Эдриан Ньюи
Как построить машину. Автобиография величайшего конструктора «Формулы-1»
Глава 6
Чтобы разогнать гоночный автомобиль и достичь максимальной скорости, вам потребуются три вещи: побольше мощности, поменьше веса и поменьше сопротивления воздуха. И если это прозвучит просто, то именно так оно и есть – если, конечно, не принимать в расчет механику прохождения поворота.
Поворот – это то место, где в дело вступает прижимная сила. Прижимной силой мы называем давление, которое прижимает машину к земле. Попытка сгенерировать эту прижимную силу – главная цель работы над аэродинамикой автомобиля. За счет нее можно добиться большего сцепления без увеличения массы. Другими словами: больше сцепления, но не в ущерб динамике.
Рис. 2. Как работает крыло и как оно создает воздушные потоки на своих концах
В целом перед конструктором гоночного шасси стоят следующие задачи:
1. Добиться равномерного и стабильного сцепления шин с асфальтом и на торможении, и в поворотах, и на разгоне.
2. Максимально снизить массу автомобиля.
3. Уменьшить лобовое сопротивление воздуха.
4. Сгенерировать максимум прижимной силы с учетом характера трассы.
Рис. 3. Создание торцевых пластин автомобиля на огромном крыле
В 1977 году в гонках прижимная сила была еще слабо изучена. В 40-х и 50-х о ней вообще не знали, и только в 60-х аэродинамика начала играть хоть какую-то роль, когда команды стали крепить спойлеры на спортивные автомобили. В Ле-Мане игры с прижимной силой привели к тому, что пилоты жаловались, что даже на прямых машина вела себя нестабильно. И лишь в 1967-м, с появлением на Chaparral огромного заднего антикрыла от Джима Холла, автомобили стали генерировать существенную прижимную силу. Инженеры тогда буквально искали вдохновение в небе – в конструкции самолетов.
Самолет взлетает за счет того, что контуры его крыла разрезают воздушный поток надвое, а образовавшиеся два потока движутся с разными скоростями. Давление на крыло низкое, в то время как под крылом образовывается область высокого давления. Крыло движется туда, где давление ниже – вверх, – и в итоге самолет взлетает. Мы называем это «положительным подъемом».
Крыло на гоночном автомобиле работает так же, но в обратную сторону: «негативный подъем» – или «прижимная сила» – прижимает автомобиль к земле и обеспечивает шинам больше сцепления.
Это довольно простое решение, и в 70-х антикрылья появились у всех. Команды постоянно стремились добиться еще большей прижимной силы, но вплоть до 1977 года особенного прогресса в этой области не было.
Чтобы объяснить, что произошло в 1977-м, мне понадобится немного рассказать об аэродинамике. Разница в давлении на плоскостях крыла создает искажение потока воздуха – циркуляцию. В случае с гоночным автомобилем это означает, что воздух позади машины поднимается вверх, создавая своего рода хвост. Этот эффект можно четко увидеть, когда машины Формулы-1 едут по влажной трассе. Однако бывает, что воздух со стороны более высокого давления огибает крыло, повышая давление с противоположной стороны и, следовательно, снижая эффективность крыла. Такого рода утечки в сочетании с движением машины создают спиральную, похожую на торнадо структуру, известную как концевой вихрь. Эти структуры можно увидеть, когда болиды едут в туманный день или когда самолеты приземляются в похожих погодных условиях.
Самолеты (и птицы) решают эту потерю за счет большого размаха крыла. Примером могут послужить планеры, у которых очень длинные и тонкие крылья. Однако в 1968 году, после ряда аварий в Формуле-1, произошедших по причине длинных антикрыльев, появились новые правила, которые ограничивали их размер. Команды ответили установкой торцевых пластин на концы урезанных крыльев. Это позволило добиться более эффективного отвода утекающего воздуха, однако общая эффективность все равно стала ниже. И с 1968 по 1977 год это была самая современная технология в Формуле-1.
