
Управление основным вентилятором, системой отсоса пограничного слоя и весами, на которых стоит автомобиль, осуществляется из пультового зала аэродинамической трубы
Система отсоса пограничного слоя включена, и низко расположенные передние спойлеры кольцевых машин нагружаются воздушным потоком. Обратите внимание — нижняя струйка дыма не «всплывает» вверх, а затекает под днище автомобиля
Площадь миделя в аэродинамической трубе АвтоВАЗа определяют на стенде, построенном немецкой компанией Schenk. Лазерный луч и видеокамера позади экрана синхронно движутся по периметру фронтальной проекции. Компьютер фиксирует «тень» автомобиля, а затем определяет ее площадь
Воздух отсасывается вниз через перфорацию пола
Рост прижимающей силы задней оси на автомобиле Восток-Лады осуществляется не увеличением угла атаки антикрыла, а установкой более высокой планки за его рабочей плоскостью
На задней двери гоночного хэтчбека ВАЗ-2112 — не антикрыло, а огромный спойлер. Увеличить прижим машины можно при помощи интерцептора, устанавливаемого на его задней кромке
| Антикрыло или спойлер?
Чем различаются антикрыло и спойлер?
Как известно, крыло — это аэродинамический элемент, который в движении создает подъемную силу. А антикрыло, соответственно, — элемент, служащий для создания прижимающей силы. Как правило, автомобильное антикрыло устанавливается отдельно от кузова на стойках, благодаря чему между рабочей плоскостью и поверхностью кузова образуется пространство для протекания воздуха.
А спойлер, называемый еще интерцептором (от английского interceptor, «перехватчик»), — это приспособление для локального срыва или изменения направления течения воздушного потока. Применяются спойлеры для разных целей, но в основном — для повышения устойчивости автомобиля в продольном направлении. Хотя, как следствие работы спойлера, может наблюдаться и уменьшение подъемных сил. Спойлер может иметь достаточно сложную форму, но обязательно примыкает к кузову автомобиля вплотную. |
|
антикрыло
|
 |
|
спойлер
|
 |
Что такое «граунд-эффект»?

Попытки прижать кольцевые болиды к трассе за счет создания разрежения под днищем предпринимались давно. Первый серьезный шаг в этом направлении сделал в 1970 году гениальный конструктор Джим Холл. Он решил отсасывать воздух из-под машины Chapparel 2J, построенной для американского кольцевого чемпионата Can Am, при помощи системы вентиляторов — они хорошо были видны сзади. В 1978 году Гордон Марри применил аналогичное решение в Формуле-1 на болидах Brabham BT 46. Острословы окрестили их «пылесосами», а спортивные комиссары FIA быстро наложили запрет на их использование как несоответствующих требованиям регламента.
Аэродинамика Формулы-1 пошла по другому пути. Разрежение под днищем стали создавать за счет организованного нужным образом протекания воздуха под машиной. Это явление получило название «граунд-эффекта» (от англ. ground — «земля») и основано на принципе трубки Вентури — понижения давления на стенки трубки по мере увеличения скорости потока. Автором такого решения был Колин Чепмен, работавший в ту пору в фирме Lotus. Кстати, самый известный «автомобильный» пример трубки Вентури — диффузор карбюратора, который резко уменьшается в диаметре в зоне распыла бензина, а потом вновь расширяется. Именно это сужение вызывает рост скорости воздушного потока, из-за чего давление резко снижается — и вызывает истечение бензина из жиклера.
Для создания граунд-эффекта сопряжение днища спортивного автомобиля с покрытием трассы в идеальном случае должно представлять как бы половинку разрезанного вдоль диффузора. Часть воздушного потока загоняется под автомобиль, ускоряется в сужающемся канале и выпускается позади автомобиля через вновь расширившийся дефлектор. Ускорение воздуха под автомобилем приводит к понижению его давления, а следовательно, к созданию прижимающей силы. Причем для возникновения максимального «граунд-эффекта» должна быть четко выверена геометрия всех трех фрагментов нижней части болида — переднего воздухозаборника, центральной части днища и канала выпуска воздуха сзади.
