Что недоговаривают в FIA? Выводим Ferrari на чистую воду...
Скандал вокруг возможного использования со стороны Ferrari топливных лазеек в техническом регламенте прошлого года поутих на фоне бушующего коронавируса. Но дотошные эксперты вроде Крэга Скарборо не собираются спускать им всё с рук...
Легенда Ferrari в истории Формулы 1 тесно переплетена с их традициями в области моторостроения. Силовая установка для коллектива из Маранелло во все времена была Священным граалем – а Энцо Феррари однажды даже сказал: «Я просто строю двигатели и прикручиваю к ним колеса».
Однако вот уже много лет моторы Скудерии не помогают прославленному коллективу добиваться побед на высшем уровне автоспорта. Команда в последнее десятилетие заметно сдала, всецело уступив цветущие лавры соперникам из Mercedes.
И вот вдруг в сезоне-2019 алые машины ни с того ни с сего полетели, и это без существенных изменений в техническом регламенте в межсезонье! Преимущество Скудерии было заметно невооруженным глазом как в квалификациях, так и в гонках – особенно на прямых отрезках.
Соперники Ferrari, проведшие в спорте не один год, не могли этого не заметить и тут же начали строчить жалобы в руководящие органы. Наконец, после открытого запроса со стороны Red Bull на техническую инспекцию красных машин, Международной федерации автоспорта пришлось вмешаться.
Проведенное расследование якобы не выявило никаких нарушений, но FIA при этом сделала совершенно странное двоякое заявление, фактически отказавшись обнародовать подробности процесса. Это не могло не повлечь новые подозрения со стороны соперников и болельщиков.
Что же противозаконного могла сделать Ferrari в прошлом году, и как ей могло это сойти с рук? Давайте разберемся вместе…
Регламент на расход топлива
Многие помнят, что еще пару десятилетий назад Ferrari не было равных в Больших Призах. Их 12-цилиндровые монстры давали немалую фору всем остальным моторам на стартовой решетке, не оставляя соперникам ни малейших шансов. Но в последние годы, и особенно с наступлением новой гибридной эпохи турбо, первенство перехватила Mercedes и всецело удерживает его, никого и близко не подпуская.
Современные силовые установки Формулы 1 невероятно сложны, и своей сложностью они обязаны решению ввести в использование сразу две гибридные системы и ограничить потребление топлива 6-цилиндровыми двигателями внутреннего сгорания. И именно это ограничение (как и любое другое в Формуле 1) активизировало работу инженеров на базах команд. Поначалу в командах пытались что-то сделать с гибридными составляющими силового агрегата, но очень быстро выяснилось, что в плане оптимизации эта область не представляет большого интереса. Более того, только в последний год надежность гибридных систем перестала вызывать вопросы. Проблема в том, что выход мощности от гибридных составляющих ограничен на уровне 161 л.с. (120 кВт), и эта энергия доступна пилотам только при полностью открытой дроссельной заслонке.
В какой-то момент инженеры в командах оставили гибриды в покое и переключились на другие области повышения эффективности силовых агрегатов, одной из которых является система подачи горючего из топливного бака к цилиндрам мотора.
В 2014 году FIA ввела ограничение на потребление топлива моторами, причем сделано это было сразу двумя способами. Во-первых, был установлен лимит на количество горючего на гонку в 100 кг (впоследствии это ограничение было ослаблено). Во-вторых, было решено, что в любой момент времени скорость потока топлива на пути от бака к цилиндрам не должна превышать определенного значения. И здесь также проявилась любовь FIA к круглым цифрам – они ограничили скорость потока теми же 100 килограммами. Но не просто 100 килограммами, а 100 кг/час. Болельщики поначалу были в шоке от этих цифр, но им быстро объяснили, что это не значит, что моторы Ф1 потребляют центнер топлива за час, а речь идет о моментальной скорости потока, которая в более привычных единицах равняется 27,8 граммов в секунду.
Введенные ограничения привели к тому, что команды больше не могли задирать планку турбонаддува и сжигать лишнее топливо с целью получения дополнительной мощности. Таким образом, лимит по горючему на гонку ограничил изыскания инженеров в области прироста мощности по воскресеньям, а меры по мгновенному потреблению бензина не позволили командам на короткое время повышать мощность агрегата в субботних квалификациях. В целом это привело к тому, что новые моторы стали потреблять на треть меньше горючего по сравнению с эпохой V8!
Для мониторинга уровня потребления топлива FIA объявила тендер на изготовление соответствующего измерительного прибора. Соревнование выиграла компания Gill Sensors, ультразвуковые сенсоры которой были полностью лишены подвижных частей, которые могли мешать течению топлива, и обеспечивали высочайшую точность измерений. Устройства (на рис. ниже «Fuel flow meter») были установлены в промежутке между насосом низкого давления (на рис. ниже «Fuel pump (low pressure)»), размещающимся непосредственно в топливном баке, и насосом высокого давления (на рис. ниже «Fuel pump (high pressure)») на самом двигателе. Эти сенсоры были подключены к главной цепи, и собранные данные отправлялись одновременно на электронный блок управления и записывающее устройство от FIA. При этом показатели датчиков в плане калибровки проверялись третьей стороной, чтобы замер везде производился с одинаковой частотой.
