Как изменится аэродинамика шасси в 2021 году и кто от этого выиграет?
Хотя глобальное изменение технического регламента из-за коронавируса было отложено до 2022 года, в следующем сезоне машины Формулы 1 не будут такими же, как сегодня. Что же в них изменится, и кто выиграет от этого? Послушаем технического эксперта Марка Хьюза и насладимся изображениями от Джорджио Пиолы...
Не так давно Международная автомобильная федерация объявила о том, что в сезоне-2021 команда обязаны будут изменить геометрию днища по бокам шасси. Казалось бы, небольшой нюанс в аэродинамике машин, но это далеко не так, ведь именно в этой части шасси создается существенная часть прижимной силы.
В настоящее время команды могут делать боковую кромку днища абсолютно прямой начиная от кокпита и заканчивая областью задних колес, то есть она может идти параллельно продольной оси машины по всей длине. Но в следующем году при подходе к задним колесам днище должно будет располагаться на 10 см ближе к шасси, таким образом, боковая линия днища будет не прямой, как сейчас, а диагональной, как показано на рисунке ниже.
Это изменение значительно уменьшит общую площадь днища. Насколько именно – зависит в частности от длины колесной базы. В свою очередь прижимная сила, создаваемая в районе днища, по сути, составляет произведение площади днища на отрицательное давление воздуха, генерируемое в этой области.
Позже мы поясним, как именно усечение днища повлияет на прижимную силу шасси, а пока послушаем комментарий по поводу этого решения главы аэродинамического отдела Формулы 1 Джейсона Сомервилля.
«Уменьшив площадь днища, мы лишили шасси части прижимной силы, – сказал специалист. – Машины будут терять прижим в скоростных виражах, где шины подвергаются максимальной нагрузке. Таких поворотов много, например, в Барселоне и Спа, где боковые нагрузки очень велики.
Конечно, команды постараются вернуть себе часть прижимной силы, которую потеряют, но вряд ли им удастся компенсировать потери до нынешнего уровня. Но машины в сезоне-2021 будут выглядеть не так, как нынешние, поскольку команды будут продолжать их дорабатывать».
Как же именно геометрия днища сможет столь существенно повлиять на аэродинамику шасси? Дело в том, что ограничения коснутся не только днища, но и всех прорезей, количество и геометрия которых выверялись командами до миллиметра и играли очень важную роль.
Прорези в этой части днища подразделяются на продольные и поперечные и выполняют совершенно разные функции, хоть и нацеленные на увеличение прижимной силы. Ожидается, что изменение геометрии днища и запрет на прорези вкупе должны увеличить среднее время прохождения круга примерно на полсекунды.
Почему так много? Для этого нужно разобраться в предназначении прорезей в этой части днища.
Поперечные прорези, располагающиеся непосредственно перед задними колесами, призваны отводить от шасси излишки воздушной массы, создаваемой в этой области по причине вращения колес. В отсутствие этих прорезей воздушный поток, проходящий вдоль днища, будет сталкиваться с завихрениями, создаваемыми движущимися колесами, в результате чего будет создаваться так называемый эффект головной волны. Эта преграда существенно снизит объем, скорость и плавность потока, поступающего на диффузор, что серьезно уменьшит его эффективность. Всё, что препятствует движению воздушного потока вдоль днища и под ним, негативно отражается на прижимной силе шасси.
Так что эти поперечные прорези днища не зря вошли в моду в современной Формуле 1, и команды уделяли им повышенное внимание, меняя их геометрию от этапа к этапу. На изображении выше показан пример очень сложной системы прорезей в исполнении команды Haas на своем шасси с индексом VF20. Если говорить просто, эти прорези позволяли отправить куда подальше воздушное образование, исходящее от вращающихся колес, чтобы оно не мешало проходить «чистому» потоку вдоль днища к диффузору.
Длинные продольные прорези вдоль всей боковой кромки днища, которые приобрели огромную популярность в Формуле 1 за последний год, служат для создания завихрений вдоль всей границы днища, тем самым искусственно образуя «юбку», препятствующую выходу воздушной массы из-под днища наружу по бокам. Это, в свою очередь, позволяет увеличить разницу давлений под шасси и снаружи. Идея старая, а реализация – новая.
В следующем году специалисты по аэродинамике в командах при адаптации шасси к новому сезону более не смогут полагаться на помощь этих двух видов прорезей для увеличения аэродинамической эффективности машины. Но никто не запрещает им осуществлять доработку шасси в области антикрыльев, боковых понтонов и диффузора, чтобы как-то нивелировать грядущие ограничения технического регламента по части боковых кромок днища.
Зачем же в FIA вообще ввели этот запрет на прорези в днище и изменили его геометрию? А это своеобразная мера по противодействию будущим естественным разработкам команд по увеличению прижимной силы шасси. Дело в том, что переход на новые шины Pirelli с 18-дюймовыми дисками также был отложен до 2022 года, а значит, в следующем сезоне на машинах будут установлены нынешние шины, которые и так уже находятся на пределе противостояния аэродинамическим нагрузкам.
Снижение прижимной силы в затяжных поворотах было просто необходимо, чтобы шины могли продолжать находиться в оптимальном рабочем окне.
Изначально в FIA хотели сократить прижимную силу за счет уменьшения площади заднего антикрыла. Но в результате моделирования этой системы выяснилось, что этот вариант не подойдет. Дело в том, что широкие шасси, появившиеся в 2017 году, сами по себе создают такую огромную прижимную силу, что некоторые повороты гонщики могут без труда проходить газ в пол. И если уменьшить заднее антикрыло, скорости в этих виражах еще сильнее возрастут, и при этом их все равно можно будет проходить на полном газу.
Как же это нововведение в правилах скажется на шасси разных команд? Конечно, со временем инженеры поймут, как преодолеть новые ограничения и выйти на прежний уровень, как это всегда бывает.
Но в целом можно сказать, что на первых симуляциях команды, чьи машины обладают большей клиновидностью (как, к примеру, Red Bull), должны почувствовать большее негативное влияние подрезанных боковин днища, чем коллективы, чьи шасси обладают более плоским днищем (такие как Mercedes и Racing Point).
Если вспомнить, что прижимная сила, создаваемая днищем, является произведением площади днища на отрицательное давление воздуха, становится понятно, что на машинах с меньшей клиновидностью можно будет использовать большую площадь днища для компенсации недостатка отрицательного давления воздуха на квадратный дюйм по сравнению с шасси с высокой клиновидностью. Отказ от «запирающих» днище продольных прорезей уменьшит предельное отрицательное давления воздуха, которое может быть создано при помощи днища.
Что ж, это всего лишь предположения. Посмотрим, как инженерные отделы команд Формулы 1 справятся с этой непростой задачей…
Перевел и адаптировал материал: Александр Гинько
Источник: https://www.formula1.com/en/latest/article.what-does-the-2021-aero-rules-change-mean-for-the-cars-and-which-teams-will.4UDFqT5FCn6Ix49mcn0wDt.html https://www.formula1.com/en/latest/article.revealed-the-key-performance-area-being-closed-off-as-f1-trims-2021.3vEQAuYGUJxGteSx3JEmKi.html
