6 мин.

Тонкие решения

61

«Уильямс» – новая концепция заднего антикрыла

Из года в год команды стараются уменьшить лобовое сопротивление заднего антикрыла, но при этом стремятся сохранить его главное свойство: генерировать прижимную силу автомобиля.

В Канаде «Уильямс» испытал в гоночных условиях особую конструкцию антикрыла с низким лобовым сопротивлением. В отличие от версий, предлагаемых ранее другими командами, «вырез» в антикрыле сине-белого болида приходится не на края, а на середину.

Давайте рассмотрим обе нестандартные конструкции подробнее.

У антикрыла с наибольшим прижимом в центре и вырезами по краям действительно меньше сопротивления воздушному потоку. На прямых болид поедет быстрее, но в поворотах боковой поток проникнет под центральную часть конструкции, что это приведет к срыву воздушного потока и сильному снижению эффективности аэродинамической конструкции.

Антикрыло «Уильямса» работает иначе. Сохраняя преимущество низкого сопротивления на прямых, оно способствует более уверенному прохождению поворотов, причем потери прижима от крыла немного другие. Посмотрите на фото и виртуально заставьте болид поворачивать. Небольшие «камеры» по бокам конструкции сохраняют снизу области разреженного воздуха, «внутреннее» колесо при этом проскальзывает несколько меньше, а значит, выход из поворотов удается пилотам чуть лучше.

Следует отметить такую вещь, как уменьшение поднятия разогретого потока газов, с таким трудом направленного в область диффузора. Воздух в центральной части машины проходит под антикрылом более свободно, поток ниже антикрыла более плотный, а значит, горячему воздуху сложнее подниматься вверх. Что и требовалось реализовать.

На результаты «Уильямса» в Канаде новая конструкция сильно не повлияла. Впрочем, в нынешнем сезоне эффективность многих решений проявляется не сразу, или сильно зависит от того, попадут команды в настройки или нет. Однако в Валенсии Пастор Мальдонадо был очень быстр и претендовал на третье место.

Двигатели «Рено» – отказы генераторов в Валенсии

На Гран-при Европы два болида – «Ред Булл» Себастьяна Феттеля и «Лотус» Ромена Грожана – буквально на ровном месте с промежутком в несколько кругов сошли с дистанции. Причина оказалась неожиданной (и в списке того, что ломается, это очень редкая неисправность) – в обоих случаях перегрелся и отказал генератор переменного тока. Как правило, эта деталь болида не вызывает почти никаких проблем, однако в этот раз она испортила гонку потенциальным победителям.

Что такое генератор? Как и дорожным машинам, болидам «Формулы-1» требуется много энергии для работы электронных систем и топливных насосов. Для этих целей используется генератор – для преобразования механической энергии двигателя в электроэнергию. Генератор использует вращающиеся медные обмотки и стационарные магниты для генерации переменного тока, который подается через регулятор напряжения к бортовым системам и в аккумулятор. При движении высокие обороты генератора обеспечивают более чем достаточную мощность для жизнедеятельности машин, остаточная энергия запасается в небольшой встроенной батарее, просто чтобы обеспечить некоторый буфер в питании автомобильных систем.

При проблемах с генератором аккумулятор быстро теряет заряд, и машина сходит с дистанции. Функции генератора находятся под постоянным контролем, выходная мощность и температура устройства по телеметрии доступны командам в боксах. В Валенсии и в «Лотусе» и в «Ред Булл» знали о проблемах еще до сходов, но сделать ничего уже не могли.

Где находится генератор? Он монтируется непосредственно под двигатель (на рисунке обозначен желтым) и «сидит» между водяным и гидравлическим насосом. Такое расположение помогает снизить общий центр тяжести болида. Генератор и двигатель соединены резиновым приводом. Устройство весит 750 г, при диаметре в 5 см и длине 7 см – оно выполнено из легких композитных материалов в корпусе из алюминия. Генератор считается частью веса двигателя (~95 кг), поставляется производителем силового агрегата, но, являясь вспомогательной системой, может быть заменен в любой момент без штрафных санкций.

Как и для любой электрической системы, врагами переменного тока являются грязь, влага, тепло и вибрации. Низкое расположение устройства позволяет изолировать его от мусора и дождя, а многолетнее развитие сделали устройство достаточно надежным при вибрациях. Так что одной из важнейших проблем осталось тепло.

