Обзор гиперкара McLaren Senna, третья часть - аэродинамика, баланс и шасси

Senna: Человек и Автомобиль

«Вы посвящаете себя уровню, где нет компромиссов. Вы отдаёте всё, что у вас есть, всё, абсолютно всё». /Айртон Сенна/

Читайте в первой части: Ayrton Senna.

Читайте во второй части: концепция гиперкара McLaren Senna.

Третья часть: аэродинамика, баланс и шасси

Доверьтесь воздуху

800 л.с. и 800 Нм! Идея передачи подобной нагрузки на одну пару ведущих колёс, на первый взгляд, может показаться безумием. Так ведь есть ещё и 800 кг – прижимная сила, которую Senna развивает при скорости 250 км/ч, придавливая липкие шины Pirelli P Zero Trofeo R к асфальтовому полотну!

Заднее антикрыло McLaren Senna вносит свой вклад до 500 кг в общую прижимную силу, которая может достигать 800 кг

До 500 кг (!) прижимной силы способно производить заднее двухплоскостное крыло, которое крепится к автомобилю посредством двух пилонов. При этом пилоны соединяются не с нижней частью крыла, как это чаще всего бывает, а с верхней. Дело в том, что нижняя поверхность крыла создаёт наибольшую прижимную силу и поэтому должна быть чистой. Таким образом, Senna как бы не прижимается, а, скорее, присасывается к земле. Обратите внимание не только на размеры, но и на расположение крыла. Во-первых, оно не выступает за заднюю часть автомобиля – этого требует дорожное законодательство. Во-вторых, крыло высоко поднято над палубой McLaren Senna, чтобы работать в чистом потоке воздуха. При этом сама палуба гиперкара имеет на 180 мм меньшую высоту (замерено по задней кромке), чем у автомобилей Super Series. Этого позволила добиться реконструированная камера нагнетания воздуха, расположенная над двигателем, притом, что сам двигатель сохранил те же размеры, что и у McLaren 720S, а также остался на прежнем месте. Задачу по улучшению аэродинамических характеристик решает и расположение патрубков выпускной системы (строенных или сдвоенных – в зависимости от рынка сбыта), благодаря которому выхлопные газы не мешают работе крыла.

Крыло гиперкара Senna является активным – поворачивается при помощи гидравлики по команде компьютера. Диапазон изменения угла атаки (от положения DRS с минимальным сопротивлением воздуха до угла, который обеспечивает максимальную прижимную силу) составляет 35 градусов. Для того чтобы крыло повернулось на такой угол, требуется от 0.3 до 0.7 секунды. Помимо основной задачи по обеспечению оптимальной прижимной силы в каждый момент времени крыло выполняет также функцию аэродинамического тормоза.

Усилиям заднего крыла по удержанию машины на трассе помогает задний двойной диффузор. Он выполнен из единого куска карбона и простирается от задней оси до заднего бампера гиперкара. Диффузор ускоряет выход воздуха из-под днища автомобиля, создаёт, тем самым, зону низкого давления и присасывает Senna к дороге (граунд-эффект).

Фрагмент двойного заднего диффузора

 Впрочем, аэродинамика – это не только про прижимную силу и обтекаемость, но ещё и про охлаждение различных узлов и агрегатов, а также про питание мотора воздухом.

Жалюзи, через которые выходит воздух из моторного отсека; правая сторона автомобиля

Посмотрите на необычные ступенчатые жалюзи моторного отсека. Через них выходит воздух, нагретый радиаторами двигателя. Хотя интересны не столько сами жалюзи, сколько небольшие планки, установленные непосредственно перед ними под прямым углом. Планки напоминают закрылки Герни и выполняют аналогичную функцию – создают позади себя зону низкого давления – убыстряя тем самым выход горячего воздуха из моторного отсека и улучшая его охлаждение.

Передняя часть McLaren Senna не менее сложна, чем задняя. Здесь буквально нет живого места – она вся изрезана тонкими аэродинамическими элементами на воздушные каналы и воздухозаборники.

