Аэродинамика Журнал "Формула" '98
Рожденный ездить летать не должен - решили конструкторы гоночных автомобилей и оснастили свои машины... крыльями. Но поскольку крылья эти не помогали взлетать, а только сильнее придавливали машину к асфальту, они получили приставку "анти". Так появились антикрылья.
Официально датой "рождения" антикрыла считается июнь 1968 г., когда на тренировке Большого Приза Бельгии в Спа дебютировала "оперившаяся" Ferrari 312 Мауро Форгьери. На деле же антикрылья появились несколько раньше. Еще до Второй мировой войны некоторые автомобили, принимавшие участие в заездах на установление рекордов скорости, оснащались некими прообразами современного антикрыла.
И все-таки до конца 50-х годов о появлении антикрыльев в Формуле-1 не могло быть и речи. Переднемоторные машины не позволяли инженерам в полной мере экспериментировать с аэродинамикой, и многие конструкторы отводили совершенствованию аэродинамических характеристик автомобилей второстепенную роль, предпочитая больше внимания уделять повышению мощности моторов, совершенствованию подвески и т.д. Попыток "подчинить себе воздух" практически не предпринималось. Пожалуй, единственным всплеском в этом направлении был эксперимент инженеров Mercedes, в случае удачи грозивший превратить Формулу-1 в еще один "кузовной" чемпионат. Речь идет о попытке штутгартцев в 1954 г. в целях уменьшения лобового сопротивления закрыть колеса машины обтекателями. В итоге получился своего рода гибрид спортивного автомобиля и болида Формулы-1. Однако, обладая рядом преимуществ, новинка Mercedes имела один существенный недостаток, предопределивший ее короткую жизнь: закрытые обтекателями передние колеса вызвали нарекания гонщиков, затруднив им маневрирование в поворотах.
Автомобиль-сигара
Несмотря на провал, эксперимент инженеров Mercedes стал предвестником грядущих перемен. "Мертвый сезон" для специалистов по аэродинамике продолжался еще несколько лет, но уже к началу 60-х в Формуле-1 начался первый "аэродинамический бум". Все команды перешли к центральному расположению мотора, и на трассах чемпионата мира появилось новое аэродинамичное поколение машин - "автомобили-сигары".
Получив, наконец, тот простор для поисков, которого им так не хватало в эпоху переднемоторных машин, инженеры теперь неустанно экспериментировали с аэродинамикой, и автомобили стали "худеть" не по дням, а по часам. Очень скоро машины всех без исключения команд были похожи на длинные гаванские сигары на колесах. "Сигарообразные" автомобили не отличались особой красотой и грациозностью, однако были предельно просты с аэродинамической точки зрения. Их главным козырем была минимальная за всю историю Формулы-1 площадь фронтальной поверхности автомобиля - 0,7-0,9 кв. м.
"Сигары" прекрасно чувствовали себя на прямых: малый коэффициент лобового сопротивления позволял развивать фантастические по тем временам скорости. Но в поворотах у нового поколения машин еще оставался нераскрытый потенциал, реализовать который конструкторам удалось, лишь навесив на них крылья. Идея была, в общем-то, уже не нова: еще в 1965 г. на спортивном автомобиле Chaparral было установлено первое антикрыло, в 1967 на некоторых машинах Формулы-1 в зоне передних колес стали возникать небольшие "отростки", которые при определенной натяжке также можно назвать "мини-крылышками".
В 1968 г. в Монако на новой модели команды Lotus 49В конструкции Колина Чэпмена и Мориса Филиппа, наконец, появились настоящие крылья на носу автомобиля, ставшие прообразами современных передних антикрыльев. Задняя часть машины тоже имела довольно интересную с аэродинамической точки зрения конструкцию. Хотя заднего антикрыла, как такового, на Lotus 49B тогда еще не было, плоская форма обтекателя, чуть приподнятая в зоне задних колес, создавала эффект крыла небольшой градусности и давала дополнительное прижимное усилие.
