Аэродинамические испытания ВАЗ-2110
АЭРОДИНАМИЧЕСКАЯ ДУЭЛЬ
Начало теста для команды Тимерхан Восток-Лада выдалось весьма драматичным. Тольяттинцы чуть было не потеряли свою машину!
Дело было так. Желтый болид Виталия Дудина, который прибыл в Дмитров первым, был аккуратно сгружен с прицепа, чисто вымыт и приведен механиками команды в состояние полной боевой готовности. В моторном отсеке были сняты все защитные чехлы, установлены на место патрубки подвода воздуха к тормозным дискам, выставлено рабочее давление в шинах. Тольяттинцы и антенну на крыше закрепили — чтобы все было «как в жизни».
После кропотливой и неспешной процедуры измерения миделя (площади поперечной проекции) автомобиль перекатили в рабочую часть трубы на платформу прецизионных весов. Теперь машину надо зафиксировать, затянув стояночный тормоз и включив первую передачу, — что два механика команды и сделали, для верности по очереди нырнув внутрь машины. Можно начинать!
Плавно увеличивая частоту вращения гигантского вентилятора, оператор аэродинамической трубы постепенно увеличивает скорость воздушного потока: 10 метров в секунду, 20, 30... Но внезапно под растущим напором воздуха машина поползла назад! Хорошо, что наблюдатели вовремя среагировали, и оператор успел остановить разгон вентилятора. Иначе сдуло бы «десятку»! В Дмитрове помнят случай, когда «улетел» Ford Transit: автомобиль так приложило о решетку в конце трубы, что его потом собирали по частям...
После того, как эмоции поулеглись, выяснилось, что все дело в конструкции гидравлического «ручника». И включается, и выключается он одинаково — однократным подъемом рукоятки. Поэтому после того, как первый механик «ручник» включил, второй таким же движением его выключил! И машина оказалась только на передаче...
Красно-белый болид ЛУКОЙЛ Рейсинг, на котором выступает первый пилот московской команды Николай Мезенцев, был продут без подобных сюрпризов. Любопытно, что лукой-ловцы, помимо обычных приготовлений, еще и заклеили скотчем щели между дверьми и кузовными панелями. Неужели они это делают перед каждой гонкой? «Конечно!» — без колебаний ответили москвичи. И чуть менее уверенно добавили: «Если время позволяет...»
Кокова аэродинамика кольцевых болидов? За рубежом эти данные тщательно скрывают, а у нас... А у нас этого попросту никто не знает! Ведь пока ни одна из отечественных команд не «продувала» свои машины в аэродинамической трубе. Поэтому немудрено, что две команды российского «кольца» -Тимерхан Восток-Лада из Тольятти и ЛУКОЙЛ Рейсинг из Москвы - сразу согласились на аэродинамическую дуэль своих автомобилей, построенных на базе «десятки» для участия в гоночной серии Туризм-1600.
Действие подъемной силы на заднюю ось автомобилей
А теперь взгляните на результаты измерений. Во-первых, величина Сх у кольцевых болидов оказалась на одном уровне со стандартной «десяткой». Во-вторых, по этому параметру победа — у лукойловской машины: ее коэффициент аэродинамического сопротивления (0,345) практически один в один совпадает с характеристикой стандартной «десятки» и почти на 10% меньше, чем у машины из Тольятти (0,376). А это значит, что на кузов красно-белого болида Мезенцева действует меньшая сила лобового сопротивления, и при прочих равных условиях он сможет развить более высокую скорость.
Но величина Сх — лишь одна сторона медали. А как обстоят дела с подъемной силой? Ведь для спортивного болида это ничуть не менее важно. Именно дополнительный прижим машины к полотну трассы может позволить гонщику с большей скоростью проходить повороты. Естественно, у обоих спортивных автомобилей действующая подъемная сила оказалась намного меньше, чем у стандартного ВАЗ-2110.
