Это больше, чем просто вождение обычного автомобиля. Вы выживаете. Представьте себе 40 машин, несущихся со скоростью 180 миль в час на суперскоростной трассе Талладега в Алабаме. Это не игра для слабонервных или робких. Здесь нужны смелость, ум и способность читать ситуацию так, как не могут большинство людей.
Большинство болельщиков видят машины. Пилоты видят воздух.
Этот навык часто называют «видением воздуха», и именно он отличает хорошего гонщика от талантливого. Это не магия. Это сочетание холодной математики, точной науки и чистой смелости. Речь идет о том, чтобы стать частью автомобиля, играя в шахматы на высоких ставках и невероятных скоростях.
Наука о следе
Табунирование (drafting) работает только тогда, когда задействованы две или более машины. Как говорится в старой поговорке, для танго нужны двое.
Когда лидирующая машина несется по трассе, в атмосфере образуется пустота. А что сзади? Возмущенный след. Это «грязный воздух». Вторая машина может проскользнуть в зону наименьшего сопротивления. Результат? Более высокая скорость. Улучшается топливная эффективность.
Именно поэтому гонки с ограничительными пластинами проводятся на таких трассах, как «Дейтона Интернэшнл Спидвей» и Талладега. Правила устанавливают ограничения скорости. Поэтому пилоты выстраиваются в линию. Они сцепляются друг с другом, используя физику следа для увеличения скорости при экономии топлива.
Это игра с небольшими числами в рамках огромной драмы.
«Вы должны знать, что будет делать ваша машина в каждый момент гонки».
— Бретт Бодина, бывший пилот NASCAR
Почему одни машины лучше вести за собой
Не все табуны одинаковы.
Бывший ветеран NASCAR Бретт Бодина сказал, что табунирование — лишь одна часть сложной головоломки. Но это важная часть. Во время тренировок пилоты находятся очень близко друг к другу. Они проверяют свои пределы. Они знают, за какими машинами лучше ехать, а какие могут вас уничтожить.
У некоторых машин есть стабильный воздушный карман. У других — хаотичный. Плохой след может дестабилизировать заднюю часть вашей машины. Хороший след толкает вас вперед.
Понимание этой динамики может отделить талантливых от одаренных. Речь идет не только о том, чтобы иметь «тяжелую ногу». Речь идет о понимании нюансов того, как ваша машина взаимодействует с машиной впереди.
Это только начало. Наука углубляется еще больше. Стратегия становится еще опаснее. Воздух становится все более разреженным.
Как гонщики NASCAR контролируют воздух
Прижимная сила и сопротивление. Эти два слова определяют победителей и проигравших. Аэродинамика NASCAR — это не просто фоновый шум. Это физика, превращённая в оружие.
Если вы правильно спроектировали свой автомобиль, он будет прилипать к покрытию. Если допустить ошибки в настройках, вам придётся бороться с ветром скоростью 200 миль в час. Чем выше скорость, тем сложнее противостоять воздуху. Команды тратят миллионы долларов на калибровку панелей для управления этим взаимодействием. Они微调 спойлеров. Они регулируют высоту автомобиля. Они гонятся за доли секунды.
По мере приближения скорости к 200 милям в час воздух становится очевидным врагом. Но он также может стать союзником.
Наука удержания на трассе
Самолёты летают благодаря разнице воздушного давления. Давление ниже на верхней части крыла. Высокое давление — снизу. Эта подъёмная сила держит самолёт в воздухе. Тот же принцип может привести к тому, что окна дома вылетят во время урагана. Ветер дует сквозь здание, снижая внешнее давление. Внутреннее давление остаётся высоким. Окно вылетает.
Гоночные автомобили переворачивают эту логику с ног на голову.
Воздух течёт над капотом, лобовым стеклом и дверями. Высокое давление возникает сверху, а снизу — низкое. Это прижимает автомобиль вниз. Инженеры называют это отрицательной подъёмной силой. Конкуренты называют это прижимной силой.
