Це більше, ніж просто керування звичайним автомобілем. Ви виживаєте. Уявіть собі 40 машин, що мчать зі швидкістю 180 миль на годину на супершвидкісній трасі Талладега в Алабамі. Це не гра для слабкодухих або боязких. Тут потрібні сміливість, розум і здатність читати ситуацію так, як не може більшість людей.
Більшість уболівальників бачать машини. Пілоти бачать повітря.
Цю навичку часто називають «баченням повітря», і саме вона відрізняє хорошого гонщика від талановитого. Не магія. Це поєднання холодної математики, точної науки та чистої сміливості. Йдеться про те, щоб стати частиною автомобіля, граючи у шахи на високих ставках та неймовірних швидкостях.
Наука про слід
Табунування працює тільки тоді, коли задіяні дві або більше машини. Як мовиться у старій приказці, для танго потрібні двоє.
Коли лідируюча машина мчить по трасі, в атмосфері утворюється порожнеча. А що ззаду? Обурений слід. Це «брудне повітря». Друга машина може прослизнути до зони найменшого опору. Результат? Вища швидкість. Поліпшується ефективність палива.
Саме тому гонки з обмежувальними пластинами проводяться на таких трасах, як Дейтона Інтернешнл Спідвей і Талладега. Правила встановлюють обмеження швидкості. Тому пілоти вишиковуються в лінію. Вони чіпляються один з одним, використовуючи фізику сліду для збільшення швидкості при економії палива.
Це гра з невеликими числами у рамках величезної драми.
«Ви повинні знати, що робитиме ваша машина в кожний момент перегонів».
— Бретт Бодіна, колишній пілот NASCAR
Чому одні машини краще вести за собою
Не всі табуни однакові.
Колишній ветеран NASCAR Бретт Бодіна сказав, що табунування – лише одна частина складної головоломки. Але це є важливою частиною. Під час тренувань пілоти знаходяться дуже близько один до одного. Вони перевіряють свої межі. Вони знають, якими машинами краще їхати, а які можуть вас знищити.
У деяких машин є стабільна повітряна кишеня. В інших – хаотичний. Поганий слід може дестабілізувати задню частину машини. Гарний слід штовхає вас уперед.
Розуміння цієї динаміки може відокремити талановитих від обдарованих. Йдеться не лише про те, щоб мати «важку ногу». Йдеться про розуміння нюансів того, як ваша машина взаємодіє з машиною попереду.
Це лише початок. Наука поглиблюється ще більше. Стратегія стає ще небезпечнішою. Повітря стає все більш розрідженим.
Як гонщики NASCAR контролюють повітря
Притискна сила та опір. Ці два слова визначають переможців та тих, хто програв. Аеродинаміка NASCAR – це не просто фоновий шум. Це фізика, перетворена на зброю.
Якщо ви правильно спроектували свій автомобіль, він прилипатиме до покриття. Якщо припуститися помилок у налаштуваннях, вам доведеться боротися з вітром швидкістю 200 миль на годину. Чим вища швидкість, тим складніше протистояти повітрю. Команди витрачають мільйони доларів на калібрування панелей для управління цією взаємодією. Вони 微微 спойлерів. Вони регулюють висоту автомобіля. Вони женуться за частки секунди.
З наближенням швидкості до 200 миль на годину повітря стає очевидним ворогом. Але він також може стати союзником.
Наука утримання на трасі
Літаки літають завдяки різниці повітряного тиску. Тиск нижче на верхній частині крила. Високий тиск – знизу. Ця підйомна сила тримає літак у повітрі. Той самий принцип може призвести до того, що вікна будинку вилетять під час урагану. Вітер дме крізь будівлю, знижуючи зовнішній тиск. Внутрішній тиск залишається високим. Вікно вилітає.
Гоночні автомобілі перевертають цю логіку з ніг на голову.
Повітря тече над капотом, лобовим склом та дверима. Високий тиск виникає зверху, а знизу низький. Це притискає автомобіль вниз. Інженери називають це негативною підйомною силою. Конкуренти називають це притискною силою.
