Болид «Формулы-1» реально способен гнать по потолку! Максимально понятное объяснение от инженера «Мерседеса»
Но могут быть проблемы с мотором и трансмиссией.
Про болиды «Формулы-1» уже много лет ходит мозговзрывающая легенда, в которую редко кто-то всерьез верит: современная машина для Гран-при способна гнать по потолку. Такое заявление даже висело на официальном сайте серии в статье про аэродинамику до 2019-го! (Теперь весь раздел с объяснениями основ больше не доступен).
Естественно, никто и никогда не пробовал провести эксперимент – а потому опцию рассматривают исключительно в качестве мифа для демонстрации лоска, гламура и крутости болидов для Гран-при по сравнению с машинами из других серий.
И вот теперь, пока лучшие умы «Формулы-1» скучают на карантине по домам, директор «Мерседеса» по технологиям Майк Элиотт объяснил, как такое может быть с точки зрения аэродинамики – и с какими не самыми очевидными на первый взгляд проблемами можно столкнуться в процессе.
«Сперва нужно прояснить: что же такое прижимная сила? Можно объяснять это по-разному, но мне кажется, проще и понятнее всего – так: когда машина двигается, то проходит сквозь воздух. На нее действуют аэродинамические силы, как на самолет – только он генерирует подъемную силу, чтобы взлететь. Болид «Формулы-1» наоборот – прижимает к треку. Сила, которая это делает, и называется прижимной.
Фактически на наших машинах – те же крылья с самолетов, только перевернутые. Поэтому вместо того, чтобы поднимать в воздух, они вжимают болид в землю. Насчет прижимной силы есть несколько распространенных заблуждений. К примеру, если посмотреть, на распределение давлений по крылу – то при полной остановке воздуха с помощью крыла коэффициент динамического давления будет равен единице. Это будет максимальное положительное давление.
В то же время негативное давление, или высасывание из-под крыла (у самолета эта часть – верхняя) может быть в шесть раз сильнее. Вот как это примерно выглядит на диаграмме.
Именно нижняя часть крыла выполняет большую часть работы по генерированию прижимной силы.
Зачем это вообще нужно машине? Для сцепления на передних и задних шинах. В самых первых сезонах «Формулы-1» аэродинамических элементов не было, потому что люди не знали, что так можно ехать быстрее. Эта идея – не очевидная.
Конечно, главная причина скорости в поворотах – повышение сцепления шины с дорогой. Чем больше мы вдавливаем болид в асфальт – тем больше сцепления у него появляется. Итак, цель – вжимать машину вниз. Если бы мы делали это через повышение массы, то создавали бы больше сцепления, но двигателю пришлось бы разгонять больше веса в поворотах и на прямых – в итоге с ростом сцепления мы бы проигрывали в скорости все больше и больше.
Вывод: нужен способ нагружать машину без повышения массы. Тут-то на помощь и пришла прижимная сила: с ней можно повышать сцепление до тех же уровней, но в поворотах и на прямых нет дополнительного веса.
Наибольший эффект прижимная сила имеет совсем не в быстрейших виражах, а в медленных поворотах. Количество прижимной силы возрастает вместе со скоростью, так что большая часть времени проигрывается на медленных отрезках – просто потому, что ты едешь там дольше всего. Так что наибольший эффект прижимная сила имеет на переходе от медленного к среднескоростному повороту – в таких она помогает отыгрывать наибольшее количество времени на круге.
Болид «Формулы-1» генерирует намного больше прижимной силы по сравнению с собственным весом (mg – примерно 7350 Н). Правда, в зависимости от скорости. Но может ли наша машина проехать по потолку туннеля? Да. Вообще провернуть такое – немного сложнее, чем просто рассчитать необходимую прижимную силу для удержания веса болида на потолке, надо еще и понять, сколько нужно дополнительной прижимной силы для компенсации лобового сопротивления колес – чтобы они могли вращаться.
Если посчитать навскидку, то, выходит, на скорости 150 км/ч современный болид способен поехать по потолку. Да, на половине от максимальных возможностей. По крайней мере, в смысле требований от одной лишь прижимной силы. На самом деле, никому бы не хотелось на середине эксперимента остаться без мощности по любой причине. Топливо не будет нормально поступать в цилиндры в перевернутом моторе, коробка передач останется без нужной смазки, как и сам двигатель.
Да и про лобовое сопротивление нельзя забывать. У болида «Формулы-1» его безумно много. Одни лишь шины взаимодействуют с потоком так сильно, что создают больше лобового сопротивления, чем любая обычная дорожная машина. Ну, у обычных авто колеса закрыты, и покрышки намного уже – у них вообще не так много лобового сопротивления. А в болиде «Формулы-1» воздух с огромной скоростью разбивается о пятно контакта и создает огромное завихрение.
Весь вопрос заключается в другом: кто же рискнет попробовать проехать по потолку? Ответ: определенно нет, это слишком рискованно! Хотя бы не с моими гонщиками, пожалуйста.
Знаете, что самое смешное? Обычно я использую этот вопрос как финал для собеседований. Когда разговариваю с инженерами, предлагаю им рассчитать способ, проверяю, учли ли они лобовое сопротивление колес, а потом спрашиваю… А потом говорю: «Попробовали бы вы такое?» Чаще всего они отвечают: «Да!» А я: «Правда?» Просто чтобы увидеть, есть ли у них нужный практический склад ума, чтобы осознать: нет, лучше не стоит, это полное безумие».
«Мерседес» за 100 часов создал массовый аппарат для спасения жизней. На том же принципе, который помогает в гоночных поворотах
В «Ф-1» гонялись и болиды с закрытыми колесами. Один чуть не разнес всю серию – выиграл 3 Гран-при из 4
«Здесь один из самых техничных секторов календаря». Эту трассу «Ф-1» можно оценить только на симуляторе «Мерседеса»
Фото: northamptonchron.co.uk; flickr.com; wtf1.com