Впрочем, уже через две недели - на бельгийском этапе чемпионата мира - Ferrari первой среди всех команд Формулы-1 решилась выставить на старт машину, оснащенную революционной новинкой - огромным антикрылом, возвышавшимся над мотором. Правда, "окрыленная" машина досталась только одному гонщику Scuderia - новозеладцу Крису Амону, в то время как Жаки Икс стартовал на традиционной "бескрылой" версии Ferrari. Зато у команды, как и у соперников, с интересом присматривавшихся к новинке итальянцев, появилась возможность в боевых условиях реально оценить пользу антикрыла.
И уже после первых же тренировок всем и все стало ясно. Преимущество "крылатой" Ferrari Амона не подлежало сомнению. Несмотря на довольно уверенное выступление в квалификации Жаки Икса, показавшего третье время, тягаться со своим партнером по команде бельгиец был не в силах. Выиграв поул, Крис "привез" ему без малого 6 секунд. Правда, в гонке, пробив масляный радиатор, Амон вынужден был сойти уже на девятом круге, но, получив в тот день первое боевое крещение в дождливых Арденнах, антикрылья стали неотъемлемой частью гоночного автомобиля.
Уже к концу лета 1968 г. почти все команды по примеру Scuderia оснастили свои машины крыльями на высоких древках. Причем некоторые крылья были активными: пилот в ходе гонки имел возможность изменять положение антикрыла. Конструкции, регулирующие угол атаки антикрыльев, были на редкость интересны и разнообразны: от простых многопозиционных переключателей, установленных в кокпите, до сложных полуавтоматических регуляторов. Бернар Бойе из французской Matra установил на машину специальный электродвигатель, изменявший угол атаки антикрыла при нажатии на педаль тормоза. В Ferrari для этих же целей разработали систему гидроцилиндров.
Осенью 1968 г. на трассах чемпионата мира появились и своего рода "бипланы": для увеличения прижимной силы, действующей на передние колеса, конструктор Brabham Рон Тауранак установил над рычагами передней подвески еще одно антикрыло. Машину сразу окрестили "двухпалубной", но идея подобного расположения плоскостей дальнейшего развития так и не получила, во многом из-за скорого запрета антикрыльев.
После первой тренировочной сессии Гран При Монако 1969 г., Международная спортивная комиссия (CSI) поставила крылья вне закона. Поводом к такому решению послужили страшные аварии двух гонщиков команды Lotus на предшествовавшем гонке в Монте-Карло Гран При Испании. Из-за поломок крыльев Грэм Хилл и Йохен Риндт с разницей в 17 минут разбили свои машины в одном и том же повороте городской трассы в барселонском Монтжуик-парке, и только по счастливой случайности обошлось без жертв. Собственно, недовольство гонщиков громоздкими конструкциями антикрыльев нарастало давно: дело в том, что древки заднего крыла крепились на шарнирах к рычагам подвески, и несмотря на все усилия инженеров, достичь необходимой надежности этих конструкций так и не удавалось. Из-за постоянной вибрации на огромных скоростях шарниры неминуемо разбалтывались, и отрыв антикрыльев был достаточно частым явлением.
После запрета крыльев конструкторы принялись искать им замену, и тут очень кстати оказался опыт Колина Чэпмена. Уже в Монте-Карло некоторые дизайнеры умудрились установить вокруг мотора специальные аэродинамические обтекатели по примеру Lotus 49B образца 1968 г.
Однако вскоре, видя бесплодность дальнейших запретов, CSI решила раз и навсегда узаконить антикрылья, подвергнув их жесткой стандартизации. Высота крыла была ограничена 800 мм, ширина - 1100 мм для задних и 1500 мм для передних крыльев. По новым правилам антикрылья должны были иметь жесткое крепление к корпусу автомобиля, и пилот не имел права изменять угол атаки по ходу гонки. Благодаря этому решению комиссии в скором времени машины Формулы-1 вновь обрели крылья, которые уже были более или менее похожи на те, что мы видим в современной Формуле.