Эта сила прижимает шины к трассе. Без неё вы сорвётесь в занос на повороте. На высоких скоростях прижимная сила добавляет от 1650 до 1750 фунтов к весу автомобиля. Это не реальный вес. В поворотах хватает сцепления без потери тяги.
На короткой трассе? Вам нужна ещё большая прижимная сила. Меньше прямых участков означает больше поворотов. Вам нужно быть приклеенным к асфальту.
Цена сцепления
У прижимной силы есть цена. Цена — это узкое место.
Сопротивление — это сопротивление, вызванное воздухом. Есть два вида.
Трение — это поверхность, по которой воздух трутся о поверхность автомобиля.
Давленческое сопротивление — это след. Область низкого давления под движущимся объектом.
Команды NASCAR стремятся снизить сопротивление. Снижение сопротивления на полпроцента — это огромный выигрыш. Курт Ромберг, главный аэродинамик Hendrick Motorsports, расставил всё по местам. На один процент меньше сопротивления? Это десять позиций на стартовой решётке в Дейтоне.
Десять позиций. Из одного процента.
Hendrick управляет Джимми Джонсоном, Джеффом Гордоном, Дейлом Эрнхардтом-младшим и Марком Мартином. Ромберг настраивал все машины. Они работают с цифрами до предела.
Драйв: симбиотическая ловушка
Так что происходит, когда машины едут друг за другом?
Драйв.
Речь не только о снижении сопротивления. Речь идёт о манипулировании зонами давления. Ведущий автомобиль прокладывает путь. За ним следует следующий автомобиль, используя низкое давление под собой. Он отсекает вакуум позади лидера.
Результат? Обе машины ускоряются. Примерно на 5 миль в час.
На суперскоростной трассе 5 миль в час могут стать разницей между победой и ранним возвращением домой. Вам нужен партнёр. Вам нужен кто-то достаточно близко, чтобы разделить воздушную нагрузку.
Ставки маленького Джонсона
Маленький Джонсон первым изобрёл это.
1960 год, второй Daytona 500.
Джонсон ехал на слабом Chevrolet. Pontiac доминировал на трассе. Большой. Быстрый. Он проиграл.
В квалификации он попробовал что-то безумное. Он был в нескольких дюймах от Pontiac. Вместо того чтобы бороться с воздухом, он начал использовать его. Воздушные потоки тянули его вперёд. Он держался рядом с доминирующей машиной. Он выиграл гонку.
Но физика драйва опасна.
Бобби Джонс, один из водителей Pontiac, также пострадал. Он подъехал слишком близко. Разница давления в следе была настолько велика, что его заднее стекло было высосано из автомобиля. Стекло разбилось. Декомпрессия салона. Джонс потерял контроль. Он вылетел с трассы.
Джонсон пересёк финишную черту первым.
Этот драйв навсегда изменил автоспорт. Гонщики поняли, что воздух — это не просто препятствие. Это инструмент.
То, как они используют этот инструмент, определяет современный NASCAR.
Человек и машина
Как обтекание определяет гонки на суперскоростных трассах
Победа в NASCAR — это не только наличие самого быстрого автомобиля. Это балансирование на грани между инстинктами пилота и инженерными решениями. Серия устанавливает строгие ограничения на мощность двигателя, форму кузова и материалы, чтобы обеспечить единообразие. Ни одна команда не может купить несправедливое преимущество. В результате исход гонки решается долями секунды. Всё зависит от того, кто лучше читает поле.
Суперскоростные трассы, такие как Дейтона и Талладега, — это место, где спорт обретает свою истинную суть. Эти трассы имеют крутыеbanking (наклон) и длинные прямые участки. Они выжимают из автомобилей все возможные пределы. Именно поэтому NASCAR устанавливает ограничительные пластины. Они действуют как сужения для воздушного потока, не давая скоростям выйти из-под контроля. Без этих пластин физика гонок была бы чрезвычайно опасной.
