Шедевральная идея, победившая главный недостаток традиционного авиастроения.
Любой постоянный зритель Гран-при «Формулы-1» хотя бы раз в жизни замечал интереснейший визуальный эффект от контакта воздуха с поверхностью болида – мини-торнадо на переднем или заднем антикрыле.
Оно заметнее всего именно там – на больших деталях определенной формы – и непременно на большой скорости (свыше 200 км/ч). Но попадают в кадр и при съемке с дефлекторов – при определенных погодных условиях: обычно под дождем и при низких температурах.
Какое-то вступление
Тот же самый эффект позволяет мухам летать, а сверхзвуковым самолетам «Конкорд» – достигать той самой скорости выше скорости звука.
Они называются «завихрениями» и являются естественным побочным эффектом от работы антикрыльев. Они производят много лобового сопротивления и в реальности значительно замедляют болиды.
Однако за последние 15 лет инженеры «Ф-1» открыли гениальные способы контроля над ними и даже использовать для ускорения машин! Даже разработали обвес особой формы, чтобы специально их создавать – но только в определенных нужных местах.
Лучше всего объяснить суть завихрения можно на примере самолета: его форма создает над крылом зону более высокого давления, чем под крылом, и перепад в значениях буквально «высасывает» машину вверх. Вот здесь можно увидеть, как это происходит.
Но еще занятнее выглядит эффект на гранях крыла.
Воздух из-под крыла обтекает грани и таким образом подсасывается вверх зоной пониженного давления.Так и складывается этот эффект спиралевидного движения воздуха, похожий на мини-торнадо.
Для самолетов и других летательных аппаратов завихрения – вредны: создают много лобового сопротивления. И чаще всего их появление нельзя избежать, поскольку они являются естественным побочным эффектом работы крыла.
То же самое происходит и с болидами «Формулы-1». Уже в 80-е и 90-е их часто замечали за задними антикрыльями – иногда длиной в целый метр!
Просто заднее антикрыло генерирует около 30 процентов всего лобового сопротивления машины. Десятилетиями инженеры искали способ минимизировать или убрать завихрения, чтобы уменьшить сопротивление и ускорить машины на прямых. И в итоге обнаружили, что в других частях болидов из завихрений можно выжать что-то полезное!
Антикрылья начали специально строить для создания нужных завихрений – чтобы аккуратно перенаправить воздух подальше от днища. Именно поэтому современные антикрылья содержат столько пластин, острых граней и рассекателей – все они имитируют грани крыла самолета и создают большое количество нужных торнадо.
На внешних границах завихрений воздух движется очень быстро – и потому используется как барьер для блокировки других потоков воздуха. И завихрения, которые направляются в одну сторону, вливаются друг в друга и создают один большой торнадо.
Одна из главных проблем для отделов аэродинамики в современной «Ф-1» – турбулентный воздух от колес, создаваемый в особенности в поворотах. Его нельзя использовать для генерирования прижимной силы, поскольку возмущенный поток не «удерживается» на поверхности антикрыла – им нужен стабильный поток. Вот почему инженерам нужно отводить «грязный» воздух от важных зон болида вроде днища, диффузора и заднего антикрыла.
Именно это и делают завихрения – направляются антикрылом и дефлекторами таким образом, чтобы отсекать турбулентный поток подальше от машины.
Но завихрения на заднем антикрыле все равно остаются – и все равно производят лобовое сопротивление. Вот почему инженеры создают всевозможные необычные формы деталей – чтобы минимизировать последствия.
Так на задних (и передних) антикрыльях появились боковые пластины – чтобы смешивать завихрения с остальным окружающим воздухом. Специально для снижения лобового сопротивления в пластинах прорезают «лувры» – отверстия, «причесывающие» торнадо, снижающие их скорость и размывающие разницу в давлениях. Тем самым снижается размер завихрения и его влияние на максимальную скорость.
Следующий способ еще гениальнее: конфликт с другим торнадо. Для компенсации эффекта инженеры придумали сделать еще одну грань на заднем антикрыле – которая создавала и направляла бы завихрение наперерез естественному.
Один поток фактически обнуляет другой – и скорость на прямых значительно повышается. Надо бы подкинуть эту идею производителям самолетов!