Разное: автоспортивные новости

«Лола» электросамокатчика Ди Грасси

Электрогонки столкнулись с проблемой. Несмотря на все технологические усовершенствования, которые мы видели в Формуле-Э (и касающиеся, в основном внешнего вида этих батареек на колесах), это все еще очень далеко от «Формулы-1». Современные технологии аккумуляторных батарей просто не позволяют электрическим автомобилям сравняться по плотности энергии с теми, что едут на жидком топливе.

 

 Английский журнал «Рейс-Тек», за последнее десятилетие уже не раз продвигавший идею электрификации, снова пытается взбудоражить общественность новостью об очередной новинке, которая вот-вот перевернет наше представление о моторизованных аккумуляторах.

И начинают они, естественно, с того, что нужно отменить правила, как вы поняли:

«Что, если взять эти правила – в значительной степени основанные на автогонках полувековой давности – и перевернуть их с ног на голову?»

Прим.ред. Тут еще надо добавить, что автором идеи выступает Лукас ди Грасси, не только продвигавший гонки на электросамокатах (что уже говорит о многом), но и являвшийся генеральным директором чемпионата «Роборейс», нещадно восхвалявшегося «Рейс-Теком» и с оглушительным треском провалившегося (что говорит о еще большем).

За проект отвечает недавно возрожденная фирма «Лола», которая с первых же дней после откачки мумии подсела на электропривод. В ее вольном прочтении Формулы-Э применяется все: от вытяжных вентиляторов до полного привода, что позволяет на одном круге в Монако быть на 4,5 секунды быстрее, чем нынешний автомобиль «Формулы-1». По прогнозам. На одном круге. Но кто ж это будет уточнять? Все уже увидели заветные «на 4,5 секунды быстрее Ф-1», а дальше можно не читать.

«В начале этого пути я пытался объединить разные идеи, – говорит бразильский электростартапер. - Я предполагал, что электромобиль может быть быстрее и эффективнее, если его реализовать по-другому, но понял, что для этого придётся разрабатывать его с нуля. Я хотел вывести электромобиль на уровень производительности и длительности заездов, которые мы имеем в «Формуле-1», с возможностью участия в гонках на более широком спектре трасс».

Инженеры «Лолы» на базе компании на «Силверстоуне» разработали симуляции времени прохождения круга, чтобы оценить динамические характеристики и создать комплексную спецификацию автомобиля. В ходе проекта к проектированию в САПР был привлечен бывший инженер «Заубера» и «Пескароло» Себастьен Ламур, в то время как специалист по «облачному моделированию» «Эйршейпер» (Airshaper) предоставил возможности вычислительной гидродинамики, а художник Крис Пол (Chris Paul Design) выполнил визуализацию.

Ди Грасси считает, что увеличение средней скорости прохождения поворотов хоть и стало бы привлекательным психологическим и физическим вызовом для лучших гонщиков мира, но, сосредоточившись на характеристиках в низкоскоростных поворотах, инженеры каким-то образом заставят машины развивать более высокую скорость на всем круге, не увеличивая риск в высокоскоростных поворотах, где обычно происходят самые серьёзные аварии.

Прим.ред. Ну, теоретически, да. В скоростном повороте отыгрыш по времени обычно не такой большой, как в медленном. Это если мы говорим о полом отсутствии ошибок и только о чистой технике.

Кроме того, есть данные, свидетельствующие о том, что очень высокая прижимная сила, создаваемая независимо от скорости и угла рыскания автомобиля, приведёт к быстрой остановке автомобиля в случае его потери управления на асфальтовом участке.

Прим.ред. Вот тут не совсем ясно, потому что, если колеса теряют сцепление (а что еще он имеет в виду под потерей управления?), то никакая прижимная сила его не возвратит.

 

 

 

Ещё одно потенциальное преимущество в плане безопасности связано с использованием колёс с защитными колпаками. Хотя это в основном мотивировано снижением сопротивления, это также может уменьшить количество брызг и значительно улучшить видимость во влажных условиях, а также исключить контакт колесо-в-колесо при столкновениях.

Прим.ред. Ох, как сомнительно. В «Формуле-1» вовсе не из-за внешнего вида отказались от брызговиков. На высоких скоростях там десятки литров воды в секунду отводится из пятна контакта. И куда этой воде деваться? За шиворот Ди Грасси?

Обычный двигатель

Ди Грасси объясняет, что первоочередной задачей при проектировании было снижение сопротивления для минимизации расхода энергии. Наряду с этим ставилась цель уменьшить размер машины (для улучшения гоночных характеристик) и вес (для повышения как производительности, так и эффективности). Низкий центр тяжести улучшил бы динамику и безопасность, а распределение веса 50:50 было запланировано с учётом использования полного привода.

