Чем отличается аэродинамика болидов F1 2022 года и почему пилотам придется привыкать?

Недавно FIA представила готовый болид F1, соответствующий регламенту следующего 2022 года. Основным изменением стала аэродинамика: меньше грязного воздуха и бОльшая роль граунд-эффекта

Начнем с основы основ: для того, чтобы быстро проехать круг гоночного трека, важны далеко не мощность и максимальная скорость, а аэродинамика -- именно она помогает болиду проходить повороты на высокой скорости, создавая прижимную силу (кстати говоря, прижимная сила также помогает болиду быстро тормозить и ускоряться на высоких скоростях). Создать прижимную силу можно многими способами, но вот основные, которые применяются в автоспорте:

Однако ни в коем случае не стоит думать, что эти элементы работают по отдельности: вся сложность аэродинамики как науки заключается в том, чтобы создать такие элементы, которые будут работать вместе, создавая правильные воздушные потоки вокруг болида.

Граунд-эффект основывается на эффекте Вентури, который гласит примерно следующее: если поток газа или жидкости протекает через суженную часть трубы, то давление на этом участке падает, а скорость протекания газа или жидкости растет. Собственно, используя такую данность природы инженеры и научились прижимать гоночную технику к земле сильнее: плоское днище болида опускается как можно ближе к асфальту, путем занижения подвески (образовывается суженная часть), из-за чего свое действие начинает эффект Вентури, ускоряя воздух и создавая низкое давление, что и «присасывает» болид.

У данного эффекта есть как свои плюсы, так и свои минусы.

Плюсы:

Минусы:

Повышая роль граунд-эффекта, FIA делает отважный шаг: с одной стороны гонки станут интереснее, пилоты будут ехать ближе, а борьба будет ярче, но с другой стороны болиды станут опаснее в пилотировании. Судя по всему, в FIA считают, что нынешняя конструкция монококов достаточно безопасная «в случае чего».

А новые спойлеры!

Первое и самое важное: новые спойлеры намного меньше, ниже, а значит создают намного меньше прижимной силы. (Вы же знаете, что чем больше угол атаки и чем шире и длиннее сам спойлер, тем выше давление он создает над собой и ниже под собой? Высокое давление над ним толкает его вниз, а низкое давление под ним — засасывает его… тоже вниз)

Также, благодаря своей особой «плавной» конструкции, новые спойлеры создают меньше завихрений (что помогает не только позади-идущему сопернику, но и избавляет сам болид от «вредных» завихрений)

Вы, скорее всего, не заметили, но у спойлера появился еще один помощник: мистер спойлер-младший (неофициальное название, воля автора):

Именно эти плашки около выхлопной трубы создают зону низкого давления за собой, засасывая воздух из-под днища! Просто гениально!
То есть: воздух проходит под болидом, делает свое дело, а потом, когда он выходит сзади, он «засасывается» в зону низкого давления, благородно созданную нашим мистером спойлером-младшим! Эта зона низкого давления засасывает воздух из-под днища к себе, а потом отправляет его по траектории движения дальше вверх, спасая позади-идущего соперника от лишнего грязного воздуха.

Что мы привыкли видеть на болидах сейчас? Ну, примерно это:

Однако не думайте, что прижимная сила создается примерно как со спойлером, нет-нет-нет.

Секрет нынешних антикрыльев в так называемом эффекте y250 vortex.

Каждое из мини-крыльев переднего антикрыла создает зону высокого давления над собой и зону низкого давления под собой. Однако, этих мини-крыльев, как правило, от 4 до 6. Когда каждое из них создает такие зоны разного давления, воздух на внутренних концах мини-крыльев как бы завихряется в мини-торнадо, направленное в переднюю часть днища, что создает хорошую прижимную силу. Да, сложно понять, но нужно принять. Объясню еще раз: каждое мини-крыло переднего антикрыла создает разное давление с разных сторон, из-за разного размера мини-крыльев и хитрой геометрии воздух в итоге завихряется примерно вот так:

Если ваш мозг до сих пор не порвался, то я закончу начатое более подробной анимацией этого аэродинамического эффекта:

Дальше этот «вихрь» летит прямиком в днище и его аэродинамические элементы, создавая дополнительную прижимную силу (помните, что вихрь из воздуха обладает повышенной энергией, а значит создает больше прижимной силы). Почему «y», почему «250» и почему «vortex»? Y — это горизонтальная ось. 250 — это 250мм. Vortex в переводе с английского — вихрь. По горизонтальной оси между центром носа болида и «кончиком» мини-крыльев создается зазор в 250мм, что порождает вихри. То есть вот так:

Кстати, данные вихри могут доходить даже до задних аэродинамических элементов, помогая и им в создании дополнительной прижимной силы. Но в основном хитрая геометрия боковых аэродинамических элементов и направление бокового вихря уводят воздух от заднего колеса, тем самым уменьшая сопротивление себе, но увеличивая его позади-идущему сопернику.

