Haas, Строллы — все они запросто уйдут из Формулы 1, когда она им надоест (такое уже бывало), в то время как Williams и McLaren — столпы этих гонок, однако их дальнейшая судьба зависит от спонсоров.
Liberty изо всех сил открещивается от наследия Берни Экклстоуна и утверждает, что всё можно сделать лучше. Сам Экклстоун на заре 80-х рассуждал примерно также — и он действительно сделал Формулу 1 лучше, если сравнивать её с временами «гаражистов». Теперь такой шанс есть у Liberty, но «окно возможностей» не безгранично, принимать решения нужно уже сейчас, чтобы к 2021-2022 годам решить существующие проблемы, а к 2025-му привлечь в «Большие призы» новых участников. Пока же Формула 1 стагнирует и ходит по одним и тем же граблям.