Ця сила притискає шини до траси. Без неї ви зірветесь в замет на повороті. На високих швидкостях притискна сила додає від 1650 до 1750 фунтів до ваги автомобіля. Це не реальна вага. У поворотах вистачає зчеплення без втрати тяги.
На короткій трасі? Вам потрібна ще більша притискна сила. Менше прямих ділянок означає більше поворотів. Вам потрібно бути приклеєним до асфальту.
Ціна зчеплення
Притискна сила має ціну. Ціна – це вузьке місце.
Опір – це опір, спричинений повітрям. Є два види.
Тертя — це поверхня, по якій повітря труться об поверхню автомобіля.
Давленський опір — це слід. Область низького тиску під об’єктом, що рухається.
Команди NASCAR прагнуть знизити опір. Зниження опору на піввідсотка – це величезний виграш. Курт Ромберг, головний аеродинамік Hendrick Motorsports, розставив усе по місцях. На один відсоток менше за опір? Це десять позицій на стартових ґратах у Дейтоні.
Десять позицій. З одного відсотка.
Hendrick керує Джиммі Джонсоном, Джеффом Гордоном, Дейлом Ернхардтом-молодшим та Марком Мартіном. Ромберг налаштовував усі машини. Вони працюють із цифрами до краю.
Драйв: симбіотична пастка
То що відбувається, коли машини їдуть одна за одною?
Драйв.
Йдеться не лише про зниження опору. Йдеться про маніпулювання зонами тиску. Ведучий автомобіль прокладає шлях. За ним слідує наступний автомобіль, використовуючи низький тиск під собою. Він відсікає вакуум позаду лідера.
Результат? Обидві машини пришвидшуються. Приблизно на 5 миль на годину.
На супершвидкісній трасі 5 миль на годину можуть стати різницею між перемогою та раннім поверненням додому. Вам потрібний партнер. Вам потрібен хтось досить близько, щоб поділити повітряне навантаження.
Ставки маленького Джонсона
Маленький Джонсон першим винайшов це.
1960 рік, другий Daytona 500.
Джонсон їхав на слабкому Шевроле. Pontiac домінував на трасі. Великий. Швидкий. Він програв.
У кваліфікації він спробував щось шалене. Він був за кілька дюймів від Pontiac. Замість того, щоб боротися з повітрям, він почав використовувати його. Повітряні потоки тягли його вперед. Він тримався поруч із домінуючою машиною. Він виграв перегони.
Але фізика драйву небезпечна.
Боббі Джонс, один із водіїв Pontiac, також постраждав. Він під’їхав надто близько. Різниця тиску в сліді була настільки велика, що його заднє скло було висмоктане з автомобіля. Скло розбилося. Декомпресія салону. Джонс втратив контроль. Він вилетів із траси.
Джонсон перетнув фінішну межу першим.
Цей драйв назавжди змінив автоспорт. Гонщики зрозуміли, що повітря це не просто перешкода. Це інструмент.
Те, як використовують цей інструмент, визначає сучасний NASCAR.
Людина та машина
Як обтікання визначає гонки на супершвидкісних трасах
Перемога в NASCAR – це не тільки наявність найшвидшого автомобіля. Це балансування на межі між інстинктами пілота та інженерними рішеннями. Серія встановлює суворі обмеження на потужність двигуна, форму кузова та матеріали, щоб забезпечити однаковість. Жодна команда не може купити несправедливу перевагу. В результаті результат перегонів вирішується частками секунди. Все залежить від того, хто краще читає поле.
Супершвидкісні траси, такі як Дейтона і Талладега, – це місце, де спорт знаходить свою справжню суть. Ці траси мають круті banking (нахил) і довгі прямі ділянки. Вони вичавлюють з автомобілів усі можливі межі. Саме тому NASCAR встановлює обмежувальні пластини. Вони діють як звуження повітряного потоку, не даючи швидкостям вийти з-під контролю. Без цих пластин фізика перегонів була б надзвичайно небезпечною.
