«Формулу-1» спасут от скуки сверхопасным эффектом. Даже придумали, как избежать жестких аварий

Зато обгонов и борьбы точно станет больше.

Современную «Формулу-1» нередко критикуют за паровозные гонки, отсутствие реальной борьбы на треке и малое количество обгонов вне зон DRS при относительно равных состояниях машин. То есть на самом деле какое-то противостояние в процессе гонки есть и в топ-6 пелотона, и в середине, но чаще всего все дуэли и сражения сводятся к стратегии: выбора лучшего момента для раннего пит-стопа (для виртуального обгона конкурента с помощью более высокого темпа на новых шинах), либо создания ситуации, когда к фазе борьбы на треке один гонщик обладает лучшей позицией для обороны, а другой – свежими и мягкими покрышками с большим сцеплением (как частный случай – прогретая и готовая к гонкам резина против холодной сразу после выезда с пит-лейн).

«Формулу-1» спасут от скуки сверхопасным эффектом. Даже придумали, как избежать жестких аварий

За пределами двух данных схем противостояния на треке происходят нечасто даже при видимом различии в уровне пилотажа между двумя соперниками. Гонщики легко могут догнать конкурента и висеть у него на хвосте в пределах 1-1,5 секунды 10-15 кругов подряд без единой попытки (и шанса) на атаку – особенно если автодром узкий и и без длинных зон торможений.

«Это насмешка над гонками». «Формулу-1» разнесли после провального Гран-при Франции

Если не учитывать лотереи на стартах и подарки в виде дождевых уик-эндов, то именно обстоятельства на треке, а не мастерство часто выходит на первый план – и лишь ошибки привносят в заезды перчинку и драму. К примеру, в 2019-м нам почти не приходилось обсуждать успешные маневры на треке в топ-3 – в основном хедлайнерами Гран-при становились спорное судейство, дикие фэйлы на пит-стопах, вопиющие провалы в стратегиях (в основном у «Феррари»), вылеты, редкие столкновения, поломки и редкие прорывы.

Безусловно, с подобным разнообразием событий нынешний сезон трудно назвать по-настоящему скучным, но современная «Формула-1» как никогда близка к постоянному соответствию изначально намеченным планам. И такие гонки в последние сезоны выходили максимально безликими и пустыми.

Виноваты хорошо проработанные болиды

По большей части нынешнее положение дел в самом деле связано с философией машин.

«Формулу-1» спасут от скуки сверхопасным эффектом. Даже придумали, как избежать жестких аварий

С 2017 года основное влияние на аэродинамические свойства и прижимную силу гоночных машин стали оказывать рассекатели, закрылки на корпусе и передние антикрылья с дефлекторами (детали между колесами и отверстиями по бокам для системы охлаждения). именно два последних элемента гонят самый чистый поток под днище, а возмущенный неактивными элементами и шинами воздух разрезается и перенаправляется по бокам и сверху от машины. Именно вокруг обработки потока на антикрыле и строится концепция вообще всех болидов современной «Формулы-1» (естественно, с разной степенью эффективности).

Однако в результате использования этой философии позади любой машины появляется очень много того самого «грязного воздуха» – турбулентных потоков, направленных в разные стороны и с разной скоростью. Переднее антикрыло и другие детали аэродинамического обвеса не могут их обработать, из-за чего у преследователя катастрофически падает прижимная сила – до половины всего количества на расстоянии в два корпуса от конкурента (около 10 метров).

Из-за этого гонщики просто не могут никого преследовать в быстрых и среднескоростных поворотах – их болиды просто соскальзывают с оптимальных траекторий под влиянием недостаточной поворачиваемости из-за нехватки сцепления. В итоге теряется много времени и перегреваются покрышки (а нынешняя резина «Пирелли» сделана таким образом, что при любом однократном повреждении процесс дальнейшего ее разрушения ускоряется сверх меры).

