Муджелло-1976: Радиаторы

Третья часть инженерной выжимки из одной-единственной заметки про гонку сезона-1976 Формулы-2 в Муджелло.

В отчёте о гонке Формулы-2 в Муджелло охлаждению посвящено всего несколько фраз, но за ними виден вполне современный инженерный сюжет: команды уже не рассматривали радиатор как пассивную деталь, которую однажды установили и забыли. Его площадь, расположение, воздухозаборник и выход горячего воздуха подбирались одновременно - в зависимости от двигателя, температуры окружающей среды и аэродинамических требований трассы.

Особенно активно работали с охлаждением две французские команды, использовавшие двигатель «Рено» V6: «Экип Эльф Швейцария» и «Мартини».

Что изменили на «Эльф» 2Ж

После предыдущего этапа в Руане обе машины «Эльф» 2Ж Жан-Пьера Жабуя и Мишеля Леклера получили увеличенные водяные радиаторы. Кроме того, на машине Леклера появился ещё один дополнительный радиатор сбоку. Одновременно команда усилила поперечины крепления двигателя и испытывала новую форму носа. Иначе говоря, перед Муджелло «Эльф» пересматривала не отдельный узел, а весь комплекс вокруг силовой установки и передней части автомобиля.

Текст не сообщает, что именно заставило увеличить площадь охлаждения. Поэтому нельзя уверенно утверждать, что двигатели «Рено» уже страдали от хронического перегрева. Но сочетание обстоятельств достаточно показательно. В Муджелло ожидалась жара примерно до 35 °C, «Рено» V6 был мощным, но сравнительно сложным и теплонагруженным мотором, а дистанция составляла 43 круга, кроме того, трасса включала продолжительные скоростные участки, на которых двигатель долго работал под высокой нагрузкой.

Увеличенные радиаторы, вероятнее всего, должны были создать запас по температуре, которого могло не хватать в более жарких условиях.

Почему жара так опасна для системы охлаждения

Радиатор отводит тепло от охлаждающей жидкости в поток воздуха. Упрощённо его работу можно записать через отводимую тепловую мощность, которая прямо пропорциональна массовому расходу воздуха через радиатор, его удельной теплоёмкости и разнице температур между горячим радиатором и проходящим воздухом.

Когда температура окружающей среды растёт, разность температур уменьшается. Чтобы вывести то же количество тепла, необходимо компенсировать это одним или несколькими способами:

- увеличить площадь радиатора;
- пропустить через него больше воздуха;
- улучшить распределение потока по поверхности сот;
- снизить сопротивление выходного канала;
- уменьшить тепловую нагрузку двигателя.

В «Эльфе» выбрали прежде всего первый путь, а на машине Леклера - ещё и распределили охлаждающую поверхность между передней и боковой зонами.

Зачем Леклеру понадобился дополнительный боковой радиатор

Дополнительный боковой теплообменник мог выполнять сразу несколько функций.

Во-первых, он увеличивал суммарную площадь охлаждения без необходимости чрезмерно расширять передний радиатор. Во-вторых, позволял разделить поток жидкости между несколькими элементами и уменьшить тепловую нагрузку каждого из них. В-третьих, боковое расположение открывало доступ к другому воздушному потоку - особенно если передний радиатор уже находился близко к пределу эффективности.

Но за это приходилось платить. Дополнительный радиатор приводил к росту массы, увеличению объёма жидкости, усложнению конструкции трубопроводов, дополнительным соединениям и потенциальным места утечек, дополнительному аэродинамическому сопротивлению.

Кроме того, боковой радиатор требовал правильно организовать не только вход воздуха, но и его выход. Если горячий поток запирался внутри кузова, за радиатором росло давление, а массовый расход через соты падал. Большая площадь теплообменника в таком случае не гарантировала пропорционального улучшения охлаждения.

«Мартини»: увеличить радиатор оказалось недостаточно

На двух «Мартини» Mк19 Рене Арну и Патрика Тамбе также установили увеличенные передние водяные радиаторы. Но в отчёте есть важное дополнение: команда должным образом переделала входные и выходные каналы.

Именно эта фраза особенно интересна с инженерной точки зрения. Она показывает, что «Мартини» понимала: эффективность охлаждения определяется не только размером радиаторной матрицы.

Если входной канал слишком мал, расход воздуха ограничивается ещё до радиатора. Если канал резко расширяется, поток может оторваться от стенок и неравномерно распределиться по сотам. Если выход слишком тесен, за радиатором возникает подпор.

Поэтому увеличение радиатора без изменения воздуховодов иногда почти не даёт выигрыша: часть новой поверхности просто не получает достаточного потока.

«Мартини», судя по описанию, работала именно с системой в целом. Более крупный теплообменник был дополнен переработанными каналами подачи и отвода воздуха. Это уже похоже не на аварийное средство против перегрева, а на полноценную аэродинамическую оптимизацию системы охлаждения.