Привлекающая внимание система прижимной силы может радикально отличаться от современных технологий «Формулы-1», но в принципе она схожа с тем, что было у «Чапаррала» 2Джей и «Брэбэма» БТ46.

Аналогичным образом, аккумуляторная батарея основана на плотности энергии доступных существующих литий-ионных аккумуляторов. Её ёмкость составляет 60 кВт⋅ч, масса — 320 кг, а объём упаковки — пропорционально аналогичен объёму существующего аккумулятора Формулы E. Электромоторы по 300 кВт спереди и сзади, что в сумме дает 600 кВт, основаны на нынешнем моторе от Формулы-Э.

Еще одной интересной особенностью «Лолы ДГР» (Ди Грасси Ристалище, Di Grassi Racing) является модульная конструкция аккумуляторной батареи, которая делит ее на четыре блока. Два расположены непосредственно спереди и сзади от водителя: один за сиденьем, а другой в области под ногами водителя и передним блоком силовой установки. Два других расположены по обе стороны от сиденья (опять же, прикреплены к полу для максимально низкой высоты центра тяжести и лобовой площади). Все четыре модуля потребуются для полной гоночной дистанции, но два боковых модуля можно снять, чтобы значительно уменьшить вес для коротких сессий, таких как квалификация.

Моделирование времени круга основано на использовании автомобиля с четырьмя модулями, но удаление боковых модулей может сэкономить целых 200 кг – и они расположены в положении, которое не влияет на распределение веса автомобиля.

Старое и новое

Аэродинамически автомобиль представляет собой смесь радикальных и традиционных идей. Он оснащён очень большим задним диффузором и небольшим задним антикрылом для максимально эффективного создания прижимной силы. Цель — использовать эту пассивную прижимную силу на высоких скоростях, а на более низких — постепенно добавлять присасывание от двух вентиляторов.

«Почти вся [пассивная] прижимная сила создаётся диффузором, - отмечает ди Грасси. – Снижение сопротивления воздуха имеет основополагающее значение для эффективности, поэтому, помимо очень маленького антикрыла, автомобиль не оснащён радиаторами по бокам. Потребности электромобиля в охлаждении в три-четыре раза меньше, чем у двигателя внутреннего сгорания — речь идёт всего о 40-45 кВт рассеиваемой мощности, — поэтому мы можем использовать внутренние радиаторы, питаемые воздухозаборником за головой водителя, который также служит защитой при опрокидывании».

Прим.ред. Разрешите усомниться в том, что электромобилю требуется меньше охлаждения, чем нормальной машине. Игроки со стажем помнят, что такое блок питания от «Денди» или «Сеги», и что с ним было после безуспешных многочасовых попыток прохождения «Супер Марио 3» или «Дюны». Нас не проведешь.

Секретным оружием автомобиля, несомненно, является прижимная сила, генерируемая вентиляторами. Они засасывают воздух через два воздухозаборника в центре днища, а затем выбрасывают его через диффузор. Как объясняет ди Грасси, «это выдувной диффузор на стероидах».

Прим.ред. Очередное объяснение для тех, кто хавает все подряд. Выдувной диффузор на то и гениален, что работал пассивно. А тут просто пылесос на выдув – и все.

 

 

Чтобы максимально раскрыть потенциал этой системы, её необходимо герметизировать, чтобы она не съезжала с дороги. Для этого рассматривались различные методы, включая решение, примененное на, мягко говоря, экстравагантном электромобиле Дэвида Макмертри. У последнего используется комбинацию активного контроля дорожного просвета и керамических защитных пластин. Хотя Макмертри официально не участвовал в проекте ДГР, ди Грасси провёл несколько неофициальных обсуждений с англичанином, посвящённых технологиям в его поделке, и заявил, что готов к сотрудничеству в будущем: «Я не мог поверить цифрам, когда мы начали изучать систему «присасывания», - говорит Ди Грасси. – Это в пять раз эффективнее на единицу затраченной энергии, чем профиль крыла (это потому, что при использовании крыла вы получаете прижимную силу, но вы также получаете сопротивление, на преодоление которого требуется энергия). Макмертри получает до 2000 кг прижимной силы от вентилятора мощностью 60 кВт, но мы рассматриваем гораздо меньшие цифры. Мы подсчитали, что нам потребуется в среднем 800 кг [часть из которых будет поступать от диффузора], чтобы соответствовать времени круга «Формулы-1» в Монако».

