Почему «Бычки» клюют носом или куда дует выхлоп на машинах Ньюи?

Как уже приметили многие обозреватели, конструктор Эдриан Ньюи воплотил в жизнь еще одну идею, которая отчасти связана с историей о гибких крыльях (точнее, о приседающих носах) и обдувных (а не «выдувных», привет, переводчики) диффузорах.



Казалось бы, что может быть проще – заставить кузов «присесть» на передние колеса. Этим у нас в каждом гараже занимаются. Однако в случае с гоночной машиной, конструкция которой зажата в тесные рамки строго регламента, все очень запутанно.

Какие преимущества дает продольный уклон? Во-первых, переднее антикрыло будет располагаться ближе к земле, что усилит эффект трубки Вентури и повысит прижимную силу. Во-вторых, что самое главное, теоретически, приподнятая корма позволит добиться большей производительности диффузора.

Однако здесь теория наталкивается на все трудности, которыми так богата жизнь. Эффективность диффузора (здесь и далее речь идет об узле гоночного автомобиля) зависит от двух основных переменных: угла его раскрытия и высоты нижнего края шторок до трассы. Причем, зависимости эти весьма сложные.



Чем сильнее раскрывается диффузор, тем больший (до определенного момента) от него будет эффект. Но нельзя забывать о том, что с воздухом нужно обращаться деликатно – поток попросту не захочет идти туда, где не созданы подходящие условия. Отдавший свою кинетическую энергию поток при экстремальных углах быстро «разрядится» и не будет держаться за стенки узла.

Именно из-за этого и является такой важной вторая переменная. Воздух нужно постоянно заряжать. И здесь уместно вспомнить об антикрыльях, состоящих из нескольких элементов. Подпитка потока не позволяет ему «отклеиться» от нижней плоскости, что предотвращает сваливание.



Как показали натурные эксперименты и последовавшие за ними вычислительные опыты, нечто подобное происходит и в диффузоре. Милликенсы в своем труде о динамике движения пишут: «Самой существенной особенностью потока при наличии просвета между диффузором и поверхностью является образование вихрей на внутренней кромке шторок с центральной осью вдоль узла. Сила вихря зависит от величины просвета. Эти вихри «управляют» воздухом внутри диффузора, предотвращая эффект отделения потока от стенок, что помогает увеличить угол раскрытия».

Механизм образования вихрей был рассмотрен доктором Ксин Жангом сравнительно недавно, при
помощи ЭВМ. При разгоне воздуха и небольшом увеличении просвета между дорогой и краем диффузора на концах внутренних кромок образуется пара вихрей. На левой стороне он будет закручиваться против часовой стрелки, а на правой – по часовой. При малом просвете вихри обладают большой энергией и скоростью вращения, отличаются стабильностью. То есть, получается своеобразный запор для воздуха, текущего по стенкам, который еще и дополнительно подпитывается.



Дальнейшее увеличение просвета ведет к росту диаметра вихрей, замедлению скорости вращения. Когда дело доходит до исчезновения вихря, происходит отделение потока от поверхности диффузора, и из-за разницы давлений воздух даже может пойти обратно, к началу узла, под днище машины. Происходит резкая потеря эффективности. Именно с такой неприятностью и должен был столкнуться Ньюи. Однако искушение получить прибавку к прижимной силе было слишком высоко. Висит груша – и инженер ее скушал.



Сейчас, когда разрешенная длинна диффузора крайне мала, конструкторам приходится задавать слишком большие углы раскрытия, но и этого часто не хватает. Здесь должен пригодиться вариант с продольным углом наклона всего кузова – увеличивать не угол части конструкции, а повернуть весь элемент.

Осталось лишь решить проблему слишком большого зазора между нижним краем диффузора и трассой. Самые догадливые читатели уже без подсказок сообразили, для чего Ньюи понадобилось обдувать диффузор.