Сила пластини
Обмежувальні пластини знижують потужність двигуна приблизно на 300 кінських сил. Це не нові технології. NASCAR почав використовувати їх у 1970-х роках. Ціль проста. Вся справа у вирівнюванні поля. Вони зрівняли шанси між командами з великими бюджетами та тими, у кого бюджети скромніші. Це також запобігає вильоту автомобіля з траси.
Ставки високі. 2004 року Растлі Уоллес протестував автомобіль без пластини на Талладезі. Він зафіксував швидкість 228 миль на годину на задній прямій ділянці. Його середня швидкість по колу становила 221 милю на годину. Він назвав цей досвід «шаленим». Незважаючи на наявність пластин, пілот все одно розвивав швидкість понад 180 миль на годину. Цього можна досягти лише рахунок обтікання (drafting).
Фізика в русі
Обтікання знижує аеродинамічний опір. Це базова аеродинаміка. Ведучий автомобіль розриває повітряну завісу. Автомобіль позаду знаходиться у його сліпому потоці (slipstream). Опір зменшується. Ця невелика перевага накопичується. Ви отримуєте кілька додаткових миль на годину. У спорті, де вирішують дюйми, швидкість – це все.
Однак не всі траси однакові. Автодром Брістол у штаті Теннессі – це зовсім інший звір. Це овальна траса з бетону із крутими, постійними поворотами. Коло займає близько 16 секунд. Тут немає місця для обтікання. Двигуни працюють на повну потужність. Головний герой – притискна сила. Пілотам потрібен зачіп, щоб утримувати автомобіль на трасі.
Балансування
На супершвидкісних трасах команди знижують притискну силу. Їм потрібно підтримувати максимальну швидкість на довгих прямих ділянках. Це компроміс. Менше притискної сили означає велику швидкість прямої. Ви втрачаєте зачіп у поворотах. Більше притискної сили дає потужність у поворотах. Ви втрачаєте швидкість на прямий. Знайти ідеальне рішення дуже складно.
Ця складність вимагає від команд використання кількох автомобілів. Занадто багато змінних, щоб один автомобіль міг упоратися з усіма завданнями. Це спричинило створення «Автомобіля майбутнього» (Car of Tomorrow).
Поява «Автомобіля майбутнього»
NASCAR представила цей стандартизований дизайн у 2007 році. Він дебютував лише у 16 перегонах того ж року. План полягав у поступовому впровадженні. До 2008 року він мав брати участь у 26 із 36 перегонів. Очікувалося, що він стане постійним у 2009 році.
Події розвивалися швидше. Цей новий дизайн взяв участь у всіх 36 гонках, проведених у 2008 році. Це залишається єдиною легальною моделлю автомобіля досі.
Джере Хілл, професор Університету Північної Кароліни у Шарлотті, докладно пояснює зміни. Цей автомобіль оснащений заднім крилом замість традиційного спойлера. Також він обладнаний переднім аеродинамічним роздільником (спліттером). Це тонка горизонтальна частина, що розташована під переднім бампером. Вона створює більше притискної сили.
Команди можуть регулювати кут атаки крила. Можна змінити положення роздільника. Це дозволяє настроювати автомобіль під різні траси. Однак ці зміни змінюють аеродинамічну завісу за автомобілем. Аеродинаміка змінюється.
Результатом став автомобіль, з яким набагато складніше обганяти. Обтікати його стає складніше.
Стратегія обтікання змінилася. Не можна просто слідувати за будь-яким автомобілем. Необхідно читати завісу за автомобілем, що йде попереду.
Стратегія сліпої зони
Тепер подивимося, як працює стратегія обтікання NASCAR.
Драфт (рух у хвості) – це не просто їзда впритул до бампера суперника. Це ментальна гра. Аеродинаміка, звичайно, важлива, але розуміння думок супротивника ще важливіше. Тут гонка перестає бути лише випробуванням потужності двигуна і стає битвою нервів та стратегії.
Лідер може вчасно загальмувати. Ви можете ковзати в декількох сантиметрах від автомобіля, що йде позаду. Ціль? Позбавити переслідувача охолодження. Одночасно двигун працює нормально. Потім він перегрівається та глухне. Переслідувач має аналогічний трюк. Він поволі наближається, порушуючи потік повітря над кузовом ведучого автомобіля. Це повітря використовується як для охолодження. Він створює притискну силу. Він забезпечує зчеплення шин із асфальтом. Заберіть цей ефект, додайте невеликий бугор – і автомобіль зірветься убік і вдариться об зовнішню огорожу. Втрата 10 позицій за кілька секунд — це навіть не найгірший варіант розвитку подій.
