Труба зовет

Цюрих в канун Рождества - самая настоящая сказка. Город сияет разноцветными гирляндами, повсюду наряженные елки. На центральном вокзале целый отряд сонных Санта-Клаусов ранним утром меняет в камере хранения свои цивильные сумки и портфели на красные мешки с подарками. Празднично одетые детишки на площади поют рождественские песни. А чуть позже их сменяет проникновенная мелодия Stille Nacht, которую под безмолвное кружение снежинок торжественно выдувает труба музыканта из оркестра «Армии спасения». На лицах горожан - благодушное просветление, которое можно увидеть лишь в это время года. И даже строгие протестантские и католические соборы кажутся приветливее, чем обычно.
Разговорившись с настоятелем одного из них, можно узнать забавную, хотя отнюдь и не рождественскую историю: отцу настоятеля, оказывается, доводилось без малого 80 лет назад пить пиво с одним русским господином - или, если угодно, товарищем - неким Ульяновым-Лениным. Да-да, тем самым. Жил, стало быть, Владимир Ильич в 1917 году в уютной квартирке в центре Цюриха, на Шпигельгассе, пивко с бюргерами попивал, на коньках с местными барышнями катался, а в свободное от этих вполне мирных забав время писал свои воинственные «Апрельские тезисы», после чего, вместо того чтобы там же, в Швейцарии, и устроить пресловутую социалистическую революцию, зачем-то поехал делать ее в России. Но революция - это еще полбеды. Главное, что за выпитое им пиво вождь мирового пролетариата не заплатил - на халяву, как говорится, угостился и был таков - рассказывает, укоризненно качая головой, настоятель собора...

