Автомобили Формулы‑1 — это инженерные чудеса, тщательно созданные и спроектированные для достижения максимально возможной производительности без компромиссов в их единственной задаче: ехать быстрее всех остальных.
Для этого команды ревностно оберегают свои наработки, планы и всё, что, по их мнению, может ослабить их преимущество. Иногда это означает создание детали, которая, как они точно знают, не будет работать.
Внутри хитроумной уловки Toyota с передним антикрылом: как TF109 перехитрил соперников в Ф1
Toyota TF109 стала последним болидом японской компании в Формуле‑1. После семи лет участия в чемпионате, на фоне мирового финансового кризиса, команда завершила программу, хотя машина 2010 года была полностью разработана и готова к гонкам.
Во многом уход Toyota ознаменовал конец эпохи излишеств, когда команды тратили деньги без оглядки. У Toyota в Кёльне были два современных аэродинамических тоннеля, работавших круглосуточно, — их постоянно снабжали свежими идеями.
В ходе разработки TF109 одна из таких идей пришла от Сэмми Диасиноса. Молодой австралийский инженер по вычислительной гидродинамике (CFD) получил эту должность, завершая докторскую диссертацию по аэродинамике. Точнее — по взаимодействию переднего антикрыла и колеса автомобиля. Хотя в академических кругах эти элементы изучали изолированно, доктор Диасинос объединил их, сочетая методы CFD и испытаний в аэродинамической трубе — на тот момент это был передовой край инженерного развития в Формуле‑1.
Будучи фанатом автоспорта, доктор Диасинос изучал авиационную инженерию по совету Харви Постлтуэйта, который работал в командах Hesketh, Tyrrell, Ferrari и Honda. В колонке для журнала Racecar Engineering тот описал путь в Формулу‑1 — инструкцию, которой Диасинос следовал буквально.
«Я был подростком, смотрел Формулу‑1 и мечтал однажды проектировать эти машины, — рассказал доктор Диасинос. — У меня никогда не было амбиций стать гонщиком, я всегда хотел только проектировать. Я читал журнал Racecar Engineering. В то время Харви Постлтуэйт вёл ежемесячную двухстраничную колонку и описал идеальный путь для студентов, желающих попасть в Формулу‑1. Он советовал изучать аэрокосмическую инженерию, а затем писать докторскую по динамике транспортных средств или аэродинамике — это, по его словам, делало кандидата привлекательным для команд Ф1. Я прошёл именно этот путь».
В старшей школе он экспериментировал с модельными автомобилями и участвовал в программе World Solar Challenge, помогая проектировать гоночный автомобиль ещё в подростковом возрасте. Это продолжилось в университете, а затем он отошёл от проекта, сосредоточившись на докторской. Вместо этого он начал работать в местном автоспорте, получая реальный опыт во втором дивизионе австралийских соревнований Supercar и в сериях Формулы.
«Я завершил работу руководителем команды по солнечным автомобилям в Университете Нового Южного Уэльса, — вспоминает доктор Диасинос. — Я тесно сотрудничал с деканом инженерного факультета, который курировал этот проект. Он помог мне получить стипендию для докторской, но при условии, что я не буду продолжать работу над проектом солнечного автомобиля».
«Из‑за этого я начал искать местные команды по гоночным автомобилям, которым мог бы помочь. Так, пока я писал докторскую диссертацию, я участвовал в соревнованиях Formula 4000 (ранее — Formula Holden, а до этого — Formula Brabham). В то время второй дивизион серии V8 Supercars назывался Konica Series, и я занимался гоночной инженерией для этой серии — работал волонтёром, стараясь набраться опыта и узнать больше».
Сочетание людей, с которыми он познакомился в автоспорте, полученного опыта и академических достижений привлекло внимание команды Toyota F1. В 2007 году доктор Диасинос оказался в Европе, работая в одной из самых новых и хорошо финансируемых команд Формулы‑1 в качестве инженера по вычислительной гидродинамике (CFD).
Время оказалось идеальным: вскоре после этого были введены изменения в правила, касающиеся переднего антикрыла, — и они напрямую касались того, что доктор Диасинос изучал последние четыре года: взаимосвязи между передним антикрылом в режиме ground effect (прижимающего эффекта) и колесом, расположенным непосредственно за ним.
«Моя докторская диссертация оказалась действительно ключевой для моей карьеры, — объяснил доктор Диасинос. — В академической среде я заметил, что многие исследовали только антикрыло в режиме ground effect само по себе; другие изучали лишь колёса. Я же всегда смотрел на автомобили с открытыми колёсами, на переднее антикрыло и переднее колесо — и думал, что они работают настолько тесно друг с другом, что неизбежно взаимодействуют. Именно это я и исследовал в своей докторской диссертации».
