Аэродинамика

Спросите любого инженера на пит-лейне, и он скажет вам, что самое важное соображение в дизайне машины Ф1 - это аэродинамика.

Говоря простыми словами, аэродинамика Ф1 имеет две основные цели: создание прижимной силы, чтобы помочь шинам машины держать трассу и улучшить поворачиваемость; минимизация сопротивления, продукт сопротивления воздуха, который замедляет работу машины.

Несмотря на то, что в дизайне гоночных болидов всегда было важна скорость, аэродинамика стала действительно серьезным предложением в конце 1960-х годов, когда несколько команд начали экспериментировать с уже знакомыми крыльями. Крылья гоночных болидов - или антикрыло, как их называют, работают по тому же принципу, как крылья самолета, только в обратном порядке. Воздух идет с разной скоростью по обеим сторонам крыла (за счет перемещения на разные расстояния по его контурам), и это создает разницу в давлении, физическое правило, известное как принцип Бернулли. Когда это давление пытается сбалансировать, крыло пытается двигаться в направлении низкого давления. Самолеты используют свои крылья для создания лифта, гоночные автомобили используют их для создания негативного подъема, более известного как прижимная сила. Современный болид Формулы 1 способен развивать 3.5 g поперечной силы поворота (в три с половиной раза больше собственного веса) благодаря аэродинамической прижимной силы. Это означает, что, теоретически, на высоких скоростях они могут двигаться с отрывом от земли.

Ранние эксперименты с подвижными крыльями привели к некоторым серьезным авариям, а в 1970 году в регламенте было введено, чтобы ограничить размер и расположение крыльев. Крылья с течением времени изменялись, но это правило до сих пор держат в значительной степени актуальным и сегодня.

К середине 1970-х годов был открыт «граунд эффект» прижимной силы. Инженеры Лотуса выяснили, что умело разрабатывая нижнюю часть машины, все шасси можно было сделать так, чтобы действовало как одно гигантское крыло, которое всасывало машину в дорогу. Конечным примером этого мышления был Brabham BT46B, разработанный Гордоном Мюрреем, который фактически использовал охлаждающий вентилятор вытяжки воздуха из герметичной зоны под машиной, создавая огромную прижимную силу. После технических проблем в других командах он был отозван после одной гонки. Вскоре после того, как правила изменились, чтобы ограничить преимущества «наземных эффектов» - во-первых, запрет на юбки, используемые для содержания зоны низкого давления, а затем требование для «ступенчатого пола».

В последующие годы аэродинамическое развитие было более линейным, хотя возрастающие скорости и другие факторы привели к тому, что регулирующие органы спорта несколько раз подстраивали и ужесточили правила.

В результате сегодняшние аэродинамические части имеют значительно меньшую свободу, чем их коллеги из прошлого, со строгими правилами, определяющими высоту, ширину и расположение кузова. Тем не менее, с каждым дополнительным килограммом прижимной силы, равным нескольким миллисекундам времени, накопленным во время круга, команды по-прежнему вкладывают значительные суммы времени и денег в программы аэродинамической трубы и вычислительную гидродинамику (CFD) - две основные формы аэродинамических исследований.

Наиболее очевидными аэродинамическими устройствами на машине Формулы-1 являются передние и задние крылья, на которые приходится около 60 процентов общей прижимной силы (днище машины отвечает за большую часть остальной). Эти крылья оснащены различными профилями в зависимости от требований прижимной силы на конкретной трассе. Плотные медленные трассы, такие как Monaco, требуют очень агрессивных профилей крыльев, чтобы максимизировать прижимную силу, в то время как на скоростных трассах, таких как Монца, количество профилей сводится к минимуму, чтобы уменьшить сопротивление и увеличить скорость на длинных прямых.

Каждая отдельная поверхность современной машины Формулы 1, начиная от формы подвески, соединяется со шлемом пилота - имея свои аэродинамические эффекты. Это связано с тем, что нарушенный воздух, где «отделяется» поток от тела, создает турбулентность, которая, в свою очередь, создает сопротивление и замедляет работу машина. Фактически, если вы внимательно посмотрите на современный болид, вы увидите, что почти столько же было потрачено на уменьшение сопротивления и управления воздушным потоком, как увеличение прижимной силы - от вертикальных торцевых пластин, установленных на крыльях, для предотвращения образования вихрей на диффузор, установленный на низком уровне сзади, что помогает повторно уравнять давление более быстротекущего воздуха, прошедшего под машиной, и в противном случае создало бы «воздушный шар» низкого давления, тянущийся сзади. Но, несмотря на это, дизайнеры не могут сделать свои машины слишком «скользкими», потому что необходим запас воздуха, который должен быть обеспечен в нужном количестве, для того, чтобы помочь охладить различные части энергоблока.

Изобретательность инженеров Ф1 означает, что время от времени в правилах найдется лазейка, и будет найдено умное аэродинамическое решение. Чаще всего эти устройства, такие как двойные диффузоры, F-воздуховоды и выдувные диффузоры, будут запрещены, но одно нововведение, которое активно одобрено, - это заднее крыло ДРС (Drag Reduction System или Система Снижения Турбулентности). Это устройство, которое было введено для того, чтобы увеличить количество обгонов, что позволяет пилотам регулировать угол основной плоскости заднего крыла, чтобы уменьшить сопротивление и увеличить скорость на прямой, хотя он может использоваться его только на определенных участках трассы и когда пилот находится в одной секунде от впередиидущей машины.