Сила пластины
Ограничительные пластины снижают мощность двигателя примерно на 300 лошадиных сил. Это не новые технологии. NASCAR начал использовать их в 1970-х годах. Цель проста. Всё дело в выравнивании поля. Они уравняли шансы между командами с большими бюджетами и теми, у кого бюджеты скромнее. Это также предотвращает вылет автомобиля с трассы.
Ставки высоки. В 2004 году Растли Уоллес протестировал автомобиль без пластины на Талладеге. Он зафиксировал скорость 228 миль в час на заднем прямом участке. Его средняя скорость по кругу составила 221 милю в час. Он назвал этот опыт «безумным». Несмотря на наличие пластин, пилот всё равно развивал скорость более 180 миль в час. Этого можно достичь только за счёт обтекания (drafting).
Физика в движении
Обтекание снижает аэродинамическое сопротивление. Это базовая аэродинамика. Ведущий автомобиль разрывает воздушную завесу. Автомобиль позади находится в его слепом потоке (slipstream). Сопротивление уменьшается. Это небольшое преимущество накапливается. Вы получаете несколько дополнительных миль в час. В спорте, где решают дюймы, скорость — это всё.
Однако не все трассы одинаковы. Автодром Бристол в штате Теннесси — это совсем другой зверь. Это овальная трасса из бетона с крутыми, постоянными поворотами. Круг занимает около 16 секунд. Здесь нет места для обтекания. Двигатели работают на полную мощность. Главный герой — прижимная сила. Пилотам нужен зацеп, чтобы удерживать автомобиль на трассе.
Балансировка
На суперскоростных трассах команды снижают прижимную силу. Им необходимо поддерживать максимальную скорость на длинных прямых участках. Это компромисс. Меньше прижимной силы означает большую скорость на прямой. Вы теряете зацеп в поворотах. Больше прижимной силы даёт мощность в поворотах. Вы теряете скорость на прямой. Найти идеальное решение (sweet spot) очень сложно.
Эта сложность требует от команд использования нескольких автомобилей. Слишком много переменных, чтобы один автомобиль мог справиться со всеми задачами. Это привело к созданию «Автомобиля будущего» (Car of Tomorrow).
Появление «Автомобиля будущего»
NASCAR представила этот стандартизированный дизайн в 2007 году. Он дебютировал всего в 16 гонках в том же году. План заключался в постепенном внедрении. К 2008 году он должен был участвовать в 26 из 36 гонок. Ожидалось, что он станет постоянным в 2009 году.
События развивались быстрее. Этот новый дизайн участвовал во всех 36 гонках, проведённых в 2008 году. Это остаётся единственной легальной моделью автомобиля по сей день.
Джере Хилл, профессор Университета Северной Каролины в Шарлотте, подробно объясняет изменения. Этот автомобиль оснащён задним крылом вместо традиционного спойлера. Также он оборудован передним аэродинамическим разделителем (сплиттером). Это тонкая горизонтальная часть, расположенная под передним бампером. Она создаёт больше прижимной силы.
Команды могут регулировать угол атаки крыла. Можно изменить положение разделителя. Это позволяет настраивать автомобиль под разные трассы. Однако эти изменения меняют аэродинамическую завесу за автомобилем. Аэродинамика меняется.
Результатом стал автомобиль, с которым гораздо сложнее обгонять. Обтекать его становится труднее.
Стратегия обтекания изменилась. Нельзя просто следовать за любым автомобилем. Необходимо читать завесу за впереди идущим автомобилем.
Стратегия слепой зоны
Теперь посмотрим, как работает стратегия обтекания в NASCAR.
Драфт (движение в хвосте) — это не просто езда вплотную к бамперу соперника. Это ментальная игра. Аэродинамика, конечно, важна, но понимание мыслей противника ещё важнее. Здесь гонка перестаёт быть лишь испытанием мощности двигателя и становится битвой нервов и стратегии.
