Блог Ностальгия и модерн

«Мерседес» переизобрел диск колеса для «Ф-1». Даже пришлось править регламент, чтобы устранить преимущество от инновации

Проще и хитрее, чем DAS.

«Мерседес» превратил 2020-й в очередной год безраздельного доминирования: пока Хэмилтон и Боттас упустили лишь две гонки, а «Ред Булл» подобрался чуть поближе к чемпионам лишь за 6 этапов до финиша.

А ведь перед стартом сезона боссы англо-австрийской команды грозились зарубиться за титул как следует и называли себя главными фаворитами! Однако самый конкурентный сезон в современной «Формуле-1» с точки зрения борьбы разных команд за первое место все равно остался в 2018-м – именно тогда «Феррари» выиграла шесть гонок, и еще четыре победы добавил «Ред Булл».

После первой половины сезона Себастьян Феттель даже лидировал в чемпионате, и многим даже показалось, будто эра безграничного доминирования «Мерседеса» постепенно подходит к концу. «Феррари» обгоняла соперников на прямых и в медленных поворотах, пока немецкий болид отыгрывался в средне- и высокоскоростных виражах. Также четырехкратные (на тот момент) чемпионы лучше выглядели на стартах и пит-стопах.

Однако у серебряной команды не получалось держать под контролем температуру шин (в особенности задних), а работа с резиной – один из ключевых факторов в современной «Ф-1». Поддержание нужных температур в покрышках – важная задача для всех команд, и «Мерседес» – не исключение: гонка на «Сильверстоуне» с проколами у Боттаса и Хэмилтона доказала, чем может закончиться неверный расчет.

И это не говоря о потере десятков секунд на дистанции в случае потери сцепления из-за невозможности атаковать в поворотах, а также из-за периодической нужде в дополнительных пит-стопах или не самых оптимальных тактиках. Более того, перегрев и потеря сцепления не только ведет к замедлению на круге, но еще и грозит серьезными проблемами в высокоскоростных виражах. Перебор с температурой покрышек может вызывать внезапные изменения в площади и форме контактного пятна с асфальтом и временами все даже заканчивается проколами.

В чем же заключалась проблема «Мерседеса»? Болид W09 отличался более продвинутым аэродинамическим обвесом и генерировал больше прижимной силы, чем у конкурентов. Это означает не только более сильное «вдавливание» машины в трек, но из-за повышения сцепления на покрышки в поворотах действовали большие перезгрузки. Также немецкий мотор выдавал больше мощности – и тоже сильнее нагружал резину на выходах из поворотов. Комбинация двух сильных сторон создавала идеальный инструмент по уничтожению шин.

На кону стояли пятые титулы «Мерседеса» и Хэмилтона, а также 15 миллионов долларов разницы в призовых между первым и вторым местами в Кубке конструкторов. Так что Инженерам из Брэкли пришлось включиться в работу на полную – и они переизобрели устройство колесного диска.

Но для понимания принципа инновации «Мерседеса» нужно сперва проговорить схему работы покрышек – просто так, на всякий случай.

Шины прогреваются как раз во время трения об асфальт и дефомарции во время поворотов. И чем выше перегрузки и продольные силы – тем сильнее нагревается резина из-за внутреннего трения. Слишком перегретые покрышки быстрее и проще «скашиваются» асфальтом, оставаясь на поверхности трека – тем самым сокращая толщину рабочего слоя. Так происходит износ: чем тоньше теплая масса резины – тем хуже зацеп.

А еще при росте температур при перегреве покрышке становится мягче и начинает еще быстрее прогреваться от контакта с асфальтом, продолжая наращивать температуру. Тогда резина на поверхности буквально вскипает и идет пузырями – этот процесс и называется «пузырение» (или blistering на английском). Лопнувший пузырь оставляет небольшое углубление на поверхности, снижая пятно контакта и перераспределяя нагрузку на соседние участки покрышки – они включаются в работу активнее, греются сильнее и тоже достигают стадии кипения. Выходит такая вот цепная реакция.

Естественно, сцепление в итоге ограничивается, а баланс болида меняется – появляются ограничения в задней или передней частях машины, и атаковать на полную больше не выходит.

У пилотов и команд в арсенале присутствуют несколько способов борьбы с перегревом.

Во-первых, гонщик может просто управлять машиной менее агрессивно и более аккуратно, тем самым не перегружая покрышки и доводя их до самого конца отрезка в приемлемом состоянии. Здесь все упирается в понимание предела сцепления покрышек: лучшие пилоты укладываются ровнехонько «под крышечку» лимита и никогда его не переходят. Гонщики похуже не вывозят необходимую стабильность и временами заступают за предел, запуская описанную выше цепную реакцию.