Команди співпрацюють, щоб використати цю силу. Іноді офіційно оформлено. Часто це неформальна угода. Ціль проста: швидко обігнати суперників, зайняти кращу траєкторію і вийти в лідери, залишившись непоміченими. У коханні, війні та перегонах все дозволено.
Фізика двомашинного драфта
Двомашинний драфт – це рух двома автомобілями в колоні. Це найпоширеніша командна тактика. Коли наступний автомобіль під’їжджає впритул до ідучого попереду, опір повітря обох транспортних засобів знижується. Переслідувач отримує перевагу. Лідер також виграє, оскільки наступний автомобіль зменшує аеродинамічний опір позаду його власного авто. Обидва автомобілі прискорюються.
Бретт Бодіна знає це краще за багатьох. Директор з досліджень у галузі витрат у Дослідницькому та розробному центрі NASCAR розпочав свою кар’єру у гонках на вантажівках. Він рано зрозумів, що коробчаста конструкція цих вантажівок створює величезний опір повітря. За меншої потужності двигуна в порівнянні з автомобілями серії Cup, драфт – це не розкіш. Це виживання.
«Коли ви бачите два автомобілі, що їдуть пліч-о-пліч, ви знаєте, що ззаду утворюється велика зона розрідження. Якщо ви зможете потрапити до неї, ви зможете пришвидшуватись швидше». – Бретт Бодіна
Бодіна зазначає, що вантажівки серії Truck залишають за собою великий повітряний простір. Сліпстрім (зона зниженого опору) працює ефективніше. Ви дивитеся на простір, що відкривається, і плануєте свою дію. Ви можете скористатися тим, що є.
Чим більше автомобілів у групі, тим менший опір повітря у кожного з них. Бодіна випробував це на собі. Три автомобілі їдуть швидше за два. П’ять автомобілів їдуть швидше за три. У міру зростання “повітряної труби” тиск опору знижується. Автомобілі рухаються групами, кожен із яких набирає на кілька миль на годину більше. Це дуже впливає на загальну динаміку гонки.
Подолання кордонів
Перший водій продовжує змінювати смуги руху. Вони рухаються туди, де можуть. Смуга, що використовується лідером, природно, швидше за ту смугу, яку лідер щойно покинув. Це особливо правильно на таких трасах, як Талладіга.
На Талладезі лідери зміщуються по всій ширині траси. Коли ви спостерігаєте за рухами, ви помітите, що швидкість лінії збільшується в міру того, як вони в неї входять. Це самоздійснюване пророцтво аеродинаміки.
Вихід із лінії може бути фатальним. Бодіна попереджав, що відмова від драфта, швидше за все, покладе край гонці. Ви можете потрапити до дрібних проблем. Ціна? Ви опиняєтесь у пастці. Вас майже неможливо наздогнати.
Аварії неприпустимі
Базова фізика проста. Використовуйте драфт, щоб прискорити рух. Використовуйте його, щоб перешкодити конкурентам знизити аеродинамічний опір. Але робити це на швидкості, від якої захоплює дух, потребує точності.
Тренування – це місце, де відбувається реальна робота. Пілети навчаються у суперників. Вони планують кожний момент перегонів.
«Коли ви берете участь у гонці, ви хочете точно знати, що робить ваша машина на трасі кожну секунду». – Бретт Бодіна
Пілоти повинні знати, кому можна довіряти у спільній їзді. Вони повинні розуміти, як їхній автомобіль поводиться в поворотах і на прямих. У день гонки не повинно відбуватися нічого несподіваного.
Просунуті тактики включають пошук кращого становища щодо бампера суперника. Вся справа у позиціонуванні. Ми хочемо відібрати в них потяг. Збільшити їх опір. Забрати простір, яким вони проходять. Це дуже тонко. Це жорстоко.