Лидер может вовремя затормозить. Вы можете скользить в нескольких сантиметрах от идущего сзади автомобиля. Цель? Лишить преследователя охлаждения. В один момент двигатель работает нормально. Затем он перегревается и глохнет. У преследователя есть аналогичный трюк. Он медленно приближается, нарушая поток воздуха над кузовом ведущего автомобиля. Этот воздух используется не только для охлаждения. Он создаёт прижимную силу. Он обеспечивает сцепление шин с асфальтом. Уберите этот эффект, добавьте небольшой бугор — и автомобиль сорвётся в сторону и ударится о внешнее ограждение. Потеря 10 позиций за несколько секунд — это даже не худший вариант развития событий.
Команды сотрудничают, чтобы использовать эту силу. Иногда это официально оформлено. Часто это неформальное соглашение. Цель проста: быстро обогнать соперников, занять лучшую траекторию и выйти в лидеры, оставшись незамеченными. В любви, войне и гонках всё дозволено.
Физика двухмашинного драфта
Двухмашинный драфт — это движение двумя автомобилями в колонне. Это самая распространённая командная тактика. Когда следующий автомобиль подъезжает вплотную к идущему впереди, сопротивление воздуха для обоих транспортных средств снижается. Преследователь получает преимущество. Лидер также выигрывает, так как следующий автомобиль уменьшает аэродинамическое сопротивление сзади его собственного авто. Оба автомобиля ускоряются.
Бретт Бодина знает это лучше многих. Директор по исследованиям в области затрат в Исследовательском и разработочном центре NASCAR начал свою карьеру в гонках на грузовиках. Он рано понял, что коробчатая конструкция этих грузовиков создаёт огромное сопротивление воздуха. При меньшей мощности двигателя по сравнению с автомобилями серии Cup, драфт — это не роскошь. Это выживание.
«Когда вы видите два автомобиля, едущих бок о бок, вы знаете, что сзади образуется большая зона разрежения. Если вы сможете попасть в неё, вы сможете ускоряться быстрее». — Бретт Бодина
Бодина отмечает, что грузовики серии Truck оставляют за собой большое воздушное пространство. Слипстрим (зона пониженного сопротивления) работает эффективнее. Вы смотрите на открывающееся пространство и планируете своё действие. Вы можете воспользоваться тем, что доступно.
Чем больше автомобилей в группе, тем меньше сопротивление воздуха у каждого из них. Бодина испытал это на себе. Три автомобиля едут быстрее двух. Пять автомобилей едут быстрее трёх. По мере роста «воздушной трубы» давление сопротивления снижается. Автомобили двигаются группами, каждый из которых набирает на несколько миль в час больше. Это оказывает огромное влияние на общую динамику гонки.
Преодоление границ
Первый водитель продолжает менять полосы движения. Они перемещаются туда, где могут. Полоса, используемая лидером, естественно, быстрее той полосы, которую лидер только что покинул. Это особенно верно на таких трассах, как Талладига.
На Талладеге лидеры смещаются по всей ширине трассы. Когда вы наблюдаете за их движениями, вы заметите, что скорость линии увеличивается по мере того, как они в неё входят. Это самосбывающееся пророчество аэродинамики.
Выход из линии может быть фатальным. Бодина предупреждал, что отказ от драфта, скорее всего, положит конец гонке. Вы можете попасть в мелкие проблемы. Цена? Вы оказываетесь в ловушке. Вас почти невозможно догнать.
Аварии недопустимы
Базовая физика проста. Используйте драфт, чтобы ускорить движение. Используйте его, чтобы помешать конкурентам снизить аэродинамическое сопротивление. Но делать это на скорости, от которой захватывает дух, требует точности.
Тренировки — это место, где происходит реальная работа. Пилеты учатся у соперников. Они планируют каждый момент гонки.
«Когда вы участвуете в гонке, вы хотите точно знать, что делает ваша машина на трассе каждую секунду». — Бретт Бодина
Пилоты должны знать, кому можно доверять в совместной езде. Они должны понимать, как их автомобиль ведёт себя в поворотах и на прямых. В день гонки не должно происходить ничего неожиданного.
Продвинутые тактики включают поиск лучшего положения относительно бампера соперника. Всё дело в позиционировании. Мы хотим отнять у них тягу. Увеличить их сопротивление. Забрать пространство, через которое они проходят. Это очень тонко. Это жестоко.