Для усиления граунд-эффекта Колин Чепмен решил использовать резиновые «юбки», герметизирующие днище по краям. Но вскоре «юбки» были признаны опасными и тоже были запрещены — при заездах на поребрик в поворотах иногда происходила «разгерметизация», и автомобиль буквально сдергивало с трассы из-за мгновенного уменьшения силы прижима.
Кстати, доска под днищем современных Формул-1 также появилась для того, чтобы лишить аэродинамиков возможности использовать граунд-эффект. Но наиболее грамотные из них умудряются прижать к трассе даже болид с плоским днищем. Как? При помощи переднего обтекателя характерной формы, получившего название «акулий нос», и П-образных дефлекторов под задним антикрылом.
Распределение
подъемных сил
  
|

Год назад по инициативе Авторевю в аэродинамической трубе Дмитровского полигона состоялась дуэль двух кольцевых «десяток» класса Туризм-1600 — команд Лукойл Рейсинг и Восток-Лада (см. АР № 21, 2000). Вернее, дуэль так и не состоялась — оценить работу низко расположенных передних спойлеров гоночных машин помешала проблема так называемого пограничного слоя. Отступиться? Не в наших правилах. И мы запланировали новую аэродинамическую работу — не в Дмитрове, а в Тольятти. Дело в том, что труба АвтоВАЗа оснащена системой отсоса воздуха из пограничного слоя. А значит, с помощью вазовцев мы наконец-то узнаем обо всех аэродинамических нюансах, которые характерны для болидов Супертуризма, как теперь называется класс Туризм-1600. Работу решили приурочить к гонке в Тольятти — предпоследнему этапу российского чемпионата 2001 года. В нашем тесте участвовали четыре команды. Лукойл Рейсинг и Восток-Лада предоставили свои «десятки» нынешнего сезона, АвтоВАЗ — гоночный хэтчбек на базе ВАЗ-2112, а Иж-авто Рейсинг с нашей помощью впервые «продул» новинку сезона — гоночную Оду 1.6 СТ.
Судьба этого теста складывалась драматично. Он вообще мог не состояться. Сначала долго колебались специалисты Научно-технического центра АвтоВАЗа: пускать или не пускать «враждебные» команды в заводскую аэродинамическую трубу? К счастью, победил профессиональный интерес. Но согласились тольяттинцы при одном условии — работа будет проведена в конце гоночного сезона.
Тесты должны были начаться незадолго до гонки — пока автомобили в полном порядке. Но прямо перед началом работы команда Восток-Лада внезапно отказалась от участия в продувке.
Причина — давние распри между двумя тольяттинскими командами, апогеем которых стало недавнее столкновение на московском этапе пилота Восток-Лады Виталия Дудина и заводского гонщика Николая Мезенцева. Единственная машина Восток-Лады повреждена, руководство команды — в Москве, в кольцевом комитете РАФ, рассматривающем причины аварии...
Дальше — хуже. Одна машина команды Лада-Автоспорт разбита, другая хоть и в порядке, но руководству заводской команды тоже не до нас — они заняты «разборками» с Восток-Ладой. Команда Иж-авто Рейсинг просто не успевает приехать в оговоренный день — слишком много проблем с «сырыми» Одами, и их спешно готовят к гонке. Впору сворачиваться и уезжать в Москву...
Самой дисциплинированной оказалась команда Лукойл Рейсинг — красно-белый болид был сгружен с автовоза у проходной НТЦ в четко оговоренное время. Работа началась.
Программа включала в себя две продувки каждой машины. Первая выполняется со «скоростными» настройками, когда углы атаки антикрыльев минимальны, а дополнительные спойлеры, если они предусмотрены, сняты — чтобы добиться наименьшего значения коэффициента лобового сопротивления Сх. А перед второй продувкой все элементы настраиваются на создание максимального прижима к дороге — возможно, в ущерб обтекаемости.
Автомобиль продувается с 75-килограммовым балластом на водительском месте, имитирующим присутствие гонщика. В шинах выставлено рабочее давление, а в подкапотном пространстве сняты все защитные чехлы. «Полная боевая выкладка»!
Включен вентилятор трубы, скорость потока — 144 км/ч. Кроме того, задействована и система отсоса воздуха через перфорированный пол площадки перед и под машиной. Именно это позволяет ликвидировать «застойные явления» потока в непосредственной близости от пола рабочей части трубы и создать близкие к реальным условия обтекания низко расположенных спойлеров кольцевых машин.