Ветер перемен

Много воды утекло с тех давних пор из Цюрихского озера по пересекающей город реке Лиммат, и уже совсем иные представители России посещают Цюрих и его окрестности. И речь вовсе не о симпатичной питерской девушке, торгующей на рождественской ярмарке матрешками и шкатулками, и даже не о пресловутых новых русских, которых отдых в Швейцарии привлекает своей безумной дороговизной. Все куда серьезнее, достойнее и престижнее. Теперь уже из России сюда направляются суммы, в десятки миллионов раз большие, чем та, которую когда-то задолжал здесь прижимистый Ильич, и идут они отнюдь не на банальное пиво, а инвестируются в самые высочайшие технологии и в один из самых популярных в мире видов спорта. Речь, как несложно догадаться, о спонсорском сотрудничестве крупнейшей российской компании мобильной связи МТС со швейцарской командой Sauber - сильнейшей частной «конюшней» Ф-1. Увидеть более чем зримые плоды этого сотрудничества автору этих строк довелось в конце декабря, когда корреспондента «Формулы» вместе с высшим руководством компании МТС позвала труба. Не та, на которой в эти дни на улицах Цюриха проникновенно играл музыкант, а труба аэродинамическая, только что построенная в цюрихском пригороде Хинвиле, рядом с заводом Sauber.
Глядя на это поистине монументальное сверхсовременное сооружение стоимостью в 55 млн долларов, я, признаться, испытал подлинную патриотическую гордость, ведь оно было построено в том числе и на российские деньги. Можно, конечно, спросить: что же это за патриотизм такой, когда деньги российского спонсора работают на швейцарскую команду? Но что поделаешь: нет (и, пожалуй, долго еще не будет) у России в Формуле-1 своей национальной команды, так что присутствие в этих самых престижных автогонках хотя бы российской компании в ряду крупнейших спонсоров - причем присутствие реальное, а не заведомо фиктивное - это уже колоссальный прорыв и отличный задел на будущее. Ведь не секрет, что количество гонщиков той или иной национальности в этом глобальном спорте прямо пропорционально денежным вложениям спонсоров соответствующей страны. Кроме того, это основание уже сейчас считать швейцарскую команду Sauber «чуть-чуть российской».
Но хватит лирики. Пора переходить к физике. Точнее - к аэродинамике, поскольку предрождественский визит в штаб-квартиру Sauber дал нам уникальную возможность досконально ознакомиться с устройством аэродинамической трубы, превосходящей по своим возможностям и характеристикам все аналогичные сооружения, используемые до сего дня в Формуле-1. Достаточно сказать, что вес ее составляет 480 тонн, длина - 141 метр, а сечение рабочей испытательной зоны - рекордные 9,4 метра, что позволяет продувать не только модели в масштабе 1:2, но и полноразмерные автомобили!
Для начала, впрочем, немного истории. Построить собственную аэродинамическую трубу Петер Заубер задумал еще в 1999 году. «Аэродинамика - важнейший фактор для современного автомобиля Формулы-1, и, соответственно, аэродинамическая труба - важнейший инструмент для создания успешной машины, - поясняет г-н Заубер. - Топ-команды в последние годы значительно увеличили свои инвестиции в эту область. Поэтому для меня было совершенно логичным принять решение о строительстве самой современной и наиболее оснащенной аэродинамической трубы». Однако же в силу ряда причин потребовалось еще три года, чтобы задуманное воплотилось в конкретный проект, и непосредственно строительство началось 14 января 2002 года.
Сама по себе труба, к тому же столь огромных размеров, конечно, поражает воображение и радует глаз знающим в этом толк людям, но окружающий ландшафт, откровенно говоря, вряд ли украсила бы, если б не эстетичная «упаковка». Чтобы прикрыть такую махину, пришлось рядом с проектно-производственным корпусом Sauber построить новое здание длиной 65 м, шириной 50 м и высотой 17 м, облицованное по всему периметру тонированным зеркальным стеклом, в котором красиво отражается близлежащий пейзаж, включая предгорья швейцарских Альп. Однако труба занимает не весь объем спроектированного известной цюрихской архитектурной фирмой Atelier WW здания, а лишь его часть, примерно половину. Другая же половина предназначена для разного рода презентаций, экспозиций, конференций и прочих специальных мероприятий и включает кинозал, пресс-центр, просторный ресторан с собственной кухней и музей гоночных автомобилей команды, начиная со спортпрототипов Sauber-Mercedes (в том числе и с именами Михаэля Шумахера и Карла Вендлингера на боковых стеклах) и заканчивая новейшим формульным С22. Как и подобает истинному швейцарцу, знающий счет деньгам Петер Заубер надеется, предоставляя столь богатую инфраструктуру в аренду, зарабатывать дополнительные средства в бюджет команды.
Сама труба, что удивительно, как бы парит в воздухе на высоте около восьми метров над уровнем земли, но сделано это вовсе не в силу технической или какой-либо иной необходимости, а, как признается г-н Заубер, исключительно для внешнего эффекта. Что ж, и впрямь впечатляет. И еще эффектнейшая деталь: техническую и «парадную» зону разделяет массивная, многотонная, звуконепроницаемая стеклянная стена, при необходимости бесшумно поднимающаяся вверх за считаные минуты. Да что там: даже ступени лестниц, ведущих в «зоне приемов» на второй этаж, и те изготовлены из толстого стекла. Тоже чрезвычайно эффектно, только вот идти по такой лестнице жутко неудобно.