Драфт в других видах спорта
Автогонки — не единое место, где действует принцип слипстрима. Как только скорость превышает средний уровень, возникает зона разрежения. Воздух или вода? Чем быстрее вы движетесь, тем больше энергии выделяется и тем сильнее вакуум образуется позади вас.
Велосипедисты живут в слипстриме. Конькобежцы делают то же самое. Они образуют скоростную линию. Они формируют основную группу участников. В велоспорте пелотон — это большая группа, которая снижает сопротивление воздуха для всех велосипедистов. Физические принципы те же, что и для грузовиков.
Вариация этого метода используется в лыжных гонках. То же самое относится и к бегунам. Пловцы? Они используют воду, которая менее плотна по сравнению с их соперниками. Они плывут близко к борту или непосредственно позади. Благодаря эффекту вакуума они могут скользить быстрее.
Это вопрос пробуждения. Люди, которые хотят узнать об этом первыми.
Столкновения в физике: риски и преимущества
Всё изменилось на последних кругах. Шашечный флаг служит триггером. Сотрудничество исчезает. Соревнование достигает критической массы. Аэродинамический след больше не является стратегией. Он становится оружием.
Томми Арчер и Бобби Арчер доказали это в гонках SCCA. Они используют бамперный след (или передачу импульса в инженерной терминологии), чтобы продвинуться вперёд. Машина позади вас просто не следует за вами. Я всё сделал правильно. Если точнее, она ударяется в бампер впереди идущего автомобиля. Это действие толкает лидера вперёд и оттягивает преследователей назад. Краткое объяснение. Смертоносное исполнение.
Доктор Джерри Хилл скептически относится к этому. Я думаю, что расчёт неверен. Физика кажется неправильной. Но техника работает. Это также очень опасно. Точность — это всё. Преследователь должен атаковать в строго определённой точке. Угол должен быть идеальным. Я тоже скучаю по тебе, ты сломан
Поток воздуха под автомобилем нарушается. Сила прижима исчезает. Передняя часть ведущего автомобиля приподнимается.
Когда преследователь приближается, воздушный поток под лидером нарушается. Сила прижима уменьшается. Передняя часть ведущего автомобиля слегка приподнимается. Это добавляет поддержки. Шины перестают касаться дороги. Они скользят. Даже до физического контакта.
Умные водители пользуются этим преимуществом. Я был довольно близко на последних кругах. Это просто используется не там, где нужно. Предотвращает поток давления вниз. Вы сорвали шину. Всё, что нужно, — это небольшой толчок. Фавориты немедленно отступили в конец пелотона.
Рогатка и тепловая ловушка
Удар от аэродинамического следа вредит лидеру. Но и преследователи несут риски. Гоночные автомобили NASCAR — хрупкие машины. Аэродинамический след толкает их вперёд. Но также лишает их воздуха. Двигатель сильно нагревается. Перегретый двигатель может взорваться.
В некоторых гонках лидер, который слишком близко подходит к своему преследователю, побеждает. Вот где они остаются. Это длится немного слишком долго. Двигатель преследователя взрывается. Лидеры побеждают. Это игра на терпение. Ставка на систему охлаждения.
Затем есть рогатка. Любимец публики. Золотой стандарт.
Когда подошли финальные круги, это произошло. Водители позади должны продвинуться вперёд. Они маневрируют. Они используют снижение сопротивления. Упрощают движение в воздухе. Они ожидают поворот. Затем они резко нажали на газ. Дополнительная мощность толкает их вперёд. Прибыль.
Супер-вождение на шоссе: опасная эффективность
Грузовики — не единственное, что я рассматриваю. Это также происходит на шоссе. Картирование трасс раньше было сложной задачей. Теперь Супер-милейджер справился с этим.
Лучший способ сэкономить топливо — правильно накачивать шины. Держать автомобиль в отличном состоянии. Но некоторым водителям нравится быть противоречивыми. Они выбирают риск.