Автомобиль-клин
Семидесятые годы - период аэродинамического расцвета Формулы-1. После эпопеи с крыльями конструкторы стали все больше задумываться над тем, как бы еще сильнее прижать машину к асфальту. В 1970 г. неутомимый Колин Чэпмен совершил очередной переворот в аэродинамике "королевской" Формулы. После значительной перекомпановки автомобиля (наибольшим изменениям подверглась система охлаждения) Чэпмен отказался от считавшейся идеалом на протяжении 10 лет "машины-сигары" и создал Lotus 72 - легендарный "автомобиль-клин".
Идея была, в общем-то, довольно проста. Новый Lotus имел плоский клиновидный корпус, игравший роль одного огромного антикрыла. Чем больше была скорость, тем сильнее фронтальный воздушный поток прижимал машину к трассе. Это было серьезным шагом вперед по отношению к "сигаре", корпус которой, взаимодействуя с воздухом, создавал лишь незначительное прижимное усилие. Очень скоро "клин" Чэпмена получил в Формуле-1 столь же широкое распространение, как и антикрылья. В 1971-72 гг. большинство дизайнеров, взяв за основу аэродинамику Lotus 72, старались дополнить ее своими идеями и наработками, благодаря чему на трассах ежегодно появлялось довольно много очень интересных с аэродинамической точки зрения моделей.
Tyrrell 001-006 конструкции Дерека Гарднера отличались огромными передними спойлерами, направлявшими воздушный поток поверх колес. Несмотря на довольно неуклюжий вид, эти автомобили принесли Джеки Стюарту два чемпионских титула за три года. Робин Херд, напротив, украсил нос March 711, все еще сохранявшего "полусигарную" форму, необычным миниатюрным крылом-спойлером, мгновенно переименованным журналистами в "поднос". Рон Тауранак выставил "ушастый" Brabham, умудрившись разместить в спойлере перед передними колесами два довольно приличных радиатора.
Над головами гонщиков также стали расти воздухозаборники - "камины". Самой экзотической машиной в этом отношении была первая модель новой французской команды Ligier - JS5. Воздухозаборник автомобиля конструкции Поля Карилло в равной степени напоминал горб верблюда и перископ подводной лодки.
В поисках наилучших аэродинамических характеристик автомобилей дизайнеры шли даже на крайне рискованные и необычные эксперименты. Так, в 1976 г. команда Tyrrell выставила на гонки шестиколесную (!) модель Project 34. Вместо двух передних колес новый Tyrrell имел целых четыре колеса малого диаметра, которые едва выступали над верхней кромкой традиционно массивного спойлера, сводя на нет возмущение воздушных потоков в передней части машины. Уже в четвертой гонке нового Tyrrell в шведском Андерсторпе, пилоты "дядяюшки Кена" сделали победный дубль, однако скандинавский триумф так и остался единственным в биографии шестиколесных машин.
Автомобиль-крыло
К концу 1976 г. на фоне успехов других топ-команд, и, в первую очередь, возродившейся Ferrari, спортивные достижения "воздушных новаторов" - команды Lotus - выглядели более чем скромно. Одна победа за два года - не Бог весть какой результат. Но Колин Чэпмен не был бы Колином Чэпменом, если бы хоть на минуту опустил руки.
Казалось, после двух машин, ставших "классикой" Формулы-1 - Lotus 25 с его несущим кузовом и клиновидного Lotus 72 - создать что-то великое Чэпмену уже не удастся. Но в декабре 1976 г. 48-летний конструктор представил миру машину, затмившую своих "младших сестер". В сотрудничестве с Ральфом Беллами, Мартином Огилви и Питером Райтом был создан Lotus 78, через год получивший дальнейшее развитие в модели 79. Легендарный wing car - "автомобиль-крыло". Пройдут годы, и его назовут самым знаменитым автомобилем Формулы-1 всех времен.
Внешне у wing car были, в общем-то, довольно традиционный облик и компоновка. Весь секрет нового Lotus заключался в его боковых секциях, имевших специальную профилированную конструкцию, и эластичных "мини- юбках" по краям автомобиля, препятствовавших прохождению воздуха между машиной и асфальтом.
