Притискна сила

Матеріал з Вікіпедії — вільної енциклопедії.
Перейти до навігації Перейти до пошуку
Еволюція за три різні епохи Формули-1 переднього антикрила, призначеного для створення притискної сили в передній частині відповідних гоночних автомобілів (згори до низу): Ferrari 312T4[en] (1979), Lotus 79[en] (1978), McLaren MP4/11[en] (1996)

Притиск(уваль)на сила (англ. downforce) — аеродинамічна сила, що притискає рухомий автомобіль до дорожнього покриття[1]. Ця сила поліпшує зчеплення робочої поверхні покришок автомобіля з дорогою і тим самим покращує його маневреність, гальмування і розгін.

Вплив на конструкцію перегонових автомобілів[ред. | ред. код]

Для перегонових автомобілів з відкритими колесами (включаючи Формулу-1), притискна сила є однією з чотирьох найважливіших характеристик конструкції (поряд з потужністю двигуна, вагою, і покришками) по крайній мірі з 1970-х років[2], самою важливою станом на початок XXI століття[3]. Відомий випадок, коли менш потужний 8-циліндровий двигун Cosworth DFV[en] з кінця 1960-х років і до початку 1980-х досить успішно конкурував зі значно потужнішими 12-циліндровими опозитними двигунами лише тому, що V-подібна, вузька внизу, форма двигуна DFV давала більшу свободу у конструюванні днища автомобіля і забезпечувала більшу притискну силу з використанням ґраунд-ефекту[4][5]. Усвідомлення того, що притискна сила як аеродинамічна характеристика важливіша за лобовий опір прийшло поступово вна початку 1960-х років. Хоча уже в 1956 році швейцарський інженер Майкл Мей[en] встановив перше антикрило на Porsche 550, навіть на початку 1960-х років деякі спеціалісти з аеродинаміки підкреслювали, що найважливішим для гоночного автомобіля є лобовий опір[6].

BT46B[en], що мав вентилятор для створення притискної сили

Протягом 15 років від середини 1960-х років конструктори зуміли потроїти притискну силу, заставивши внести зміни до правил Формули-1 для забезпечення безпеки[7][3]. Період з 1978 до 1982 року характеризується як «революція ефекту землі»[5]. Команди, які обрали опозитні двигуни майже метрової ширини, були змушені вдаватися до відчайдушних заходів. Саме тоді команда Бребем[en] створила знаменитий BT46B[en], у якому гігантський вентилятор, призначений нібито для охолодження двигуна, насправді відсмоктував повітря з-під днища, збільшуючи притискну силу (після однієї — переможної — гонки цей «порохотяг» більше не використовувався через небезпечне розкидання вентилятором сміття з поверхні треку). Команда Феррарі, що також обрала опозитні двигуни, не вірила у реальність ефекту землі, сконцентрувалась на удосконаленні двигуна і шасі — і безнадійно програвала аж до 1981 року, коли з приходом нового головного інженера курс було змінено[5].

Потреба і підтримання постійного зазору для використання ґраунд-ефекту була основною причиною переходу від алюмінієвих до жорсткіших вуглепластикових корпусів (1980 рік, команда Макларен)[5].

У молодіжних формулах застосування пристроїв для збільшення притискної сили обмежене або цілком заборонене [6].

Подібно до літака, крила боліда з високою притискною силою втрачають свою ефективність при попаданні в супутній струмінь іншого боліда, тому пілоти скаржились на втрату притискної сили і утруднений обгін, що знижувало видовищність перегонів. Висока притискна сила також скоротила дистанцію для зупинки до десятків метрів, що ускладнювало обгін на гальмуванні (англ. outbraking). З метою підтримання видовищності та безпеки в міру вдосконалення технології Міжнародна автомобільна федерація змушена була змінювати правила, щоб зменшити зчеплення болідів з треком. Крім модифікації покришок (що іноді практикується), шлях до цієї мети лежить через обмеження притискної сили (наприклад, в 1998 гранична ширина автомобілів Формули-1 була зменшена на 20 см, тим самим зменшивши площу аеродинамічних елементів). Спеціально створена у 2007 році робоча група з обгону (англ. Overtaking Working Group, OWG) до 2009 року розробила нові правила, які знову привели до зниження притискної сили, що дозволило болідам зближатись з меншим ризиком; у 2011 році для полегшення обгону на прямих було дозволене регульоване заднє антикрило, котре, завдяки рухомим елементам, дозволило на момент обгону зменшувати лобовий опір (і притискну силу)[6].

Пристрої для підвищення притискної сили[ред. | ред. код]

Антикрило[ред. | ред. код]

Докладніше: Антикрило

Принцип дії антикрила аналогічний до перевернутого крила літака: при обтіканні повітряним потоком крило створює силу, але не підіймальну, а притискну. У ранніх конструкціях антикрила розташовувалися на стійках над центром автомобіля, сучасні боліди Формули-1 мають два антикрила: переднє та заднє. Нечисленні серійні автомобілі з антикрилом використовують заднє розташування (на багажнику).

Після невдалого експерименту Мея (його машину не допустили до гонок) наступну спробу зробив через десять років Джим Голл[en]. Його «Chaparral 2E CanAm»[en] з крилом, змонтованим на високих підпорках, був негайно скопійований іншими командами. Високе розташування антикрила призвело до низки аварій та закликів заборонити його використання, однак після консультацій з конструкторами крила були збережені, однак із суттєвими обмеженнями. Протягом 1970-х років застосування антикрила поширилось і на інші категорії автомобілів[6].

