Когда расцветали "Лотусы"

Новая Формула
Колин Чэпмен начинал скромно. Его фирма Lotus Engineering размещалась в небольшом сарае, и никто, кроме ее владельца, не осмелился бы предположить, что недалеко время, когда она обретет мировую известность.
Молодой инженер-прочнист Чэпмен конструировал и строил малыми партиями спортивные и гоночные автомобили, порой сам выступал на них в соревнованиях. В его конструкциях было заложено немало здравых инженерных решений, но отсутствие необходимых средств означало отсутствие выдающихся результатов. Эпизодические старты в отдельных этапах первенства мира Формулы- 1 успеха не приносили. Только в I960 году Стирлинг Мосс на Lotus 18 одержал первую в истории марки победу, выиграл Большой Приз Монако. Вообще же гонщики, выступавшие на автомобилях Lotus, но сумме очков на чемпионате мира не поднимались выше третьего места, и в 1961 году, когда на сцену вышли машины Ferrari и BRM с моторами мощностью 180-190 л.с., автомобили Lotus со 150-сильными 4-цилиндровыми двигателями Coventry Climax могли рассчитывать лишь на случайный успех.

Это был первый год, когда вступила в действие новая Формула-1. Она ограничивала рабочий объем двигателей полутора литрами, а масса машины (без гонщика и топлива) не должна была быть меньше 450 кг. Ее называли "карликовая” и даже "детская’' гоночная Формула. Как бы то ни было, но правила поменялись кардинально, и это требовало столь же кардинально поменять и подход к конструированию машин. Что и сделал Чэпмен. Отсутствие мощного гоночного двигателя он решил компенсировать таким шасси, которое позволяло бы наверстывать секунды, упущенные на длинных прямых участках, выигрышем времени на поворотах.

Проверка на прочность

Сегодня его подход стал хрестоматийным для конструкторов гоночных машин. Чэпмен проанализировал всю конструкцию автомобиля с позиций инженера-прочниста. Главный вывод, к которому пришел директор и главный конструктор Lotus, - необходимо резко увеличить жесткость рамы на кручение. При прохождении поворотов она упруго деформируется настолько, что колеса по отношению к дороге занимают непредсказуемое положение, и машина не исполняет точно команды водителя. В то время рамы гоночных автомобилей изготавливались в виде пространственной фермы, сваренной из труб. Однако жесткость на кручение (торсионная жесткость) этой конструкции уже не удовлетворяла Чэпмена. Lotus 24 с такой рамой разочаровал. В 1961 году он проявил себя ненадежным, склонным к поломкам чересчур облегченных деталей. Главный же недостаток - пространственная трубчатая рама была хлипкой. Ее торсионная жесткость, хотя и была выше, чем у моделей-одногодок (95 кГм на градус против 50-60), оказалась недостаточной.

Расчеты, сделанные Чэпменом и его коллегами Леном Терри и Майком Костином, показали, что нужна, но крайней мере, вдвое большая величина жесткости на кручение. И Чэпмен решился на радикально новую конструкцию, которую и воплотил в модели 25 1962 года и модели 33 1964 года. Их появление произвело переворот в умах гоночных инженеров и вызвало цепную реакцию подражаний. Понятие "рама” отошло в прошлое. Ее заменил монокок - несущий корпус.
На Lotus 25 несущий корпус представлял собой два полых лонжерона, основное сечение которых напоминало латинскую букву D, высотой около 300 мм и шириной около 150 мм. Наружная панель каждого лонжерона - из алюминиевого сплава L72, внутренняя – из стального листа. Толщина панелей - 1.6 мм. Днище корпуса - из стального листа. Роль поперечин играли четыре отлитых из легкого сплава обруча, которые непосредственно воспринимали всю нагрузку от пружин и рычагов подвески колес. От обручей усилия распределялись на панели лонжеронов, которые соединялись между собой заклепками.
Наружная панель каждого лонжерона служила наружной поверхностью кузова. Внутрь пустотелых лонжеронов через небольшие отверстия (не ослаблявшие силовой схемы) вставлялись бензобаки бурдючного типа, сделанные из прорезиненной ткани. Два бака находились в лонжеронах, а третий - за наклоненной на 45 градусов переборкой, отделявшей сиденье водителя от моторного отсека. Баки (каждый весил всего 1.8 кг) вмещали 118 литров бензина. Применение несущего корпуса дало выигрыш в массе в три килограмма (29,5 кг против 32,6 кг у трубчатой рамы). Но главный итог - торсионная жесткость всей конструкции возросла до 207 кГм на градус, а с жестко закрепленным в корпусе двигателем - до 330!