Передний радиатор как часть аэродинамики

У автомобилей Формулы-2 того времени радиаторы могли занимать значительный объём в носовой части. Это позволяло получать достаточно прямой и чистый поток, однако создавало конфликт с аэродинамикой.

Воздух, проходящий через соты, теряет полное давление и энергию. Чем больше расход через радиатор, тем больше так называемое внутреннее сопротивление охлаждения. Поэтому крупный передний воздухозаборник улучшал температурный режим, но мог ухудшать скорость на прямой.

Положение радиатора также влияло на форму носа, распределение давления под передней частью и путь воздуха к передней подвеске и колёсам. В случае «Эльф» эта связь особенно заметна: команда одновременно увеличила радиаторы и испытывала новый нос, призванный уменьшить недостаточную поворачиваемость.

Следовательно, носовой обтекатель должен был решать две задачи: создавать более подходящий аэродинамический баланс и обеспечивать достаточный поток к увеличенному радиатору.

Это могло потребовать компромисса. Нос, выгодный с точки зрения прижимной силы, не обязательно обеспечивал наилучшее охлаждение, а большой воздухозаборник мог нарушить желаемое распределение давления.

Почему боковой радиатор был шагом к будущему

Решение на машине Леклера выглядит как промежуточный этап между традиционной носовой компоновкой и системой, ставшей впоследствии обычной для одноместных машин: радиаторы переносились в боковые понтоны, а нос освобождался для аэродинамических задач.

Боковое размещение давало конструкторам несколько потенциальных преимуществ: нос можно было сделать ниже и аэродинамически чище, масса охлаждающей системы смещалась ближе к центру машины, появлялась возможность разделить радиаторы по сторонам, площадь входных отверстий можно было изменять независимо от формы носа.

Однако ранние боковые системы требовали тщательной проработки. Воздух в районе кокпита и передних колёс уже был сильнее возмущён, поэтому получить равномерный поток через соты было сложнее, чем в центральном носовом канале.

В Муджелло «Эльф», вероятно, ещё не отказывалась от переднего радиатора полностью. Дополнительный боковой элемент служил скорее средством увеличить запас охлаждения, чем переходом к новой архитектуре автомобиля.

Можно ли связать отказ двигателя Леклера с охлаждением?

В тренировках двигатель Леклера не развивал полной мощности, поэтому перед гонкой «Рено» V6 заменили. В самой гонке он сначала начал терять темп, затем работал с перебоями и окончательно отказал на 32-м круге. Возникает соблазн связать это с перегревом. Но исходный текст такой связи не устанавливает.

Более того, наличие дополнительного бокового радиатора говорит о том, что именно машина Леклера имела наибольший запас охлаждающей поверхности. Отказ мог быть связан с системой питания, зажиганием, механической частью или любой другой неисправностью нового двигателя.

Как охлаждение могло повлиять на результат гонки

Три первых места заняли машины с «Рено» V6 - Жабуй, Арну и Тамбе. Это означает, что увеличенные радиаторы и переработанные каналы позволили по крайней мере трём из четырёх автомобилей «Рено» выдержать жаркую гонку в высоком темпе.

Особенно показателен пример Жабуя. На последних кругах у него снижалось давление топлива, однако двигатель продолжал работать и позволил удержать преимущество над Арну. Репортаж не упоминает критического роста температуры или необходимости снижать темп ради охлаждения.

Нельзя доказать, что именно увеличенный радиатор принёс победу. Но он, вероятно, помог исключить перегрев из числа факторов, ограничивавших темп. В гонках это часто и есть главный успех системы охлаждения: она остаётся незаметной.

Современная аналогия: тот же компромисс, только сложнее

Сегодня принцип не изменился. Команде Формулы-1 (но не Формулы-2) по-прежнему требуется отвести заданное количество тепла при минимальных аэродинамических потерях. Но современные машины имеют намного больше охлаждаемых контуров: двигатель, масло, наддувочный воздух, коробка передач, гибридная система и электроника.

Радиаторы теперь тесно встроены в форму боковых понтонов и моторного кожуха. Изменение их расположения может позволить уменьшить вход бокового понтона, перераспределить объём внутри кузова или изменить поток к задней части машины. На современных автомобилях часть радиаторной площади может располагаться выше и ближе к центральной линии, а горячий воздух выводится через задние каналы или регулируемые решётки на кузове.

На жарких этапах команды открывают дополнительные выходы или увеличивают эффективную площадь выпускных отверстий. Это снижает температуру, но обычно ухудшает внешний поток и увеличивает сопротивление. На прохладной трассе выходы можно уменьшить, получив аэродинамический выигрыш, но сократив температурный запас. Современный регламент по-прежнему выделяет отдельные зоны кузова, в которых разрешено формировать поверхности и отверстия, связанные с охлаждением.