У лукойловской «десятки» тольяттинские специалисты сразу отметили высокую подъемную силу, действующую на передние колеса. И подсказали инженерам Лукойла, что нижняя плоскость спойлера попросту не нагружается воздухом из-за слишком больших окон системы охлаждения тормозов. Лукойловцы достаточно скептически отнеслись к рекомендациям. Но на следующий день, когда начались свободные тренировки, все же попробовали прикрыть окна. И очень удивились, когда выяснили, что в скоростном повороте перед дальней прямой с двумя ретардерами гонщики смогли ехать на 5 км/ч быстрее. Время прохождения круга снизилось на несколько десятых секунды!
— Да, теперь я понимаю, почему команды Формулы-1 рвут на части опытных специалистов по аэродинамике вроде Эйдриана Ньюи,— только и сказал лукойловский гоночный инженер Игорь Аракелян...
К счастью, после тольяттинского этапа интересующие нас машины не пострадали, и работы продолжились. Правда, Ричард Кей, выступавший на «десятке» команды Восток-Лада вместо дисквалифицированного на два этапа Виталия Дудина, в одном из поворотов вылетел с трассы и расколол передний спойлер. «А другого у нас сейчас нет»,— уныло констатировал спортивный директор команды Владимир Бузланов. К счастью, «десятки» еще одной команды российского «кольца» — ЛогоВАЗ-Беляево — оснащаются точно таким же обвесом. И логовазовский спортивный директор, легендарный кольцевик Алексей Григорьев, без колебаний пришел на выручку коллегам-конкурентам, одолжив Бузланову новенький спойлер.
Аэродинамика «десятки» Восток-Лады оказалась очень хороша. Здесь грамотно сделаны и передний спойлер, и заднее антикрыло. Причем последнее нетрадиционно по конструкции — оно имеет фиксированный угол атаки. А чтобы увеличить прижим машины к дороге, на задней кромке антикрыла вместо обычной планки ставится «высокая» — она задерживает больше воздуха на антикрыле и заметно увеличивает его эффективность.
Но самым совершенным с точки зрения аэродинамики оказался гоночный хэтчбек заводской команды АвтоВАЗа. Впрочем, чего еще можно было ожидать от автомобиля, который доводился в аэродинамической трубе? В режиме максимального прижима, когда на заднем спойлере устанавливается дополнительный спойлерок (специалисты называют их еще интерцепторами, «перехватчиками»), «двенадцатая» приобретает практически идеальный аэродинамический баланс! Лобовое сопротивление, правда, намного выше, чем у стандартного хэтчбека ВАЗ-2112. Зато на скорости 144 км/ч автомобиль прижимает к дороге сила, эквивалентная действию 60-килограммового балласта! Причем эта дополнительная нагрузка распределена между осями кольцевого хэтчбека поровну.
А вот кольцевая Ода 1.6 СТ (Супертуризм) оказалась «сыровата»: очень велика подъемная сила! И это несмотря но то, что дизайнеры команды Иж-авто Рейсинг, зная о безобразной аэродинамике стандартной Оды, постарались использовать для снижения подъемной силы так называемый «граунд-эффект». Передний воздухозаборник призван направлять часть потока под профилированное днище, и создающееся при этом разрежение должно «присасывать» машину к полотну трассы. Но тут авторы кольцевой Оды пожадничали — разверстая «пасть» воздухозаборника поглощает столько воздуха, что под днищем машины, наоборот, создается избыточное давление, и она «всплывает» над трассой!
Кстати, тольяттинские специалисты предложили нам оперировать принятым в авиации комплексным понятием «аэродинамическое качество». Его можно определить как отношение коэффициента подъемной силы Сz к коэффициенту аэродинамического сопротивления Сх. То есть коэффициент аэродинамического качества тем больше, чем выше подъемная сила и чем ниже лобовое сопротивление.
Но если в авиации подъемная сила — благо, то в автомобилестроении, наоборот, это зло. Поэтому для нас интересны самые малые значения коэффициента аэродинамического качества. Ну а если они имеют знак «минус», значит, на машину действует не подъемная, а прижимающая сила.