Двигатель для Lotus

Фирма Coventry Climax начала проектирование 1.5-литрового 8-цилиндрового гоночного мотора модели FWMV в сентябре I960 года. Первые образцы уже были готовы для испытаний в мае 1961 года, а их дебют на гонках состоялся в августе того же года на машинах Cooper. FWMV был V-образным, 8-цилиндровым, с блоками, расположенными под утлом 90 градусов. Головка и блок цилиндров отлиты из алюминиевого сплава. В каждом цилиндре - по два клапана и одной 10-миллиметровой свече. Два распределительных вала каждого блока цилиндров приводятся однорядной цепью. Система смазки с сухим картером. Зажигание - транзисторное, причем управляющий блок первоначально размещался в задней части мотора, где перегревался из-за соседства с коллектором выпускных труб. С 1963 года блок перемещен в переднюю часть двигателя.
Вообще FWMV год от года подвергался модернизации. В 1963 году вместо четырех сдвоенных карбюраторов Weber фирма стала монтировать систему впрыска Lucas с распылением топлива во впускной канал. Двигатель стал работать без провалов в среднем диапазоне оборотов. Одновременно был укорочен ход поршня. На следующий, 1964 год, были изменены выпускные каналы и фазы газораспределения, и Coventry Climax гарантировала всем своим клиентам (Lotus, Cooper, Brabham) мощность не менее 200 л.с.
Наконец, в 1965 году увидела свет конструкция с четырьмя клапанами на каждый цилиндр и с еще более коротким ходом поршня. Таким образом, отставание в мощности от Ferrari и BRM удалось ликвидировать.
Когда же в 1966 году вступила в силу новая Формула-1, которая подняла предел по рабочему объему до трех литров, ряд моторов FWMV получил расточенные гильзы цилиндром и увеличенные по диаметру поршни. Рабочий объем вырос до двух литров (мощность поднялась до 280 л.с.), но мотор потерял надежность.
Двигатели FWMV всех модификаций работали с двухдисковым сцеплением Borg & Beck и пятиступенчатой коробкой ZF, у которой четыре высших передачи имели синхронизаторы. Чэпмен предусмотрел различные комбинации передаточных чисел в коробке и главной передаче, и максимальная скорость в зависимости от характера гоночной трассы варьировалась от 203 до 271 км/ч.

