Технический обзор: первая половина сезона
В то время как базы команд Ф1 только недавно открылись после летних каникул, Крэг Скарборо рассказывает о главных тенденциях в развитии машин нынешнего сезона
Благодаря сочетанию относительно стабильного регламента и необходимости выделения дополнительных ресурсов на разработку шасси будущего сезона, когда в силу вступят совершенно новые правила, в 2013-м темпы развития техники Ф1 не столь высоки, как прежде.
Несмотря на это, в первой части сезона мы стали свидетелями нескольких интересных тенденций, которые избрали команды при доработке своих машин.
В связи с тем, что многие команд уже работают в условиях серьезной экономии, достаточно сложно решить, на каких областях стоит сосредоточить свои ресурсы. Впрочем, лишь незначительные изменения в правилах, вроде введения маскировочной панели, призванной скрыть "ступеньку" на носовом обтекателе, подвигли участников чемпионата уделить основное внимание работе с шинами, где изменения оказались куда более серьезными – в то время как аэродинамика отошла на второй план.
2014-й уже не за горами, так что пакеты обновлений для Монцы и те детали, что сейчас находятся в разработке, для многих станут последними доработками в нынешнем сезоне.
Но тем, кто не может позволить себе такой роскоши и бросить доработку шасси, когда до конца сезона еще остается почти половина гонок, придется найти верный баланс и грамотно распределить свои ресурсы между машинами 2013 и 2014 годов.
Некоторые наработки пригодятся командам и в следующем сезоне, но важнейшие области машины – система выхлопа и боковые понтоны – в 2014-м претерпят серьезные изменения. Таким образом, любые новинки, которые появятся в этих областях шасси, не сослужат пользы в будущем году.
НОСОВЫЕ ОБТЕКАТЕЛИ
В большинстве команд решили прибегнуть к использованию разрешенных правилами декоративных панелей, которые призваны скрыть "ступеньку" в районе передних колёс.
В середине сезона в Mercedes изменили форму своего носового обтекателя, в то время как в Caterham использовали прошлогодний вариант вплоть до гонки в Барселоне, к которой команда подготовила большой пакет обновлений. Любые изменения в верхней части 'носа' видны как на ладони, но вот выигрыш здесь минимален – куда более привлекательной областью для доработок стала нижняя часть обтекателя.
Во-первых, вертикальные пилоны, связывающие его с пердним крылом, являются отличным средством перераспределения воздушных потоков. Большинство команд сделали пилоны шире, придав им слегка изогнутую форму, одними из последних доработки в этой области осуществили Mercedes и McLaren.
Все большую популярность набирает элемент, находящийся в нижней части носового обтекателя, как раз между пилонами. Это округлый прилив, прозванный "подбородком". Элемент обтекаемой формы немного повышает уровень прижимной силы, параллельно снижая максимальную скорость машины.
Это решение позволяет ускорить течение воздушного потока между пилонами, из-за чего по закону Бернулли его давление падает, вызывая разряжение под носовым обтекателем – а следовательно, повышается прижимная сила.
Однако решения, используемые командами, настолько схожи, что от 'подбородка' все получили небольшую, но практически равную прибавку в скорости.
В долгосрочной перспективе наработки в этой области не сыграют существенной роли, поскольку, согласно регламенту следующего сезона, кончик носа будет находиться куда ниже. И хотя новые правила также разрешают использование маскировочных панелей и подобных приливов, геометрия нового носового обтекателя будет серьезно отличаться от нынешнего варианта.
БОКОВЫЕ ПОНТОНЫ
В 2013-м правила в отношении выхлопной системы остались неизменными, так что команды сосредоточили все свое внимание на том, чтобы добиться максимального аэродинамического эффекта от потока горячих отработавших газов.
И хотя с 2012-го, в соответствии с правилами, выхлопные трубы стали располагаться куда выше, а на картографию двигателей было наложено несколько жестких ограничений, выхлопная система по-прежнему остается одним из наиболее действенных инструментов в борьбе за эффективность шасси.
В связи с тем, что в правилах четко прописано, как должны располагаться выхлопные трубы, поток горячих отработавших газов сначала устремляется вверх, после чего в силу комбинации аэродинамических факторов завивается и возвращается назад, попадая напрямую к внешним стенкам диффузора. Это дает возможность "запечатать" диффузор, существенно снизив утечки воздушных потоков из него, а также уменьшив влияние завихрений, создаваемых задними колесами.
