Туннельный эффект

Именно так называется иллюзия, возникающая у водителей на большой скорости: кажется, что автомобиль движется в огромной трубе. В команде BAR есть человек, находящийся в плену подобной иллюзии. Но Виллем Тоет – не гонщик, а главный специалист по аэродинамике.
У меня лучшая работа на свете. Нет, серьезно! Занимаясь своим делом с раннего утра до поздней ночи, я словно нахожусь в каком-то туннеле, совершенно изолированном от внешнего мира. Кому-то может показаться странным, но мне это нравится, – потому что здесь я ощущаю свою способность влиять на ход событий. Сидя перед экранами компьютеров, я и десять моих коллег делаем работу, достойную самых опытных специалистов NASA, – исследуем малейшие флуктуации воздушного потока вокруг гоночного автомобиля. Аэродинамическая труба в Брэкли – это наш родной дом. И вместе с тем – наша любимая игрушка. Здесь мы можем играть сколько захотим.
Я шел на определенный риск, специализируясь на аэродинамике в самом начале карьеры. В то время эта область еще в значительной степени недооценивалась. В штате команд числилось всего несколько специалистов по аэродинамике, которые должны были делать все, – проектировать автомобили, изготавливать модели, продувать их и анализировать результаты испытаний. Сегодня отделы аэродинамики разрослись и стали ядром каждой из команд Формулы-1. Только над изготовлением полуразмерных моделей работает десять человек, а ежегодный бюджет отдела превышает 2 млн долларов. В BAR работают три главных специалиста по аэродинамике. До тех пор пока не наступает пора увязывать результаты наших исследований, мы работаем относительно свободно каждый в своей области и вольны следовать своим соображениям в решении тех или иных проблем. Лично мне подобный подход по душе.

Уверен, что вам известны основные принципы аэродинамики. Те же самые законы физики, что помогают нам "приколачивать” гоночный автомобиль к земле, позволяют взлетать гигантскому транспортному самолету. Мы просто переворачиваем профиль крыла. Проще говоря, прижимная сила, получаемая при обтекании воздушным потоком аэродинамических элементов конструкции, порождается разностью давлений на верхней и нижней поверхности. Разность давления в свою очередь порождается отличием в скорости молекул воздуха – на нижней поверхности антикрыла они движутся быстрее, на верхней – медленнее. Увеличение до определенной величины угла установки профиля крыла относительно воздушного потока приводит к увеличению прижимной силы и, следовательно, сцепления с трассой. Но есть и потери. Увеличение угла атаки крыла приводит к росту лобового сопротивления. Таким образом, аэродинамическая эффективность автомобиля и время прохождения круга требуют поиска компромисса между ростом прижимной силы и лобового сопротивления. Возьмем, для примера, Индианаполис, автодром в этом отношении наиболее показательный. Часть трассы со множеством медленных поворотов требует большой прижимной силы, а трековый участок с длинной прямой – минимального лобового сопротивления.
Все более точные знания об обтекании и аэродинамическом взаимодействии различных частей конструкции позволяют нам лучше "вылизывать” автомобили. Аэродинамика сегодня дает наибольшее увеличение эффективности относительно любых других областей инженерного знания. Один более мощный двигатель в современных условиях не может дать полсекунды преимущества над соперником на круге, но этого легко можно добиться, поработав в аэродинамической трубе. А изменения в техническом регламенте 2001 года (на 50 мм более высокое переднее антикрыло и только три элемента в заднем) заставили нас дополнительно поработать на нашей установке. Сколько? Мне кажется, бесконечно много.
Аэродинамическая труба BAR – совершенно новый инструмент. Установка изготовлена с использованием самых передовых технологий, и я лично принимал участие в ее разработке.
Мы используем модели масштаба 1:2, установленные на движущуюся со скоростью более 140 км/ч ленту. Вентилятор приводится в действие двигателем мощностью 800 л.с. По стандартам Ferrari это, конечно, скромно. Они могут обдувать полноразмерные автомобили вентилятором мощностью 3200 л.с. Но в нашем деле не все сводится к размерам. Ключ к успеху – компромисс. Во всем есть свои плюсы и минусы. Возьмем, к примеру, огромный вертикальный рычаг, крепящийся к шлему манекена гонщика. Этот рычаг удерживает модель на бегущей дорожке в воздушном потоке трубы и, кроме того, содержит коммуникации, связывающие системы модели с наружными компьютерами. Применение этого рычага неизбежно, но он мешает с достаточной точностью проводить исследования эффективности воздухозаборника двигателя. Так что в этом случае приходится прибегать к компьютерному моделированию. Некоторые команды крепят рычаг в районе капота двигателя. Но тогда затрудняется исследование аэродинамики заднего антикрыла.
Мы решили не заключать модель внутрь рабочей зоны ограниченного объема, а направлять воздушный поток на объект с помощью сопла, расположенного внутри направляющей камеры. Это и дешевле, и уменьшает влияние стенок. Кроме того, у каждой команды свой способ оценки аэродинамической эффективности автомобиля. Не всегда нас интересует только строго продольная продувка. На общую картину может повлиять и поведение в повороте, т.е. под углом к набегающему потоку.
Поверхность моделей для продувки обрабатывается с высочайшим качеством, хотя и это далеко не вершина технологии Ф-1.
Модели изготовляются из углепластика, быстрозастывающих синтетических материалов и алюминия. С точки зрения аэродинамики, это достаточно точная копия автомобиля Ф-1. Все детали разрабатываются с помощью компьютера. На модель устанавливается компьютер и устройство сбора информации, позволяющее опрашивать около 300 датчиков. Оснащенный двигателем механизм позволяет менять положение автомобиля во время продувки: регулировать дорожный просвет, наклон днища, угол крена и т.д. Движущаяся дорожка имитирует убегающее под колеса полотно трассы. Мы стараемся ничего не упускать.
Если вы думаете, что продувка в аэродинамической трубе – эффектное зрелище, то будете разочарованы. Струйки дыма, иногда применяемые для подобного рода исследований, хороши для фото, но специалистам от них мало прока. Нам нужны цифры: сила, скорость и давление. Сидя за трехслойным стеклом, трудно получить представление о той энергии, которой мы управляем. Урчание вентилятора кажется совсем ручным, и если бы не дрожание бликов на вибрирующих элементах подвески, то можно подумать, что ничего не происходит.
Обычно команды тщательно скрывают материалы, по которым можно догадаться, над какими идеями работают в аэродинамическом отделе. Но если вы не специалист, испытания покажутся вам скучными. Мы должны исследовать ряд настроек, незначительно отличающихся друг от друга. При этом замена, скажем, переднего антикрыла или заднего диффузора занимает больше времени, чем на реальном автомобиле. Все результаты записываются в цифровом формате и фиксируются в архиве под специальным кодом. Поэтому наши диалоги часто напоминают шифрованные сообщения: мы упоминаем антикрыло 27 или диффузор 88. Но делается это не для того, чтобы запутать потенциальных охотников за секретами, а чтобы было легче ориентироваться в огромном количестве деталей и настроек. Далее наступает самое главное. Секрет наиболее эффективного использования установки заключается в анализе полученных результатов. Обработка данных – очень длительный процесс, который, однако, позволяет сэкономить массу времени. Но это – тема отдельного разговора.

Виллем Тоет