Динамика скольжения подходит для больших буровых установок. Снижение сцепления задней части уменьшает сопротивление. Автомобиль преследует грузовик. Нагрузка на двигатель снижается. Мили на галлон немного увеличиваются. Это распространено среди супер-милейджеров.
Супер-милейджер стремится к максимальной эффективности. Они выжимают каждую каплю топлива. Техники включают движение по шоссе накатом. Останавливать двигатель на светофорах. Никогда не выезжать задом из парковочного места. Задний ход и движение вперёд потребляют в два раза больше топлива для той же поездки. Небольшие накопления.
Некоторые идут ещё дальше. Они вынимают сиденья. Они оставляют запасное колесо в гараже. Домкрата там нет. Инструментов нет. Некоторые заявляют о 60–80 милях на галлон. Автомобиль был оценён двадцатилетними.
Создание истории успеха
Если вам нужны доказательства, просто посмотрите на результаты. Мы подробно обсуждаем индивидуальные победы на следующей странице. Аэродинамический след — это не просто теория. Это победа.
Почему гонщики, использующие аэродинамический тандем, всё ещё побеждают в NASCAR
Вы можете изменить мощность двигателя, настроить аэродинамику и изменить правила. Однако аэродинамический тандем (drafting) по-прежнему остаётся в основе автоспорта. Это старейший трюк в книге и единственный способ победить на трассах для суперскоростей.
История это подтверждает.
Возьмите, к примеру, гонку Firecracker 400 1974 года на Daytona. Дэвид Пирсон использовал тандем с Ричардом Петти, двигаясь в двух машинах. «Король» был серьёзной угрозой. Пирсон знал, что Петти может попытаться совершить обгон с помощью манёвра «рогатка» (slingshot). Поэтому Пирсон уступил ему дорогу, выпустив Петти на чистый воздух.
Пирсон сохранял бдительность. Он использовал преимущество в мощности двигателя на протяжении всей гонки. Затем он сам выполнил манёвр «рогатки». Он незаметно приблизился к Петти и одержал победу.
Это простая физика. Это также психологическая война.
Оборонительная тактика: Гордон против Эрнхардта
Иногда вам не нужно атаковать первым. Всё, что нужно сделать, — это пережить атаку.
Гонка Daytona 500 1999 года стала образцом оборонительного использования аэродинамического тандема. Дейл Эрнхардт не просто преследовал Джеффа Гордона. Он атаковал его. Эрнхардт пытался «прижать» Гордона сзади. Для этого он перемещал свой передний бампер из стороны в сторону, следуя за Гордоном.
Цель состояла в том, чтобы разрушить силу сжатия воздуха. Если воздух становится турбулентным, заднее колесо теряет сцепление. Колёса Гордона теряют сцепление. Он теряет контроль.
Неудача.
Гордон удержал позицию. Он стабилизировал машину. Он оправдал свою репутацию легенды. Он решил победить. Стратегия Эрнхардта была жестокой. Она также технически устойчива. Но она не работает для гонщиков, которые могут удержаться на месте.
Толчок сверху
Так началась 50-я гонка Daytona 500 в 2008 году. Райан Ньюману нужна была передышка. Он это понимал.
Ньюман и Курт Буш были напарниками по команде Penske Racing. Они действовали совместно на прямой после поворота. Буш толкал Ньюмана. Это был законный толчок. Это была тактическая помощь.
Ньюман использовал этот импульс, чтобы обойти лидера Тони Стюарта. Причина, по которой этот манёвр назвали «толчком свыше», заключалась в том, что он казался скрытым благословением. На самом деле это не так. Это было командное усилие на скорости 200 миль в час. Ньюман первым пересёк финишную черту. Буш получил помощь. Обе машины получили высокую оценку.
Аэродинамический тандем — это не только скорость. Это доверие к тем, кто находится у вас за спиной. Это умение знать, когда отпустить кого-то вперёд, а когда удержать его.
Машины изменились. Технологии постоянно развиваются. Но если вы не умеете чувствовать ситуацию, вы окажетесь на последнем месте.