Для изменения направления потока отработавших газов существуют два различных способа. Первое и наиболее простое решение нашли в McLaren в сезоне 2012 года, расположив выход выхлопных труб в теле боковых понтонов. В них сделано небольшое изогнутое вниз углубление, которое увлекает поток газов за счет эффекта Коанда. Также свою лепту, "прижимая" выхлоп, вносит воздушный поток, который огибает понтоны сверху. Все это позволяет направить отработавшие газы в сторону диффузора.
Такое решение позволяет воздушным потокам по-прежнему протекать вокруг боковых понтонов, проходя под выхлопными газами, то есть традиционная аэродинамика машины не нарушается. Этот вариант отлично работает и, по всей видимости, менее чувствителен к количеству отработавших газов и положению дроссельной заслонки, тем самым обеспечивая преимущество перед другими идеями.
Еще одно средство направить выхлоп к диффузору – боковые понтоны "тоннельного" типа, первооткрывателями этой идеи стали инженеры Red Bull Racing. В прошлом сезоне только подопечные Кристиана Хорнера использовали такое решение, но сейчас их примеру уже последовали многие другие команды.
В Lotus проектировали свое нынешнее шасси, изначально исходя из этого принципа, а уже по ходу сезона Sauber и Toro Rosso также переняли идею чемпионов мира.
Очень похоже, что энергия отработавших газов в этой конструкции используется эффективнее, так как они поступают к диффузору благодаря особой плавной форме кузовных элементов, поверхность которых ниспадает от среза выхлопных труб к дифузору.
Чтобы обеспечить потоку воздуха беспрепятственное протекание вдоль боковых понтонов к задней части машины, ниже этой приподнятой части сформированы специальные тоннели. В регламенте прописаны их предельные геометрические размеры, потому движение потока в небольших воздуховодах под поверхностью боковых понтонов должно быть тщательно просчитано.
Подобные тоннели имеют выход в районе центральной части диффузора, вдобавок обеспечивая его дополнительный "наддув" через отверстие для внешнего стартёра. И хотя за счет формы боковых понтонов выхлопные газы, похоже, способны эффективнее "загружать" диффузор, ограничение размера тоннельных отверстий делает эту систему более зависимой от степени открытия дроссельной заслонки.
В соответствии с новыми правилами, со следующего года двигатель получит единственную выхлопную трубу, которая будет располагаться в области диффузора над энергопоглощающей структурой безопасности. В связи с этим в диффузор не получится направить достаточное количество отработавших газов, хотя, возможно, в случае с задним антикрылом эта цель вполне достижима.
Из-за того, что выхлопная система с эффектом Коанда уйдет в прошлое, машины лишатся порядка 60% прижимной силы, что равнозначно потери двух секунд на круге. При этом команды, несомненно, частично компенсируют потери за счет доработок в других областях.
Действие эффекта Коанда и влияние воздушного потока на распределение отработавших газов дополняется завихрениями, создаваемыми различными аэродинамическими элементами, установленными в передней части боковых понтонов. Несмотря на свой небольшой размер, эти открылки играют важную роль, а доработки в этой области выгодны в плане соотношения эффекта и затраченных ресурсов.
Похоже, в качестве решений команды используют здесь два типа элементов: открылки и дефлекторы. Вертикальные дефлекторы, установленные в передней части боковых понтонов или на зеркалах заднего вида, создают спиральные завихрения, которые направляют основний воздушный поток в район выхлопных труб и диффузора. Для достижения большего эффекта команды увеличивают количество этих элементов. К примеру, на машинах Williams и McLaren установлено аж по четыре таких дефлектора!
Еще одним решением, позволяющим задать направленность воздушному потоку, являются горизонтальные открылки. Впервые нечто подобное появилось на машинах Sauber в прошлом году, после чего многие команды стали монтировать на боковых понтонах схожие приспособления.
На этапе в Венгрии на машинах RBR появился некий гибридный вариант. Он представляет собой короткий дефлектор, расположенный на боковом понтоне, ширина которого постепенно увеличивается при удалении от кокпита. Такой элемент создает как завихрения, так и направленность воздушного потока, подводя его к определенным областям в задней части машины.
ПОДВЕСКА
В связи с тем, что команды стараются всячески скрыть конструкцию своих машин, большинство обновлений, о которых становится известно, касаются лишь аэродинамического обвеса и видны невооруженным взглядом. Но за последние четыре года под покровами карбона в конструкции подвески произошла настоящая революция.