«В своей докторской диссертации я исследовал диапазон от полного отсутствия перекрытия до полного перекрытия, а также промежуточные варианты — с разными углами атаки и высотой антикрыла».
«Когда я работал в Toyota, в сезоне‑2009 FIA ввела новый свод правил. Согласно этим правилам, переднее антикрыло впервые должно было полностью перекрывать передние колёса. Для меня это было фантастикой — ведь именно это я изучал последние четыре года».
В итоге он вошёл в команду по проектированию переднего антикрыла и разработал принципиально новую концепцию торцевой пластины антикрыла (end plate). В то время ключевым фактором, влияющим на производительность, был двойной диффузор (double diffuser). Благодаря доктору Диасиносу Toyota подошла к новому сезону с интересными наработками — но уже в другой части болида.
Подражание — высшая форма признания, и команда дизайнеров Toyota прекрасно понимала: соперники начнут обратный инжиниринг (reverse engineering) конструкции, как только торцевая пластина будет представлена публике. Хотя разработка доктора Диасиноса отлично показала себя в аэродинамической трубе и в итоге попала на гоночный болид, это была не единственная исследуемая концепция. Парадоксально, но именно неудачные варианты поначалу оказались более ценными — когда TF109 представили миру.
На презентации болида на машине стояла торцевая пластина переднего антикрыла разработки доктора Диасиноса — но не настоящая. Ему поручили создать муляж, объединивший все неудачные концепции. Это был хитрый ход: с одной стороны, он позволял как можно дольше скрывать финальное решение, с другой — потенциально мог заставить соперников тратить ресурсы на бесперспективные направления (см. изображение выше).
Через три дня машина дебютировала на трассе в Алгарве (Португалия) — уже с совершенно другой конструкцией торцевой пластины.
«Я разработал щелевые торцевые пластины переднего антикрыла, которые вы впервые увидели на TF109, — рассказал он. — Самое интересное для меня в этом болиде было то, что у нас был двойной диффузор. Все прятали свои диффузоры, потому что в том году именно он давал главное преимущество в производительности. Но Toyota оказалась единственной командой, которая во время предсезонных тестов прикрывала ещё и переднее антикрыло — мы пытались защитить разработанную мной конструкцию торцевой пластины.
Другая интересная деталь этой разработки: руководство осознало, что конструкция будет уникальной, поэтому меня попросили создать фальшивую торцевую пластину для презентационного болида. Мы собрали этот муляж из всех неработающих идей, придали ему законченный вид и напечатали на 3D‑принтере огромную фальшивую пластину для презентации.
Мои бывшие коллеги и друзья из других команд Формулы‑1, глядя на этот муляж, говорили: „Вау, Сэмми, ты отлично поработал над этой торцевой пластиной, выглядит здорово!“ — а через неделю мы представили настоящую конструкцию.
Сейчас в сети много фотографий TF109 с этой фальшивой торцевой пластиной антикрыла».
Этот случай показывает, на что готовы пойти команды, чтобы ввести соперников в заблуждение или сбить их со следа: это своего рода корпоративный шпионаж и конкурентная борьба, цель которой — заставить оппонентов тратить ресурсы впустую и замедлить их разработку, тем самым продлив собственное преимущество. Сегодня подобные уловки стали проще благодаря цифровым рендерам, которые используют вместо реальных машин: компоненты на них часто упрощают или показывают устаревшие версии, не представляющие реальной ценности.
«Я чувствую себя по‑настоящему привилегированным, ведь мне удалось поработать в Формуле‑1 до введения ограничений на испытания в аэродинамической трубе и CFD‑моделирование, — отметил доктор Диасинос. — В Toyota у нас работали две аэродинамические трубы круглосуточно, параллельно друг с другом. Офис отдела аэродинамики буквально располагался на мосту над этими двумя трубами».
«Это означало, что нужны люди, которые будут предлагать идеи для тестирования: нельзя держать аэродинамическую трубу включённой круглосуточно, если нет идей для проверки. В Toyota были открыты к экспериментам — порой даже к довольно смелым.
Я никогда не забуду, как впервые нарисовал торцевую пластину переднего антикрыла с щелевыми зазорами. Мой руководитель сказал: „Это не сработает“. А я ответил: „Ну что ж, я отправил проект в кластер. Посмотрим, что получится“. И представьте — сработало! Всё дело в том, что у нас были ресурсы для экспериментов».