Но природа, как это часто бывает, уже придумала решение проблемы. Если вы обращали внимание – даже довольно тяжелые птицы вроде лебедей способны парить прямо над водой, едва касаясь ее кончиками крыльев. Для этого они пользуются двумя мощными эффектами:
1. Когда крыло касается поверхности воды, пространство для утечки воздуха оказывается перекрыто, область низкого давления над крылом не разрушается, за счет чего крыло становится намного более эффективным.
2. Загрязнение воздуха за крылом (циркуляция) противодействует поверхности воды, создавая под рабочей плоскостью еще большее давление – феномен, известный как «граунд-эффект».
Представьте это вверх ногами и получите генерирующее прижимную силу антикрыло, нижняя кромка которого замыкается в землю, – и вы получите превосходное решение. Именно так поступили в Lotus в 1977 году. Большую часть днища своей машины они превратили в огромное крыло, замыкающееся с асфальтом кончиками «скользящей юбки».
Это была инновация, которую сегодня мы назвали бы «революционной технологией», она изменила правила игры и подтолкнула аэродинамику на передовую дизайна гоночных машин.
Когда все это происходило – в конце 1970-х, – я изучал аэродинамику в университете и надеялся однажды построить карьеру в Формуле-1 – спорте, который так внезапно раскрыл значение аэродинамики.
Стоит помнить, что в то время гоночные команды были очень маленькими – штат составлял 30 человек против восьми сотен, работающих сегодня в Red Bull. Конструкторы были в основном из числа инженеров-механиков, мало кто из них изучал аэронавтику. Но они решили сами разобраться, и аэродинамика развивалась случайным образом.
Это не критика. Отнюдь. Если бы я мог выбирать, в какой эпохе я хочу быть инженером, то выбрал бы эту. Потому что если вы взглянете на стартовую решетку начала 70-х, вы увидите, что все машины совершенно разные. Технический регламент тогда был маленьким, и у команд была огромная свобода, но относительно мало понимания того, как работает машина. И в первую очередь это связано с тем, что у них не было технологий, доступных нам сегодня. Они могли лишь мечтать о возможностях аэродинамических труб или современных симуляторов. А для нас это уже рутина.
Они были первопроходцами. Они пробовали новую геометрию подвески, которая бы не позволяла машине клевать носом на торможениях или задирать его на разгонах. Эта адаптируемая подвеска получилась мягкой и гибкой как шоколад. Кто-то придумывал великие идеи в душе, кто-то подолгу стоял перед чертежной доской, вглядываясь в космос. И все они получили всеобщее признание. Хотя большая часть этих идей почти сразу исчезала. Необычные были времена.
Из всех первопроходцев выделялся Колин Чепмен, основатель и босс Lotus. Он ближе всех к образу моего конструктора-героя.
Чепмен был одним из немногих, кто прежде изучал авиацию, и это ему очень помогло. Но у него была склонность начинать все заново, а не развивать имеющиеся успехи. Так, выиграв чемпионат с мотором Cosworth DFV в 1968-м – это был первый случай, когда машина с этим двигателем выигрывала титул, на следующий год Колин решил вложиться в идею полного привода. Дурацкая идея – автомобили оказались слишком тяжелыми, чтобы ехать быстро.
Рис. 4. Монокок со всеми его компонентами
В результате другой тупиковой ветви развития – проекта машины с газотурбинным двигателем – в 1970 году Lotus выступал в Формуле-1 на той же модели, которая гонялась еще в 1968-м. В середине 1970 года появился Lotus 72 – это была настоящая жемчужина, благодаря ей команда держалась на высоте вплоть до 1972-го. А затем наступила еще новая серия провалов. Только с Lotus 78, автомобилем с граунд-эффектом, они снова стали конкурентоспособными. И хотя эта машина так и не выиграла чемпионат, в следующем, 1978 году Lotus 79 равных не было.
Однако потом Lotus снова пошел не тем путем. Гордон Марри из Brabham придумал заменить рычажную подвеску тянущей, а Джон Барнард в McLaren ответил толкающей подвеской. Обе системы помогали автомобилям перерабатывать огромные нагрузки, создаваемые прижимной силой. Ответ Lotus представлял собой шасси с отдельной аэродинамической оболочкой, которая была соединена непосредственно с колесами и, минуя подвеску, передавала нагрузку прямо на колеса. Это так и не сработало и вскоре было запрещено.
