Если вам нужно убедить, что минимизация аэродинамического сопротивления жизненно важна для автомобилей, все, что вам нужно знать, это то, что на скорости примерно 40 миль в час аэродинамическая нагрузка автомобиля является основной тормозящей силой, которую должен преодолеть его двигатель, превосходя такие вещи, как механическое сопротивление и сопротивление качению.
Поскольку большинство автомобилей могут развивать скорость гораздо больше 40 миль в час, в игру вступает еще один факт: аэродинамическое сопротивление увеличивается пропорционально квадрату скорости. Удвойте скорость, и вам понадобится в четыре раза больше мощности. Увеличьте скорость втрое, и вам потребуется в девять раз больше мощности.
Машине, которой нужно 40 л.с., чтобы развивать скорость 40 миль в час, требуется около 360 л.с., чтобы развивать скорость 120 миль в час. Неудивительно, что создатели дорожной и гоночной техники тратят большие деньги на то, чтобы свести сопротивление к минимуму.
Но даже это элементарно. Современному автомобилю также необходима прижимная сила для устойчивости на высокой скорости и прохождения поворотов на рельсах, а также более тонкое направление воздушного потока на радиаторы и над крыльями.
Такие основные элементы в основном увеличивают сопротивление, а не уменьшают его, поэтому требуют тщательной разработки. Отбросьте тот неудобный факт, что аэро невидим, и вы получите уникальную, чрезвычайно сложную головоломку, которая несет в себе одни из самых больших рисков и наград.
Все это причины, по которым недавно инженерная группа Ariel и их новейший Atom 4 отправились в уникальный туннель для аэродинамических испытаний Кейтсби в Нортгемптоншире на секретную сессию испытаний, к участию в которой были приглашены водители Autocar.
Испытанию подвергался минимальный, но тщательно спроектированный защитный экран кабины автомобиля. Логика была ясна: Atom может быть автомобилем с избытком мощности и производительности, но при легко достигаемых высоких скоростях защита кабины жизненно важна.
Это была возможность узнать из первых рук, насколько эффективна его защита, а также какое влияние может оказать конструкция экрана на коэффициент лобового сопротивления автомобиля и его подъемную/прижимную силу.
На месте присутствовали основатель Ariel Саймон Сондерс, менеджер туннелей Кейтсби Пол Робертс, я и коллега по Autocar Мэтт Прайор, а также несколько технических специалистов Ariel для анализа результатов с регистраторов данных, уже установленных на автомобиле.
Идея заключалась в том, что Прайор и я – плюс собственный технический эксперт Ариэля Кельвин Маршалл – проведем серию тестов на выбеге в туннеле, с экраном и без него, разгоняясь до 60 миль в час, затем двигаясь на нейтральной передаче до 20 миль в час и повторяя это снова. Регистраторы будут фиксировать изменения скорости и времени, оценивая последствия с помощью компьютера.
Мы с Прайором оба по опыту знали, насколько эффективна скромная воздушная заслонка Ариэля впереди водителя, отсекающая турбулентность вокруг головы водителя. Еще в 1990-х годах мы были одними из первых, кто узнал, что москитная сетка размером с кулак прямо перед рулевым колесом имеет удивительное значение. Но это было в Atom 2, а теперь мы подошли к Atom 4R.
Первый урок в Кейтсби, на изучение которого ушло несколько минут, был посвящен эффективности новейшего экрана в кабине Atom. Без него взрыв со скоростью более 60 миль в час было бы трудно выдержать на расстоянии более нескольких сотен ярдов даже таким водителям в очках, как мы. С установленным экраном, хотя он и выглядел маленьким, мы с Прайором могли бы проехать домой по 100 миль каждый.
А впереди были еще уроки. Главной гордостью компании Catesby является то, что она удовлетворяет общеотраслевую потребность в повторяемых авиационных испытаниях в реальных условиях.
Таких условий трудно достичь в обычных аэродинамических трубах (где вмешиваются системы крепления, колеса не вращаются, шины не принимают нагруженную форму, а выхлопные газы двигателя и системы охлаждения не активны) или на открытых испытательных трассах (где температура, давление, уклоны, переменное дорожное покрытие и погодные условия).
Это правда, что сегодня дизайнеры уверенно используют CFD (вычислительную гидродинамику), чтобы с большой надежностью прогнозировать, как воздух обтекает автомобили. Действительно, ведущим спонсором Кейтсби является Totalsim, уважаемая компания CFD. Но у дизайнеров автомобилей по-прежнему существует большой спрос на физические испытания – и в этом Кейтсби выигрывает.