Если не считать проблем с топливом Red Bull, возникших в 2014 году, в целом эти сенсоры стали стандартом для современной Формулы 1 и не доставляли никаких хлопот. Незаметным был и новый тендер среди производителей от FIA в 2017 году и смена поставщика датчиков в 2018-м – им стала компания Sentronics.
Мошеннич………. Тс-с-с-с…
Чтобы повысить эффективность мотора, инженерам необходимо было придумать способ прогонять топливо от бака до двигателя с большей скоростью, чем это позволяет регламент. Это можно было сделать, либо сохраняя часть горючего в области за датчиком, при этом не увеличивая скорость потока и оставаясь тем самым в рамках правил, либо перехитрив считывающее устройство.
В первые годы действия нового регламента одна за другой выпускались технические директивы в попытках предотвратить создание запаса топлива в цепи за датчиком. С таким запасником, который показан на рисунке ниже в пунктирной области, команда могла не превышать скорость подачи топлива, а просто сохранять часть горючего в отсеке, чтобы в нужные моменты и с нужной интенсивностью подавать его на насос высокого давления, а оттуда – к цилиндрам.
Изначально в регламенте не оговаривались никакие ограничения на объем топлива в трубопроводе, накопителях и насосах за пределами топливного бака. Но в FIA очень быстро смекнули, что здесь есть лазейка, и сначала установили довольно щедрый лимит в 2 литра горючего во вспомогательных системах, а затем снизили его до 250 куб.см. Кроме того, понимая, что в этой области есть потенциальный риск новых изобретений, FIA распорядилась утвердить к 2021 году отдельную спецификацию, в рамках которой производством трубопровода между топливным баком и насосом должна заняться Magneti Marelli, а насосы высокого давления должны поставляться компанией Bosch Motorsport. Так что в Федерации прекрасно понимали о существовании этих лазеек и делали всё, чтобы их прикрыть.
Второй способ – перехитрить датчик – реализовать сложнее, зато он способен обеспечить реальную отдачу в случае успеха, поскольку можно будет регулировать скорость потока топлива по своему усмотрению. Но как это сделать? Пустить горючее в обход датчика или механически изменить конструкцию сенсора нереально – FIA моментально заметит подлог. Поработать с составом самого топлива, чтобы датчик при его прохождении регистрировал меньшую скорость потока, тоже не удастся, поскольку управляющий орган заранее позаботился о том, чтобы сенсоры перекалибровывались всякий раз, когда меняется формула горючего.
Остается воздействовать на датчик при помощи электрического сигнала. Сенсоры и системы сбора данных машины работают с разной частотой. Частота для сенсоров установлена на отметке 2,2 кГц, что означает чтение информации с частотой 2200 раз в секунду. Таким образом, датчик периодически считывает информацию и генерирует электрический сигнал. Визуально это можно отобразить на графике с импульсами – по одному импульсу в 1/5000 секунды, где величина импульса отражает показатель замера. Если импульсы превышают отметку в 100 кг/с, скорость топливного потока считается завышенной. Причем, как было отмечено выше, и сами команды, и FIA имеют доступ к записанной информации.
Если можно как-то снизить пики импульсов, в FIA будут считать топливный поток соответствующим установленным нормам, хотя на самом деле его скорость может быть выше. Подобная корректировка импульсов в электрических сигналах достигается при помощи создания помех дискретизации. Этого можно добиться двумя способами: путем изменения сигнала или изменения скорости потока топлива.
Первый вариант вполне реализуем, и сейчас много говорят о том, что в районе датчика замера топливного потока могут проходить высоковольтные провода от гибридной системы и тем самым создавать наводку. Есть и другие способы повлиять на электрический сигнал, регистрируемый датчиками от FIA. В этом случае сенсор будет снимать не пиковые показатели импульсов, как предполагается, а включаться до или после их возникновения, тем самым занижая реальные показатели скорости топливного потока.
Второй вариант также может быть воплощен на практике. Дело в том, что любые топливные насосы обеспечивают не постоянную скорость потока, а работают с определенной пульсацией. Так что как и график электрических импульсов, график скорости движения горючего в системе также обладает пиками. При этом во время пульсаций скорость топлива может превышать отметку в 100 кг/с, но если синхронизировать насос с сенсором по частоте сбора информации, то можно регистрировать только нижние показатели между пиками пульсаций. А поскольку, как мы уже говорили, выходные данные сенсора доступны командам, у них есть все необходимое для осуществления такой частотной синхронизации.
Неизвестно, что именно делали в Ferrari, но что-то делали, это точно, и это прямо подтвердил на днях президент FIA Жан Тодт. В следующем сезоне эти лазейки должны быть закрыты. В частности, командам будет закрыт доступ к информации о частотных характеристиках топливных сенсоров, а данные будут отправляться по выделенному шифрованному каналу FIA.
Возможно, в будущем команды действительно не смогут воспользоваться лазейками в этой области регламента. А прошлое нас касается настолько, насколько мы сами того хотим…
Перевел и адаптировал материал: Александр Гинько