Лично я с удовольствием познакомился бы с Чепменом. Он был удивительным человеком, настоящим новатором. Именно он поддерживал идею о том, что высокая мощность не так важна, как хорошая управляемость. У него был талант применять в Формуле-1 решения из других областей. Так, например, он известен тем, что первым сконструировал монокок. Теперь, вместо постройки шасси из стальных труб, вы могли сделать его из листов алюминия. Для Формулы-1 это была революция, но впервые эта идея была представлена в гонках на Jaguar D-Type в 1954 году. То же самое произошло и с идеей крепить двигатель прямо к шасси.
К сожалению, машина с граунд-эффектом оказалась последним успехом Чепмена. Вскоре после ее создания он связался с Джономом ДеЛореаном, проектировал его DeLorean, машину из фильма «Назад в будущее», а за этим последовали обвинения в сомнительных сделках, судебные разбирательства и смерть от сердечного приступа в 1982-м. Чепмену было всего 54 года.
Марио Андретти, пилот, выступавший на том самом Lotus с граунд-эффектом в год чемпионства, всегда утверждал, что Чепмен инсценировал свою смерть и сбежал от властей в Бразилию. Такое предположение было бы абсурдным, но не в случае с Чепменом.
Рис. 5. Технический чертеж из моего университетского проекта, иллюстрирующий 2D-разделы нижней формы крыла (venturi)
Тем временем в Саутгемптоне я заметил, что, хотя все команды Формулы-1 внедрили граунд-эффект (завершив эпоху сумасшедших идей и начало периода, в который дизайн болидов сойдется в одну общую форму), спорткары от них отставали.
Поэтому для своего дипломного проекта я выбрал исследование «Аэродинамика граунд-эффекта применительно к спортивному автомобилю».
Я приступил к работе. Я сделал крыло из алюминия. Оно должно было находиться снизу машины – дорожной спортивной модели. Я протестировал эту идею самостоятельно, меняя форму в небольшой аэродинамической трубе до тех пор, пока не был доволен результатом. Я сделал модель автомобиля в масштабе 1:4, снизу у него было размещено крыло. Ее я стал продувать в большом тоннеле размером 2 × 1,5 м.
Справедливости ради стоит отметить, что я провел немалую часть своей жизни в аэродинамических трубах. Так что неудивительно, что я считаю их отличным подспорьем при проектировании автомобилей. В аэродинамической трубе вы можете измерить, сколько прижимной силы и сопротивления воздуха вы создаете и как эта нагрузка распределяется, сколько уходит на переднюю ось, сколько – на заднюю. Здесь вы можете измерить все аэродинамические характеристики автомобиля, даже если он еще не построен.
По правде говоря, я потратил на свой проект больше сил, чем стоило, ведь он влиял лишь на 25 процентов финальной оценки. Но мне нравилась эта работа. Мне казалось, что я возвращаюсь к своим корням, будто я снова дома на летних каникулах, только теперь у меня есть аэродинамическая труба, в которой можно проверить свои наброски. Это было как мои лучшие летние каникулы, но одобряемые университетом.
Итоговый вариант определенно генерировал много прижимной силы. Я взял идею Lotus с «юбками», которые создавали под днищем разреженное пространство и препятствовали утечке воздуха. Они совмещались с полноразмерным днищем-крылом. И в то же время я собрал это все в оптимальный кузов, чтобы придать аэродинамике ее окончательный облик. Правда, для дорожной машины все это оказалось жутко непрактично: огромная прижимная сила требовала жесткой подвески, и ездить так в повседневной жизни было бы очень неудобно. Тогда я добавил систему переменной геометрии подвески, связанную со скоростью автомобиля – позже она станет известна как активная подвеска. Это было, насколько я знаю, первым серьезным исследованием граунд-эффекта в контексте спорткара.
