Формула 1

В спутной струе 2026 года

Продолжаем изучать регламент "Формулы-1" 2026 года.

Как известно, организаторы гонок нынче полагают, что главное – это зрелищность. А зрелищность – это только обгоны. Те, кто хотя бы раз бывал на трибунах автодрома во время проведения соревнований, могут с этим не согласиться, но кто мы такие, чтоб нас слушать. На экранах, с которых сейчас все в основном и потребляют этот продукт, пресловутая зрелищность (за неимением комментаторов, способных увлекательно донести до зрителя суть происходящего с технической точки зрения) действительно напрямую завязана на количество обгонов. Опустим сейчас вопрос о том, нормально ли это, и постараемся понять точку зрения тех, кто пытается это количество обгонов увеличить. Объясняют эту проблему в очередном выпуске «Рейскар Инжиниринга».

 

 

В период экстремального развития аэродинамики, каким бы захватывающим он ни был с точки зрения инженера, проблема уменьшения числа обгонов стала вызывать все большее беспокойство. Гонщики изо всех сил пытаются ехать вплотную, но не в состоянии сократить отставание менее чем на 1,5 секунды, даже будучи явно быстрее, и уничтожают шины и систему охлаждения. Даже с использованием участниками системы СЛС (снижения лобового сопротивления, DRS) зрители продолжали скучать, стало сложнее привлекать молодых болельщиков, которые привыкли наблюдать только за непрерывным потоком событий. Современный подросток уже не выдерживает полуторачасовой Гран-при, то и дело листая новостную ленту в смартфоне.

Когда новые владельцы прав на «Формулу-1» из «Либерти Медиа» приступили к работе в 2017 году, одной из первых крупных технических задач было решение этой проблемы. Результатом стал пересмотр аэродинамических правил к 2022 году. По данным ФИА, более 7500 расчетов с использованием средств вычислительной гидродинамики (CFD) и 16,5 миллионов (!) человеко-часов работы были потрачены на определение архитектуры автомобиля, которая позволила бы проводить более плотные гонки, в первую очередь за счет снижения потерь прижимной силы в спутном следе от преследуемого автомобиля.

Эффект анти-экрана («граунд-эффект»)

Итогом той исследовательской работы стало возвращение ставки на туннели под днищем, которые в свое время были запрещены в конце 1982 года (с тех пор до 2022 года днище вплоть до задней оси должно было оставаться плоским).

Окупились ли все усилия? На момент введения правил исследователи подсчитали, что автомобиль спецификации 2021 года теряет до 47 процентов прижимной силы на расстоянии в две длины машины позади (≈10 м) и около 35 процентов на расстоянии в три длины машины (≈20 м). Концепция 2022 года снизила этот показатель до 18 процентов на расстоянии 10 м и 4 процентов на расстоянии 20 м.

Изначально новые правила оказались эффективными, хотя и не застрахованными от неожиданных эффектов. Как и с любым другим регламентом, инженеры сразу же начали искать источники повышения производительности в серых зонах, и команды в итоге обнаружили способы восстановить эту производительность за счет преследующей машины.

Естественно, команды неустанно и ненасытно сосредоточены на максимизации собственной производительности. Разумеется, никому в здравом уме не придет в голову вопрос, как облегчить сопернику возможность совершить обгон.

Правила 2022 года стали большим шагом к более плотной борьбе, но после трёх лет разработки аэродинамические требования 2026 года, по сути, снова «корректируют траекторию», на словах ещё больше продвигаясь к достижению «устойчивой» (прим.перев. – у нас теперь все «устойчивое»: от бензина до обгонов) плотной борьбы, одновременно пытаясь нивелировать неизбежные эффекты, присущее «конкурентному машиностроению».

В этой статье мы оцениваем, как пакет аэродинамических правил 2026 года призван достичь этой цели, и представляем результаты вычислительной гидродинамики (CFD) для двух автомобилей, полученные в ходе программы моделирования, чтобы количественно оценить эволюцию влияния спутной струи.