Производитель генераторов «Маньетти Марелли» так озвучивает тепловые ограничения для своих изделий: максимальная температура для работы – до 200 градусов (медь обмотки) и 150 градусов (подшипники). На рисунке видно, что генератор находится в непосредственной близости от тепловой энергии выхлопов, тепла от двигателя, сам выделяет тепло и получает восходящий жар от асфальта. Для предотвращения перегрева команды защищают генератор и батарею тепловой защитой – воздушным или водяным охлаждением, различными теплоотводными схемами, будь то принудительное вентилирование или радиаторный теплоотвод.

Некоторые производители, к примеру «Мерседес» и «Косуорт», предпочитают водяное охлаждение генераторов. Наличие водяной муфты в корпусе генератора более надежно, так как питание низкой температурой происходит от охлаждающей жидкости двигателей основного контура охлаждения. Это действительно хороший метод, дающий небольшой запас «тепловой» стабильности. Однако водяное охлаждение подразумевает дополнительные конструкции, которые имеют и вес, и определенные размеры.

Если взглянуть на «Макларен» и «Ред Булл», то талия второй машины окажется более элегантной – дело в том, что мотористы «Рено» предпочитают именно воздушное охлаждение. Такой метод охлаждения дает достаточно большое преимущество в габаритах, в рамках конструкторского проектирования.

Достаточно подкованные читатели наверняка уже задаются вопросом – зачем нужен этот генератор, если есть система KERS, а в ее рамках – и достаточно мощный генератор, и весьма емкие батареи? Беда в том, что технический регламент подразумевает строгие разграничения для систем рекуперации – сгенерированную и запасенную энергию можно использовать только для временного ускорения машины. И ни на что больше.

Итак, вернемся в солнечную Валенсию. Для правильного понимания того, что произошло, следует рассмотреть ситуацию с разных сторон, разделив ее на составляющие. Подчеркнем, что это лишь предположения, которые могут «иметь место»:

Ошибка в модернизации: для этой гонки «Ред Булл» привез очень сильно доработанную машину, так называемую версию D. Главное отличие от версии С, которое нас интересует – расширенный туннель, забирающий горячий воздух с боковых поверхностей корпуса и подающий его к диффузору. Само по себе стремление конструкторов понятно – такое решение дает большое преимущество. Но! Расширяя туннель в ограниченном пространстве корпуса, команда Эдриана Ньюи, несомненно, прибегла к смешению компонентов внутри моторного кожуха, сделала их расположение более компактным. Уплотнение компонентов привело к перегреву, так как вентилирование стало более проблематичным. С подобными трудностями столкнулись и в «Лотусе», чья машина также весьма компактная в «талии».

Климатические условия: Валенсия сильно выбилась в общей шеренге прошедших гонок. Температура и воздуха, и дорожного полотна побила все рекорды этого года. Общий уровень охлаждения компонентов машины следовало бы увеличить, но эффективность аэродинамики при этом бы упала.

Картография двигателя: вспомним отрыв Феттеля в квалификации и гонке, а также глянем на темп Грожана. В обоих случаях двигатели работали в экстремальных режимах – чем выше скорость, тем больше тепла выделяется внутри корпуса. Более того, в «Рено» любят получать преимущество, играя с режимами работы своих силовых агрегатов, используя недокументированные лазейки в регламенте, и делятся своими наработками со своими основными клиентами. Если это так, то в Сильверстоуне, вероятно, подборка картографии будет не столь экстремальной.

Заводской брак: в обоих случаях «Рено» внедрила в конструкцию генераторы из новой партии. Возможно, партия эта была неудачной. Однако стоит отметить, что на стендовых испытаниях никаких видимых неполадок с генераторами этой партии выявлено не было.

Так что причина кроется либо в стремлении конструкторов выиграть несколько сотых на круге, либо в оплошности конструкторов силового агрегата, тем более что мотористы в итоге взяли всю ответственность за произошедшее на себя.

Уже на этой неделе нас ждет Сильверстоун – весьма скоростная трасса, сильно отличающаяся и от канадского кольца, и от круга в Валенсии. Для многих конюшен Гран-при Великобритании считается домашним, и почти наверняка все они подготовят целый пакет новинок.