Что еще важнее, я не только получил хорошее представление об аэродинамике граунд-эффекта, но теперь мог также показать что-то потенциальным работодателям. И в конце концов, этот проект принес степень. Если бы на первом курсе в Рождество мне сказали, что все закончится так, я бы грубо выругался в ответ.
Глава 7
Еще в университете я написал Гордону Марри, шеф-дизайнеру в Brabham, рассказав о том, какого я высокого о нем мнения, а также изложил свою идею для системы подвески, сохранявшей развал колеса вертикальным в поворотах.
Я любил Brabham. Я узнал, что некоторые из их парней работают в Саутгемптоне, и решил, что это хорошая идея. Более того, это была единственная команда, кроме Ferrari, которая использовала поперечную коробку передач, более подходящую для моей идеи. Они были идеальными адресатами.
Оглядываясь назад, я понимаю, что идея была не такой уж великолепной. Было бы непросто сделать подвеску достаточно жесткой, не испортив структуру шасси. Гордон, который спустя все эти годы помнит, как я писал ему, ответил в типично вежливых выражениях, мягко отказывая и давая напутствия. Наряду с March, куда попал Иэн Рид, Brabham возглавлял список моих предпочтений в поиске работы.
Но куда бы я ни отправлял резюме, ответа не приходило. Не ответила ни одна из десятков других команд Формулы-1 и Формулы-2, которым я написал. Хотя это была масштабная операция по ковровой рассылке резюме, включаящего избранные отрывки из моей дипломной работы, которая должна была убедить всех в моей одаренности.
Примерно половина меня просто проигнорировала. Остальные ответили в стиле «Уловки 22»: мы ищем кого-нибудь с опытом. Tyrrell Racing пригласили на собеседование, затем даже предложили работу, но только при условии, что они найдут спонсоров. Со спонсорством не сложилось, поэтому работы тоже не было, хотя мой проект их впечатлил.
Как и Tiga, команда Формулы-2 из Кавершэма, близ Рединга. У них была приятная, аккуратная мастерская, которой управляли два австралийца – Тим Шенкен и Хоуден Гэнли. Во время собеседования с Шенкеном Гэнли вернулся из библиотеки с кучей книг, видимо надеясь построить по ним собственную аэродинамическую трубу. Я восхищался его настроем, но построить аэродинамическую трубу просто после визита в библиотеку было чересчур оптимистично.
Тем не менее они были приятными людьми и тоже предложили мне работу – но при условии появления спонсора. Спонсор так и не появился, как и работа.
Будучи в полном отчаянии, я отправился на собеседование в British Leyland, где собрались такие же претенденты. Сотрудник, отвечавший за мою группу, рассказал нам, что весь прошлый год он проводил стресс-анализ задней части универсала Morris Ital, и я подумал про себя: не думаю, что я бы справился, – целый год заниматься стресс-анализом задней двери.
Мы пошли на обед и из окон столовой увидели машину, окруженную большими черными мусорными мешками, которые образовывали своего рода тестовую трассу. Среди других кандидатов возникло волнение. Это и есть он? Тот самый новый удивительный автомобиль British Leyland? The Metro? Это подтвердило мои опасения: я абсолютно точно не смогу здесь работать и оставаться в здравом уме!
Куда более многообещающим было предложение от Lotus – если не считать, что это была не гоночная команда, а департамент дорожных автомобилей. Впрочем, здесь был шанс привлечь к себе внимание их команды. Тогда их главным проектом был Lotus Esprit, который я всегда считал ужасно уродливым и незаслуженно популярным только благодаря появлению в «Шпионе, который меня любил».
Приехав на собеседование, я был поражен тем, что фабрика напоминала свинарник. Esprit, куски которого были выполнены из толстого, плохо очерченного фибергласа. Они слишком глубоко ушли в проект ДеЛореана – машину, у которой есть все признаки монстра, и это нашло свое отражение в Esprit.
Тем не менее это было предложение о работе, лучшее, что у меня было, и я собирался согласиться. И я почти решился, но в этот момент зазвонил телефон. На другом конце провода был Харви Постлтуэйт, технический директор Fittipaldi Automotive, он уже был на полпути к славе легенды конструкторского дела и последующей работе в Ferrari.
