"6 часов Уоткинс Глен" 1976: Обманчивая турбина

Почему турбированный «Порше-935» казался спокойнее, чем был на самом деле.

В отчёте о шестичасовой гонке на «Уоткинс-Глен» есть короткое замечание, достойное развернутого пояснения с точки зрения зрителя середины 70-х. Йохен Масс прошёл круг за 1 минуту 55,249 секунды и завоевал первое место на старте. Автор назвал этот круг обманчиво быстрым - как это бывает у всех гоночных машин с турбонаддувом, которые тогда еще были в относительную новинку на трассах.

Снаружи автомобиль не производил впечатления машины, которая только что оставила соперников позади. Он словно без особого напряжения проносился по трассе - и лишь беспристрастный секундомер сообщал, насколько велик был настоящий темп. При этом заводские «Порше-935» развивали в конце прямой около 174 миль в час, уступая быстрейшим автомобилям Формулы-5000 всего шесть миль.

Почему же высокая скорость могла оставаться почти незаметной?

Две машины в одном двигателе

Атмосферный мотор отвечает на педаль акселератора почти непосредственно. Дроссель открылся - в цилиндры поступило больше воздуха, выросла подача топлива, увеличился крутящий момент.

У турбированного двигателя между движением ноги гонщика и полной отдачей появляется ещё один соучастник - турбокомпрессор.

Отработавшие газы должны сначала раскрутить турбинное колесо. Турбина через общий вал приводит компрессор, тот повышает давление воздуха, после чего сжатый воздух проходит по трубопроводам и заполняет впускную систему. Только затем цилиндры получают полный заряд.

Поэтому разгон турбомашины середины 1970-х условно можно разделить на две фазы.

Сначала автомобиль ускоряется так, словно двигатель имеет сравнительно скромный рабочий объём. Затем возрастает поток отработавших газов, турбокомпрессор набирает обороты - и крутящий момент заметно увеличивается. В одном корпусе как будто жили два мотора: один работал сразу, другой вступал в действие несколько мгновений спустя.

 

Пояснялка. Что называют задержкой турбонаддува

Задержка возникает не только из-за инерции турбинного колеса. В переходном процессе участвует вся система. Чем больше турбокомпрессор и объём трубопроводов, тем больше времени требуется для перехода от малого давления наддува к полному.

Упрощённо нарастание давления можно представить как

p(t)=p_max(1−e^−t/τ),

 

где τ характеризует быстроту реакции системы. Чем больше τ, тем позднее двигатель достигает полной отдачи.

 

Затишье перед бурей

Для зрителя такой характер разгона создавал необычную картину. Атмосферная машина начинала ускоряться сразу и делала это сравнительно равномерно. Её звук быстро повышался, двигатель заметно приближался к предельным оборотам, гонщик переключал передачи - всё происходило в привычной последовательности.

Турбированный «Порше» мог сначала показаться несколько вялым. Затем давление наддува возрастало, и автомобиль начинал гораздо сильнее набирать скорость. Но к этому времени он уже удалялся от наблюдателя, и глаз хуже воспринимал изменение его скорости. Иначе говоря, наиболее энергичная часть разгона происходила там, где визуально она была наименее заметна!

После старта оба заводских 935 почти одновременно ушли вперёд. Масс возглавил гонку, Рольф Штоммелен держался следом, а Эгон Эверц на третьем «Порше» уходил от БМВ. В репортаже сказано, что машины словно с шумом втянулись в воронку первый поворот и вскоре образовали впереди уходящий вдаль строй из машин одной марки.

Внешне это могло выглядеть не как резкий бросок, а как постепенное и почти неизбежное отдаление Немезиды.

Турбина глушит мотор

Была и другая причина обманчивого впечатления - звук.

Турбина использует часть энергии отработавших газов. Там, где у атмосферного двигателя горячий поток почти свободно (по-гоночному) выходит в выпускную систему, у турбомотора он сначала совершает работу, раскручивая колесо турбины.

Поэтому выпускные импульсы частично сглаживаются, а звук становится менее резким. Гоночный атмосферный двигатель может оглушительно кричать, создавая впечатление крайнего напряжения. Турбомотор способен разгонять машину быстрее, но звучать при этом глуше и ровнее.

Человек же оценивает скорость не только глазами. Он невольно сообразует ее со звуком: громкостью, высотой тона, скоростью изменения тона.

Если автомобиль проходит тот же участок с меньшим звуковым драматизмом, он кажется медленнее. Секундомер таких впечатлений, естественно, не испытывает.

