Граунд-эффект

Граунд-эффект (англ. Ground effect — эффект близости поверхности) — влияние близости подстилающей поверхности на аэродинамические характеристики движущегося над ней тела. В автоспорте под этим понимают создание разрежения между днищем автомобиля и поверхностью трассы с целью создания дополнительной прижимной силы.

Предпосылки

В 1960-е годы создатели гоночных автомобилей стали обращать внимание на роль аэродинамики при движении автомобиля по трассе. Использование аэродинамических сил для прижима шин автомобиля к поверхности трассы позволяло проходить повороты на более высокой скорости. Наиболее очевидным решением было использование антикрыльев и спойлеров, использующих для создания прижимной силы поток воздуха, проходящий над корпусом автомобиля. Однако, это решение имеет существенный недостаток: используемые для создания прижимной силы поверхности создают дополнительное лобовое сопротивление. Конструкторы пытались исправить этот недостаток путём управления углом атаки антикрыльев, но вскоре подвижные антикрылья были запрещены FIA.

Другой возможностью создания прижимной силы являлось использование воздушного пространства под днищем автомобиля. Если обеспечить ускорение проходящего этим путём воздуха, то вследствие эффекта Вентури под автомобилем создаётся область пониженного давления, обеспечивающая дополнительную прижимную силу. Другим способом снизить давление воздуха под автомобилем является активное откачивание его с помощью пропеллеров.

История применения

Chaparral 2J, вид сзади. На левом борту видна «юбка» из поликарбоната, изолирующая воздушное пространство под автомобилем

Первым конструктором гоночных автомобилей, пытавшимся использовать граунд-эффект, был Джим Холл. В 1961 году он применил на своём автомобиле Chaparral специальный профиль днища, но не добился успеха, а в 1970 создал модификацию «Chaparral 2J», в которой граунд-эффект создавался парой откачивающих воздух пропеллеров с приводом от отдельного двигателя. В этой модели впервые была применена «юбка», прикрывающая с боков зазор между автомобилем и поверхностью трассы. Автомобиль принял участие в гонках Can-Am и показал лучший результат в квалификации, но не добился побед из-за технических неполадок. По окончании сезона «Chaparral 2J» запрещён Американским клубом спортивных автомобилей из-за жалоб соперников на вылетающие из пропеллеров камни и нарушение правил FIA, запрещающих подвижные аэродинамические устройства.

Brabham_BT46B "автомобиль-пылесос"

Lotus 78 в 2005 г.

Позже повторить эту конструкцию пытался Гордон Марри при создании Brabham BT46 1978 году. Он пошёл на хитрость и объявил вентилятор элементом системы охлаждения двигателя. Машина победила в первой же гонке, но снята с дальнейших соревнований, так как ФИА определила вентилятор как подвижный аэродинамический элемент, запрещенный правилами. Следующим граунд-эффект применил Колин Чепмен, автоконструктор, основатель автомобильной компании Lotus в 1978 г на машине Lotus-78, уже без использования подвижным элементов. Решение было скопировано другими конструкторами в следующем году и широко распространилось в 1980-е гг.

Малая изученность явления приводила к нестабильной работе машины, которые колебалась в продольной плоскости, «приседая» с носа на корму и обратно. С этим пробовали бороться применением жёстких настроек подвески, однако подобное решение приводило к крайне некомфортной езде, когда пилот воспринимал своим телом буквально каждую неровность, что крайне выматывало гонщиков. Кроме малой изученности самого граунд-эффекта, к нестабильной работе машины приводило неровное дорожное покрытие, когда подскакивая на неровностях или езде по поребрикам, автомобили отрывали нос от асфальта и пропускали под днище большие массы воздуха. Получавшаяся воздушная подушка способствовала дальнейшему подъему и неуправляемому взлету автомобиля с последующей аварией. Наиболее известный случай произошел на гонке 24 часа Ле-Мана 1999 года, когда автомобиль «Мерседес», имевший недостаточную загруженность носа, на небольшом переломе трассы в конце прямой Унодьер, взлетел и пролетел кувыркаясь несколько десятков метров. Первый случай произошел во время практических заездов, второй во время гонки. Руководство решило снять оставшиеся машины, несмотря на их лидирование, во избежание возможных инцидентов. Первые два, по счастливой случайности, закончились благополучно.

Mercedes-Benz_CLR, выступавший в 24 часах Ле-Мана 1999 года.

После этого и других случаев ФИА с большой настороженностью относится к граунд-эффекту, принимая различные меры для его уменьшения. Однако широкое распространение различных аэродинамических элементов на современных гоночных машинах приводит к образованию больших воздушных завихрений за машинами. Это затрудняет их преследование и обгон соперниками, что приводит к существенному снижению зрелищности автогонок. Граунд-эффект, безразличный к таким возмущениям, может уменьшить нужду в большом числе антикрыльев, открылков и спойлеров и улучшить ситуацию со зрелищностью. С 2018 г. в серии Indycar решено вновь прибегнуть к широкому использованию граунд-эффекта.