Итак. Аэродинамическая свобода, как правило, мешает плотной борьбе. Машины «Формулы-1» работают в режиме, когда аэродинамические характеристики доминируют над остальными в составлении времени круга. Чтобы отыграть миллисекунды, команды вкладывают значительные средства в вычислительную гидродинамику, испытания в аэродинамической трубе и корреляционную работу на трассе, — и всё это в строгих рамках, установленных ФИА для сдерживания затрат и сохранения конкурентоспособности. Несмотря на все усилия чиновников, аэродинамическое развитие остаётся наиболее плодотворной областью для повышения производительности.

Агрессивная среда

Прижимная сила позволяет развивать более высокие скорости в поворотах за счёт увеличения нормальной нагрузки аэродинамическими средствами. Это невозможно достигнуть без образования спутного следа за машиной.

Прим. перев. Даже если вы сова. А они, как известно, летают бесшумно; а шум – это потери КПД, равноценные образованию спутного следа. Правда, на генерацию подъемной (у совы) силы это влияет в меньшей степени, чем на воздушное сопротивление. Но что-то мы далеко в лес ушли. Вернемся на трассу.

Воздух, прошедший над, под и вокруг автомобиля, остаётся в возмущённом, «энергодефицитном» состоянии. Турбулентная структура потока представляет собой неблагоприятную среду для любой аэродинамической поверхности, следующей за ним. Чем агрессивнее извлечение прижимной силы автомобилем, тем интенсивнее и хаотичнее образующийся спутный след за ним. Автомобиль, следующий за такой машиной и попадающий в эту зону ухудшенного обтекания, немедленно испытывает снижение собственной аэродинамической нагрузки, особенно на переднем антикрыле и передней оси. Чем ближе он приближается, тем больше теряет, что затрудняет дальнейшее сокращение отрыва.

 

 

Переднее антикрыло обычно «страдает» больше, чем заднее, поэтому баланс смещается в сторону недостаточной поворачиваемости. Продолжающееся движение в спутном следе с уменьшенной прижимной силой и растущей недостаточной поворачиваемостью быстро приводит к быстрому износу шин и проблемам с перегревом тормозов. Увеличенное проскальзывание шин ускоряет износ, а нарушение циркуляции охлаждающего воздуха увеличивает тепловую нагрузку на тормоза и силовые агрегаты. Потеря производительности нарастает с каждым кругом, что затрудняет способность поддерживать высокий темп и проводить хотя бы какие-то попытки обгона.

Это фундаментальное аэродинамическое взаимодействие – сочетание высокой прижимной силы и высокой чувствительности к спутной струе – сделало «Формулу-1» антонимом словосочетания «плотные гонки».

Снос потока

Итак, что же делают команды Гран-при с этим эффектом спутной струи, чтобы помочь себе в генерации большей прижимной силы? Открытые всем ветрам бешено вращающиеся колеса – одна из самых вредных с точки зрения аэродинамики особенностей гоночного автомобиля.

Прим.перев. Все, что называется «открытыми колесами» - это гоночный одноместный автомобиль по нормальной классификации. По какой-то причине никто не решается установить ему какое-то подобие колесных арок или колпаков на колеса, что существенно (процентов на 30) снизило бы воздушное сопротивление. До кучи: спортивный автомобиль (прототип) – двухместный гоночный (изначально спроектированный для гонок), уже с колесами, прикрытыми кузовом. Ну, и легковой (что Туризм, что Гранд Туризм) – это уже изначально серийные машины, модифицированные для участия в гонках.

Колеса гоночного автомобиля, действуя как незащищённые плохообтекаемые тела, оставляют широкие вихревые следы турбулентного потока с низкой энергией, которые не только создают значительное сопротивление, но и ухудшают характеристики расположенных ниже по потоку аэродинамических компонентов.

Спутная струя передних шин может серьёзно нарушить работу критически важных конструкций. Как минимум боковых понтонов. Спутная струя задних шин, в свою очередь, представляет прямую угрозу эффективности диффузора, что напрямую влияет на общий уровень прижима.

