Разное: автоспортивные новости

Системы охлаждения: просто и важно.

Одной теплотехникой тут не обойтись!

Продолжаем изучать свежий японский «Отоспоцу», посвященный технологиям гоночной и спортивной («силуэтной») техники. После весьма дискуссионной заметки про «центр давления», идет разбор темы систем охлаждения.

Аэродинамические характеристики и эффективность охлаждения тесно взаимосвязаны. На фотографии показан пример из чемпионата «Супер Формула», где водяной радиатор и маслоохладитель коробки передач установлены с левой стороны короба-монокока. Маслоохладитель двигателя и интеркулер расположены с правой стороны. В то время как автомобили Супер Формулы используют стандартное шасси и, как следствие, внешний вид ничем у них не отличается, машины Формулы-1 все имеют уникальную конструкцию панелей кузова, но и там, и там основной принцип заключается в создании системы охлаждения, которую можно упрятать в аэродинамически оптимальную форму.

Увеличение размеров радиаторов, теоретически, могло бы помочь минимизации потерь скорости воздушного потока, но излишний объем, занимаемый такими устройствами нежелательно с аэродинамической точки зрения, а увеличение веса нежелательно с точки зрения управляемости автомобиля, что требует тщательного рассмотрения.

Легко представить, что существует компромисс между аэродинамическими характеристиками и эффективностью охлаждения. В Формуле-1 объем боковых обтекателей напрямую влияет на характеристики. Приоритет аэродинамики за счет уменьшения размеров боковых обтекателей уменьшает пространство, доступное для теплообменника.

Основное сопротивление, возникающее при прохождении охлаждающего воздуха через теплообменник, - это трение, вызванное вязкостью воздуха, замедляющее скорость потока. Строго говоря, также возникает и индуцированное сопротивление из-за образования продольных вихрей от ребер, но трение является доминирующим в процессе создания сопротивления. На систему охлаждения приходится около 10% от общего сопротивления, создаваемого всем автомобилем Формулы-1.

Базовая конструкция водяного радиатора такая же, как и у серийных автомобилей, и состоит из трубок для охлаждающей жидкости, теплоотводящих ребер, выпускной пластины. Температура охлаждающей жидкости, проходящей через трубки, уменьшается благодаря теплообмену с окружающей средой.

В серийных автомобилях можно использовать электрические вентиляторы для принудительного увеличения объема проходящего воздуха, но такой вариант запрещен регламентом «Формулы-1», что приводит к значительному изменению производительности радиаторов между «неподвижным» и «движущимся» состояниями (именно поэтому на стартовой решетке нежелательно, чтобы двигатель работал на холостом ходу длительное время).

В 2026 году гибридная система остается на месте, а это значит, что компоненты, нуждающиеся в охлаждении, разнообразны, включая не только двигатель и коробку передач, но и батарею с системами управления. Для автомобилей ГТ500, оснащенных турбированными двигателями, основными теплообменниками являются радиатор и интеркулер, установленные спереди.

Японские инженеры говорят:

«Чем больше воздуха проходит между ребрами радиатора, тем больше сопротивление. Самый разумный способ уменьшить этот негативный эффект - удвоить размер радиатора.

Но разве удвоение размера не ухудшит аэродинамические характеристики?

Если удваивается размер, то вдвое уменьшаете скорость воздушного потока при всех прочих равных (охлаждающая способность та же). Преимущество этого подхода в том, что сопротивление пропорционально квадрату скорости. Если вы уменьшите скорость воздушного потока вдвое, сопротивление станет вчетверо меньше.

Если рассматривать только аэродинамику радиатора, то, по сути, чем больше теплообменник, тем лучше. Однако увеличение размеров теплообменника повышает вес и накладывает ограничения на компоновку, влияя на аэродинамические характеристики других элементов, что приводит к компромиссам. Существует также метод диагонального размещения теплообменника с учетом компоновки, но такое расположение препятствует поступлению воздуха, снижая эффективность.

Как и с большинством элементов автомобиля, проектирование каждого из них требует знаний не только в одной области: теплотехникой одной тут не обойтись, потому что нужно знать и аэродинамику, и теорию движения (как влияет развесовка).

Иногда конструкторы сознательно идут на уменьшение теплопередачи, даже если это означает снижение мощности двигателя.

В случае с ГТ500 горячий воздух, нагретый в теплообменнике в передней части автомобиля, может попадать в расположенный далее радиатор (охладитель масла коробки передач и т. д.), потенциально снижая теплоотвод. Поэтому размещение теплообменников и воздуховодов должно быть тщательно продумано при оптимизации аэродинамики.

Коэффициент использования теплообменника на скорости автомобиля (значение, полученное путем деления скорости воздушного потока через теплообменник на скорость автомобиля) обычно устанавливается на уровне около 15% в среднем для автомобилей класса ГТ (скорость воздушного потока составляет 15% от скорости автомобиля).

В автомобилях класса ГТ500 теплообменники расположены спереди. Хотя обычно водяные радиаторы размещают слева и справа, а интеркулер - по центру, как на «Супре», на «Сивике» 2024 года водяной радиатор расположен слева, а интеркулер - справа. Цель - снизить центр тяжести и уменьшить вес, а также сместить центр тяжести к центру автомобиля.

Отдельно нужно отметить, что управление воздушным потоком после выхода теплообменника из-под капота также имеет важное значение для общей аэродинамической эффективности автомобиля.

К сожалению, развивать эту интересную тему японцы не стали.

• Вперёд >