С тех пор, как в 1994-м под запрет попала система активного контроля дорожного просвета, командам пришлось искать такие механические решения, которые позволяли бы подвеске работать максимально эффективно как на низких, так и на высоких скоростях. В итоге вплоть до 2009 года участники Ф1 вынуждены были использовать пружины и стабилизаторы со все более совершенными системами крепления и амортизаторами.
Ограничивающий фактор здесь состоял в том, что передняя подвеска не могла быть связана с задней, из-за чего при нагрузке одних элементов на торможении или в скоростном вираже возникающие силы нельзя было компенсировать за счет других составляющих подвески. В связи с тем, что в настоящее время при создании машин применяется все больший угол наклона шасси вперед [дорожный просвет сзади заметно больше, чем спереди], передняя часть днища машины (сплиттер в форме перевернутой Т) становится все ближе к трассе - и риск её повреждения возрастает.
Судя по всему, еще в 2009-м Renault (ныне Lotus) стала первой командой, наладившей связь между передней и задней подвеской посредством гидравлического элемента. Идея этой системы проста, но она приносила немало пользы, уменьшая клевки на торможениях и ‘приседания’ на задние колеса во время ускорений. За счет этой новинки появилась возможность использовать пружины с меньшей жесткостью, что позволяло добиться лучшего сцепления с трассой на низких скоростях, но при этом сохранялась достаточная жесткость на высоких, позволяя поддерживать аэродинамическую стабильность.
В этом году широкую огласку получило более сложное решение, реализованное на нынешнем шасси Mercedes W04 (система взаимодействия передней и задней подвески FRIC). На машинах из Брэкли используют это новшество как минимум начиная с 2011-го.
Устройство увязывает работу подвески не только спереди и сзади, но также справа и слева. В определенных условиях оно добавляет жесткости амортизаторам одного из колес, при этом сохраняя мягкость подвески на малых скоростях.
В большинстве топ-команд разработали свои варианты, взяв за прообраз решение Lotus, тогда как в Force India и Caterham в этом сезоне представили полностью собственные системы. Про Lotus же можно с достаточной уверенностью говорить, что они уже ушли от изначального простого варианта к куда более сложному по типу Mercedes.
Об этом дополнительно свидетельствует гидравлический аккумулятор, расположенный во внутренней части левого бокового понтона: его размеры сейчас стали заметно больше, чем в начале сезона.
В настоящее время команды не жалеют средств на разработку похожих концепций. И хотя правила в следующем году изменятся, наработки в этой области в ближайшие годы должны пригодиться.
В связи с этим некоторые технические директора допускают возвращение активной подвески. Если в FIA решат использовать для контроля стандартные блоки управления ECU, это может стать более дешевым способом добиться эффекта, идентичного активной подвеске. При этом команды уже имеют опыт работы с системами вроде FRIC, да и проблем с установкой стандартных блоков на машины возникнуть не должно.
ПЕРЕДНИЕ АНТИКРЫЛЬЯ
Все свидетельствует о том, что в конструкции каскада элементов переднего антикрыла, многочисленных открылков и основных пластин команды пришли к единой концепции.
Основной задачей переднего антикрыла является создание прижимной силы в передней части машины, но также оно оказывает все большее влияние на ресурс передних шин и распределениевоздушных потоков, движущихся к задней части машины. В действительности, сложная конструкция антикрыльев в большей степени направлена как раз на реализацию этих функций, а не только для создания прижимной силы.
В конструкции переднего антикрыла большинство команд используют одну или две несущих плоскости, которые в зоне торцевых пластин дополняются более мелкими элементами, общее число которых может достигать семи. Сами торцевые пластины сейчас имеют сложную трёхмерную форму, продиктованную основным профилем переднего антикрыла, который, изгибаясь, переходит в горизонтальную часть торцевых пластин.
Это позволяет, получив прижимную силу, нужным образом направить часть потока сквозь крыло в направлении колес и "приглушить" турбулентные завихрения, создаваемые ими в точке контакта с асфальтом. В противном же случае возникшие вихри распространялись бы вдоль машины, уменьшая эффективность аэродинамических элементов в её задней части.
На основной плоскости антикрыла располагается каскад из многочисленных элементов. Их задача – отводить поток воздуха от передних шин, опять-таки снижать возникающие завихрения, а также уменьшать и без того низкое давление в области за передними колесами, что обеспечивает дополнительную прибавку в скорости за счет меньшего лобового сопротивления.
Вся сложность в разработке конструкции переднего антикрыла кроется в деталях, так что каждая команда использует здесь свои собственные решения.