Съемная поперечная планка (показана стрелкой) на задней кромке антикрыла тольяттинской машины создает дополнительный подпор воздуха на его рабочей плоскости, значительно уменьшая подъемную силу
Аэродинамические характеристики автомобилей,предназначенных для участия в шоссейно-кольцевых гонках
ВАЗ-21103 Тимерхан Восток-Лада |
ВАЗ-21103 ЛУКОЙЛ Рейсинг |
Стандартный ВАЗ-2110 |
|
Площадь миделя, м2 |
1,951 |
1,916 |
1,931 |
|
|
587 |
529 |
535 |
Коэффициент аэродинамического сопротивления Сх |
0,376 |
0,345 |
0,347 |
Подъемная сила, действующая на заднюю ось Pz2, Н |
-181 |
29 |
245 |
Момент крена Мх (при угле поворота платформы 15̊), Нм |
397 |
402 |
406 |
Поворачивающий момент М2 (при угле поворота платформы 15°), |
Нм 301 |
455 |
571 |
Кстати...
Выдержка из технических требований к легковым автомобилям, подготовленным для участия в кольцевых гонках в зачетной группе Туризм-1600.
Пункт 5.7.2. Внешний вид.
- Бамперы могут быть заменены деталями, имеющими омологацию РАФ и не выступающими за контур автомобиля при виде сверху.
- Разрешается установка аэродинамических приспособлений ниже горизонтальной плоскости, проходящей через центр ступиц колес. Эти аэродинамические приспособления не должны выступать за периметр стандартного автомобиля, видимый сверху.
- Разрешается устанавливать заднее аэродинамическое приспособление, имеющее омологацию РАФ и не выступающее за габариты кузова на видах спереди и сзади. Площадь таких приспособлений на виде сбоку не должна превышать 800 см2.
Оценить влияние задних анти-крыльев на изменение подъемной силы оказалось несложно. Кстати, их конструкции у болидов различны. У автомобиля из Тольятти оно с фиксированным углом атаки. А для изменения прижимной силы предусмотрена съемная поперечная планка, которая создает дополнительный подпор воздуха на рабочей плоскости антикрыла. Как оказалось, это нехитрое устройство вполне работоспособно: без планки прижим задней оси машины к дороге уменьшается, зато лобовое сопротивление при этом заметно снижается. А вот антикрыло лукойловской «десятки» с изменяемым углом атаки специалисты дмитровской трубы признали малоэффективным и очень удивились его необычному ковшеобразному профилю. Но главное, что антикрыло частично попадает в «аэродинамическую тень» крыши. Поэтому и изменение угла атаки здесь практически ничего не дает.
А вот корректно оценить эффективность передних спойлеров нам, к сожалению, не удалось, и вот почему. Во всех аэродинамических трубах, аналогичных по конструкции дмитровской, существует проблема так называемого пограничного слоя. Ее суть в том, что поток воздуха вблизи пола замедляется из-за трения, и это в значительной степени искажает картину обтекания элементов автомобиля, расположенных на высоте 100—110 мм от поверхности пола. При продувке обычных автомобилей с дорожным просветом140 мм и выше эффектом пограничного слоя обычно пренебрегают. Но на гоночных машинах передние спойлеры расположены очень низко — всего в 60—70 мм от дорожного полотна. И, увы, при продувке в обычной трубе они оказываются в пограничном слое.
Антикрыло на лукойловской «десятке» расположено слишком низко, поэтому его эффективность мало
Андрей Рузанов Автор дизайна автомобиля команды Тимерхан Восток-Лада:
- У меня уже есть опыт аэродинамических исследований — в начале 90-X я работал на ВАЗе в составе дизайнерской группы, ответственной за разработку внешности «десятки». Тогда мы провели в аэродинамической трубе Дмитровского полигона сотни часов — «продували» макеты, много экспериментировали, зачастую прямо в трубе. Жаль, что многие найденные тогда действительно интересные решения так и не пошли в серию...
Приступая по заказу команды Тимерхан Восток-Лада к созданию облика шоссейно-кольцевой «десятки», я постарался решить несколько задач. Во-первых, нужно было аэродинамически «облагородить» передний бампер и разработать эффективное антикрыло на крышке багажника. А во-вторых, я не хотел забывать о внешнем виде и постарался привнести в облик спортивной машины побольше динамизма и индивидуальности. Да и о жестких требованиях технического регламента нельзя было забывать — иначе автомобиль не допустят к соревнованиям.