Разница заключается в масштабе. В 1976 году команда увеличивала передний радиатор, добавляла боковой элемент и вручную переделывала воздуховоды. Сегодня геометрию каналов рассчитывают вместе с боковыми понтонами, днищем и моторным кожухом, а небольшое изменение выхода горячего воздуха может повлиять на работу всей задней аэродинамики.

Главный «радиаторный» урок Муджелло

Отчёт показывает три разных уровня инженерного подхода.

В «Эльфе» увеличили охлаждающую поверхность и на одной машине добавили боковой радиатор. Это создавало дополнительный температурный запас.

В «Мартини» увеличили радиаторы и одновременно переработали входные и выходные воздуховоды. Это уже означало управление не только площадью, но и массовым расходом воздуха.

Обе команды вынуждены были согласовывать охлаждение с аэродинамикой носа и требованиями жаркой скоростной трассы.

Поэтому Муджелло-1976 нельзя свести к истории о том, как механики просто поставили радиатор побольше. Это ранний пример системного подхода: охлаждение, аэродинамика, компоновка и надёжность уже рассматривались как части одной машины. Именно так инженеры работают и сегодня — только вместо отдельного радиатора они оптимизируют целую сеть тепловых контуров и воздушных каналов.

Почему дополнительный радиатор сбоку появился только у Леклера?

Точного ответа в отчёте нет. Автор лишь фиксирует, что после Руана оба «Эльфа» получили увеличенные водяные радиаторы, а на машине Мишеля Леклера дополнительно установили ещё один боковой теплообменник. Одновременно у Леклера на тренировках обнаружилась нехватка мощности, и перед гонкой ему заменили «Рено» V6.

Поэтому утверждать, что боковой радиатор появился из-за конкретного перегрева, нельзя. Но наиболее вероятно сочетание трёх причин.

1. Две машины «Эльф» 2Ж не были совершенно одинаковыми

Жабуй выступал на шасси 7603, построенном для сезона-1976. Машина Леклера - 7602 - была создана на основе более раннего шасси 7502, использовавшегося в 1975-м, и затем переделана под «Рено» V6. Иными словами, при одинаковом названии автомобили могли различаться компоновкой трубопроводов, внутренним объёмом кузова и движением воздуха вокруг двигателя.

Это делает правдоподобной следующую картину: увеличенного переднего радиатора для новой машины Жабуя оказалось достаточно, тогда как перестроенное шасси Леклера сохраняло меньший температурный запас.

Особенно важен не только размер радиатора, но и расход воздуха через него. Даже при одинаковой площади теплообменников две машины могли охлаждаться по-разному, если в одной из них воздух хуже проходил через соты или труднее покидал кузов.

2. Машина Леклера могла использоваться для проверки новой схемы

В 1970-е команды нередко выводили на старт две машины в различной конфигурации. Это позволяло провести своеобразное испытание: Жабуй - увеличенный передний радиатор и более чистая компоновка; Леклер - тот же увеличенный радиатор плюс дополнительный боковой элемент.

Так команда могла проверить, даёт ли дополнительная площадь реальный запас в жару и насколько велика аэродинамическая цена решения. Это особенно логично перед Муджелло, где температура воздуха приблизилась к 35 °C, а мотор долго работал под высокой нагрузкой.

3. У Леклера уже были проблемы с силовой установкой

В тренировках его двигатель явно не выдавал полной мощности, хотя машина всё же показывала времена в районе 1 минуты 49 секунд. Перед стартом мотор заменили. В гонке новый агрегат начал работать с перебоями и окончательно отказал примерно на 32-м круге; некоторые современные базы классифицируют причину как неисправность топливной системы, а не перегрев.

Дополнительный радиатор поэтому мог быть установлен как предосторожность, если команда ещё до Муджелло видела на этой машине более высокие температуры воды или масла. Но связывать его напрямую с потерей мощности нельзя: слабый мотор, последующая неисправность топливной системы и эффективность охлаждения - разные вопросы.

Почему радиатор не поставили и Жабую

Потому что дополнительное охлаждение не бывает бесплатным. Боковой радиатор, как уже упоминалось, приводит к наличию дополнительной массы и объёма жидкости, более длинных трубопроводов, дополнительного воздухозаборника и выхода горячего воздуха, к росту внутреннего аэродинамического сопротивления, потенциальному нарушению потока к задней части машины (хотя, в те времена, судя по конструкциям, этим не особо заморачивались).

Если температура на машине Жабуя оставалась допустимой с одним увеличенным передним радиатором, ставить второй было бы невыгодно. Инженеры всегда стремятся использовать минимальную площадь охлаждения, достаточную для сохранения надёжности. Всё, что превышает этот минимум, обычно превращается в аэродинамические потери.

Это особенно интересно на фоне нового носа «Эльфа». Машине Жабуя одновременно пытались вернуть эффективность передней оси и обеспечить поток через увеличенный носовой радиатор. Дополнительное боковое отверстие могло бы изменить весь аэродинамический баланс, который команда как раз пыталась улучшить.