Откуда и куда дует ветер

Примечательно, что, хотя сконструирована и построена труба двумя ведущими специализированными компаниями TLT Turbo GmbH (Германия) и MTS Systems Corporation (США), идеи, заложенные в основу проекта, в том числе и самые инновационные, принадлежат непосредственно инженерам Sauber. Базовая конфигурация, впрочем, традиционна: сооружение представляет собой замкнутый тоннель круглого сечения (замкнутый контур позволяет снизить энергозатраты при работе трубы), образующий прямоугольную воздушную магистраль. Воздушный поток генерируется размещенным внутри огромным (66 тонн!) одноосным вентилятором с углепластиковыми лопастями. Чтобы минимизировать воздействие вибрации, агрегат крепится к массивному бетонному основанию через мощные демпфирующие пружины, а с остальной трубой вентиляторная секция соединена только посредством гибких мембран. Что касается характеристик вентилятора, то здесь снова рекордные цифры: его максимальная мощность составляет 3000 кВт, что позволяет достигать скорости воздушного потока до 300 км/час (83 м/с)! Для сравнения: у аэродинамической трубы, построенной в Англии в середине 80-х компанией Honda (именно на ней до самого последнего времени работали специалисты McLaren), соответствующие показатели равны всего 109 кВт и 126 км/час (35 м/с), а скорость воздушного потока при урагане составляет, как правило, 105-180 км/час (29-50 м/с).
Однако вентилятор при всем его величии - лишь «обслуживающий элемент». Ключевое же звено аэродинамической трубы - это ее рабочая испытательная секция: именно здесь происходит главное, ради чего, собственно, и строятся такие сооружения. Именно здесь устанавливается и жестко закрепляется испытуемый объект (в нашем случае - автомобиль Формулы-1 или его масштабная модель), именно сюда загоняется поток воздуха. Еще до контакта с автомобилем этот поток соответствующим образом видоизменяется. Дело в том, что воздух, обтекающий реальную машину в процессе ее движения по трассе, практически неподвижен (если, конечно, не дует сильный ветер), и его структура весьма равномерна, будучи почти лишенной вихрей и прочих возмущений. Воздух же, нагнетаемый вентилятором, перемешивается и закручивается им, словно коктейль миксером, и, чтобы упорядочить поток перед направлением его непосредственно на тестируемый автомобиль и тем самым обеспечить максимальную точность результатов испытаний, используется целая система различных плоскостей, дефлекторов и сот, установленных в трубе между вентилятором и автомобилем.
Площадь сечения рабочей секции аэродинамической трубы Sauber (эта секция, в отличие от трубы в целом, выполненной из стального листа, представляет собой нечто вроде большой бетонной коробки с обширными стеклянными окнами и изменяемой конфигурацией стен) - 15 м². Тот же показатель у вышеназванной трубы Honda составляет всего 4,5 м². В принципе, даже в таком тесном пространстве можно разместить полноразмерную модель автомобиля, однако толку от этого будет мало, так как он фактически «закупорит» трубу, вызвав эффект блокировки потока или, образно говоря, эффект «воздушной стремнины». Как следствие, структура потока изменится и существенно исказит результаты испытаний. Во избежание этого площадь фронтального сечения испытуемой машины не должна превышать 6% от площади сечения рабочей секции. Именно поэтому команды Формулы-1 традиционно продувают в аэродинамических трубах модели, величина которых составляет 50, 40 или даже 25% от натуральной величины автомобиля. Труба Sauber уникальна тем, что рассчитана на продувку моделей в 60%-ную величину (причем такие модели можно установить одновременно две, друг за дружкой) и даже, как уже упоминалось, полноразмерных автомобилей. Последнее, кстати, - очень привлекательный фактор и для производителей обычных, дорожных машин (которым Петер Заубер намерен предлагать свое детище в аренду), поскольку объем рабочей секции трубы позволяет проводить достоверные испытания даже микроавтобусов!
Возможность продувки полноразмерных моделей потоком воздуха со скоростью, практически идентичной скорости движения автомобиля Формулы-1 по трассе, решает вопрос и с еще одной «закавыкой» - так называемым числом Рейнольдса. Это число пропорционально скорости обтекания модели воздухом и размеру модели. Если оно одинаково при тестах настоящего автомобиля на трассе и при испытаниях его «двойника» в аэродинамической трубе, структура потока в обоих случаях оказывается подобной. Если же, скажем, используется модель в масштабе 1:2, а скорость потока втрое меньше реального (как в случае со взятой для примера трубой Honda), то число Рейнольдса окажется примерно в шесть раз меньше, что будет говорить о существенных отличиях структуры потока в трубе от действительной. Идеальными же испытания можно считать лишь при достижении реальных значений чисел Рейнольдса, и именно такие испытания позволяет проводить аэродинамическая труба в швейцарском Хинвиле.

