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
 
обсудить статью в конференции наверх