Как построить машину. Автобиография величайшего конструктора «Формулы-1»

Поворот – это то место, где в дело вступает прижимная сила. Прижимной силой мы называем давление, которое прижимает машину к земле. Попытка сгенерировать эту прижимную силу – главная цель работы над аэродинамикой автомобиля. За счет нее можно добиться большего сцепления без увеличения массы. Другими словами: больше сцепления, но не в ущерб динамике.

Рис. 2. Как работает крыло и как оно создает воздушные потоки на своих концах

В целом перед конструктором гоночного шасси стоят следующие задачи:

1. Добиться равномерного и стабильного сцепления шин с асфальтом и на торможении, и в поворотах, и на разгоне.

2. Максимально снизить массу автомобиля.

3. Уменьшить лобовое сопротивление воздуха.

4. Сгенерировать максимум прижимной силы с учетом характера трассы.

Рис. 3. Создание торцевых пластин автомобиля на огромном крыле

В 1977 году в гонках прижимная сила была еще слабо изучена. В 40-х и 50-х о ней вообще не знали, и только в 60-х аэродинамика начала играть хоть какую-то роль, когда команды стали крепить спойлеры на спортивные автомобили. В Ле-Мане игры с прижимной силой привели к тому, что пилоты жаловались, что даже на прямых машина вела себя нестабильно. И лишь в 1967-м, с появлением на Chaparral огромного заднего антикрыла от Джима Холла, автомобили стали генерировать существенную прижимную силу. Инженеры тогда буквально искали вдохновение в небе – в конструкции самолетов.

Самолет взлетает за счет того, что контуры его крыла разрезают воздушный поток надвое, а образовавшиеся два потока движутся с разными скоростями. Давление на крыло низкое, в то время как под крылом образовывается область высокого давления. Крыло движется туда, где давление ниже – вверх, – и в итоге самолет взлетает. Мы называем это «положительным подъемом».

Крыло на гоночном автомобиле работает так же, но в обратную сторону: «негативный подъем» – или «прижимная сила» – прижимает автомобиль к земле и обеспечивает шинам больше сцепления.

Это довольно простое решение, и в 70-х антикрылья появились у всех. Команды постоянно стремились добиться еще большей прижимной силы, но вплоть до 1977 года особенного прогресса в этой области не было.

Чтобы объяснить, что произошло в 1977-м, мне понадобится немного рассказать об аэродинамике. Разница в давлении на плоскостях крыла создает искажение потока воздуха – циркуляцию. В случае с гоночным автомобилем это означает, что воздух позади машины поднимается вверх, создавая своего рода хвост. Этот эффект можно четко увидеть, когда машины Формулы-1 едут по влажной трассе. Однако бывает, что воздух со стороны более высокого давления огибает крыло, повышая давление с противоположной стороны и, следовательно, снижая эффективность крыла. Такого рода утечки в сочетании с движением машины создают спиральную, похожую на торнадо структуру, известную как концевой вихрь. Эти структуры можно увидеть, когда болиды едут в туманный день или когда самолеты приземляются в похожих погодных условиях.

Самолеты (и птицы) решают эту потерю за счет большого размаха крыла. Примером могут послужить планеры, у которых очень длинные и тонкие крылья. Однако в 1968 году, после ряда аварий в Формуле-1, произошедших по причине длинных антикрыльев, появились новые правила, которые ограничивали их размер. Команды ответили установкой торцевых пластин на концы урезанных крыльев. Это позволило добиться более эффективного отвода утекающего воздуха, однако общая эффективность все равно стала ниже. И с 1968 по 1977 год это была самая современная технология в Формуле-1.

Но природа, как это часто бывает, уже придумала решение проблемы. Если вы обращали внимание – даже довольно тяжелые птицы вроде лебедей способны парить прямо над водой, едва касаясь ее кончиками крыльев. Для этого они пользуются двумя мощными эффектами:

1. Когда крыло касается поверхности воды, пространство для утечки воздуха оказывается перекрыто, область низкого давления над крылом не разрушается, за счет чего крыло становится намного более эффективным.

2. Загрязнение воздуха за крылом (циркуляция) противодействует поверхности воды, создавая под рабочей плоскостью еще большее давление – феномен, известный как «граунд-эффект».

Представьте это вверх ногами и получите генерирующее прижимную силу антикрыло, нижняя кромка которого замыкается в землю, – и вы получите превосходное решение. Именно так поступили в Lotus в 1977 году. Большую часть днища своей машины они превратили в огромное крыло, замыкающееся с асфальтом кончиками «скользящей юбки».

Это была инновация, которую сегодня мы назвали бы «революционной технологией», она изменила правила игры и подтолкнула аэродинамику на передовую дизайна гоночных машин.

Когда все это происходило – в конце 1970-х, – я изучал аэродинамику в университете и надеялся однажды построить карьеру в Формуле-1 – спорте, который так внезапно раскрыл значение аэродинамики.