В «Формуле-1», где каждый миллиметр поверхности спроектирован с учетом аэродинамики, управление спутным следом является одновременно фундаментальным осложнением и возможностью повышения производительности.

Чтобы смягчить последствия турбулентности, создаваемой шинами, команды исторически полагались на целый арсенал устройств. К ним относятся поворотные лопатки, дефлекторы перед понтонами и особые конструкции для генерации полезных вихрей (Y250 – по области образования, в 250 мм от продольной оси на переднем антикрыле).

Все эти детали спроектированы с одной главной целью: создать снос потока. То есть перенаправить спутный след от шин вбок от корпуса автомобиля, поддерживая поток чистого воздуха для питания нижележащих элементов. Выталкивая турбулентный поток наружу, команды гарантируют себе то, что критически важные аэродинамические поверхности, такие как кромки днища и воздухозаборники, будут работать в относительно спокойном воздухе, тем самым максимизируя прижимную силу и уменьшая сопротивление.

Эта базовая философия лежала в основе большей части аэродинамической архитектуры автомобилей «Формулы-1» с 2009 по 2021 год.

В чем недостаток? Хотя снос потока воздуха полезен для лидирующего автомобиля, он расширяет зону действия спутного следа, оставляя позади широкий коридор хаотичного, «энергодефицитного» потока, в котором вынужден работать следующий автомобиль. Вместо того, чтобы трансформировать энергию чистого воздуха в прижимную силу, следующий автомобиль попадает в турбулентный след, который резко снижает прижим, особенно в поворотах, что значительно затрудняет управление машиной.

 

 

Задача 2026 года

Таким образом, задача регламента 2026 года двойная: подавить механизмы, создающие этот широкий, грязный след, не исключая полностью аэродинамическую креативность. Предложение ФИА сосредоточено на изменении как происхождения, так и траектории следа. Законотворцы стремятся сжать, поднять и переориентировать турбулентные структуры для облегчения возможности преследования в плотной борьбе.

Итак, как можно контролировать это воздействие следа? И какие изменения в регламенте были внесены для достижения этой цели?

Чтобы понять, как «нормативная архитектура» 2026 года влияет на преследующий автомобиль, пишущие для «Рейскара» провели серию моделирований с участием двух автомобилей, используя собственную модель спецификации 2026 года. Цель была двоякой: количественно оценить аэродинамические потери, испытываемые следующим автомобилем в «кильватерной» струе, и оценить, как эти потери распределяются по осям – важный параметр для уверенности водителя и предсказуемости управляемости. Воспроизвели эталонное условие ФИА 2022 года, то есть расстояние между автомобилями, равное длине автомобиля (примерно 10 м от носа до носа). В нормативной документации не были указаны условия рыскания (движения автомобиля под углом к набегающему потоку), поэтому принято рыскание в четыре градуса для обоих автомобилей, чтобы отразить реалистичное расположение на трассе при небольшом боковом ветре.

Смещение баланса

Результаты показывают снижение общего коэффициента прижимной силы (SCz) для следующего автомобиля на расстоянии 10 м на 11,3%. Это заметно лучше, чем показатель -18%, опубликованный при разработке правил 2022 года, и предполагает, что аэродинамическая конфигурация 2026 года «налагает значительно менее выраженный штраф» за турбулентность в спутном следе на расстояниях, благотворящих обгону.

Что еще более важно, эта потеря хорошо сбалансирована между передней и задней частями. Аэродинамический баланс смещается всего на 2,6% назад в условиях следа, что вполне в пределах диапазона, который водители могут преодолеть без значительной адаптации. Это означает, что автомобиль остается предсказуемым, с лишь незначительной тенденцией к недостаточной поворачиваемости вместо более разрушительных миграций баланса, наблюдавшихся в предыдущие эпохи правил.