Бегущие по ленте
На уровне рабочей секции аэродинамической трубы и выше располагаются второй и третий технические этажи. Полезная площадь каждого из них составляет 400 м², и этому пространству при помощи стен-трансформеров может быть придана любая необходимая конфигурация с прямым доступом в рабочую секцию и центр управления. А специальный лифт обеспечивает доставку на эти этажи грузов весом до 5,8 т! Именно посредством этого лифта испытуемые объекты попадают в рабочую секцию.
Масштабная или полноразмерная модель (а при желании - и настоящий автомобиль) «намертво» закрепляется в рабочей секции посредством аэродинамически нейтральных стержней и системы жестких растяжек. Крепление позволяет, впрочем, при необходимости автоматически менять величину дорожного просвета прямо по ходу испытаний. Через крепежные стержни в испытуемый объект подводится также и сжатый воздух, который направляется затем в выхлопные трубы, имитируя поток выхлопных газов, что позволяет инженерам учесть и их влияние на аэродинамику автомобиля.
В то время как воздушный поток поступает в испытательную секцию «со стороны», непосредственно в ней самой расположено важнейшее устройство, без которого испытаниям, опять же, была бы грош цена, - бегущая дорожка. Если бы пол рабочей части трубы был неподвижен, он бы оказывал тормозящее действие на поток воздуха, что особенно существенно при продувке гоночных машин, отличающихся крайне малым дорожным просветом. Бегущая дорожка (хотя в случае с трубой Sauber ее впору назвать «несущейся», поскольку скорость ее движения соответствует скорости воздушного потока и составляет рекордные 300 км/час) как раз и предназначена для предотвращения подобных процессов: она имитирует движущееся относительно автомобиля полотно трассы и вращает опирающиеся на нее колеса. Дорожка, представляющая собой достаточно широкую стальную ленту, оснащена системой охлаждения и мощными насосами, которые отсасывают из-под нее воздух и не позволяют ей прижиматься к днищу автомобиля за счет возникающего под ним разрежения. Важно также правильно позиционировать машину или ее модель, иначе, с учетом скорости движения дорожки, ее контакт с испытуемым объектом может быть чреват разрушениями, сопоставимыми с реальными авариями на трассах Формулы-1.
Автомобиль, как уже отмечалось, неподвижен относительно бегущей дорожки, а вот сама она не только «бежит», но еще и может вместе с автомобилем поворачиваться вокруг вертикальной оси (благодаря поворотному кругу) на 10º в ту или иную сторону. Таким образом модель обдувается под углом: имитируется движение машины в повороте или воздействие бокового ветра.
Как уже упоминалось выше, более длинная, чем обычно, бегущая дорожка позволяет установить в рабочей секции трубы последовательно сразу две модели - это дает возможность получить и изучить ценнейшие данные по взаимному аэродинамическому влиянию следующих друг за другом автомобилей. «Из-за своей высокоэффективной аэродинамики современные автомобили Формулы-1 особенно чувствительны к изменениям обдувающего их воздушного потока. И подобная конфигурация испытательной секции позволяет нам воспроизводить завихрения потока от идущей впереди машины и эффект слип-стрима, систематически измерять эти влияния и вносить соответствующие коррективы в аэродинамическую оснастку машины, - поясняет технический директор Sauber Вилли Рампф. - Более того, имея возможность продувать полноразмерные автомобили, мы можем с предельной точностью исследовать такие факторы, как охлаждение или воздушный поток вокруг шлема гонщика».