Каким аэродинамическим качеством обладают серийные машины? Наихудший коэффициент — 0,81 — у стандартной Оды: его «положительность» говорит о наличии подъемной силы, да и значение немалое. Интересно, что у гоночного Ижа коэффициент качества не изменился — тоже 0,81! Немного улучшает картину перевод антикрыльев под передним бампером и над задней дверью в положение максимального угла атаки — коэффициент уменьшается до 0,64. Но и это значение очень велико — больше, чем у серийных машин вазовского «десятого» семейства. Даже у стандартной «десятки» коэффициент качества составляет 0,61. А у обоих кольцевых седанов аэродинамическое качество намного лучше. Но если у болида команды Лукойл Рейсинг коэффициент всего лишь близок к нулю (0,04) и уменьшается до –0,09 при наклоне антикрыла, то результат машины Восток-Лады просто великолепен: –0,62! Причем, как оказалось, аэродинамическое качество болида не зависит от настроек антикрыла.
А самой «качественной» аэродинамикой обладает хэтчбек ВАЗ-2112. Даже у стандартной «двенадцатой» коэффициент качества составляет 0,57. А у гоночного хэтчбека и в «распущенном» состоянии коэффициент падает до –0,64. А после установки на кузов машины дополнительного спойлера коэффициент снизился до рекордного значения –0,83!
Кстати, у всех четырех машин теста отмечено многократное уменьшение поворачивающего момента и моментов крена по сравнению со стандартными автомобилями. О чем это говорит? Теоретически кольцевые болиды должны гораздо увереннее держать скоростную прямую, меньше своих стандартных собратьев реагируя на внешние аэродинамические «раздражители» в виде порывов бокового ветра.
В целом тест выявил очень интересную ситуацию в классе Супертуризм. Все ведущие команды уже решили проблемы с надежностью машин, резервы форсирования моторов фактически исчерпаны. Что осталось? Совершенствовать аэродинамику болидов! И наш тест показал, что поле для творчества пока есть...
Дмитрий ШЕВЦОВ
Фото автора
ВАЗ-21103 Восток-Лада
Создателям обвеса «десятки» команды Восток-Лада удалось почти невозможное. Несмотря на то, что гоночный болид прижимается к дороге с той же силой, с какой стандартный седан стремится «взлететь», обтекаемость не стала хуже: Сх спортивной машины не отличается от значения 0,347, зафиксированного у стандартной «десятки»!
Установка на антикрыло «высокой» планки несколько ухудшает обтекаемость автомобиля, но заметно догружает заднюю ось и улучшает распределение подъемной силы — опрокидывающий момент становится совсем небольшим. Причем сила прижима растет вместе с увеличением силы лобового сопротивления — коэффициент аэродинамического качества при установке «высокой» планки остается неизменным: –0,62.
Виталий Дудин, пилот команды Восток-Лада
Аэродинамические элементы нашей машины хотя и не продувались в аэродинамической трубе, но были построены согласно рекомендациям специалистов по аэродинамике. И то, что они работают, я понял сразу. Вот, например, в Питере я проехал по трассе и чувствую — заносит машину. Попросил механиков поставить на антикрыло «высокую» планку (она миллиметров на пять выше обычной) — и сразу задняя ось сильнее к асфальту прижалась, склонность к заносу исчезла. Теперь эту планку мы так и зовем — «питерская».
А как-то раз решили поэкспериментировать в Москве, на Ходынке. Там трасса с длинными ходовыми прямиками. Зачем, думаем, лишнее сопротивление машине создавать? Вообще сняли антикрыло. Так я не смог ехать даже на прямых! Если с антикрылом машина на высокой скорости словно облизывает неровности трассы, то без антикрыла она начала так скакать, что ее стало просто невозможно удерживать на прямой!
ВАЗ-21103 Лукойл Рейсинг
Дизайнерам команды Лукойл Рейсинг удалось заметно снизить подъемную силу по сравнению со стандартной «десяткой». Но роста лобового сопротивления им избежать не удалось — значение Сх у спортивной машины увеличилось до 0,397. Далеко от идеала и распределение подъемных сил
по осям — немалый положительный опрокидывающий момент говорит о том, что задние колеса прижаты к дороге, а передние, напротив, разгружаются.