Харви понравился отрывок дипломного проекта, который я отправил. Не мог ли я приехать на собеседование?
Спустя сутки или чуть больше я уже был в штаб-квартире Fittipaldi в Рединге, которая оказалась небольшим заводским помещением с парой офисов и парковкой в форме елочки. На ресепшене меня, облаченного в байкерскую одежду, встретил Харви – волосы в беспорядке и широкая улыбка.
– О, ты байкер? – спросил он, приятно удивленный моим видом. – Что у тебя?
– Ducati 900SS, – ответил я.
– Фантастика! А у меня – Moto Guzzi Le Mans.
В это время главной темой в байкерских журналах была: что лучше – Moto Guzzi или Ducati. Харви хотел разобраться в этом самостоятельно и спросил, может ли он взять мой Ducati.
– Конечно, – сказал я и потом целую вечность стоял на стоянке, пока он бог знает где катался на моем мотоцикле. Он вернулся, снял шлем, обнажив еще более грязные волосы и еще более широкую ухмылку.
– Супер, – сказал он. – Когда ты сможешь приступить?
Это собеседование уверенно опередило перспективу просиживать в столовой British Leyland.
Первый поворот
Как построить MARCH 83G
Глава 8
Я начал в Fittipaldi в качестве младшего специалиста по аэродинамике, но поскольку других у них не было, я оказался в то же время и старшим специалистом.
Здесь царил хаос, это место держалось на диете из кофе, сигарет и бежевого полиэстера. На фабрике и в офисе в общей сложности трудилась команда из 35 человек. Не так уж и мало по тем временам – не намного меньше, чем в Lotus. Проблема заключалась в том, что здесь вождей было больше, чем индейцев. Это стало результатом слияния двух команд – оригинальной Fittipaldi Automotive, основанной братьями Вилсоном и Эмерсоном, и Wolf Racing, основным пилотом которой был Кеке Росберг (отец Нико).
Я пришел прямо посреди процесса реструктуризации сразу после объединения, и мне удалось избежать внутриполитических дрязг и конфликтов с уязвленными эго. Будучи младшим специалистом, я свободно перемещался между офисом и фабрикой, где по пятницам, после традиционного обеда в пабе, рабочие уходили на весь оставшийся день в какую-то порнуху. Мне было все равно. Я просто был счастлив, что наконец попал в Формулу-1.
Однажды, в связи со скорым прибытием Эмерсона, в офисе началась какая-то суматоха.
Я никогда не боготворил пилотов, поэтому сам был совершенно спокоен, но даже я был заинтригован, ведь еще не пересекался с чемпионом мира, а его визиты были редким явлением. Как и сейчас, мои окна тогда выходили на парковку, и я заметил, что место Эмерсона занято стойкой для шасси. Как я уже сказал, он заезжал редко, и кто-то решил, что там со стойкой ничего не случится. Кроме того случая, потому что Эмерсон, как типичный гонщик, слишком быстро влетел на стоянку и стал парковаться – вслепую, боком. И врезался в стойку.
На самом деле это было бы весьма впечатляюще, если бы не удар в конце. От удара о радиатор машины Эмерсона – это был один из тех жутких клиновидных Rover – стойка шасси перелетела живую изгородь. Из дыры в радиаторе валил пар.
Пока я наблюдал за появлением Эмерсона, его дикой жестикуляцией и трехэтажным португальским матом, я заметил, что все вышли из офисов, чтобы засвидетельствовать происходящее. Помню, тогда я подумал о том, что все мы просто люди. Даже Эмерсон, выдающийся пилот, мог ошибаться точно так же, как и мы.
Глава 9
В 1981 году «юбки», представленные Lotus на машине с граунд-эффектом, были запрещены. Новые правила предписывали, чтобы они находились от земли на расстоянии не менее 6 см и больше не могли скользить вверх и вниз, что резко снижало их эффективность, поскольку пространство под днищем больше не было изолировано.
В ответ команды стали использовать резиновые «юбки», но они и близко не были так хороши – они непредсказуемо деформировались и изнашивались – собственно, так всегда происходит с резиной при трении.
