Как это работает: снижение массы машины

02/02/2014, по материалам F1 Racing

При переходе на шестицилиндровые турбомоторы минимально допустимый вес машины вместе с гонщиком был увеличен с 642 до 691 кг. О роли веса, как фактора конкурентоспособности, на страницах F1 Racing рассказал глава технического департамента Williams Пэт Симондс...

Как заметил Исаак Ньютон в своем втором законе, опубликованном в 1687 году - масса важна. В этом законе Ньютон показал, что именно масса замедляет ускорение. Хотите верьте, хотите – нет, но машина с номинальным весом в 650 кг в Интерлагосе будет на 170 граммов легче, чем в Абу Даби, поскольку более высокое положение бразильской трассы относительно уровня моря сказывается на действующей на машину силе земного притяжения. Притом масса машины остается неизменной!

Означает ли это, что более тяжелая машина просто разгоняется хуже более легкой? Да, но речь идет не только о классическом показателе разгона с 0 до 100 км/ч. Можно сказать, что машина Формулы 1 постоянно ускоряется, поскольку вектор скорости все время меняется, и не только за счет увеличения скорости на прямой: это происходит и при торможении, и при прохождении поворота. При повороте вектор скорости направлен вбок, а ускорение, как известно, есть изменение вектора скорости в любом направлении – боковом, продольном, вертикальном, или во всех трех в разном соотношении.

Мы используем технологии моделирования, чтобы оценить возможное время прохождения круга при различных условиях, и на основании этого можем оценить влияние массы на результат. Конечно, от трассы к трассе выводы будут разными в зависимости от профиля поворотов, но обычно дополнительные 10 кг приводят к потере 0,4 секунды с круга.

Поскольку все машины имеют минимально допустимый вес, может сложиться впечатление, что этот показатель не так уж важен. Отчасти это так - до появления KERS построить машину с минимальным весом было довольно просто. С KERS и её тяжелыми аккумуляторами задача осложнилась, но не стала невыполнимой. Собственно, причина, по которой всё это стало предметом широкого обсуждения, заключается в том, что новые силовые агрегаты оказались заметно тяжелее, чем моторы 2013 года, и теперь выйти на минимальный лимит веса гораздо труднее.

Есть еще один фактор, влияющий на скорость - высота центра массы. Его эффект не настолько значителен, как эффект самой массы, но снижение высоты центра массы на 10 мм может улучшить время на круге на одну десятую, чо может стоить нескольких мест в квалификации. Самый простой способ снизить высоту центра массы - облегчить все детали, а затем добавить вес, разместив дополнительный балласт максимально низко.

По сути, команды тратят громадные суммы денег, чтобы сначала снизить вес, а затем увеличить. Звучит странно, но такой подход оправдан. Чтобы предотвратить очередную инженерную гонку, в правилах определена допустимая высота центра массы. Раньше у команд была возможность произвольно размещать балласт и тем самым регулировать нагрузку на передние и задние шины, но в последние несколько лет свобода действий сильно ограничена.

Для балласта раньше использовался обедненный уран, теперь это сплавы вольфрама – по плотности в полтора раза превосходящие свинец, за счет этого их гораздо проще разместить в узком пространстве под корпусом машины.

Пожалуй, лучшим способом снизить вес является отказ от лишних деталей. Этого можно добиться за счет объединения функций – скажем, один кронштейн может выполнять несколько задач. Если исключить деталь невозможно, тщательный анализ нагрузок позволит инженерам оптимизировать её конструкцию и минимизировать вес. Кроме того, материалы, вроде карбонового волокна, обладают великолепным соотношением жесткости к массе. Для металлических деталей команды применяют лучшие стальные, титановые и алюминиевые сплавы, а затем удаляют с них каждый лишний, но весьма дорогостоящий, грамм.