Второй способ – устройство колесных дисков. Конструкция болида «Ф-1» предусматривает довольно большие тормозные воздуховоды – которые, как следует из названия, перенаправляют поток через колеса, чтобы поддерживать нужные температуры в тормозах.

Раз уж этот воздух все равно проходит сквозь колесо, почему не использовать его и для охлаждения диска – и следовательно, и покрышки? Так температура шины стала бы стабильнее, а время ее жизни увеличилось.

По объяснению технического директора «Рейсинг Пойнт» Энди Грина, повышение температуры на 10 градусов на поверхности диска – в месте соприкосновения шины – означает разогрев каркаса на один дополнительный градус. Из-за роста температуры внутри покрышки растет и давление – и потому форма немного меняется, деформируя шину и снижая площадь контакта с асфальтом.

Сверху – шина с правильным давлением, снизу – с повышенным

«Мерседес» же пошел инновационным путем: обнаружил способ увеличить воздушный поток сквозь колесо, а также оптимизировал его охлаждающий эффект.

Посмотрите на обычный колесный диск для болида «Ф-1».

А «Мерседес» добавил «ребра» на внутреннюю поверхность и множество мелких отверстий – в месте крепления колеса к оси.

Таким образом конструкция диска направляла поток в те места, где охлаждающий эффект проявлялся наилучшим образом.

Сплошная поверхность обычного колеса обладает намного меньшей площадью, чем «ребристый» дизайн «Мерседеса» – а значит, оно передает меньше жара от диска и шины воздушному потоку. Чемпионы увеличили возможности контакта холодного воздуха с деталями – и тем самым улучшили теплопередачу. Фактически немецкие инженеры просто перенесли главную идею компьютерных радиаторов в на колеса!

Но на самом деле дизайн дисков от «Мерседеса» еще интереснее: при вращении «ребра» создают сильный турбулентный поток, который разрывает пограничный слой воздушного потока.

Это тонкий слой на поверхности обтекаемого тела, в котором сильнее проявляется сопротивление воздуха – здесь поток медленнее и вязче. При возникновении его на колесе поверхность обода фактически экранируется от продувания воздухом вокруг. Турбулентный вихрь, создаваемый ребристым диском, разрывает пограничный слой и позволяет лучше охлаждать шину и колесо.

Правда, если шины окажутся недогретыми, то эффективность прежде всего задних покрышек сильно снизится: машина просто начнет скользить по треку. Тогда верхний слой снова моментально вскипит и скатается в «зернышки» – начнется процесс graining (зернения) практически аналогичный пузырению: со снижением площади контакта из-за прорех и расслаивания резины.

Однако инновационная конструкция дисков помогала не только с охлаждением, но и прогревом! Из-за дополнительных отверстий и общей формы диска температура, возникающая при торможении на колодках, проще и быстрее передавалась резине – а потому шина быстрее и эффективнее включалась в работу по сравнению с колесами обычного дизайна.

Идея та же: когда теплый воздух срывается с тормозов, то из-за большей площади контакта с диском у него шире возможности для передачи температуры.

«Мерседес» впервые представил «ребра» на диске и дополнительные отверстия на Гран-при Бельгии 2018-го. С того момента Хэмилтон выиграл 5 гонок подряд – включая заезды на трассах с более жаркой погодой, где у немцев традиционно возникали проблемы (особенно в Сингапуре).

Конкурирующие команды моментально приняли инновацию к сведению и развернули дизайны колесных дисков в том же направлении. Однако конструкцию выдавят из «Ф-1» новыми правилами: в техническом регламенте на 2022-й появилась особая оговорка 10.7.5., по которой всем командам будут поставлять одинаковые диски за авторством аккредитованного ФИА производителя. Таким образом участники чемпионата мира вернутся к гонке за эффективным износом шин прежде всего за счет подвески, шасси и аэродинамического обвеса – облегчить себе жизнь в случае неудачи на одном из данных направлений уже не выйдет.

Маленькая команда тонет в «Ф-1», но вдохновляет топов на копирование ее деталей. Все благодаря особой бизнес-модели

«Мерседес» и «Ред Булл» изящно обошли регламент: вернули запрещенную деталь из 2009-го. Она гарантирует огромную прижимную силу

Новый прорыв «Ф-1»: теперь часть болида произведут изо льна. Оказывается, он крепче, дешевле и легче углепластика

Источник: Driver61

Фото: globallookpress.com/Hoch Zwei

Автор

Комментарии

  • По дате
  • Лучшие
  • Актуальные
  • Друзья