Эффект, достигавшийся посредством крыловидного профиля днища боковых понтонов (резко задранного вверх в задней части машины) в совокупности со щетками или "мини-юбками" по краям, буквально "присасывал" машину к дороге. На огромных скоростях встречный воздушный поток, проходя под профилированным днищем машины, еще больше ускорялся, и между автомобилем и асфальтом резко падало давление. Именно благодаря разности давлений воздуха над машиной и под ней, Lotus и "прилипал" к дорожному полотну.
В 1977-78 гг. машины Колина Чэпмена с "эффектом земли" выиграли 13 гонок за два года, и уже к 1979 г. "автомобиль-крыло" скопировали и конструкторы остальных команд. Правда, немного раньше, в 1978 г., дизайнер Brabham Гордон Марри представил миру еще одну интересную разработку. Тот эффект, которого в Lotus достигали за счет чистой аэродинамики, Гордон получил механическим путем. Установив в задней части Brabham BT46B специальный осевой вентилятор, отсасывавший воздух из под машины, Марри смог искусственно создать разрежение под автомобилем. Окрещенный "пылесосом" Brabham провел всего одну гонку в Швеции, разбил крылатые машины Чэпмена в "пух и прах" и... был запрещен FIA. Ехать позади "пылесоса" оказалось не только сложно, но и опасно: собирая с земли грязь и мелкие камешки, вентилятор швырял их в лицо преследователям, и гонщики других команд были очень недовольны новинкой Марри.
Впрочем, прошло еще несколько лет, и вне закона оказался и граунд-эффект. Дело в том, что сильно аэродинамически загруженная машина требовала предельно жесткой подвески, и все неровности дорожного полотна гонщик ощущал буквально на собственной шкуре. Кроме того, эти самые неровности асфальта не позволяли эластичным "мини-юбкам" абсолютно плотно прилегать к дороге и полностью перекрывать приток воздуха под машину с боков. В результате повышение давления под автомобилем приводило к кратковременным потерям значительной части прижимного усилия, и машина становилась малоуправляемой. В ноябре 1982 г. FIA приняла решение о запрете "эффекта земли". Новые правила включали в себя пункт об обязательном наличии на автомобиле плоского днища.
16 декабря того же года в Норфолке от сердечного приступа умер "воздушный революционер" Формулы-1 Колин Чэпмен. С его смертью гонки вступили в следующий этап развития аэродинамики: наступил период "медленной эволюции" автомобилей.
Выше "нос", господа!
На протяжении 80-90-х годов конструкторы постоянно экспериментировали с аэродинамикой автомобилей, подыскивая идеальные сочетания. С запретом "эффекта земли" резко возросла роль антикрыльев.
Постепенно дизайнерам удалось не только добиться значительного увеличения прижимной силы, но и снизить коэффициент лобового сопротивления машин. И все это путем постоянных, но незначительных, на первый взгляд, изменений, за которыми стояли долгие месяцы работы десятков людей.
Здесь нужно выделить три новинки, во многом определившие облик современной Формулы. В 1988 г. с подачи нового гения аэродинамики Эдриана Ньюи над головой гонщиков вновь появились воздухозаборники, необходимость которых была продиктована окончательной "реабилитацией" атмосферных двигателей. В 1991 г. Benetton обрел знаменитый вздернутый носик. По сравнению со считавшимися до этого традиционными опущенными носами конструкция переднего обтекателя, предложенная Джоном Барнардом, обеспечивала несколько иное распределение воздушных потоков под автомобилем и немного увеличивала секции для прохода воздуха в зоне переднего антикрыла. Наконец, в начале 1997 г. Майк Гаскойн установил на боковых понтонах Tyrrell 025 два "X-крыла" - "канделябра". Правда, жизнь последней новинки была недолгой. Получив широкое распространение в первых гонках нынешнего сезона, боковые крылья были запрещены FIA в мае этого года.
Некоторые факты говорят о том, что в ближайшие годы нас ожидает новый этап в развитии аэродинамики, переход к которому уже начался несколько лет назад. Современные компьютеры дают возможность просчитывать мельчайшие детали "аэродинамических платьев" автомобилей, благодаря чему все большее распространение получают крохотные крылышки и дефлекторы. Что принесет Формуле-1 мода на "мини", покажет время.