Что-то я заболтался. Что же там про новые антикрылья спереди?

Теперь то вы вооружены знаниями и ваш опытный глаз видит, что нет никакого 250-ти миллиметрового зазора, а значит и никаких завихрений — тоже.

Новым регламентом сказано, что в переднем антикрыле может быть только 4 аэродинамических элемента. Также само антикрыло станет намного «плавнее», что сведет завихрения на «нет». Ну и, конечно же, по аналогии с задним антикрылом, новое переднее создает меньше прижимной силы, чем прежде.

Ни для кого не секрет, что новые болиды перейдут на диски 18-го диаметра (сегодня болиды используют 13-ти дюймовые диски). Помимо размера диска изменится и размер шины: итоговый диаметр — 720мм (раньше — 670мм). Изменится и размер тормозного диска: с 280мм до 330мм (хотя это, скорее всего, ни на что не повлияет, поскольку даже современные тормозные диски отлично охлаждаются и не ломаются от нагрузок).

И вроде бы все красиво модно-молодёжно, но есть несколько проблем:

Проблема № 1 — Масса

По некоторым данным, один диск колеса болида Формулы-1 13-го диаметра весит около 3-4 килограммов. Если посчитать площадь колеса 13-дюймового диска и 18-дюймового диска, то станет очевидно, что при одинаковой конструкции новое колесо будет весить от 12 до 15 килограммов. Помимо этого, сами шины станут шире, что также увеличит их массу. Но дьявол, как известно, кроется в деталях: колеса — это не обычная масса, это вращательная масса. Чем больше масса и чем дальше она от центра колеса, тем больше крутящего момента нужно приложить, чтобы совершить один оборот колеса. Но ускорение работает в обе стороны: после разгона нужно еще и затормозить болид, что с новыми колесами будет тоже тяжелее. Дольше разгон, дольше торможение — медленнее прохождение круга

Проблема № 2 — Жесткость шин

Казалось бы, шины жестче — гонки безопаснее, все прекрасно! Но нет: нынешние шины имеют борт высотой в 170мм, новые будут иметь всего 132мм.

Шины — неотъемлемая часть системы подвески болида. Большинство вибраций и неровностей гасит именно шина, обеспечивая лучшее сцепление и позволяя делать амортизаторы тоньше и легче.

Проблема № 3 — Возросшая неподрессоренная масса

Если кратко, то неподрессоренная масса — это все, что находится на подвеске, включая колеса и прочие элементы по типу рычагов и рулевых тяг. Тяжелые колеса — тяжелая подвеска. Много неподрессоренной массы — совершенно другое управление для пилотов.

Но стоит упомянуть и плюсы новых колес:

Технический директор Мерседес высказался на тему новых колес в своем интервью Racefans

А еще у новых болидов F1 2022 года есть такие милые штучки, призванные убирать завихрения от вращение колес:

Подытожим: основная доля прижимной силы теперь будет создаваться граунд-эффектом, а значит, что машина станет более нервной. Поскольку прижимная сила создается всем днищем, то нельзя будет настроить болид на оверстир или андерстир. Наезд на поребрики будет убирать прижимную силу, а, значит, пилоты будут вынуждены не атаковать слишком сильно, иначе придется заплатить слишком много за ошибку. Борьба будет красивее и ближе, максимальная скорость — увеличится, а ускорение и торможение замедлятся.

Многие фанаты любят искры из-под болидов за их красоту и эффектность. Так вот: их тоже не будет (по нынешнему регламенту на дно устанавливается титановая пластина определенной толщины, которая ограничивает расстояние от днища до земли, чтобы команды не использовали граунд-эффект. Если по истечению гонки пластина стерлась до минимальной толщины — дисквалификация).

Новые болиды ощущаются совершенно по иному, о чем уже высказались некоторые пилоты. Много симрейсеров уже протестировали новые болиды в Asetto Corsa и высказали свои первые впечатления на этот счет.

Ну что, признавайтесь, вы 13-летний фанат Форсажа? Или вам вообще не нравятся новые болиды?

Также буду рад любым обсуждениям под постом или вашему мнению!

Что-то непонятно? Задавайте вопросы, разберемся вместе.

#F1 #F12022