Увеличение угла атаки антикрыла приводит к снижению суммарной подъемной силы и улучшению коэффициента аэродинамического качества до –0,09. Но лобовое сопротивление тоже растет, а передок лукойловской «десятки» остается столь же недогруженным. Так что резервы для улучшения аэродинамики у красно-белых есть!
Альберто Шилла, пилот команды Лукойл Рейсинг,
чемпион России 2001 года в классе Супертуризм
Я мало ездил в кузовном «кольце», в основном — в Формулах: до российского чемпионата у меня был лишь опыт езды в Кубке Renault. Это монокласс хэтчбеков Renault Megane — машин с мощными двигателями (примерно как в российском Супертуризме), но со стандартной внешностью. Так вот, на трассе тот Megane — полная ерунда по сравнению с лукойловской кольцевой «десяткой»! Ведь, работая с элементами внешнего обвеса, можно серьезно влиять на управляемость автомобиля, делать его поворачиваемость избыточной или, наоборот, недостаточной, настраивая машину под конкретную трассу. Мы, например, много работали с углом атаки заднего антикрыла — оно оказалось очень работоспособной конструкцией. К сожалению, не было возможности как следует поработать с передним спойлером. Но думаем заняться и этим. Ведь настройка аэродинамики очень важна — особенно на таких быстрых трассах, как в Санкт-Петербурге!
|
Аэродинамические характеристики
|
| |
ВА3-2110
|
ВАЗ-21103 Восток-Лада
|
ВАЗ-21103
Лукойл Рейсинг
|
| |
минимум прижима |
максимум прижима |
минимум прижима |
максимум прижима |
| Коэффициент аэродинамического качества |
0,61 |
–0,62 |
–0,62 |
0,04 |
–0,09 |
| Площадь фронтальной проекции, м2 |
1,93 |
1,97 |
1,97 |
1,98 |
1,98 |
| Сила лобового сопротивления Рх, Н |
536 |
546 |
563 |
625 |
650 |
| Коэффициент аэродинамического сопротивления Сх |
0,347 |
0,347 |
0,358 |
0,397 |
0,413 |
| Подъемная сила Рz, Н |
332 |
–337 |
–349 |
22 |
–57 |
| Опрокидывающий момент Му, Нм |
–229 |
–91 |
–71 |
69 |
112 |
Момент крена Мх (при угле поворота платформы
15o), Нм |
406 |
250 |
253 |
235 |
231 |
Поворачивающий момент
Мz (при угле поворота платформы 15o), Нм |
571 |
181 |
190 |
193 |
181 |
ВАЗ-2112 Лада-Автоспорт
Этот автомобиль рожден в аэродинамической трубе АвтоВАЗа и обладает отличным балансом аэродинамических свойств! Прижимающая сила очень велика, хотя и достигнута за счет серьезного роста лобового сопротивления (Сх у кольцевой «двенадцатой» — 0,410 против 0,335 у стандартного хэтчбека). А при установке на заднем спойлере дополнительного интерцептора прижим уже при 144 км/ч достигает 597 Н! При этом распределение прижимающей силы почти идеально — опрокидывающий момент близок к нулю. Правда, и Сх при этом вырастает до 0,457. Но коэффициент аэродинамического качества, который даже без дополнительных планок составляет –0,64, с «перехватчиками» достигает рекордной в рамках этого теста величины –0,83!
Николай Мезенцев, пилот команды Лада-Автоспорт
В прошлом году наша команда ездила на практически стандартных по внешности «двенадцатых». Аэродинамический обвес, который создали наши специалисты, позволил прижать машину к полотну трассы. Особенно это заметно на мокром асфальте. Кстати, специально для дождевых трасс на боковинах заднего спойлера устанавливаются интерцепторы — они дополнительно прижимают заднюю часть машины к полотну. На высокой скорости за нашей машиной взметается водяная пыль — высоким столбом, точь-в-точь как за Формулой!
А вообще, чего нам не хватает, так это серьезных тестовых наработок. К чему стремиться? Как четко связать цифры из трубы — изменение лобового сопротивления в зависимости от увеличения прижимающих сил — со временем круга на трассе?