Быстрота без суеты

Турбомашина могла скрывать скорость ещё и тем, что не требовала столь заметной работы двигателем в верхней части диапазона оборотов. После выхода на наддув большое значение приобретал крутящий момент, а не один только высокий предел оборотов.

Для зрителя автомобиль, который не сопровождает каждое ускорение резким подъёмом тона, выглядит менее напряжённым. Но высокая передача и сильный наддув позволяли ему продолжать набирать скорость там, где атмосферная машина уже приближалась к очередному переключению.

Именно поэтому круг Масса мог казаться не особенно выдающимся. Не было одного яркого эпизода, по которому наблюдатель сразу понял бы: сейчас устанавливается лучшее время. Скорость накапливалась по всей трассе - немного раньше начинался разгон, немного дольше сохранялась тяга, выше оказывалась скорость на прямой. В сумме эти почти незаметные преимущества превращались в первое место.

Пояснялся. Почему глаз ошибается на прямой

Зритель воспринимает не линейную скорость автомобиля, а прежде всего скорость его перемещения в поле зрения.

Когда машина находится рядом, даже небольшое изменение скорости хорошо заметно. По мере удаления её угловое перемещение уменьшается. Автомобиль может продолжать интенсивно ускоряться, но визуально начинает двигаться по горизонту всё медленнее.

Именно на удалённой части прямой турбокомпрессор уже мог работать с полным давлением. И чем сильнее машина ускорялась, тем труднее было заметить это со стороны!

Педаль с характером

Для гонщика задержка наддува была не зрительным эффектом, а практической трудностью.

На атмосферной машине увеличение тяги примерно следовало за движением педали. На турбированной требовалось учитывать будущую реакцию. Гонщик мог начать открывать дроссель раньше, ещё до того, как автомобиль полностью выпрямился после поворота, чтобы турбокомпрессор успел набрать обороты к началу прямой.

Но здесь скрывалась опасность. Если полный наддув приходил слишком резко, задние шины получали большой дополнительный момент именно тогда, когда ещё передавали значительную боковую силу. Гонщик как бы «заказывал» мощность заранее, не имея возможности точно отменить заказ в последний момент.

Особенно сложными становились повороты средней скорости. В медленном повороте двигатель мог сильно потерять обороты, и турбина замедлялась. В очень быстром автомобиль проходил дугу с открытым дросселем и сохранял давление наддува. А между этими режимами находилась область, где гонщик должен был угадывать момент возвращения мощности.

Переключение как маленькая жизнь

При смене передачи поток отработавших газов кратковременно уменьшался. Обороты двигателя падали, турбокомпрессор терял часть скорости, после чего давление требовалось восстановить. Если следующая передача оставляла двигатель ниже выгодного диапазона, возникала новая пауза. Поэтому подбор передаточных чисел для турбомашины был особенно важен.

Коробка передач должна была не просто удерживать двигатель в области высокой мощности. Ей следовало сохранять достаточный поток энергии к турбине после каждого переключения. Слишком длинная передача могла дать высокую конечную скорость, но затянуть восстановление наддува. Слишком короткая заставляла чаще переключаться, каждый раз нарушая разгон.

Быстрая машина не обязана выглядеть быстрой

«Порше-935» хорошо иллюстрировал новую для середины 1970-х форму скорости. Прежде быстрота чаще сопровождалась громким звуком, высокими оборотами и немедленной реакцией на газ. Турбонаддув изменил эту привычную картину.

Машина теперь вяло (на глаз) начинала разгон, но затем, уже уходя из поля зрения болельщиков, получала мощный толчок в спину для разрывания оков воздушного сопротивления. И все это сопровождалось куда менее драматичными звуковыми эффектами. По отдельности эти особенности уже начинали мешать зрелищности. Вместе они позволяли пройти круг быстрее.

В Уоткинс-Глене доказательством служило не только время Масса. Три машины с двигателем 935 заняли первые три места, а заводские автомобили на прямой почти достигали скорости машин Формулы-5000.

Автор репортажа уловил сущность нового явления одной фразой: турбомашина кажется медленнее, чем она есть.

Можно добавить: она не совершает меньше работы - она совершает её иначе. Не мгновенным откликом и громким напряжением, а накоплением энергии в потоке газов, разгоном турбины и затем мощным, почти незаметным для глаза нарастанием скорости.

На трибуне побеждало впечатление. На трассе - секундомер. Именно это и вызывало такую неоднозначную реакцию у современников первых триумфов турбированных агрегатов.