Разносторонний Чэпмен

Двигатели FWMV стояли не только на Lotus. Первая партия из 20 двигателей, например, предназначалась еще для двух английских гоночных автомобилей Формулы-1: Cooper и Brabham. В этой ситуации, как представлял себе Чэпмен, при равных возможностях всех трех фирм по моторам, машины Lotus должны были иметь преимущество по конструкции шасси. Важнейший шаг в этом направлении - легкий и жесткий монокок.
Однако Чэпмен при создании Lotus 25 проявил себя не только как талантливый инженер-прочнист. Будучи долгое время связан с авиационной промышленностью, он накопил известный практический опыт в области аэродинамики и не преминул использовать его при конструировании модели 25. Колин решил максимально улучшить обтекаемость Lotus 25. Прежде всего, сделал верхние рычаги передней подвески двуплечими, причем одно плечо, связанное с пружиной и амортизатором, находилось внутри кузова. Таким образом, поток встречного воздуха, обтекающий переднюю часть автомобиля, испытывал меньше возмущений.
Рулевая поперечная тяга на модели 25 лежала в одной плоскости с верхним рычагом подвески, что также улучшало аэродинамику машины. Но все это мелочи по сравнению с тем эффектом, которого конструктор добился, уменьшив лобовую площадь автомобиля. Для этого ему пришлось придать гонщику положение ‘‘полулежа”. Сначала спинка сиденья располагалась под углом 35 градусов к горизонту. Но гонка, длившаяся 2-2.5 часа, вызывала при такой посадке сильные боли в шейных мышцах. Поэтому спинку сиденья пришлось поднять до 15 градусов.
Гонщик на Lotus 25 держал руль (довольно малого диаметра - 310 мм) вытянутыми руками. Таким образом, появилась возможность уменьшить ширину кокпита до 400 мм, а максимальную наружную ширину кузова сжать до 700 мм. В результате у модели 25 лобовая площадь была наименьшей среди всех автомобилей Формулы-1, а сама машина с водой и маслом, но без топлива и гонщика весила 459 кг. Но на деле получалось, что кузов был скроен под первого гонщика команды - Джима Кларка, отличавшегося весьма скромными габаритами.
Lotus 25 оснащался отлитыми из магниевого сплава очень легкими колесами. Их конструкцию несколько ранее придумал сам Чэпмен, когда получил заказ на модернизацию автомобиля Vanwall. На диске колеса отчетливо видны шесть ступиц "волнообразной” формы. Такие колеса, хотя и были очень легкими, затрудняли отвод тепла от дисковых тормозов. Но машина модели 25 была легкой, и тормоза диаметром всего 240 мм работали не с такой уж высокой тепловой нагрузкой.
Пружинная подвеска колес была довольно мягкой: ход переднего колеса вверх из положения статической нагрузки составлял 190.5 мм, а заднего - 178 мм. При такой мягкой подвеске с кренами на поворотах боролись не только толстые стабилизаторы поперечной устойчивости, но и тщательно спроектированная кинематика передней и задней подвески с высоко расположенными центрами крена. Это тоже продукт исследований Чэпмена и его инженеров. Теоретические основы кинематического подбора параметров подвески еще в довоенные годы сформулировал работавший в Америке английский инженер М. Оллей. Однако практические рекомендации, базируясь уже на данных фирмы Lotus, предложил в 1981 году в своей книге "Новые направления в конструировании подвески” К. Кэмпбелл. Так что и здесь Чэпмен, можно сказать, опередил время.
Важно отметить еще одну черту Чэпмена, уже как талантливого руководителя. Его фирма была не в состоянии сама, подобно Ferrari или BRM, делать все узлы и детали своих гоночных машин. Чэпмен либо покупал готовые узлы, либо заказывал их специализированным фирмам. Моторы он получал от Coventry Climax, сцепления - от Borg & Beck, коробки передач и главные передачи - от ZF, амортизаторы - от Armstrong, тормоза - от Girling, рулевые реечные механизмы - от Alford and Adler, рулевые колеса - от Moto-Lite, радиаторы - от Serck. В этом проявилась еще одна сторона гения Колина Чэпмена - он был не только выдающимся конструктором, но и исключительно расчетливым организатором и предпринимателем. Его Lotus 25 и Lotus 33 (всего было сделано по семь экземпляров каждой модели) вошли в историю Формулы-1 и позволили Джиму Кларку выиграть два чемпионата мира.

