Генно-модифицированный
Хочу выразить свою благодарность группе Гоночная Техника за разрешение выложить данную статью переведенную Никитой Жидких. Суть такого поста попробовать пробудить интерес у людей к инженерии. Статья была написана изданием Racecar Engineering.
Сделав выбор в пользу среднемоторной компоновки, в General Motors нарушили традицию Corvette. Впрочем, по предварительным оценкам, спортивная версия C8.R GTE продолжит легендарную череду успешных выступлений в Ле-Мане.
Одним их неотделимых элементов Ле-Мана на протяжении последних 20 лет являлось выступление коллектива Corvette в старшей категории GT. Это самая продолжительная беспрерывная серия выступлений заводской команды в истории состязания - и в октябре 2019 компания открыла новую главу эпохи гонок на выносливость с выпуском свежего C8.R GTE/GTLM.
С тех пор как купе Chevrolet Corvette впервые выехало на легендарную трассу департамента Сарта в 2000, между дорожным и гоночным отделами всегда сохранилась тесная взаимосвязь. Уроки, извлечённые из работы над C5R, были применены на дорожном C6, ставшем основой для C6.R, впервые выступившего в Ле-Мане в 2005. Купе, кстати, выиграло дебютную гонку в своём классе. C6.R послужил основой для C7, а C7 – для C7.R, дебютировавшего в 2014.
И вот сейчас этой тенденции пришел конец. В основе C8.R лежит совершенно новая концепция, среднемоторная компоновка, уход ото всего, что команда когда-либо привозила во Францию. На презентации, на Роуд Атланте во время Малого Ле-Мана, финала чемпионата ИМСА, зрители увидели лишь обводы дорожной машины. Инженеры были крайне немногословны касательно нового дорожного купе C8 Stingray. Они также держали рот на замке, когда речь зашла о гоночном автомобиле, ведь он еще не был омологирован.
По шоссе и автодрому
Команда конструкторов начала этот проект с чистого листа 2 года назад, и в отличие от предыдущих версий, становившихся основой последующих, обе версии – дорожная и гоночная – появились одновременно.
“Важно было начать разработку нового гоночного автомобиля вместе с дорожным так, чтобы оба могли должным образом вобрать в себя преимущества новой архитектуры. Все «плюсы» этого среднемоторного суперкара станут очевидны как на дорогах общего пользования, так и на гоночной трассе”.
Кто говорит, что Corvette должен быть переднемоторным, может быть и прав, если опираться на новейшую историю. Впрочем, на презентации новинки компания напомнила, что «отец» Corvette, Захарий «Жора» Аркус-Дантов, в 1960 спроектировал среднемоторный автомобиль CERV 1. Производились и другие среднемоторные Corvette, включая Astro II, но этот будем первым, запущенным в серию. Компоновка C8.R ставит Corvette в один ряд с Ferrari и Porsche, двигатели которых располагаются в базе перед задним мостом. Важно то, что это дает множество преимуществ с точки зрения аэродинамики.
“В 2016-м в GTE были разрешены бóльшие передние и задние диффузоры, и на C7 эволюция по сравнению с С6 была минимальной, ведь для их размещения требовались серьезные изменения в конструкции подрамника и подвески. Поэтому зная, что ждёт нас в будущем (с новым C8), не было никакого смысла, скажем так, рвать машину на куски. Понимая, что нас ждет, мы с самого начала добились максимальных размеров переднего и заднего диффузоров”.
“Мы начали исследование настроек аэродинамики в системе «Водительско-программного моделирования» , предоставив отделу аэродинамики полную свободу действий. Мы сказали: «Вот рабочие области от FIA, делайте в их границах все, что захотите; а мы выстроим все вокруг них». Всегда приходится идти на компромиссы или чем-то ограничиваться, поэтому мы и ушли от концепции C7 ради максимальной эффективности аэродинамики. Возьмёт своё и «Баланс Производительности»** , да так, что времена на круге останутся такими же (как у C7.R), но аэродинамика все равно поможет в работе с шинами и производительностью в различных условиях. Ограничения по аэродинамике очень «узкие», ведь необходимо контролировать расходы, но мы воспользовались возможностью и достигли большого прогресса”.
Концептуальные изменения
Перемещение двигателя высвободило конструкторские ресурсы для работы над передним диффузором, в то время как сзади небольшая коробка передач Xtrac, произведённая «на заказ», позволила установить более эффективный задний диффузор. Форма днища была смоделирована для выравнивания воздушного потока у задней части автомобиля, а обводы самого кузова в целом не сильно отличаются от серийного C8.
