Самые нашумевшие технические решения 2010 года: F-duct

За несколько дней до первого Гран При сезона 2010 года на McLaren MP4/25 появился небольшой воздухозаборник в носовой части болида. Это был вход в канал для подачи воздуха в систему F-duct. Надо отметить, что это название было дано журналистами (в McLaren она носила индекс RW80). Почему ее назвали именно F-duct я не понял, может потому, что воздухозаборник находился над буквой f в логотипе Vodafone. Официальное название RW80, это сокращение от слов Rear и Wing (в переводе заднее крыло).

Поначалу некоторые команды идею не приняли.

Кристиан Хорнер в однои из интервью высказался так: “Мы называем ее F'ing duct ” (сокращенно от fucking, думаю, перевод не требуется).

А вот его гонщик не был так категоричен.

После одного из практических заездов Гран При Китая он сказал: ”Сегодня у меня была хорошая возможность посмотреть работу F-duct , когда я ехал за Джейсоном. В середине прямой он уехал от меня как от стоячего”.

На протяжении всей истории формулы 1 гениальные дизайнеры и лучшие инженеры искали способы обойти правила, написанные FIA, и получить преимущество. В 2009 году это был двойной диффузор, в 2010 – наравне с F-duct правил балом выдувной диффузор.
Теперь, когда прошло некоторое время и страсти улеглись (а прошлогодний чемпионат был богат на них), можно спокойно разобраться, в чем заключается принцип работы F-duct и как другие команды пытались воплотить эту идею в своих машинах.
В первую очередь хочу обратить ваше внимание на некоторые основные аэродинамические теории относительно профиля антикрыла. Антикрыло, благодаря своему профилю, создает прижимную силу. Поток воздуха снизу движется быстрее, чем сверху. При увеличении скорости потока падает давление. Эта разность давлений и создает прижимную силу.

Если угол атаки антикрыла увеличивается, это может привести к срыву потока воздуха с нижней поверхности. Как результат потеря прижимной силы.

На рисунке показано как это происходит на примере крыла самолета.

Чтобы обойти эту проблему стали использовать заднее антикрыло с большим количеством плоскостей. Работало это так. Поток с верхней поверхности нижней плоскости ускорял поток на нижней поверхности верхней плоскости. Это увеличивало прижимную силу и увеличивало угол атаки, при котором не происходит срыва.

В девяностые годы команды могли использовать неограниченное число плоскостей. 

Вот CFD модель такого заднего антикрыла.

Но у такого решения был один существенный недостаток. Многочисленные плоскости создавали большое сопротивление на прямых, что ограничивало максимальную скорость. Инженеры боролись с этой напастью с помощью гибких крыльев. С их помощью на прямой провоцировался срыв воздушного потока и уменьшение прижимной силы. Вскоре FIA запретила “мягкие” крылья, теперь они проходят проверку на статические нагрузки.
McLaren нашел способ, не нарушая правил, провоцировать срыв потока воздуха с нижней поверхности крыла.
F-duct – гениальная идея по двум причинам:

• Гонщик активировал систему с помощью ноги, не нарушая правил в отношении подвижных элементов заднего антикрыла.
• Система интегрирована в монокок. Это создает дополнительную проблему при копировании. Монокок должен пройти краш-тест и омологируется перед началом сезона и внесение изменений в его структуру запрещено.

Во время предсезонных тестов McLaren установил небольшой воздухозаборник в передней части автомобиля, утверждая, что он предназначен для охлаждения усилителя руля и водителя. Но после установки датчиков на заднем антикрыле и внутри воздухозаборника спереди, инженеры озадачились вопросом, зачем проверять заднее крыло и устройство для охлаждения пилота одновременно?

В интернете появились первые предположения о назначении “воздухозаборника для охлаждения пилота”. Высказывались невероятные предположения (на тот момент), что он связан с задним крылом и служит для изменения воздушного потока. Долго гадали, как гонщик активирует систему. Начали разбираться какая от нее польза и как она работает. Давайте разберемся и мы.
На нижней поверхности дополнительной плоскости сделан разрез.

Воздух поступает в передний воздухозаборник, через кокпит, по “акульему плавнику” поток подается к заднему крылу и выходит через разрез.

Когда гонщик активирует F-duct поток, проходя через разрез, срывает воздух с нижней поверхности и прижимная сила резко падает.

При приближении к повороту гонщик деактивирует систему, увеличивая прижимную силу.

Когда преимущества от работы F-duct стали очевидны инженеры всех команд потеряли сон. Им предстояло решить сложную задачу. Как скопировать F-duct не вмешиваясь в монокок? Первыми свой вариант представил Sauber. Возможно, не последнюю роль в этом сыграл Педро де ля Роса, перешедший из McLaren.

 

Конструкторы швейцарской конюшни разместили воздухозаборник на боковом понтоне, слева от гонщика, а выход организовали на основную плоскость заднего антикрыла.

На первой практике ГП Китая Ferrari тестировала свой вариант заднего антикрыла. В отличие от McLaren и Sauber решение Ferrari кажется, ни как не связано с гонщиком. Воздухозаборник вырос в передней части “акульего плавника”. Но в гонке F-duct не использовали.

Через несколько недель Ferrari представила доработанный вариант. Для активации использовалась левая рука.
В Renault долго возились со своим вариантом, зато стали первыми, кто заставил F-duct работать с основной плоскостью (напомню McLaren использовал дополнительную плоскость). Было это на ГП Бельгии.

Командам пришлось конструировать систему так, чтобы она активировалась с помощью руки, а не ногой как в McLaren (виноват запрет на изменения в структуре монокока). Гонщик использовал левую руку, а правой регулировал баланс перед поворотом. В некоторых ситуациях пилот вообще не держал руль.

В McLaren тоже не сидели сложа руки. После того как Force India, Renault и Sauber получили лучшие результаты от использования основной плоскости McLaren отреагировал моментально и изменил свою конструкцию.
2011 год пройдет уже без F-duct. Она была официально запрещена. Как и многие гениальные решения. Жаль.

При перепечатке материала не забывайте ставить ссылку на мой блог: Технические новости формулы 1