К следующему сезону щелевые зазоры стали стандартным элементом дизайна: команды стремились управлять воздушным потоком, исходящим от переднего антикрыла перед передним колесом. Это критически важные зоны, когда речь идёт об эффективности и прижимной силе за антикрылом.
По окончании сезона, имея за плечами трёхлетний опыт работы в Формуле‑1, доктор Диасинос перешёл в команду Williams (которую поддерживал ещё ребёнком) на должность старшего инженера по CFD. Его пребывание там было недолгим, но опыт объединения методов CFD и испытаний в аэродинамической трубе оказал реальное влияние на команду, которая тогда ещё не до конца понимала взаимосвязь этих инструментов.
«У меня был опыт и в CFD, и в работе с аэродинамической трубой, — а в то время эти два инструмента использовались очень обособленно, разными людьми, — пояснил доктор Диасинос. — Сейчас, думаю, ситуация изменилась, но тогда всё было именно так. Поэтому меня видели как человека, способного связать работу в CFD с программами испытаний в аэродинамической трубе и максимально эффективно объединить их».
В Williams подход был иным: меньше инноваций и аналитической работы в процессе разработки и оценки результатов тестов.
«Речь шла скорее о том, чтобы просто загружать кластер и аэродинамическую трубу, не особо задумываясь о том, что именно тестируется и почему это может не работать», — отметил он.
«Я смог показать им другой способ использования инструментов CFD и объяснить, что некоторые компоненты нужны не только для повышения производительности, но и для того, чтобы связать разные части машины воедино и оптимизировать их как единый комплекс.
Я добился этого за короткое время работы в Williams с помощью направляющих лопаток под носовой частью (under nose turning vanes). До моего прихода команда тестировала эту концепцию, но не понимала её назначения. Я показал, что это на самом деле инструмент настройки, который помогает согласовать любые изменения переднего антикрыла с передней частью днища. Я продемонстрировал это с помощью серии CFD‑моделирований и разработал программу испытаний в аэродинамической трубе. После проведения этих тестов устройства были внедрены на болид».
Пребывание доктора Диасиноса в Williams было недолгим — вскоре он перешёл в Caterham, одну из трёх команд, присоединившихся к Формуле‑1 в 2010 году. Это был совершенно иной опыт по сравнению с Toyota, но и здесь Диасинос смог проявить своё влияние.
Именно там он усвоил урок, который никогда не забудет. Решение опустить рулевой механизм ради улучшения аэродинамики передней части Caterham CT01 привело к проблемам с охлаждением тормозов, которые преследовали команду следующие два сезона.
«Это останется со мной навсегда, потому что это была ошибка, — признаёт он. — Очевидно, это была моя ошибка.
Когда мы проектировали CT01 для Caterham, мне поручили провести серию испытаний в аэродинамической трубе, чтобы определить оптимальную компоновку передней подвески с точки зрения аэродинамики. Мне очень хотелось проверить идею опустить рулевой механизм к нижней части монокока, а рулевой стержень расположить вдоль передней кромки нижнего рычага подвески. В аэродинамической трубе это дало отличный результат — сразу был заметен прирост эффективности. Выглядело это очень перспективно, и мы реализовали эту идею.
Но проблема заключалась в том, что из‑за этого решения у нас весь год были проблемы с охлаждением тормозов. Причина была в том, что рулевой стержень теперь соединялся со стойкой в самом выгодном месте для охлаждения тормозного диска.
Это было следствием моего недостатка опыта. Весь год мы боролись с необходимостью использовать увеличенные тормозные каналы, потому что не могли обеспечить нужное охлаждение. Это свело на нет всю эффективность, которую мы получили, опустив рулевой механизм. Я осознал это лишь в середине сезона, а монокок сохранился и на следующий год. Так что эта проблема преследовала команду больше одного сезона из‑за решения, которое я продвигал, не до конца понимая его последствий».
Сегодня доктор Диасинос использует свой опыт и уроки, полученные в Формуле‑1, чтобы обучать следующее поколение инженеров и помогать им реализовывать свои амбиции. Он работает старшим преподавателем механического инжиниринга в Университете Маккуори. Он продолжает свою академическую деятельность, публикуя научные статьи, в основном посвящённые аэродинамике и CFD. Эта работа позволяет ему оставаться на передовом крае науки — так же, как почти два десятилетия назад, когда он впервые отправился в Европу. И всё это время его страсть к Формуле‑1 остаётся неизменной.
👍 Благодарим за внимание! Будем счастливы видеть вас среди подписчиков, а если статья принесла удовольствие — поделитесь лайком, это вдохновляет нас!