“Все стремятся переместить заднее крыло как можно дальше назад и вверх, после чего «в максимуме» проводят линию заднего бампера, чтобы поспособствовать увеличению прижимной силы и извлечению воздуха сзади. Много поработали над диффузором, но одно из преимуществ конструирования «с чистого листа» в конечном итоге заключается в лучшем взаимодействии передней и задней частей машины”
”Пытаясь управлять воздушным потоком спереди для увеличения прижимной силы, вы также наполняете диффузор, чтобы обеспечить баланс. Можно создать больше прижимной силы спереди, но баланс обеспечить не удастся. Тогда и пригождаются знания, позволяющие контролировать чувствительность по тангажу и другие аспекты, повышающие производительность. Баланс можно найти в DIL* и затем обозначить команде определенные цели, вместо того, чтобы они сами пытались все вычислить через прижимную силу и впоследствии столкнулись бы с потерями по балансу и стабильности. Итерационный цикл заключается в том чтобы сделать это заранее, а не на полноразмерной модели, потому что переделки полноразмерных компонентов слишком дороги и сложны."
Вид сзади
Присутствие заднего антикрыла в поле зрения пилота означает, что обзор сзади возложен на камеру, созданную командой совместно с Bosch. Автомобиль также оснащён воздухозаборником двигателя, расположенным в основании заднего стекла. В этой области наблюдается меньшее влияние на воздушный поток. Само собой, эта идея не была применена на дорожной машине, так как это мешало обзору водителя.
“На серийном Stingray мы направили впускной воздух через отверстия по бокам автомобиля, но только после аэродинамических расчетов. Все потому, что гоночные автомобили оснащены задним антикрылом, и при выдувании воздуха с заднего стекла пограничный слой очищается и крыло становится более эффективным, хорошо «вгоняя» воздух высокого давления в воздухозаборник. Это решение хорошо работает на гоночных автомобилях, но на дорожных ухудшает обзор”.
Такое расположение заднего воздухозаборника позволило зарезервировать боковые воздухозаборники для охлаждения других узлов. Ключевой момент: у старой машины двигатель располагался спереди, а коробка сзади, что подразумевало наличие длинного карданного вала. Теперь же все компоненты располагаются в одной области.
Это даёт повод побеспокоиться и о другом.
“Управление температурой – большое испытание. Раньше тепловая нагрузка КПП приходилась на заднюю часть, а двигателя – на переднюю. Ими можно было управлять отдельно, теперь же они приходятся на одну зону. То, что требует охлаждения, например генераторы, находится там же. Раньше мы полагались на пассивное охлаждение, теперь приходится применять теплоизоляцию и активное охлаждение”
Компоновка охлаждения
Пространство, где у серийного автомобиля находится багажник, гоночная команда использовала для размещения одного радиатора, последовав примеру Porsche – раньше у немецкого производителя радиаторы располагались спереди по сторонам, что часто приводило к утечкам после инцидентов на трассе. Отвод воздуха на C8.R обеспечивается через возвуховоды за передними колесами. Эффективная конструкция, ранее недоступная из-за переднемоторной компоновки.
“Передние арки не могут вентилироваться по регламенту, но выход – выпуск из радиатора, это повышает производительность бокового обтекателя и даёт лучший поток на него. На дорожном автомобиле идея применяется по-другому. Обычно на переднемоторном автомобиле радиатор как-то приходится «ущемлять». Необходимо либо охлаждать большее число компонентов в водяном контуре, либо «штабелировать» радиаторы, чтобы повысить производительность охлаждения, поэтому отвод воздуха сбоку гоночного автомобиля помогает с коробкой, кондиционированием воздуха и т.п.”
Детали кузова сверху машины близки по форме к представленному в 2019-м серийному автомобилю, что соответствует регламенту, однако применено множество конструктивных хитростей, чтобы повысить производительность на треке. Кстати, параллельная разработка дорожного и гоночного автомобиля – приём команды Ford в работе с их GT совместно с канадской фирмой Multimatic. Ford GT отметился неплохой карьерой в марафонских гонках – она завершилась на Малом Ле-Мане. Канадцы из Multimatic собирались повторить трюк с гиперкаром Aston Martin Valkyrie, аналогичным образом работая над его трековой и дорожной версией, но, как мы знаем, на этот раз дальше картинок дело не ушло.
Давление в кабине
Фотографировать салон во время премьеры было запрещено, ведь это был тестовый образец, не доведённый до ума. Команда это признала: например, после тщательного изучения было принято решение оставить цифровой дисплей на приборной панели и не перемещать его на руль, как это делают другие производители. Команда также обсудила с гонщиками расположение блока переключателей и разгрузила эту область, чтобы спортсменам не приходилось выискивать нужную кнопку посреди ночи на прямой Унодьер в Ле-Мане. Инженеры уверены, что вместе с Bosch им удалось существенно улучшить компоновку блока. Они также перенесли все наработки по безопасности, сконструированные и реализованные на C7.R, включая нерегулируемое сиденье пилота и боковую защитную конструкцию.
Под «шкурой» новинки кроется множество изменений. В Corvette последовали примеру соперников из Aston Martin и перешли на тормоза Alcon. Новые подрядчики изготовили колодки, передние и задние тормозные диски нового типоразмера специально для Corvette.