Какая еще площадка могла бы предложить прямую и ровную испытательную трассу, защищенную 365 дней в году от ветра, непогоды и любопытных глаз, с идеальным покрытием и без каких-либо ограничений по шуму?
Кейтсби предоставляет все это. Это совершенно прямой бывший викторианский железнодорожный туннель длиной 2,7 км (1,7 мили), проходящий через слияние сельских холмов к юго-западу от Давентри в Нортгемптоншире.
Открытый в 1897 году как часть двухпутного лондонского расширения Большой Центральной железной дороги, он был «выведен из эксплуатации» доктором Бичингом в 1966 году, затем опечатан и огорожен до начала 2000-х годов, когда на него обратил внимание управляющий директор Totalsim Роб Льюис и его коллеги во время поиска подходящего туннеля.
У них уже был опыт аэроиспытаний в единственном в мире переоборудованном железнодорожном туннеле, более коротком и полусекретном объекте Чипа Ганасси в Лорел Хилл в Пенсильвании, хотя еще до этого они намеревались открыть более крупный, длинный и плоский объект, доступный всем желающим. .
«Если вы уберете обычные переменные в аэродинамических испытаниях, — говорит Льюис, — вы неизбежно получите лучший результат. С инженерной точки зрения это здравый смысл».
В 2017 году начались работы над тем, что должно было стать крупнейшим в мире испытательным центром для аэродинамических испытаний, включающим около 30 миллионов кирпичей Staffordshire Blue, но теперь покрытым по всей длине пластиковой пленкой.
Его ширина 8,2 метра была ограничена Armco с обеих сторон, повсюду были установлены камеры видеонаблюдения, установлена сеть верхних огнетушителей и освещения. На строительство всего проекта ушло более четырех лет и неуказанные миллионы (включая 6,2 миллиона фунтов стерлингов из государственного Фонда местного роста), а также он включал замену асфальтового покрытия того же качества, что и трасса Гран-при Сильверстоуна.
Одна из главных претензий Кейтсби на славу заключается в том, что начать программу экспериментов можно быстро, и это доказало. Ребята Ариэля прибыли с уже работающей системой сбора данных об автомобиле. Нам оставалось только снять экран и начать движение.
Для таких, как мы, любителей носить шлемы и в обычной одежде, в туннеле действует ограничение в 60 миль в час. Другим пользователям – правильно экипированным командам BTCC и гонщикам Ле-Мана – разрешены гораздо более высокие скорости, хотя операторы туннеля оставляют за собой право проводить оценку рисков и устанавливать разные правила для разных пользователей.
Это жуткое ощущение — ехать по туннелю, когда фары выгибаются над головой, а весь шум автомобиля точно отражается от куполообразной крыши. Есть и эхо. Даже миля в минуту поначалу кажется быстрой.
Я поймал себя на мысли, что мне интересно, каково будет на машине LMP1 на скорости 150 миль в час. С другой стороны, дорога широкая, Atom 4 сверхстабилен и, конечно же, разгоняется как ракета. Несмотря на то, что мы с Прайором, возможно, отклонились чуть дальше по диапазону скоростей, чем 60 миль в час (кто мог устоять?), все равно было легко сделать три пробега в каждом направлении, сначала на север, к управляемому водителем проигрывателю (это важно, я бы представьте себе, для крупногабаритных автомобилей LM), а затем на юг и обратно к началу.
Нам сказали, что за северной поворотной платформой находится 60-метровая колония летучих мышей, существование которой является условием одобрения планирования аэротуннеля. По словам Робертса, летучие мыши невосприимчивы к звукам, даже если автомобили LMP1 работают в полную силу, если их не беспокоят другие способы.
Интерпретация результатов – помимо удивительных защитных свойств экрана – заняла некоторое время, но они были захватывающими. «Наши испытания показали, что экран генерирует прижимную силу в 100 Ньютонов, что помогает сместить аэробаланс к центру автомобиля. Это уменьшает тряску и направляет воздух во впуск двигателя, а также снижает сопротивление. Так что у нас был беспроигрышный вариант», — говорит Сондерс.
«Такой высокий уровень тестирования был бы невозможен для нас за пределами туннеля. Подобные улучшения повторяются по всему автомобилю, и вместе они дают очень прямые и заметные изменения для пассажиров. Так что все это стоило того».