На початках антикрила Формули-1 були рухомими, із регульованим кутом атаки, однак правила швидко заборонили таку конфігурацію, постановивши, що усі «аеродинамічні» пристрої мають залишатись нерухомими відносно корпуса [6].

З початком застосування турбонаддуву потужності моторів різко зросли, і додатковий опір, що вноситься антикрилами, став не так важливим. У цю епоху (1980-і роки) антикрила обросли додатковими «крильцями» для збільшення притискної сили[6].

Форма днища Lotus 79, яка забезпечувала появу ефекту Вентурі

Юбка[ред. | ред. код]

Термін «юбка» у цьому випадку може вживатись у двох значеннях: так іноді називається передній спойлер (див. нижче), а також цим терміном означаються гнучкі звіси по боках корпусу, що призначені для відокремлення повітряного потоку під днищем. Уведені командою «Лотус» у 1978 році гнучкі ковзні юбки були успішними (у поєднанні з профілюванням днища для створення ефекту Вентурі, див. далі), але вже у 1981 році вони були заборонені[8], так як інколи відривались та створювали небезпеку на треку.

Вентилятор[ред. | ред. код]

Дж. Голл застосував юбки раніше, у 1970 році, у поєднанні з вентиляторами для створення розрідження під днищем його «Chapparal 2J». Ці пристрої підпали під заборону рухомих аеродинамічних деталей, що й заставило команду Бребем згодом стверджувати, що їхній вентилятор попросту охолоджує двигун [6].

Дифузор[ред. | ред. код]

Докладніше: Дифузор автомобільний

Прорив в у вирішенні проблеми збільшення притискної сили зробила команда «Лотус», сформувавши днище боліда по зразку труби Вентурі. Перша модель, Лотус 78[en], була не дуже вдалою, проте уже в 1978 році наступний варіант, Лотус 79[en], досягну видатних успіхів. Конструкція була швидко скопійована та покращена у таких класичних болідах як FW07[en] команди Вільямс та автомобілях інших формул Ralt RT2/3/4. Серійні спортивні автомобілі використовували широкі днища для створення притискних сил, що виражались у тоннах. Однак правила були знову змінені, і стали вимагати плоского днища між осями[6].

Задній дифузор, який видно під номерним знаком на Porsche 918 Spyder

Із завершенням «турбо-епохи» в 1989 році опір, що вноситься антикрилами, знову став помітним, конструктори знову звернулися до днища автомобіля і виявили, що при невеликому нахилі корпусу вперед розрідження може бути досягнуте навіть при плоскому днищі, але для цього повітря має вільно виходити з-під корпусу у його задній частині. Форма кузова, що забезпечує збільшення зазору між кузовом та покриттям у задній частині автомобіля стала називатися дифузором[6].

Спойлер[ред. | ред. код]

Докладніше: Спойлер (автомобіль)

Спо́йлер (англ. spoiler від англ. to spoil — псувати, заважати) — спеціальний елемент (або набір елементів) в автомобілі, що змінює аеродинамічні властивості кузова автомобіля, перенаправляючи повітряні потоки з метою зменшення аеродинамічного опору автомобіля та збільшення притискного зусилля.

Примітки[ред. | ред. код]

  1. ↑ Глосарий // Мартин Роуч Автомобили. Самые дорогие и самые мощные суперкары всех времен. АСТ, 2017. С. 253.
  2. ↑ Wright.P.G. Formula 1 Technology, Society of Automotive Engineers, Warrendale, PA, 2001.(англ.)
  3. ↑ а б Макбит, 2017.
  4. ↑ Hughes, Mark (2004) The Unofficial Complete Encyclopedia of Formula 1, p. 55, Lorenz Books, ISBN 0-7548-1509-9(англ.) С. 55.
  5. ↑ а б в г Jenkins, Mark, Steven Floyd. Trajectories in the evolution of technology: A multi-level study of competition in Formula 1 racing [Архівовано 2019-03-06 у Wayback Machine.] // Organization studies 22.6 (2001): 945—969.(англ.)
  6. ↑ а б в г д е ж и к McBeath, 2017.
  7. ↑ P.G. Wright. The influence of aerodynamics on the design of Formula One racing cars // International Journal of Vehicle Design 3(4):383 — 397. November 1982. DOI:10.1504/IJVD.1982.061285
  8. ↑ Zhang, 2006, с. 40.

Джерела[ред. | ред. код]

  • McBeath, Simon. Competition car downforce: a practical guide. GT Foulis, 1998. 192 с.(англ.) ISBN 978-0854299775
  • Agathangelou, Ben, Gascoyne, Mike. Aerodynamic Design Considerations of a Formula 1 Racing Car. SAE Paper No. 980399, Society of Automotive Engineers, Warrendael, PA, 1998.
  • Simon McBeath. Historical Background // Competition Car Aerodynamics. — Veloce Publishing Ltd, 2017. — 320 с. (англ.)
  • Simon McBeath. Airdams, Splitters and Spoilers // Competition Car Aerodynamics. — Veloce Publishing Ltd, 2017. — 320 с. (англ.)
  • Zhang X., Toet W., Zerihan J. Ground effect aerodynamics of race cars // Applied Mechanics Reviews. — 2006. — Vol. 59, no. 1. — P. 33—49.
Отримано з https://uk.wikipedia.org/w/index.php?title=Притискна_сила&oldid=40139837