“Мы провели большой сравнительный анализ: все поставщики предлагают хорошие детали, поэтому приходится работать с минимальными дельтами. С Alcon техническое сотрудничество складывается наилучшим образом, они были рады взять на себя наш спецзаказ и не ограничились обычными серийными образцами. Центр масс нашей машины смещён назад сильнее (чем у C7.R), поэтому и тормозное усилие сзади стало больше, из-за чего увеличился размер задних тормозных дисков. Торможение все равно ограничено аэродинамикой и коэффициентом сцепления шин, а наличие в арсенале больших тормозных компонентов может расширить временное окно смены тормозов во время марафонов."
“Я считаю, что мы еще не том уровне, чтобы финишировать в Ле-Мане или Дейтоне без смены тормозов. Можно подобрать колодки специально для этого, но у нас таких данных нет. Уж лучше один раз заменить колодки, чтобы добиться максимальной производительности. Раньше в спортивном регламенте не был предусмотрен штраф за замену тормозов в Ле-Мане. Теперь он есть. Время, потраченное на замену тормозов, полностью окупается на трассе, потому что гонщику попросту удобнее работать на торможении”.
Секреты шасси
Совместная работа серийной и гоночной команды над шасси видна невооруженным глазом: одинаковые точки крепления подвески. Все же первое время команда уходила от ответов на вопросы.
“Конструирование шасси и определение точек крепления подвески мы начинали с нуля, поэтому нам удалось все оптимизировать. Да, не сказать, что мы сделали что-то инновационное, но мы точно приложили много усилий и пришли к удовлетворяющему нас результату”.
Конструирование шасси велось по компоновке кабриолета. Были применены новые технологические процессы, призванные увеличить жесткость и снизить массу базового шасси. С повышением прочности и жесткости команда снизила нагрузку на каркас безопасности. Это также означает, что дополнительная масса может быть размещена ниже, что положительно скажется на производительности.
Игры с весом
Команда не пожелала раскрывать распределение веса у автомобиля, сказав, что они отталкивались от аэродинамических нагрузок и спецификации шин.
“Изначально нужно получить такое-то распределение веса, такую-то аэродинамику, и приступить к исследованию альтернативных решений, уже зная ограничения по шинам. Нужно принять решения задолго до выхода на трассу, чтобы все это впоследствии не превратилось в комок проблем: слабое сцепление сзади из-за смещения баланса на перед, «высокий спрос» с задних шин из-за плохого распределения веса. С базовым распределением и возможностью его смещения в рамках регламента открывается много возможностей. Можно сместить двигатель как можно ближе к центру масс, хотя существуют ограничения по теплоизоляции, структуре шасси, топливным бакам и т.д. Можно сказать, правила защищают вас от вас же самих”.
Смещение двигателя к центру масс может показаться экстремальным, таковым может показаться и сам новый силовой агрегат.
“С четырьмя клапанами на цилиндр двигатель «лучше дышит» и работает эффективнее, а отсутствие противовесов у плоского коленвала обеспечивает лучший отклик – вот основные причины выбора плоского коленчатого вала. Противовесы не устанавливаются, хотя и появляются существенные поперечные колебания второго порядка, с которыми приходится справляться, но мы получили лучшую отзывчивость мотора”.
Эти вибрации стали настоящей головной болью для коллектива Corvette. Последствия таких колебаний давно известны, и хотя конструкция была по максимуму к этому приспособлена, во время тестов некоторые детали расшатывались сами собой.
“Это то еще испытание, - отмечает Джонсон. - От людей с производства мы знали, что нас ждёт, знали форму этих колебаний. Мы сделали все возможное, чтобы вывести наше рабочее окно за пределы режимов их возникновения. Во время тестов проявлялись последствия этих вибраций, но ничего сокрушительного, ничто не помешало тестам и не потребовало существенных изменений конструкции. Впрочем, нужно отметить, что расшатывалось то, о чем мы и не думали после работы с C7”.
Среднемоторная компоновка подразумевает короткий карданный вал, который сам выступает гасителем колебаний, способным скрыть вибрации в коробке передач.
“Повышая его жесткость можно изолировать вибрации при переключении передач и колебания между двигателем и КПП, но окончательно вывести их из системы – та еще задача. Конструкция изменилась, и «переходящих» деталей почти нет, если сравнивать с C7. Смотришь на любой узел C7 и сам себе говоришь, что напрямую его установить не удастся. Нам пришлось заимствовать принципы C7 и применять их по-другому на новой платформе”.
Заявка на рекорды
Сразу видно, как далеко ушёл новый автомобиль от своего предшественника. Первым настоящим испытанием для новинки станет сентябрьская гонка «24 часа Ле-Мана». Тогда и станет понятно, пойдет ли среднемоторный Corvette по стопам своих легендарных предков или же заупрямится и потребует еще одного года доводки.
P.S. Во время своего дебюта в 24-х часах Дейтоны Corvette занял 4-е место, а уже 5-го июля во время второго этапа IWSC принёс первую победу.
* - DIL – Driver in the Loop, когда «сбор данных» с компьютерной модели идет в реальном времени при участии настоящего гонщика, а не имитационной модели, «продуваемой» в виртуальной трубе
** - BoP – Balance of Performance
Наконец-то интересная статья. Спасибо
среднемоторный корвет, электрокроссоверный мустанг.
не за то деды воевали