Также из-за «грязного воздуха» почти невозможно атаковать в зонах жесткого торможения перед шпильками – аэродинамический след от болида конкурента снимает примерно четверть эффективности замедления. Если у парня впереди еще не изношены шины, то чаще всего попытки выиграть торможение выглядят примерно вот так (второе видео в слайдере).

А ведь атаковал один из главных мастеров современной «Формулы-1» по подобным обгонам Даниэль Риккардо!

В итоге без возможности висеть за конкурентом в быстрых поворотах или победить на торможении у преследователей на примерно одинаковых шинах практически не остается опций, за счет которых они могли бы вырваться вперед. Да, за исключением все того же DRS – да и то оно далеко не всегда помогает.

Сейчас лишь одна вещь способна компенсировать нехватку прижимной силы в быстрых поворотах и эффективности замедления у шпилек – это хорошее сцепление покрышек. Однако с ними тоже все сложно: если температуры в резине хоть немного не соответствуют узким рабочим окнам, то износ довольно быстро выходит из-под контроля. Когда же деградация шин начинает замедлять машину хотя бы на 0,1-0,2 секунды, то это верный признак потери способности резины компенсировать потери от грязного воздуха. Обогнать конкурента становится чрезвычайно сложно – только в случае внезапной ошибки.

В новом регламенте есть решение

Правила 2021 года выглядят настоящим переворотом: впервые в истории «Формулы-1» появятся потолок расходов, возможность делиться деталями между командами и совершенно новые подходы к конструированию машины (зоны легальности вместе с разными степенями допустимой креативности).

В «Формуле-1» революция: новые машины, много ограничений и потолок бюджетов. Все ради обгонов и сокращения затрат

Однако центральной идеей технического кодекса как раз стала борьба с «грязным воздухом». ФИА задекларировала максимальное упрощение переднего антикрыла и убрала главный генератор аэродинамического следа, вокруг которого, к примеру, выстраивались все последние болиды «Мерседеса».

Новые правила «Формулы-1» ударят сильнее всего именно по «Мерседесу». У нас есть техническое объяснение

Также под запрет попали и все элементы между колесами и входными отверстиями радиаторов. Еще командам запретят крепить бесконечные рассекатели куда ни попадя: остался по сути лишь один такой – над передними колесами для «причесывания» аэродинамического следа от покрышек.

Масштабная переработка принципов работы болида потребовала радикального решения по части компенсации прижимной силы. Поэтому главным нововведением стало возвращение граунд-эффекта – мощнейшей идеи, пришедшей в гонки в конце 70-х. Благодаря ему новое поколение болидов потеряет в сравнении с предшественниками всего 20 процентов прижимной силы. Да, скорость откатится к уровню 2016 года, но зато эффект «грязного воздуха» практически полностью сойдет на нет.

Таким образом гонщики смогут преследовать друг друга сколько угодно и готовить больше одной атаки за десять кругов. Также регламент увеличил и упростил тормозные диски – в результате эффективность замедления снизится, тормозной путь вырастет, и ребята вроде Риккардо снова смогут обыгрывать конкурентов на позднем нажатии педали.

По идее паровозные гонки с редкими ключевыми пит-стопами отправятся в прошлое, а количество веселья на трассе вырастет в разы.

Что такое этот граунд-эффект?

Прижимную силу на болиде «Формулы-1» сперва вырабатывали только на передних и задних антикрыльях, однако вместе с повышением сцепления появлялся и неприятный побочный эффект – дополнительное лобовое сопротивление, снижавшее скорость на прямых.

Тогда главный новатор в истории гонок Колин Чепмен из «Лотуса» додумался до относительно простого, но по-настоящему гениального решения: генерировать прижимную силу с помощью разницы давлений. Для этого к нему на помощь пришел эффект Вентури.

«Формулу-1» спасут от скуки сверхопасным эффектом. Даже придумали, как избежать жестких аварий

В соответствии с ним при уменьшении площади сечения давление в более узком элементе растет и падает после выхода из него, а скорость потока жидкости или газа увеличивается за счет этой самой разницы давлений. Устройство, использующее этот эффект, назвали трубками Вентури.