Первым у McLaren Senna встречает поток воздуха передний разделитель (сплиттер), который на 150 мм длиннее, чем сплиттер у McLaren P1 и на 75 мм – чем у McLaren P1 GTR. Сплиттер, сделанный из углеродного волокна, спроектирован настолько тонким, насколько позволяет законодательство, чтобы свести к минимуму сопротивление при его вхождении в воздушный поток. Передняя часть разделителя выполнена съёмной – при повреждении о бордюры гоночной трассы  её можно легко заменить. Сплиттер служит для оптимизации прижимной силы не только на прямой, но и в поворотах.

Сплиттер McLaren Senna имеет съёмную часть

Вторым элементом, который управляет воздушным потоком, являются две пары аэродинамических лезвий, расположенных под фарами гиперкара. Нижние лезвия являются подвижными и в сочетании с задним крылом поддерживают аэродинамический баланс.

Пара активных аэродинамических лезвий

Под днищем в передней части автомобиля начинается ещё один аэродинамический канал, который заканчивается перед лобовым стеклом. Этот канал служит для увеличения прижимной силы.

Разработчикам пришлось пойти даже на то, чтобы разделить фары McLaren Senna на два блока. Нижний блок – это дневные ходовые огни, верхний блок – основной свет. Между верхними и нижними блоками фар, а также передними крыльями кузова были организованы воздушные каналы. Прошедший через них воздух соединяется с потоками от воздуховодов передних крыльев и направляется вдоль передних колёс, чтобы успокоить воздушный след, возникающий при их вращении. Турбулентный воздух, создаваемый в передних колёсных арках, ускоряется и выпрямляется, пройдя через отверстия в задних частях этих арок. Затем воздух направляется по нижнему жёлобу к задним тормозам, а также к заднему диффузору.

И всё же вихри горячего воздуха, возникающие в колодцах передних колёс, крайне трудно контролировать. Сохраняется опасность, что часть такого воздуха попадёт в задние воздухозаборники системы охлаждения двигателя. Поэтому специалисты по аэродинамике придумали ещё один способ борьбы с данной проблемой. Видите две узкие щели, которые находятся в передней части автомобиля, чуть пониже эмблемы McLaren? Здесь начинаются воздушные каналы, заканчивающиеся по бокам кузова, чуть ниже наружных зеркал. Потоки, которые выходят в этих местах, формируют воздушный барьер, отделяющий турбулентный воздух от чистого.

Передняя часть кузова McLaren Senna изрезана аэродинамическими элементами на воздушные каналы и воздухозаборники…

Хорошо, а где проходит воздух, который охлаждает двигатель и турбокомпрессоры? Ответ прост: между передними стойками (их ещё называют стойками «А») кузова и ножками зеркал. На самом деле, направить потоки здесь было нелёгкой задачей – стойки пришлось несколько раз переделывать. Разработчики также старались поднять радиаторы как можно выше. Основную часть работы выполняют верхние две трети радиатора, поэтому сверху их воздухозаборники гораздо шире, чем снизу. Кроме того, команда инженеров стремилась настроить аэродинамику таким образом, чтобы увеличить скорость, с которой чистый воздух подаётся в задние воздухозаборники. Тем не менее, они получились очень большими.

Впрочем, внушительные размеры имеет даже тот воздухозаборник, который подаёт воздух к так называемому низкотемпературному радиатору (LTR). Как я понимаю, речь идёт о радиаторе, отвечающем за охлаждение трансмиссии. Этот воздухозаборник расположен над передним сплиттером, между аэродинамическими лезвиями. Воздух, прошедший через низкотемпературный радиатор, делится на две части, аккуратно пропуская шноркель на крыше автомобиля. В систему же питания двигателя попадает чистый поток. Да, ещё один любопытный факт: номерной знак, подвешенный в этом воздухозаборнике, крепится чуть ли не на клипсах и перед заездом на гоночной трассе снимается буквально за секунды – дабы не мешать потоку воздуха.

Аэродинамический баланс

Продвинутая аэродинамика является, пожалуй, главным фактором, обеспечивающим те динамические возможности, которыми обладает гиперкар McLaren Senna. Заднее крыло и передние лезвия непрерывно работают, чтобы обеспечить максимальную прижимную силу (или же, наоборот, снизить аэродинамическое сопротивление, когда требуется), улучшить тягу, уменьшить тормозной путь и точно настроить аэродинамический баланс.