Драфт в інших видах спорту
Автоперегони – не єдине місце, де діє принцип сліпстриму. Щойно швидкість перевищує середній рівень, виникає зона розрідження. Повітря чи вода? Чим швидше ви рухаєтеся, тим більше енергії виділяється і тим сильніше вакуум утворюється позаду вас.
Велосипедисти живуть у сліпстрімі. Ковзанярі роблять те ж саме. Вони утворюють швидкісну лінію. Вони формують основну групу учасників. У велоспорті пелотон – це велика група, яка знижує опір повітря всім велосипедистам. Фізичні принципи самі, як і вантажівок.
Варіація цього використовується в лижних гонках. Те саме стосується і бігунів. Плавці? Вони використовують воду, яка менш щільна порівняно з їхніми суперниками. Вони пливуть близько до борту чи позаду. Завдяки ефекту вакууму вони можуть ковзати швидше.
Це питання пробудження. Люди, які хочуть дізнатися про це першими.
Зіткнення у фізиці: ризики та переваги
Усе змінилося останніх колах. Шашковий прапор є тригером. Співпраця зникає. Змагання сягає критичної маси. Аеродинамічний слід більше не є стратегією. Він стає зброєю.
Томмі Арчер та Боббі Арчер довели це у гонках SCCA. Вони використовують бамперний слід (або передачу імпульсу в інженерній термінології), щоб просунутися вперед. Машина позаду вас просто не слідує за вами. Я зробив усе правильно. Якщо точніше, вона вдаряється в бампер автомобіля, що йде попереду. Ця дія штовхає лідера вперед та відтягує переслідувачів назад. Коротке пояснення. Смертоносне виконання.
Доктор Джеррі Хілл скептично ставиться до цього. Я думаю, що розрахунок неправильний. Фізика видається неправильною. Але техніка працює. Це також дуже небезпечно. Точність – це все. Переслідувач повинен атакувати у строго визначеній точці. Кут має бути ідеальним. Я теж сумую за тобою, ти зламаний
Потік повітря під автомобілем порушується. Сила притиску зникає. Передня частина провідного автомобіля піднімається.
Коли переслідувач наближається, повітряний потік під лідером порушується. Сила притиску зменшується. Передня частина ведучого автомобіля трохи піднімається. Це додає підтримки. Шини перестають торкатися дороги. Вони ковзають. Навіть до фізичного контакту.
Розумні водії користуються цією перевагою. Я був досить близько на останніх колах. Це просто використовується не там, де потрібно. Запобігає потоку тиску вниз. Ви зірвали шину. Все, що потрібно, це невеликий поштовх. Лідери негайно відступили в кінець пелотону.
Рогатка та теплова пастка
Удар від аеродинамічного сліду шкодить лідерові. Але й переслідувачі мають ризики. Гоночні автомобілі NASCAR – тендітні машини. Аеродинамічний слід штовхає їх уперед. Але також позбавляє їхнє повітря. Двигун сильно нагрівається. Перегрітий двигун може вибухнути.
У деяких перегонах лідер, який надто близько підходить до свого переслідувача, перемагає. Ось де вони лишаються. Це триває трохи надто довго. Двигун переслідувача вибухає. Лідери перемагають. Це гра на терпіння. Ставка на систему охолодження.
Потім є рогатка. Улюбленець публіки. Золотий стандарт.
Коли підійшли фінальні кола, це сталося. Водії позаду мають просунутися вперед. Вони маневрують. Вони використовують зниження опору. Спрощують рух у повітрі. Вони чекають на поворот. Потім вони різко натиснули газ. Додаткова потужність штовхає їх уперед. Прибуток.
Супер-водіння на шосе: небезпечна ефективність
Вантажівки не єдине, що я розглядаю. Це також відбувається на шосе. Картування трас раніше було складним завданням. Тепер Супер-мілейджер впорався із цим.
Найкращий спосіб заощадити паливо – правильно накачувати шини. Тримати автомобіль у відмінному стані. Але ж деяким водіям подобається бути суперечливими. Вони обирають ризик.