В перспективе я хочу продолжить работу со спортивной машиной и более детально проработать элементы ее обвеса. Тут масса возможностей: ведь по-хорошему для каждой трассы необходимо отдельно подбирать размер и угол атаки переднего спойлера, положение антикрыла, «продувать» машины до начала сезона в аэродинамической трубе... Проблема в том, что бюджет ни одной из команд, участвующих в чемпионате России по шоссейно-кольцевым гонкам, не вынесет расходов на проведение полноценных аэродинамических исследований. Думаю, что, как только такие возможности появятся, скорости на трассах возрастут.
С этим борются по-разному. Например, в трубе Porsche воздух пограничного слоя отсасывают вниз, что почти восстанавливает скорость протекания потока вблизи пола. Специалисты трубы английского полигона MIRA, услугами которой, кстати, пользуются некоторые команды Формулы З000, поступают иначе. На точно рассчитанном расстоянии перед автомобилем они устанавливают на полу стальную пластину-турбулизатор, которая завихряет нижнюю часть воздушного потока, сводя к минимуму влияние пограничного слоя. А самым действенным вариантом является бегущая дорожка — такое дорогостоящее решение используют в своих трубах команды Формулы-1.
До нынешней «дуэли» в трубе Дмитровского автополигона с проблемой пограничного слоя сталкивались лишь однажды, когда в начале 90-х годов продували болид Восток-1600. Может быть, теперь картина изменится? Ведь инженеры обеих ко-манд-дуэлянтов отнеслись к результатам нашего теста с огромным интересом. Для них аэродинамика собственных машин — все еще terra incognita. А ведь при весьма близкой степени форсировки гоночных моторов у ведущих команд настройка обтекаемости машин может стать решающим условием победы.
Между прочим, несмотря на худшую обтекаемость желтого болида, на трассах чемпионата России по шоссейно-кольцевым гонкам тольяттинский пилот Виталий Дудин был чуть быстрее, чем Николай Мезенцев. Поэтому можно осторожно предположить, что уменьшение подъемной силы, а значит, и устойчивость в быстрых поворотах, для кольцевого болида все-таки важнее. Впрочем, многое здесь зависит от характера трассы, состояния покрытия и еще массы факторов. Поэтому ведущие зарубежные команды, особенно выступающие в классах различных «формул», уделяют аэродинамике огромное внимание. И под разные трассы подбирают разные аэродинамические настройки машины.
Кстати, в итоговом протоколе чемпионата Дудин оказался на строчку ниже Мезенцева: техника подвела...
Начиная работу над нашей машиной, мы собрали стопку российских и зарубежных автожурналов и стали изучать фотографии спортивных автомобилей. Больше всего нам понравился стиль машин британского чемпионата ВТСС. Его и приняли за основу нашего обвеса — сначала для «восьмерки», а теперь и для «десятки».
Со спойлерами и порогами было просто. Сначала сделали несколько эскизов на бумаге, а затем воплотили в пластике тот вариант, который показался наиболее удачным директору нашей команды.
А вот с задним антикрылом вышла заминка — никак не могли выбрать его форму и размер. Решение пришло неожиданно.. Бросив взгляд на выступавшую в прошлом году в составе нашей команды Хонду Аккорд, мы заметили, что линии заднего стекла и крышки багажника у этой машины очень похожи на «десяточные». И действительно, антикрыло от Prodrive отлично вписалось в облик ВАЗ-2110! Вышло не только красиво, но и недорого.
Но, по нашему мнению, наибольшую эффективность для кольцевой машины приносит не игра углами атаки антикрыльев, а грамотное использование «граунд-эффекта» — прижима автомобиля к дороге за счет разрежения воздушного потока под машиной. Специально для этого мы не просто сделали днище автомобиля гладким, но и тщательно выверили размеры накладок на порогах и диффузора под задним бампером.
А проверку результатов нашей работы мы проводим с помощью телеметрии. Используя датчики в подвеске, мы убедились, что кузов автомобиля с доработанным днищем действительно лучше прижимается к полотну трассы. И, конечно же, прислушиваемся к отзывам гонщиков. Например, по их просьбе сейчас разрабатываем модификацию переднего спойлера для медленных или мокрых трасс. На его углах мы разместим по одной или по две дополнительных горизонтальных плоскости, которые должны помочь прижать передок машины к полотну трассы.
А к следующему сезону будем строить новый автомобиль. Хотя вряд ли его внешность сильно изменится. Мы — за преемственность стиля.
Д. Шевцов, Фото автора и Г. Голышева