Прим.ред. Ну, тут уже забористо пошло. То он на охлаждение тратит совсем чуть-чуть, то теперь на супер-пупер вентилятор - тоже мизер. Если бы это было какой-то «волшебной таблеткой», то ее применяли бы гораздо чаще, чем раз в 30 лет, и не только Гордон Марри. Ну, еще Джима Холла можно вспомнить, но это было еще раньше. Плюс, сама репутация человека, продвигавшего гонки на электросамокатах и «робомобилях», самовыпиливающихся через удар об стену прямо на старте, буквально отталкивает от траты времени на проверку всех его рекламных утверждений.

Даже без активированной системы присасывания моделирование ВГД предполагает наличие 520 кг прижимной силы на скорости 180 км/ч и чуть более 1000 кг на скорости 250 км/ч. Это сопоставимо с показателями серийных «гиперкаров», таких как «Феррари» Ф80 и «Макларен» ДаблЮ1, но значительно ниже современной «Формулы-1».

Прим.ред. Вот в это уже больше верится, хотя проверять все равно не хочется. У специализированного гоночного автомобиля эффективность на уровне серийных (ладно, мелкосерийных, но все же дорожных) машин. И этот человек нам рассказывает про то, что вентилятор выгоднее антикрыла. Видимо, он просто не знает, что с ним делать. Мдэ. Лучшей иллюстрации того, на кого вся эта электролабуда рассчитана, и не придумаешь. Топи дальше, Лукас!

«Очень важно, чтобы можно было развивать такую прижимную силу на высоких скоростях без подсоса (прим.перев. – да, фиг с ним, оставим так). Чтобы быть быстрее «Формулы-1», нам нужно поддерживать высокий уровень прижимной силы на всех скоростях, а это возможно только с помощью активной аэродинамики. Но преимущество нормальной прижимной силы от диффузора в том, что можно отключить подсос (прим.перев. – вентилятор) на высокой скорости и сэкономить энергию», - поясняет светоч физики ди Грасси.

***Быстрее, чем «Формула-1»***

После проведения сессий ВГД у «ЭйрШейпера» ди Грасси передал полученную аэродинамическую карту специалистам «Лолы» для моделирования круга.

«Мы изучали поведение машины на круге в Монако при разных уровнях прижимной силы. Если уменьшить прижимную силу, можно заметить, что для прохождения поворота через туннель приходится немного притормаживать, но с увеличением прижимной силы траектория становится ровной, как у машин «Формулы-1», - объясняет ди Грасси. - Квалификационный круг у Ф-1 там занимает около 70 секунд, и моделирование показало, что нашему автомобилю, мощностью 600 кВт и весом почти 1100 кг, потребуется всего 8 кН (800 кг) прижимной силы, чтобы достичь этого времени. Но это значение постоянно, поэтому можно отключить систему присасывания на скорости 180. Кроме того, в какой-то момент можно использовать систему только на 50% мощности. Теоретически, эта конструкция может обеспечить до 15 кН (1,5 тонны) прижимной силы. Если увеличить этот показатель и снять 200 кг с боковых аккумуляторных модулей, моделирование показывает, что автомобиль может быть на 11 секунд (прим.ред. – Остапа понесло) быстрее в Монако, чем современный автомобиль «Формулы-1». К этому моменту, я думаю, мы могли бы рассмотреть возможность использования гонщиками противоперегрузочных костюмов, подобных тем, что носят пилоты истребителей, чтобы справляться с постоянными перегрузками, поскольку перегрузка в 4 единицы будет ощущаться на каждом повороте и в каждой зоне торможения. Таким образом, в крайнем случае ограничением станет человек».

Прим.ред. А победителями межгалактического турнира станут васюкинцы. Ура, товарищи. «Пирелли» только не сообщайте о своих планах, а то они немного приуноют.

 

 

 

Он отмечает, что максимальные скорости, максимальная прижимная сила и максимальные боковые нагрузки вполне укладываются в диапазон современной «Формулы-1». Теоретически это означает, что существующие технологии, такие как конструкция шин и подвески, будут более чем достаточно эффективными, хотя, конечно, рабочий цикл изменится.

«На более низких скоростях, например, на шпильке «Фэрмонт» в Монако, перегрузка составит 3 единицы вместо 1,2 в обычных автомобилях «Формулы-1» или «Формулы E» (прим.ред. – а в этом повороте эти машины точно едут одинаково? Точно? Правда? Хм.). Таким образом, вы выигрываете так много времени в низкоскоростных поворотах, что можете добиться такой поразительной разницы в производительности. Ещё одно преимущество заключается в том, что система не подвержена влиянию загрязненного воздуха при движении за другой машиной. Прижим также не зависит от угла рыскания, поэтому прижимная сила не падает, когда автомобиль находится под углом к набегающему потоку воздуха.