«Формулу-1» спасут от скуки сверхопасным эффектом. Даже придумали, как избежать жестких аварий

Чепмен взял главный принцип работы системы и подогнал его под днище машины, создав внутри корпуса уполовиненные трубки Вентури. Нижней частью системы становился асфальт при движении.

«Формулу-1» спасут от скуки сверхопасным эффектом. Даже придумали, как избежать жестких аварий

Воздух пролетал через вон ту маленькую щель.

В чем главный принцип работы инновации? Если сделать срединный элемент достаточно узким и придумать способ максимального ускорения воздушного потока, то внизу конструкции у асфальта появляется эффект присасывания – его и назвали граунд-эффектом. Зона пониженного давления внизу машины заставляла воздух сверху машины (с более высоким давлением) действовать на болид и держать его на треке.

Для этого Чепмену потребовалось добавить прорезиненные юбки на боковые понтоны, опустив их границы почти до самого асфальта (чтобы воздух не рассеивался и не уменьшал скорость потока) и полностью поменять всю внутреннюю конструкцию, по сути превратив машину в одно большое крыло.

«Формулу-1» спасут от скуки сверхопасным эффектом. Даже придумали, как избежать жестких аварий

Понтоны в итоге практически касались асфальта.

«Формулу-1» спасут от скуки сверхопасным эффектом. Даже придумали, как избежать жестких аварий

Граунд-эффект поразил всех скоростью и опасностью

Повышение прижимной силы в несколько раз полностью изменило логику пилотажа в «Формуле-1» – теперь в поворотах можно было ехать намного быстрее. Правда, гонщики оказались неготовыми к такой опции: на первых порах у них не хватало физической подготовки для атаки в подобном режиме всю дистанцию, да и старые привычки трудно забывались.

До эры машин-крыльев у болидов был предел сцепления, за которым их срывало с трека – и задача пилотов заключалась в достижении предела, но без выхода за него. С граунд-эффектом все стало совсем по-другому: прижимная сила росла вместе со скоростью вплоть до другого (более дальнего) предела, но гонщику требовалось много уверенности в выбранной скорости. Она пришла далеко не сразу, однако уже в первом сезоне с «граунд-эффектом» «Лотус» выиграл 5 гонок и лишь из-за большого количества сходов не смог зарубиться с «Феррари» за Кубок конструкторов (второе место). Зато во втором сезоне машины Чепмена выиграли 8 Гран-при и оба титула – и личный, и командный.

После этого новинку скопировали все конкуренты – и обнаружили кучу недостатков. В первую очередь пилоты начали жаловаться на рост трудности пилотажа и даже кратковременные потери памяти: из-за повышения скорости в поворотах выросли и перегрузки, и гонщики оказались не готовы к подобному повороту.

Далее юбки по бокам машины оказались очень ненадежными: их первыми пробивало при большинстве аварий, контактах или вылете в гравий. Возвращаться к полной скорости даже после самого мелкого инцидента стало рискованно: потеря давления вызывала развороты и вылеты в самых быстрых зонах, а из-за роста скорости любые аварии стали намного опаснее.

«Формулу-1» спасут от скуки сверхопасным эффектом. Даже придумали, как избежать жестких аварий

Более того, центр трубки Вентури старались подвинуть как можно ближе к асфальту для максимизации граунд-эффекта, и тогда на жестких торможениях и разгонах, а также резких поворотах в быстрых виражах просвет между деталью и асфальтом резко менялся в зависимости от наклона, что вызывало аэродинамическую нестабильность и потерю управляемости. На самых резких торможениях или кочках центр трубки вообще соприкасался с асфальтом и вызывал аэродинамический ступор: вся прижимная сила в один момент резко пропадала, и машину срывало с трассы в случайном направлении.