Когда расцвели "Лотосы”

Lotus 25 в полной мере проявил себя в 1962 году: 6 поул-позиций, 5 лучших кругов в гонке и три победы, одержанные Джимом Кларком. Он лучше, чем два других гонщика команды, Тревор Тейлор и Питер Арунделл, чувствовал эту машину. Похоже было, что Чэпмен в лице Кларка нашел идеального испытателя и гонщика. Любопытно, что в своей спортивной карьере Кларк очень редко стартовал на автомобилях других марок.
Машина модели 25 в варианте 1963 года. Из семи экземпляров в 1962-1963 годах списано три (после аварий). На снимке шасси со снятым кузовом перед щитком приборов виден тройник с заправочной горловиной трех бензобаков. Расход топлива - около 54 л/100 км
Однако в 1962 году Кларк по сумме очков занял в чемпионате лишь второе место, а Тейлор - десятое. Зато 1963-й год стал подлинным триумфом шотландца, Чэпмена и Lotus 25В (модернизированного варианта): семь поул-позиций, шесть лучших кругов в гонке и семь побед.
В 1964 году соперники подтянулись, и в этом сезоне на старых запасах монополию на победы, завоеванную моделью 25, удержать не удалось. Lotus 33 к началу сезона еще не был доведен на 100%, и в ряде гонок пришлось выводить на старт проверенный Lotus 25В. Тем не менее, на счету машин 25В и 33 - пять поул-позиций, четыре лучших крута и только три победы. В итоге по сумме очков Кларк в чемпионате мира занял третье место, а его напарник Арунделл - восьмое.
В отличие от Кларка другие гонщики за рулем Lotus 25 успеха добивались редко. В 1964 году Джим выиграл три гонки, а, например, Арунделл лишь дважды финишировал третьим, как в Монако, где занял в итоге место даже выше, нем Кларк
Модель 33, которая, по сути, эволюционировала из 25В, полностью себя реабилитировала в сезоне 1965 года: шесть поул-позиций, шесть лучших кругов и шесть побед. Интересно, что все они одержаны Кларком, и пять из них он выиграл подряд на трассах в Бельгии, Франции, Англии, Голландии и Германии. Кларк во второй раз стал чемпионом мира, а второй гонщик Lotus Майкл Спенс занял восьмое место.
По сравнению с Lotus 25В монокок модели 33 был переконструирован. Его панели теперь имели толщину 1,22 мм, а торсионная жесткость составила почти 400 кГм на градус. Кинематику передней и задней подвески, а также рулевого привода Чэпмен пересмотрел. Он оснастил машину 13-дюймовыми колесами, новой коробкой передач ZF, а также мотором мощностью 204 л.с.
Поскольку радиус качения 13-дюймовых шин Dunlop на 16 мм меньше, чем у 15-дюймовых, то переход на покрышки меньшего диаметра означал бы сокращение дорожного просвета с 95 до 79 мм. А это повышало риск ударов масляного поддона двигателя о неровности трассы. Поэтому Чэпмен увеличил удельную жесткость подвески примерно на 25% и несколько сократил ход колес на сжатие. Кроме того, он немного поднял двигатель, а с ним коробку передач. В результате полуоси располагались не горизонтально, а под небольшим углом. Поскольку роль внутреннего карданного шарнира полуоси играл резиновый "бублик” сочленения Layrub, он не мог надежно работать в таком положении. Вместо него Чэпмен ввел обычный карданный шарнир, а для компенсаций осевых перемещений полуосей применил шлицевое сочленение со множеством роликов. Они размещались между шлицами и пазами для них и сводили к минимуму потери на трение в сочленении.
Следующий, 1966-й год прошел под знаком новой, трехлитровой Формулы-1. Попытки фирм Coventry Climax и BRM создать конкурентоспособные 16-цилиндровые моторы не увенчались успехом. 2-литровые модификации FWMV не отличались надежностью. В результате переделанные шасси 33 с 16-цилиндровым мотором BRM (Lotus 43) оказались тяжелыми (714 кг). В 1966 году команда могла похвастать лишь двумя поул-позициями и единственной победой. Это означало, что Кларк смог подняться в чемпионате мира только до шестого места. Тем не менее, Чэпмен не унывал - его конструкторы уже работали над машиной Lotus 19, которой суждено было открыть новую эпоху в конструкции машин Формулы-1.

Текст: Лев Шугуров

Журнал "Формула-1" октябрь, 2002