До сих пор моделирование было ограничено Монако, в основном потому, что это дает единственное истинное сравнение между Формулой Э, «Формулой-1» и другими сериями. С точки зрения производительности, преимущества постоянно высокой прижимной силы должны хорошо переноситься на более быстрые трассы, такие как Спа или Силверстоун, но ограничивающим фактором, вероятно, станет потребление энергии.

«На скоростях «Формулы-1» машина потребляет 5 кВт·ч за круг, поэтому мы могли бы проехать 12 кругов в квалификационном темпе. Возможно, от 15 до 18 кругов в гоночном темпе «Формулы-1», - сетует ди Грасси. - Конечно, это все еще меньше по сравнению с «Формулой-1», но это при технологиях, доступных прямо сейчас. Скоро у нас будут твердотельные батареи, которые могут почти удвоить энергоемкость, поэтому машина сможет проехать 24 круга. Итак, можно проехать две гонки по 20 кругов в темпе «Формулы-1» или 45-минутную гонку в слегка замедленном темпе. Затем, потенциально, графеновые батареи могли бы ещё раз удвоить это время до 48 кругов».

Прим.ред. Ну, куда же электрофанатам без обязательного «завтрака» перспективными технологиями, на которых умельцы уже давным-давно отточили умение перманентного сдвига планов вправо.

В конечном счёте, даже такой неоднозначный толкач, как ди Грасси признаёт, что чуда в аккумуляторных технологиях не происходит: «Мы всё ещё не достигнем плотности энергии жидкого топлива. Ни одна другая концепция дизайна не приблизится к этому. В конечном итоге можно было бы рассмотреть возможность замены аккумуляторов на «пит-стопах» или подзарядки, как это происходит сейчас».

Очевидно, что 12 кругов в Монако недостаточно для марафонских гонок, но для одноместных машин это может быть меньшей проблемой, особенно если серия сможет претендовать на звание «Самой Быстрой в Мире». Спринтерские гонки «Формулы-1» обычно длятся менее 20 кругов, и в будущем планируется включить больше таких заездов в календарь. Однако пока вопрос о том, как долго автомобиль сможет поддерживать характеристики «Формулы-1» на более быстрых трассах, остаётся открытым.

Прим.ред. А было бы круто, если эти чудики с графеновыми батареями застолбили бы за собой бестолковые «спринты», а «Формуле-1» оставили нормальный формат с полноценными гонками. Но кто ж нас послушает.

Имитация присасывания

«Мы взяли у Лукаса хорошо собранный пакет с техническими характеристиками автомобиля и некоторыми рабочими графиками. Большая часть работы по вычислительной гидродинамике уже была проделана, - объясняет Мартин Райли, руководитель отдела динамики «Лола Карз». – Затем мы использовали комбинацию классического моделирования времени круга и некоторых догадок на основе первых принципов, чтобы понять, как машина будет вести себя на круге и как будут взаимодействовать системы автомобиля. Хотя «ДГР-Лола» несколько тяжелее современных автомобилей «Формулы-Э», она в целом схожа по конфигурации. Само собой разумеется, что именно активные системы представляли наибольшие трудности - и самые интригующие возможности - с точки зрения моделирования. Мгновенно возникает вопрос: „Как мы можем оптимизировать это на круге?“ Это создавало некоторые трудности, поскольку классические инструменты моделирования не рассчитаны на такую не зависящую от скорости прижимную силу».

Специалисты по аэродинамике обычно оперируют коэффициентами, а не прямыми значениями прижимной силы или сопротивления, поскольку они остаются неизменными во всем диапазоне скоростей. В удачный сезон, объясняет Райли, ведущая команда «Формулы-1» может добавить 50 единиц прижимной силы к своей машине (каждая «единица» - это сотая доля коэффициента подъёмной силы или сопротивления). А система присасывания может добавить тысячи единиц.

Прим.ред. То есть, нормальных моделей для проверки теории у них нет, но они сразу выдают такие цифры. Все компьютерные модели построены на каких-нибудь исходных данных из реального мира. А тут компьютер, по сути, додумывает то, как это все будет работать в натурном эксперименте. Кто еще думает, что при испытаниях на трассе что-нибудь обязательно пойдет не так?