Получилось так, что машины 1981 года оказались теми же самыми болидами прошлого сезона, но теперь – с менее эффективными «юбками». Я впервые попробовал работать в условиях существенного изменения правил и чувствовал, что аэродинамику необходимо принципиально переработать, чтобы компенсировать новые ограничения.
Моя идея была простой: приподнять «крыло»-днище и сделать его длиннее, чтобы «утечка» воздуха из-под резиновых «юбок» в процентном соотношении была меньше. Эта идея принципиально изменила бы машину, пришлось бы существенно переработать заднюю подвеску.
Это значило, что мы подошли к чему-то по-настоящему удивительному: соединению механики и аэродинамического дизайна (это было похоже на то, о чем я думал при подготовке дипломного проекта в Саутгемптоне).
Мы начали развивать эту идею в 1981-м, планируя ее как базу для автомобиля 1982 года. Раз в месяц мы загружали минивэн Vauxhall Chevette моделями болида и другими инструментами и вдвоем с Пипом – наш поставщик – отправлялись на аэродинамическую трубу в Имперском колледже в Кенсингтоне.
Выезжали мы рано утром, вся операция проводилась в спешке. В одно особенно ледяное утро, когда за рулем Chevette сидел я, минивэн развернуло поперек дороги М4. Дорога была скользкая, я зацепил наружный барьер. Пришлось вытянуть колесную арку назад, чтобы она не терлась о колесо, и вскоре мы поехали дальше.
Уже в самой трубе мы продували модели машины, измеряя количество прижимной силы и сопротивление воздуха. Затем меняли настройки или конфигурацию – могли поставить совершенно другое переднее антикрыло, например, или настроить его под иной угол атаки, изменить боковые понтоны или диффузор.
В наши дни в работе с моделями практически не бывает экспромтов, все, что на ней испытывается, – заранее просчитанные и приготовленные детали, график тестов предварительно расписан. Но это единственный путь быть эффективным. А вот в те времена у нас было множество версий одних и тех же элементов. Пип, производитель модели, вносил изменения, а я записывал результаты и принимал решение, что делать дальше. У нас были ограниченные ресурсы, мы много импровизировали, но если появлялась интересная идея, мы сразу ее пробовали.
У нас были хорошие цифры – серьезный прорыв по сравнению с изначальной версией машины 1981 года. Учитывая, что мы не знали, над чем работают другие команды – такое, конечно, узнаешь заранее нечасто, то были уверены, что у нас получился неплохой автомобиль. Когда я через много лет перешел в Williams, то сравнил данные по этой модели с записями Патрика Хэда и его рассказами по их болиду 1982 года. Вышло, что наша машина была бы очень конкурентоспособной.
Однако воспроизвести результаты тестов в аэродинамической трубе на реальной трассе – непросто. Для детальной разработки и производства компонентов машины необходимо много ресурсов, и в этом отношении у Williams всегда было преимущество. Тем не менее на бумаге все выглядело так, что наш Fittipaldi был хорош. Мы могли быть очень сильны.
В автоспорте не бывает никаких «если». Ничто не должно сбивать вас с пути…
Я начал работать в Fittipaldi в августе 1980 года, но к Рождеству 1981-го стало очевидно, что в Рединге что-то было не так. Когда я только начинал, команду спонсировал производитель пива Skol, и, если вы позволите мне этот каламбур, деньги текли рекой. Но в конце сезона-1981 вместо Skol пришел Avis, и средств поубавилось.
Мы продолжали работать. Начали прорисовывать заднюю подвеску, чтобы та дополняла аэродинамику. Мы уже были готовы передать чертежи на производство, когда нам сообщили, что весь проект сворачивается – на постройку машины нет денег. Нам сказали, что в 1982 году придется выступать на прошлогодней машине.
Персонал начал уходить. Харви ушел к Ferrari. Один из менеджеров, Питер Уорр, отправился в Lotus, а второй – Питер Макинтош – присоединился к March. Весь оптимизм и вера в то, что все получится, испарились.
С тяжелым сердцем я понял, что ищу что-то новое.