В результате конструкторы попытались исправить ситуацию стабилизацией дорожного просвета путем максимального ужесточения подвески, но стало только хуже – на пилотов начали действовать еще и колоссальные вибрации, вызывавшие даже легкие сотрясения в в конце 70 кругов на полной скорости. Также в процессе развития идеи кокпит с пилотом сместили вперед, отдав человека на растерзание самым сильным ударам при лобовых авариях.

В итоге эпоха запомнилась смертями Ронни Петерсона, Патрика Депайе, Жиля Вильнева и Риккардо Палетти. ФИА просто не могла больше оставаться в стороне и в 1983-м включила запрещательную машину – трубки Вентури забанили полностью, а на его место пришло обязательное плоское днище. Правда, граунд-эффект остался, хоть и в крайне урезанном в виде – с диффузорами.

Вот как выглядит днище современного болида «Формулы-1».

«Формулу-1» спасут от скуки сверхопасным эффектом. Даже придумали, как избежать жестких аварий

Диффузор начинается на оси задних колес и частично воссоздает эффект Вентури из-за перепада дорожного просвета – но без граничных рассекателей уровень прижимной силы, генерируемый на нем, не идет ни в какое сравнение с тем, что было в начале 80-х.

В 2021-м пилоты снова будут в опасности?

Конечно же, нет. Создатели нового регламента учли опыт предыдущих лет и создали более безопасную конструкцию – без юбок.

Вот как выглядят возможные варианты днища на машинах будущего.

«Формулу-1» спасут от скуки сверхопасным эффектом. Даже придумали, как избежать жестких аварий

А вот как – сбоку. По сравнению с нынешними дорожный просвет почти не изменился.

«Формулу-1» спасут от скуки сверхопасным эффектом. Даже придумали, как избежать жестких аварий

Как же тогда будет работать эффект Вентури? За счет нескольких рассекателей, формирующих под днищем аналог юбок. Результирующий перепад ширины просвета выпадет как раз на диффузоры – только их станет по сути две штуки по обе стороны от центральной оси. Кстати, выходные отверстия закрепят не на шасси, а на тормозных воздуховодах – для стабилизации дорожного просвета без наращивания жесткости подвески.

В итоге между трубками Вентури и асфальтом окажется больший просвет, чем в 80-х, и половина факторов опасности останется в прошлом.

С другой стороны, на недавнем Гран-при США трек «Трассы Америк» неприятно поразил большинство гонщиков огромным количеством кочек – только в практиках они спровоцировали несколько инцидентов.

Покрытие трассы «Ф-1» в США отвратительно: кочки спровоцировали 4 разворота, вылет и аварию. Пилоты негодуют

Влияние подобных неровностей на машины 2021-го будет еще больше, ведь других мощных источников прижимной силы у техники больше не будет. В итоге для обеспечения безопасности ФИА придется более строго контролировать качество асфальта на автодромах – скорее всего, все закончится регулярной перекладкой покрытия на большинстве стационарных треков (к слову, это еще и снимет около 1-2 секунды со времен на круге).

Единственной проблемой останутся городские треки вроде Монако, Баку и грядущего Вьетнама – и если каждую кочку княжества пилоты изучили с самого детства, то на новых этапах любая неровность мигом привнесет немного опасности.

«Формулу-1» спасут от скуки сверхопасным эффектом. Даже придумали, как избежать жестких аварий

Небольшой риск будет в гонках всегда – какой бы продвинутой и совершенной ни была бы техника. Но даже на небольшое повышение возможности аварии в ФИА отметили масштабным повышением требования к крепости кокпитов и структур безопасности – не стоит бояться за гонщиков, степень угрозы в их работе не стала выше. Зато им точно понравятся новые возможности преследований и обгонов – скучно точно не будет.

«Мерседес» обманул правила «Формулы-1»: хитрое решение проблемы перегрева шин гарантирует победы в 2019-м

Эволюция пит-стопов: бочки из-под пива сократили работу с 2 минут до нескольких секунд