Секретные материалы

Наиболее тщательно охраняемый секрет аэродинамической трубы, впрочем, не столько вся вышеперечисленная механика, доступная взорам посетителей, а разнообразные средства измерений, надежно упрятанные от посторонних глаз. Ведь именно они отвечают за качество любого аэродинамического исследования. В числе этих средств главную роль играют, пожалуй, специальные многокомпонентные весы, интегрированные в механическую оснастку испытательной секции и измеряющие силу аэродинамического сопротивления, прижимную и боковую силы, а также три момента сил, позволяющих рассчитать аэродинамический баланс автомобиля, то есть распределение аэродинамических нагрузок между колесами. На сам автомобиль могут быть установлены десятки датчиков, которые, например, измеряют давление на поверхности машины в отдельных точках. Информация со всех этих приборов и датчиков поступает в управляющий компьютер, сразу же подвергается там обработке, и оператор получает ее уже в максимально удобном для анализа виде. Сверхсовременная и отличающаяся высочайшей точностью система сбора информации является продуктом работы специалистов Sauber совместно с уже упоминавшейся американской компанией MTS (не путать с российским спонсором команды, компанией МТС!) и специализирующейся на программном обеспечении английской фирмой KineticaRT.
Центр управления и анализа информации выполнен в виде одноуровневой пристройки к бетонной рабочей секции трубы. Этажом выше расположена мощнейшая вычислительная система, включая высокопроизводительный компьютер для моделирования динамики потоков - CFD (Computional Fluid Dynamics). Большое, во всю стену акриловое стекло обеспечивает идеальный обзор рабочей секции из центра управления. Но радость испытателей, сами понимаете, была бы неполной, если бы они не могли видеть невидимый поток воздуха. Для этого он визуализируется: с помощью специального зонда перед испытуемым объектом рассеивается струйка густого пара, вытягивающаяся точно вдоль линий воздухотока, и аэродинамики могут наблюдать перемещения этих линий. Что позволяет, к примеру, выяснить, имеет ли место срыв потока на заднем антикрыле гоночной машины или нет.
Но все-таки основная информация поступает исследователям на экран компьютера в виде бесконечных рядов цифр. Далее они, например, могут быть заложены в систему компьютерного моделирования воздушных потоков, которая восстанавливает всю структуру потока, давая инженерам детальнейшее представление о том, как ведет себя воздух вокруг машины. Так или иначе, полученная информация позволяет им, испытав десятки различных аэродинамических конфигураций автомобиля и исследовав влияние его отдельных компонентов друг на друга, максимально гармонизировать его аэродинамический пакет в целом и выбрать лучший, даже если не всегда однозначно ясно, почему именно он лучший. А главная конечная цель этой долгой и кропотливой работы - максимально снизить или хотя бы сохранить уровень аэродинамического сопротивления и при этом увеличить прижимную силу автомобиля. Вот ради этого-то и «выбрасывают в трубу» 55 миллионов долларов!

В добрый путь!
В конце презентации я задал Петеру Зауберу «непротокольный» вопрос: «55 млн долларов - сумма все же очень большая для пусть даже и достаточно успешной, но небольшой частной команды. Не является ли постройка такой дорогостоящей и обладающей широчайшим потенциалом (в том числе и в плане испытаний дорожных автомобилей) аэродинамической трубы своеобразным сигналом, приглашением некоему крупному автопроизводителю, например, концерну Volkswagen к столь же тесному сотрудничеству, какое имеет место между BMW и Williams, Mercedes и McLaren?» Г-н Заубер ответил весьма откровенно: «Наша ближайшая цель - создание и доводка автомобилей, способных соперничать на трассах Формулы-1 с машинами сильнейших команд. Однако у нас уже есть опыт совместной работы с такими крупными автопроизводителями, как Mercedes и Ferrari, и мы, действительно, будем рады, если подобное сотрудничество будет еще более тесным. А наша аэродинамическая труба по своей общей концепции уникальна и наглядно демонстрирует, что Хинвил - очень перспективное во всех отношениях место».
Вторит владельцу Sauber и технический директор команды Вилли Рампф: «Мы ожидаем, что наша уникальная аэродинамическая труба позволит нам проводить высококачественные испытания, и, что немаловажно, для большей достоверности мы теперь можем без проблем повторять любые испытания. Все это, уверен, позволит нам построить более быстрый автомобиль».
Мнение руководства компании МТС выразил ее президент Василий Сидоров: «Увиденное произвело на нас большое впечатление, и мы удовлетворены тем, как команда использует нашу поддержку. Формула-1 вообще очень близка нашей компании идеологически: и в этом спорте, и в мобильной связи все решают высокие технологии, надежность и скорость. В команде Sauber мы увидели соответствующий потенциал и хотим внести свою лепту в их будущий успех. Судя по тому, что нам здесь представили, реальный результат уже не за горами».
Хотя труба полностью построена, ее необходимо еще наладить и настроить, но на это требуется всего около двух месяцев, так что, когда вы прочтете этот материал, она уже будет бодро и трудолюбиво гудеть на благо «чуть-чуть российской» команды Sauber. А это значит, что уже в апреле на старт первого европейского Гран При сезона-2004 в Имоле выйдут новые, хорошенько «продутые» автомобили Sauber с самой совершенной в истории команды аэродинамикой. Пожелаем им успеха! Ведь этот успех будет и нашим!

Борис Мурадов