Стабильность баланса при потере нагрузки не случайна. Это прямое следствие приоритетов проектирования, заложенных в свод правил 2026 года. Новые правила достигают этого за счет снижения чувствительности к следу. Один из наиболее эффективных способов уменьшить влияние турбулентности в следе — снижение абсолютных уровней прижимной силы по всей стартовой решетке.

Прим.перев. Да. Чтоб бездари талантливым не завидовали, проще всего изъять талантливых из такого общества. Если прижима изначально мало, то его потеря будет количественно меньшей при прочих равных. Гениально.

Автомобили с меньшей прижимной силой создают более слабые спутные следы и меньше страдают от частичной потери прижимной силы при движении следом. В ФИА прогнозируют снижение прижимной силы примерно на 30% к 2026 году по сравнению с текущим уровнем, в основном за счёт меньших габаритов, уменьшенной ширины днища и упрощенной геометрии. Хотя команды неизбежно смогут добраться обратно до части этих показателей, старт с более низкой базовой линии существенно смягчает аэродинамический след автомобиля.

Не все аэродинамические элементы одинаково реагируют на возмущенные условия. Эффективность устройств, работающих вблизи отрыва потока (элементы с высоким углом атаки или вихрезависимая геометрия), резко снижается при неустойчивом течении. Концепция автомобиля 2026 года намеренно подавляет эти процессы. Сложные надкузовные элементы будут запрещены, геометрия передних антикрыльев упрощена (времена сверхсложных передних элементов прошли), и больше внимания уделяется нижней части кузова для создания нагрузки. Под днищем, благодаря его принципиально менее «остро заточенной» конструкции, «более стабильной», падение давления остается заметным (но в идеальных условиях не большим (!), чем сейчас) даже при частичном нарушении потока. В результате большая часть общей прижимной силы сохраняется в условиях спутной струи.

Прим.перев. Но еще раз повторим, что прижима меньше! Но, зато, он более стабильный. Это все равно что сравнивать ходьбу и бег. Во втором случае упасть проще и больнее. Зато до места назначения доберешься быстрее.

Смещение аэродинамического баланса под воздействием спутной струи часто более разрушительно, чем сама потеря прижимной силы. Внезапный срыв потока с переднего антикрыла смещает баланс назад, заставляя водителей справляться с недостаточной поворачиваемостью, резким износом шин и потерей уверенности в машине.

 

 

Чтобы противостоять этому, в автомобиле 2026 года центр аэродинамического давления смещается ближе к центру тяжести автомобиля за счет увеличения нагрузки на днище. Поскольку центр давления на днище находится вблизи центра тяжести автомобиля, потери нагрузки на днище, как правило, аэродинамически нейтральны для баланса. Поскольку переднее антикрыло наиболее подвержено воздействию спутной струи, поэтому неизбежно теряет больше производительности при приближении к впереди идущему автомобилю, уменьшение его доли общей нагрузки напрямую снижает смещение баланса, когда его производительность неизбежно падает. Это стало возможным благодаря новой конструкции днища с более смещенным вперед центром давления. Даже при общей потере нагрузки в 11,3% аэродинамический баланс смещается всего на 2,6%, сохраняя окно управляемости постоянным и сохраняя уверенность водителя.

Снижение прижимной силы довольно равномерно распределяется по длине автомобиля. Общий уровень прижимной силы снижается во всех элементах во время движения в тяге ( //vk.com/@-27967693-takaya-raznaya-tyaga" style="color: rgb(42, 88, 133); cursor: pointer;">https://vk.com/@-27967693-takaya-raznaya-tyaga ), но распределение очень схожее. Процент прижимной силы, создаваемой каждой частью, по отношению к общей прижимной силе также остается неизменным. Доля заднего антикрыла в общей прижимной силе увеличивается на три процента.