И хотя уже сейчас мы добились того, что машина хорошо едет, я не могу сказать, что полностью доволен ее поведением. Поэтому после последней гонки сезона мы сразу отправим автомобиль в аэродинамическую трубу — на доработку.
|
Аэродинамические характеристики
|
| |
ВАЗ-2112
|
ВАЗ-2112
Лада-Автоспорт |
| минимум прижима |
максимум прижима |
| Коэффициент аэродинамического качества |
0,57 |
–0,64 |
–0,83 |
| Площадь фронтальной проекции, м2 |
1,94 |
1,92 |
1,92 |
| Сила лобового сопротивления Рх, Н |
521 |
645 |
719 |
| Коэффициент аэродинамического сопротивления Сх |
0,335 |
0,410 |
0,457 |
| Подъемная сила Рz, Н |
295 |
–415 |
–597 |
| Опрокидывающий момент Му, Нм |
–264 |
–127 |
11 |
| Момент крена Мх (при угле поворота платформы 15o), Нм |
498 |
242 |
238 |
Поворачивающий момент Мz
(при угле поворота платформы 15o), Нм |
499 |
124 |
126 |
Иж Ода 1.6 СТ
Создателей гоночной Оды можно поздравить — им удалось снизить Сх серийного Ижа с крайне большой по современным меркам величины 0,462 до 0,382. Это даже лучше результатов кольцевой «двенадцатой» и лукойловской «десятки»! А вот революции с подъемной силой не получилось. Она у кольцевой Оды просто громадна — 486 Н! Впрочем, у серийной Оды подъемная сила еще больше — целых 585 Н. Так что прогресс все-таки есть. Тем более что и распределение подъемной силы у кольцевой машины намного лучше. Интересно, что и у стандартной Оды, и у ее спортивного варианта коэффициенты аэродинамического качества равны 0,81.
При переводе антикрыльев в положение максимального прижима машина при небольшом увеличении Сх сильнее прижимается к дороге. Аэродинамическое качество при этом улучшается до 0,64.
Владимир Черевань,
пилот команды Иж-авто Рейсинг
Авиаконструкторы говорят про самолеты, что они обязательно должны быть красивыми. То же самое я скажу об автомобиле. Он должен быть красивым — только тогда он сможет красиво и быстро ездить. Посмотрите, какой красивый и запоминающийся кольцевой автомобиль мы сделали из Ижа! Конечно, предстоит еще огромная работа по настройкам подвесок и двигателя, будем решать проблемы с надежностью. А когда машина поедет действительно быстро, мы начнем плотно работать с аэродинамикой. Но интересные решения используются уже сейчас. Регулируется угол атаки переднего антикрыла — такого нет ни у кого. Под задним бампером вдобавок к верхнему антикрылу задумана вторая плоскость — она появится, как только мы сделаем днище машины совсем ровным.
Уверен, у кольцевой Оды огромный потенциал, в том числе и по аэродинамике. И когда мы его реализуем, эта машина будет побеждать!
|
Аэродинамические характеристики
|
| |
Иж-2126
|
Иж Ода 1.6 СТ
|
| минимум прижима |
максимум прижима |
| Коэффициент аэродинамического качества |
0,81 |
0,81 |
0,64 |
| Площадь фронтальной проекции, м2 |
1,97 |
1,96 |
1,96 |
| Сила лобового сопротивления Рх, Н |
727 |
601 |
636 |
| Коэффициент аэродинамического сопротивления Сх |
0,462 |
0,382 |
0,404 |
| Подъемная сила Рz, Н |
585 |
486 |
405 |
| Опрокидывающий момент Му, Нм |
–562 |
71 |
104 |
| Момент крена Мх (при угле поворота платформы 15o), Нм |
495 |
318 |
266 |
Поворачивающий момент Мz
(при угле поворота платформы 15o), Нм |
466 |
181 |
206 |
|
Главная страница
Новости номера
Новый Mini
Тест 14-дюймовых зимних шин
Chrysler Sebring и Chevrolet Alero
Renault Laguna II Sport Tourer
Аэродинамика автомобилей для кольцевых гонок
Новый Fiat Stilo
Новости рынка автоэлектроники
Примеряем на себя: Skoda Fabia
Nissan Almera: 500000 км
Вторые руки: Volkswagen Passat
Наш эпистолярий
Экоралли-2001
Новости российского автоспорта
Гран При США
Новости
Формулы-1
Гонки CART в Европе
Кунсткамера: Bugatti 57SC
Дороги без границ
Музыка в пути
Авторынок в октябре
|