Динаміка ковзання підходить для великих бурових установок. Зниження зчеплення задньої частини зменшує опір. Автомобіль переслідує вантажівку. Навантаження на двигун знижується. Милі на галон трохи збільшуються. Це поширене серед супер-мілейджерів.
Супер-мілейджер прагне максимальної ефективності. Вони вичавлюють кожну краплю палива. Техніки включають рух шосе накатом. Зупиняти двигун на світлофорах. Ніколи не виїжджати задом із паркувального місця. Задній хід і рух вперед споживають вдвічі більше палива для тієї ж подорожі. Невеликі накопичення.
Дехто йде ще далі. Вони виймають сидіння. Вони залишають запасне колесо у гаражі. Домкрат там немає. Інструментів немає. Деякі заявляють про 60-80 миль на галон. Автомобіль оцінили двадцятирічні.
Створення історії успіху
Якщо вам потрібні докази просто подивіться на результати. Ми детально обговорюємо індивідуальні перемоги на наступній сторінці. Аеродинамічний слід – це не просто теорія. Це — перемога.
Чому гонщики, які використовують аеродинамічний тандем, все ще перемагають у NASCAR
Ви можете змінити потужність двигуна, налаштувати аеродинаміку та змінити правила. Однак аеродинамічний тандем (drafting), як і раніше, залишається в основі автоспорту. Це найстаріший трюк у книзі та єдиний спосіб перемогти на трасах для супершвидкостей.
Історія це підтверджує.
Візьміть, наприклад, гонку Firecracker 400 1974 на Daytona. Девід Пірсон використав тандем із Річардом Петті, рухаючись у двох машинах. “Король” був серйозною загрозою. Пірсон знав, що Петті може спробувати здійснити обгін за допомогою маневру “рогатка” (slingshot). Тому Пірсон поступився йому дорогою, випустивши Петті на чисте повітря.
Пірсон зберігав пильність. Він використав перевагу в потужності двигуна протягом усієї гонки. Потім він виконав маневр «рогатки». Він непомітно наблизився до Петті і переміг.
Це проста фізика. Це також психологічна війна.
Оборонна тактика: Гордон проти Ернхардта
Іноді вам не потрібно атакувати першим. Все, що потрібно зробити, це пережити атаку.
Гонка Daytona 500 1999 стала зразком оборонного використання аеродинамічного тандему. Дейл Ернхардт не просто переслідував Джеффа Гордона. Він атакував його. Ернхардт намагався “притиснути” Гордона ззаду. Для цього він переміщав свій передній бампер з боку в бік, слідуючи за Гордоном.
Ціль полягала в тому, щоб зруйнувати силу стиснення повітря. Якщо повітря стає турбулентним, заднє колесо втрачає зчеплення. Колеса Гордона втрачають зчеплення. Він втрачає контроль.
Невдача.
Гордон утримав позицію. Він стабілізував машину. Він виправдав репутацію легенди. Він вирішив перемогти. Стратегія Ернхардта була жорстокою. Вона також технічно стійка. Але вона не працює для гонщиків, які можуть утриматись на місці.
Поштовх зверху
Так почалася 50-та гонка Daytona 500 у 2008 році. Райан Ньюману потрібна була перепочинок. Він це розумів.
Ньюман та Курт Буш були напарниками по команді Penske Racing. Вони діяли разом на прямий після повороту. Буш штовхав Ньюмана. То справді був законний поштовх. То була тактична допомога.
Ньюман використав цей імпульс, щоб оминути лідера Тоні Стюарта. Причина, через яку цей маневр назвали «поштовхом згори», полягала в тому, що він здавався прихованим благословенням. Насправді, це не так. Це було командне зусилля на швидкості 200 mph. Ньюман першим перетнув фінішну межу. Буш одержав допомогу. Обидві машини отримали високу оцінку.
Аеродинамічний тандем – це не лише швидкість. Це довіра до тих, хто перебуває у вас за спиною. Це вміння знати, коли когось відпустити вперед, а коли втримати його.
Машини змінились. Технології постійно розвиваються. Але якщо ви не вмієте відчувати ситуацію, ви опинитеся на останньому місці.