Форма спутного следа так же важна, как и его интенсивность. Регламент 2026 года явно направлен на сужение и подъем турбулентного поля потока. Во-первых, это уменьшение размаха переднего антикрыла. Ограничивая его пределами внутренних поверхностей передних шин, резко снижается способность создавать снос и, как следствие, боковое распространение следа. Во-вторых, введение «дефлектора днища». Хотя он визуально напоминает старые дефлекторы («барджбоарды»), его функция совершенно иная. С одной стороны, он подает больше воздуха в нижнюю часть, создавая пик разрежения в передней части днища и смещая центр давления вперед, ближе к центру тяжести. С другой стороны, правила предписывают характер внутреннего смыва (в отличие от классического внешнего смыва для старых дефлекторов), помогая удерживать след передних шин ближе к корпусу по мере его движения вниз по потоку. При более узком следе, удерживаемом ближе к корпусу, объединенный восходящий поток от заднего антикрыла и диффузора толкает его вверх, образуя структуру «гриба». Это поднимает низкоэнергетическую турбулентную зону потока над следующим автомобилем, что, теоретически, позволит более чистому воздуху питать критические аэродинамические поверхности преследователя.

Некоторая часть восходящего потока все еще достигнет преследователя, но на расстоянии одной длины автомобиля он все еще сможет работать в основном в более чистом потоке.

К тому времени, как замыкающий автомобиль входит в область смыва, большая часть турбулентной структуры уже отклонена вверх, в основном за счет объединенного восходящего потока, создаваемого диффузором и задним антикрылом. Хотя в нижней области сохраняется некоторая остаточная турбулентность, особенно вблизи уровня днища, общая площадь спутной струи стала уже и выше по сравнению с предыдущими поколениями. В результате, следующий за машиной автомобиль сохраняет большую часть своего аэродинамического потенциала. Несмотря на измеренное снижение прижимной силы на 11,3%, аэродинамический баланс остаётся практически неизменным, обеспечивая стабильные характеристики управляемости на входе в поворот.

Ключевые изменения

Аэродинамические правила 2022 года ознаменовали собой кардинальное изменение подхода «Формулы-1» к управлению спутной струей. Перепроектировав архитектуру с учётом принципов анти-экрана («граунд-эффекта»), ФИА удалось снизить потери прижимной силы на длине одной машины примерно с 47% (спецификация 2021 года) до предполагаемых 18%. Однако непрерывное развитие аэродинамики командами постепенно подорвало это преимущество, и к 2025 году потери в спутной струе снова увеличились. Таким образом, пакет правил 2026 года представляет собой второй, более радикальный «сброс настроек». В основе общей концепции лежит сочетание принципов проектирования: уменьшенный размах переднего антикрыла для подавления сноса потока, дефлектор днища для сужения бокового распространения следа и аэродинамическая архитектура, оптимизированная для обеспечения восходящего турбулентного потока сзади машины. В совокупности они направлены на подъем и сжатие следа, одновременно минимизируя аэродинамические потери для автомобиля, идущего сзади.

Моделирование с помощью средств вычислительной гидродинамики (CFD) для двух автомобилей подтверждают потенциал этого подхода. При расстоянии в одну длину автомобиля, преследующий испытывает всего 11,3% потери общей прижимной силы и всего 2,6% смещения аэробаланса назад, что вполне в пределах, контролируемых водителем. В сочетании с общим снижением прижимной силы, более компактными размерами автомобиля и реструктурированным распределением аэродинамической нагрузки, набор правил 2026 года, теоретически, готов предложить зрителям более плотные гонки и более динамичные сражения на трассе.

Как и любой цикл правил, сброс производительности принесет неопределенность и возможности для тех, кто до этого не был в лидерах. Сохранится ли этот прогресс с течением времени, будет зависеть от того, насколько эффективно правила ограничивают использование аэродинамики. Но пока инвестиции ФИА в перестройку аэродинамической ДНК «Формулы-1» кажутся оправданными. Настоящее испытание произойдёт, когда команды начнут представлять свои творения для сезон-2026.

Правду мы узнаем только тогда, когда эти машины впервые выйдут на старт в полноценном соревновательном режиме, когда от носа одной до носа другой будут те самые 10 метров.

• < Назад
• Вперёд >