И хотя обычно тон в этой сфере задают инженеры Lotus, их коллеги из RBR и Force India стали авторами новой идеи, смонтировав на несущей плоскости переднего антикрыла ряд элементов, напоминающих акульи зубы, призванные снизить темпы износа передних шин.
В 2014-м ширина переднего антикрыла с каждой стороны уменьшится на 7,5 см. И хотя оно не достигнет тех минималистических размеров, которые были до 2009-го, командам предстоит принять непростое решение, расположить ли узенькое крыло между внутренними сторонами колес – или же использовать нынешний вариант, когда его ширина соответствует межколесному расстоянию, взятому по внешней стороне.
В связи с тем, что контроль износа резины сейчас явно важнее прижимной силы, я подозреваю, команды продолжат использовать "широкий" вариант, когда поток обретает нужные направления, проходя сквозь переднее антикрыло. А это, свою очередь, означает, что множество из нынешних решений мы увидим и в следующем сезоне.
ЗАДНИЕ АНТИКРЫЛЬЯ
Когда Ferrari представила свое нынешнее шасси F138 с многочисленными вертикальными прорезями в нижней части торцевых пластин заднего антикрыла, я подозревал, многие последуют примеру Скудерии.
Но куда большую популярность в последних гонках получила идея с горизонтальными прорезями у передней кромки торцевых пластин.
Это незамысловатая в своей конструкции задумка позволяет направить воздушный поток с внешней части торцевых пластин во внутреннюю. В результате на заднее антикрыло попадает большее количество воздуха, что снижает давление в этой области и повышают прижимную силу.
Ferrari, RBR и McLaren также последовали примеру команд середины пелотона, которые использовали это решение еще в прошлом году.
Кроме того, в Lotus и RBR нашли новую лазейку в правилах, согласно которой заднее антикрыло может иметь небольшой дополнительный профиль, что обеспечивает прибавку в скорости на трассах, где требуется высокий уровень прижимной силы.
Речь идет об области в нижней части машины, под несущей балкой крыла, где можно расположить небольшое крылышко. Оно используется в качестве предварительного разделителя потоков, чем повышает прижимную силу главной аэродинамической плоскости.
ПАССИВНАЯ СИСТЕМА DRS
В Сильверстоуне Lotus впервые решилась использовать пассивную систему снижения лобового сопротивления в гонке. Устройство действует по тому же принципу, что и F-воздуховод, который в 2010-м придумали в McLaren: на высоких скоростях пилот перекрывал тыльной стороной ладони отверстие в воздушном канале внутри кокпита, и тотчас падали лобовое сопротивление и прижимная сила.
Но функционирование системы Lotus, в отличие от F-воздуховода или прошлогодней двойной DRS, обеспечивается исключительно посредством воздушного потока. Пилот или классический механизма подвижного заднего антикрыла тут ни при чем, что и делает легальным использование такого решения.
Поток воздуха под высоким давлением через специальные симметричные отверстия, расположенные в районе верхнего воздухозаборника - которые были закрыты заглушками в течение всего сезона - попадает в систему воздуховодов. На низких скоростях поток движется по длинному воздуховоду и выходит над нижней плоскостью заднего антикрыла.
А на высоких скоростях срабатывает потоковый переключатель, механически связывающий воздуховоды с традиционным верхним воздухозаборником - и перенаправляет поток в другой канал, который заканчивается под верхней плоскостью крыла.
Выходя из отверстия, воздух нарушает течение набегающего потока, из-за чего аэродинамическая плоскость разом теряет эффективность. В итоге прижимная сила снижается, а максимальная скорость возрастает.
Lotus, как полагают, в состоянии добиться прибавки в скорости на прямых в размере 8 км/ч. Но скорее всего, в команде действуют иначе: используют заднее антикрыло больших размеров, чтобы обеспечить прибавку скорости в поворотах, сохранив за счет пассивной DRS прежний темп на прямых.
В команде работают над системой уже на протяжении года с лишним. Одна из главных проблем заключается в том, что момент "переключения" не совпадает с расчетным, что происходит либо из-за утечки воздуха в верхнем канале, либо из-за закупоривания отверстий воздуховода.
В результате кропотливой работы над этой системой в верхнем воздуховоде появились небольшие дополнительные отверстия, которые отводят воздух на низких скоростях. Но затем в Lotus последовали примеру Mercedes и расположили этот воздуховод на некотором расстоянии от крыла, и теперь поток направляется вертикально вверх, также заставляя подвижный элемент терять эффективность.
