Глобальный подход в аэродинамике

Каждая из команд в последние годы проводила исследования передних и задних антикрыльев, что показывает, что банальное копирование решений конкурентов не становится панацеей ни для кого.

Гэри Андерсон, бывший конструктор Jordan и Stewart, оценивает переднее антикрыло Red Bull предельно однозначно. «Гарантирую, что если кто-то поставит крыло RB7 на свою машину или протестирует в аэродинамической трубе, то оригинальная конфигурация Red Bull будет эффективнее. RB7 является самой аэродинамически эффективной машиной не только из-за крыла - так выстроена вся их философия, все компоненты болида работают предельно слаженно», - пишет Андерсон.

Достаточно просто понять то, что вид переднего антикрыла будет влиять на характер воздушного потока, воздействующего на весь болид. Направленность воздушных потоков гоночной машины однозначно позволяет отделить потоки, направленные против течения воздуха от тех, что направлены по течению. На первый взгляд, кажется, что такое соседство создает асимметрию, так как противоидущий поток будет определять природу сонаправленного потока.


Возьмем простой пример. Если какая-то деталь генерирует блокирующий поток, то скорость проходящего через крыло потока снизится, то есть, снизится и создаваемая прижимная сила. И наоборот, если сонаправленный поток ускоряется, ускоряется и скорость воздуха, проходящего дальше, и прижимная сила увеличивается.

Есть и более хитрые примеры аэродинамического взаимодействия. В 2006 году переход к двигателям V8 объемом 2,4 л. стал причиной быстрого распространения так называемых кондиционеров, которые ставились на нос шасси. Эти привески перестраивали верхнюю часть воздушного потока так, чтобы меньше воздуха поступало на переднее крыло, но больше – на заднее. Напомним, что прижимная сила, создаваемая антикрылом, прямо пропорциональна как скорости проходящего потока, так и углу атаки крыла. Тем самым команды Формулы 1 хотели компенсировать потерю мощности двигателя, снизив сопротивление, создаваемое антикрылом при заданном уровне прижимной силы через снижение угла атаки при одновременном увеличении скорости потока.

Влияние сонаправленных потоков на противоидущие, как и влияние вторых на первые обусловлено математическими характеристиками так называемого стационарного (то есть сравнительно несжимаемого) воздушного потока. Решающее значение здесь играет то, что для такого потока уравнения Навье-Стокса соответствуют уравнениям эллипса.

Говоря математическим языком, эллиптические уравнения – типичные случаи равновесного состояния. В таких условиях параметры движения каждой точки способны влиять на параметры движения всех других. Причем при стационарной аэродинамике параметры каждой точки будут влиять на параметры всех других, в том числе и движущихся против течения. Следовательно, инженер по аэродинамике должен искать глобальные решения, а не просто работать над задней или передней частью машины.


Эллипс – только одна из возможных конфигураций. Уравнения могут принимать, например, гиперболический или параболический вид. В первом случае параметры поведения каждой точки будут влиять только на конусообразную часть области, вершина которой будет находиться в данной точке. Во втором случае, когда уравнение примет параболический вид, точечные параметры будут влиять на область ниже по ходу движения воздуха.

Воздушный поток, воздействующий на машину, движущуюся по прямой на постоянной скорости, соответствует решению стационарных несжимаемых уравнений Навье-Стокса. В поворотах, напротив, применяются нестационарные несжимаемые уравнения. В этом случае уравнения становятся параболическими, поведение переднего антикрыла – предельно важным, а параметры каждой точки противоидущего потока будут влиять на поведение всего сонаправленного потока.

Как всегда ключ к успеху состоит в том, чтобы быть лидером, а не последователем.