Раскаленные выхлопные газы помогают убить сразу двух зайцев турбулентности. Во-первых, даже при сравнительно большом зазоре поддерживается высокая плотность вихреобразования на нижних концах узла. Во-вторых, высокоскоростной выхлоп создает идеальную завесу от вращающихся колес – главного источника возмущения потока. Вот и все. И не нужно никуда ничего «выдувать».



P.S. В принципе скорее всего по такому же принципу пошли и в Lotus-Renault с их уникальной системой так называемого "переднего выхлопа"
R31. Только в Рено пошли дальше и в их случае обдувать приходиться не только диффузор, а еще и боковые понтоны (читай почти половину болида). Решение конечно
очень интересное и сложное, даже великий и ужасный Эйдриан Ньюи (именно с легкой руки которого в прошлом году вся Ф1 перешла на нижний выхлоп) признал что система интересна, но нет смысла ее внедрять если более простая схема с выведенными в область диффузора выхлопными трубами и так великолепно работает.



И в то же время в далеких (по меркам Ф1) 2000-2001 гг Ньюи еще работая в Макларен-Мерседес также работал с так называемым "обдувным" диффузором на McLaren MP4-15/16 (в то время когда многие начали по-тихоньку переходить на внедренный Феррари перископный выхлоп).



И звук 10-цилиндрового Mercedes-Benz F0110K V10 очень напоминает...звук нынешних моторов, и, что интересно, особенно похож на звук нынешних моторов Ferrari на холостых оборотах.
Вот как говориться
наглядное пособие где можно отчетливо услышать свист на холостых оборотах.


Но видимо в то время эта система не давала такого преимущества и наверное по ее вине так часто горели двигатели на Макларенах начала 2000-х. Поэтому со временем от нее решили отказаться. Но как оказалось не так уж и надолго.

И в дополнение: "Пара слов про гибкий нос"

Тема «гибких носов» снова готова вылезти наружу. Зоркие журналисты из «Аuto motor und sport» уверены, что характер износа рассекателя («сплиттера»), расположенного под монококом гоночного автомобиля «Ред-Булл» РБ7, указывает на использование каких-то ухищрений, позволяющих ловко обходить требования технического регламента.




Стоит пояснить, что сам по себе носовой обтекатель тут не является «фигурантом дела». Все дело в самом рассекателе и стремлении команды увеличить продольный угол наклона кузова машины. Если бы эта «доска» не гнулась, то при определенном раскладе ее нос обязательно начал бы тереться об асфальт. Чтобы избежать этого, конструкторы каким-то образом научились подгибать нос рассекателя вверх. Дабы прищучить такие попытки в ФИА решили ужесточить испытания данной детали: 200 кг нагрузки должны приводить к 5 мм перемещения максимум. Казалось бы, инцидент исчерпан.



Однако характер износа указывает на обратное. Потертости наблюдаются в области, располагающейся в 50 см от края, а не только по кромке. Обычная геометрия намекает на то, что «угол износа» будет таким же, как и угол продольного наклона кузова. Однако в действительности первый оказывается более пологим, что и приводит к продолговатым следам, а не к короткому и глубокому срезу. Кроме того, в той самой зоне 50 см наблюдаются глубокие выбоины, чего на других машинах нет.



Рассекатель РБ7 успешно проходит все тесты ФИА, а это значит, что машина полностью легальна. Однако при испытаниях нагружается лишь передняя кромка, что, в принципе, оставляет возможность каким-то образом регулировать угол наклона рассекателя через место его стыка с днищем.

Как осуществляется регулировка? Это остается загадкой. Издание «Рейскар Инжиниринг» предполагает, что есть вероятность использования для этого болтов, которыми крепится носовой обтекатель автомобиля.



По ходу Гран-при Японии было подмечено, что при каждой смене регулировок в передней части машины механики внимательно следили за тем, чтобы были установлены новые болты. Конечно, это не указывает на способ регулировки напрямую, но само по себе подозрительно.