Скорее всего, в предстоящих гонках команды вновь представят свои версии этой системы: в Sauber и Mercedes прежде уже испытывали подобное решение, и наверняка могут вернуться к этой идее в будущем.
Регламент следующего сезона подобные устройства не запрещает, так что команды продолжат работу над своими версиями пассивной DRS.
Тем не менее, компоновка таких систем вокруг новых силовых агрегатов может вызвать определенные трудности.
ВОЗДУХОВОДЫ ТОРМОЗОВ
С начала прошлого сезона, когда Pirelli представила менее долговечные составы резины, командам приходится искать различные решения, которые бы позволяли поддерживать шины в рабочем температурном диапазоне.
Одним из способов, позволяющим добиться этой цели, является использование тепловой энергии от горячих механизмов тормозной системы. Тормозные диски нагреваются до температуры 900 °C, которая также воздействует на колеса, а следовательно – и на шины.
В связи с этим каждая команда, в зависимости от своей ситуации с резиной, старается отвести требуемое количество теплоты от тормозных дисков во внутреннюю часть колеса.
В 2012-м в McLaren даже опробовали регулируемые воздуховоды, которые во время пит-стопов позволяли механикам изменять количество тепловой энергии, подводимой от элементов тормозной системы к шинам.
В этом сезоне команды используют различные типы "барабанов" для перераспределения тепла. Они могут как способствовать его подводу от дисков к шинам, так и, наоборот, отводить за пределы колеса.
На недавнем этапе в Венгрии появились предположения, что в Mercedes используют задние колесные диски с "двойными стенками".
Тень, отбрасываемая диском, была заметна на внутренней части колеса – в связи с чем можно предположить, что в команде из Брэкли стараются изолировать задние шины от тормозов, чтобы решить свои проблемы с повышенным износом резины.
И хотя эта идея кажется разумной, есть несколько факторов, которые не позволят такому решению сработать – в частности, это сложности, связанные с установкой шин на диски большего размера, а также ограничения в регламенте.
Но причина, по которой во внутренней части колеса появилась загадочная тень, проста: команды стараются найти минимальное расстояние между тормозными воздуховодами и колесным диском.
Под нагрузкой колесо деформируется, в связи с чем воздуховод может соприкасаться с ободом, что вызовет перегрев и повышенный износ обоих элементов.
На передних тормозных "барабанах", форма которых куда проще, команды используют специальную ленту, уменьшающую трение, за счет которой достигается лучшее уплотнение и снижается износ.
Но форма задних кожухов заметно сложнее, так что это уплотнение устанавливается на колесе, а его черный цвет ввел в заблуждение многих экспертов, что породило многочисленные слухи.
В прошлом году в RBR разработали ступицы со специальными сквозными отверстиями, которые попали под запрет на этапе в Монако. Но в этом сезоне в Williams представили схожее решение, не противоречащее регламенту.
Воздух проходит насквозь через центральное отверстие в колесных гайках, улучшая аэродинамические характеристики потока за передними колесами.
И хотя колесные гайки остаются полыми, их конструкция несла в себе известные компромиссы: для отвода воздуха деталь сделали таким образом, что гайковёрту было сложнее "цепляться" за неё на пит-стопах.
Вовсе не удивительно, что в Williams поспешили отказаться от этого решения в пользу проверенного временем варианта - не последнюю роль в этом сыграл инцидент на пит-лейне во время Гран При Германии, после чего FIA ввела жесткие ограничения и наказания.
В других командах также используют похожие решения, направляя воздух от колеса скорее в целях повышения эффективности аэродинамических характеристик, нежели для обеспечения охлаждения.
Большинство использует вариант, при котором в кожухе есть отверстия, предназначенные для охлаждения, но в реальности это решение позволяет проходить воздушному потоку через колесо, не достигая тормозных элементов.
Отверстия обеспечивают тот же эффект, что и колесные гайки Williams, но способны пропускать большее количество воздуха, влияя тем самым на завихрения, которые возникают за счет вращения колеса.
Помимо прочего, команды используют схожую конструкцию задних "барабанов", когда горячий воздух от тормозов проходит по внутренней поверхности колеса.
Это идет вразрез с традиционным методом отвода горячего воздуха по внешней части колеса, но, опять же, такое решение не запрещено правилами и используется, чтобы повысить эффективность аэродинамических характеристик в ограниченной области, где завихрения от шин влияют на направленность потока.
В связи с тем, что правила в отношении штрафов на пит-лейне сохранятся, а никаких изменений в конструкции тормозных воздуховодов не предвидится, в следующем году этой области команды должны уделить особое внимание.