«Это на порядок больше, чем всё, что можно было бы сделать с помощью традиционной аэродинамики на низких скоростях, - комментирует Райли. - Этого проще добиться, если на машине нет мощной пассивной аэродинамики. Нам пришлось учитывать влияние аэродинамической карты и практические особенности самой системы, такие как конструкция всасывающего коллектора и система уплотнений на юбках. Но, по сути, прелесть этой системы в том, что можно просто включить эту большую турбину и запросить любую необходимую прижимную силу».

Прижимная сила по требованию

Способность автомобиля задействовать прижимную силу по требованию, пусть и ценой повышенного энергопотребления, поднимает вопрос о том, где лучше всего её использовать на круге. Неудивительно, что наибольшие преимущества можно было получить в поворотах на низких скоростях – не только потому, что именно здесь можно было добиться наибольшего процентного улучшения в рамках существующих максимальных проектных нагрузок на шасси, но и потому, что на них приходится наибольшая доля поворотов на любой современной трассе. Однако теоретически существуют практически безграничные возможности для настройки того, где и как на круге применяется прижимная сила. Это также позволяет относительно легко найти компромисс между производительностью и энергопотреблением. Теоретически можно полностью отключить вентиляторы и проходить круг с меньшей скоростью или максимально использовать их, чтобы ехать быстрее «Формулы-1». В определённой степени, объясняет Райли, зависящую от скорости прижимную силу, создаваемую обычной аэродинамикой, и независимую прижимную силу, создаваемую системой всасывания, можно моделировать как две отдельные сущности. Однако ключевым взаимодействием, которое необходимо было учитывать, было изменение давления на впуске и выпуске.

Прим.ред. Да как же это возможно вообще? Выталкивать воздух за автомобилем и говорить, что это никак не влияет на пассивную аэродинамику? На каких скоростях они это делают? 10-20 км/ч?

«Нам нужно было вернуться к основополагающим принципам и подумать, как мы сможем учесть это в моделировании, - отмечает он. - У нас есть хорошие системы для моделирования энергопотребления, разработанные в рамках работы над Формулой-Э. Поэтому, как только мы рассмотрели эти дополнительные взаимодействия, нам пришлось в первую очередь вводить в модели другой набор входных данных».

Тут даже «Рейс-Тек» делает уточнение: очевидно, что «ДГР-Лола» - это концептуальное исследование, основанное на ряде допущений (ха!), а не полностью проверенная конструкция. Тем не менее, Райли говорит, что он вполне уверен в прогнозах производительности.

Прим.ред. А мы нет.

«Абсолютное время круга всегда довольно сложно предсказать. Внешние условия и сцепление с трассой могут оказывать большое влияние, - говорит он. - Но у нас есть очень хорошая, хорошо проверенная отправная точка с точки зрения нашей модели гоночного автомобиля. Речь больше об аспектах интеграции, но мы можем предсказать их с достаточной уверенностью, поэтому я думаю, что эти прогнозы времени круга уже намного превосходят первоначальную оценку. Часто при моделировании времени круга мы ищем тенденцию, а не точные цифры, но если бы мы моделировали существующий гоночный автомобиль, мы бы стремились предсказать абсолютное время с точностью до секунды. Очевидно, что потенциальный диапазон погрешности больше, когда вы делаете большой шаг, как мы с этой концепцией, но я бы сказал, что мы всё ещё уверенно находимся в пределах секунды или двух от того, как быстро эта машина может пройти круг по трассе».

Планы на будущее

Что же ждёт «ДГР-Лолу»? Понятно, что ди Грасси с нетерпением ждёт, когда его концепция воплотится в жизнь: «Моя цель - построить этот автомобиль в течение следующих двух лет и начать испытания концепции. Надеюсь, через несколько лет эти идеи будут внедрены в Формулу-Э. Или, возможно, вдохновят другие гоночные серии для электромобилей или разработку активной аэродинамики для дорог общего пользования».

Ди Грасси не скрывает, что собирал отзывы инженеров и аэродинамиков везде, где мог. Одним из памятных событий стал приём в Княжеском дворце в Монако перед гонкой 2025 года: «Я приехал заранее, и нас там было всего трое: я, Шарль [Леклер] и Эдриан Ньюи. Я подошёл к Эдриану и сказал: „Я Лукас, я Ваш большой поклонник. Что Вы думаете об активной аэродинамике?“ Он рассмеялся и спросил: „Зачем тебе это знать?“ В итоге мы проговорили около 40 минут. Это была просто идея, и она вселила в меня уверенность в том, что мои первоначальные предположения были не так уж далеки от истины, и стоило изучить вопрос подробнее».