Но что такое «баланс» и «оптимальный баланс»? Мне кажется, мы часто используем указанные термины при описании управляемости автомобиля, не полностью понимая, что они означают.

Так вот, в данном случае под оптимальным балансом подразумевается равномерное распределение вертикальной нагрузки (включая массу) между осями автомобиля, которое (в идеале) должно сохраняться в процессе движения. Баланс влияет на сцепление с дорогой, а оно, в свою очередь, сказывается на управляемости автомобиля.

Под оптимальным балансом подразумевается равномерное распределение вертикальной нагрузки между осями автомобиля, которое (в идеале) должно сохраняться в процессе движения

Нарушение баланса приводит к избыточной или к недостаточной поворачиваемости. В первом случае (из-за недостатка загрузки) скользит задняя ось, а во втором – передняя. Нейтральный баланс (нейтральная управляемость) – совершенна. Это означает, что обе оси  скользят вместе. У автомобиля также может быть немного избыточная поворачиваемость в одних местах трассы и немного недостаточная – на других участках трека.

McLaren Senna умеет сохранять идеальный баланс

Чаще всего на баланс влияют характеристики подвески (ну, и манера вождения пилота, разумеется). Однако у автомобилей с такой большой прижимной силой, как у Senna, ещё более важен аэродинамический баланс. Инженеры работают над тем, что называется центром давления – точкой баланса прижимной силы. Переместите центр давления вперёд, и баланс сдвинется вперёд. Назад – значит, назад. Поскольку аэродинамические силы могут существенно меняться, то это приводит к перемещению точки давления, делая поведение автомобиля иногда непредсказуемым. В идеальном случае поддержание предсказуемого центра давления и уровня платформы придаёт водителю уверенность, что приводит к росту скорости. McLaren Senna работает в таком идеальном мире.

Гиперкар Senna в зоне торможения

Легче всего описать, как активные аэродинамические элементы гиперкара из Уокинга работают в зоне торможения. Как правило, когда водитель нажимает на педаль тормоза, нос автомобиля опускается, центр давления смещается вперёд, а задняя ось разгружается и становится нестабильной. В Senna, чтобы это предотвратить, заднее крыло увеличивает угол атаки, а передние аэродинамические лезвия – уменьшают. В итоге баланс сохраняется.

Сохранять баланс гиперкару помогают не только аэродинамические элементы, но и подвеска

Правда, сохранение уровня кузова – это сфера ответственности не только лезвий и крыла, подвеска в подобных случаях также активна. О ней – в следующей главе.

RaceActive Chassis Control II

RaceActive Chassis Control II представляет собой четвёртое поколение адаптивных и регулируемых подвесок McLaren, которые применялись либо применяются на автомобилях Sports Series и Ultimate Series. Она выполнена по схеме с двойными поперечными рычагами. При этом её верхние передние рычаги и все задние рычаги сделаны из алюминия, а нижние передние рычаги выполнены в виде пустотелых стальных деталей. Значительное внимание инженеры McLaren уделили геометрии подвески, чтобы обеспечить устойчивость гиперкара при резких торможениях, интенсивных ускорениях и в высокоскоростных поворотах. Также специалисты оценили влияние деталей подвески на аэродинамику гиперкара Senna.

Для упрощения описания подвески RaceActive Chassis Control II имеет смысл условно разделить её на две части, одна из которых отвечает за демпфирование, а вторая часть – за изменение дорожного просвета и регулирование жёсткости (точнее, упругости).

Ни один официально дорожный автомобиль не способен проходить повороты так быстро, как это делает Senna

И так первая часть подвески McLaren Senna – это адаптивные амортизаторы. Все они соединены между собой гидравлическими магистралями – и левые с правыми, и передние с задними. Такая конструкция помимо всего прочего позволяет отказаться от стабилизаторов поперечной устойчивости. Регулировка сжатия и отбоя в амортизаторах осуществляется по отдельности.

Красиво, правда?

Датчики подвески RaceActive Chassis Control II включают в себя акселерометры на каждом из четырёх колёс, датчики давления амортизаторов и несколько датчиков на кузове автомобиля. Анализ информации и реакция на неё осуществляется за 2 миллисекунды. При этом используется стратегия упреждающего управления, основанная на математических расчётах специалистов из McLaren и Кембриджского университета: едва только водитель поворачивает рулевое колесо – ещё до того, как автомобиль успевает отреагировать на это действие, происходит расчёт и регулирование демпфирования. И очень важно, что система запрограммирована таким образом, чтобы у водителя возникало единственное ощущение – чувство мгновенного динамического естественного ответа автомобиля на его команду.

Вторая часть подвески McLaren Senna не менее сложна и интересна, чем первая. В ней имеются как стальные пружины, так и гидравлические упругие элементы, называемые K- damper. Обычные механические сравнительно мягкие пружины здесь служат только для обеспечения базового уровня контроля. Основную же нагрузку принимает на себя контур K- damper с гидравлическими аккумуляторами на каждой оси, которые функционируют как две горизонтальные пружины, расположенные посередине каждой пары колёс.

В описанном в предыдущей главе случае с торможением подвеска работает таким образом: жидкость поступает в гидравлический аккумулятор передней оси с двух сторон – увеличивается сопротивление, уменьшается клевок, ось стабилизируемся. А при разгоне всё происходит в обратном направлении, чтобы уменьшить приседание.

Гиперкар McLaren Senna

В поворотах система работает по другой схеме: на внутреннем переднем колесе давление минимизируется, чтобы оно могло свободно перемещаться, а на внешнем заднем колесе – увеличивается, нивелируя приседание, создавая стабилизирующий эффект и улучшая тягу.

Такие вещи могут быть реализованы и механически, но гидравлика предлагает два преимущества – переменный дорожный просвет и переменную жёсткость.

Режим гонки

Выберите гоночный режим, путём нажатия и удерживания соответствующей кнопки, и McLaren Senna присядет на 39 мм спереди и на 30 мм сзади. Передний сплиттер и задний диффузор припадут ближе к асфальту, создав условия для возникновения граунд-эффекта, который увеличивает прижимную силу больше чем вдвое. При полной аэродинамической нагрузке, возникающей на скорости в 250 км/ч, дорожный просвет у Senna уменьшается (в сравнении с «дорожно-легальным») уже на 50 мм – как спереди, так и сзади.

Помимо изменения дорожного просвета в режиме Race понижается центр тяжести, повышается жёсткость подвески, увеличивается сцепление с дорожным полотном и улучшается обратная связь. Всё это повышает уровень контроля автомобиля водителем.

Впрочем, на низких скоростях в гоночном режиме подвеска McLaren у Senna мягче, чем у Mclaren P1 – это обеспечивает лучшее соответствие нагрузкам и сцепление колёс с дорогой. Однако поскольку при росте скорости возрастает аэродинамическая нагрузка, то увеличивается и жёсткость (упругость) гидравлических пружин, предотвращая раскачку и чрезмерное присасывание автомобиля к асфальту.

Максимальная скорость гиперкара Senna не ограничивается. Но при превышении скорости в 250 км/ч уменьшаются углы атаки передних аэродинамических лезвий и заднего крыла, чтобы сохранить пиковый уровень прижимной силы. В противном случае прижимная сила продолжала бы расти, что привело бы к чересчур высокой нагрузке на подвеску и шины.

В настройках шасси гиперкара Senna предусмотрен не только трековый режим, но и гоночный

Дорожный просвет у Senna уменьшается лишь в гоночном режиме. Но и в остальных режимах (Comfort, Sport плюс Track) гидравлика обеспечивает выравнивание уровня кузова, компенсирую наличие пассажира и багажа на борту и топливную нагрузку.

Кроме того, в стандартную комплектацию автомобиля входит система, позволяющая приподнимать кузов над дорогой для преодоления тех либо иных препятствий.

Читайте в четвёртой части: тормоза, рулевое управление и интеграция систем.

Читайте в пятой части: дизайн, стиль, цифры и факты.

Фотографии McLaren Automotive.

Оригинал статьи, опубликованный 18.12.2018, не сохранился. Статья восстановлена и реконструирована 01.03.2020.

Юрий Кладов, 01.03.2020