Ви знаєте цей сценарій. 1973 рік. Поупайл Дойл переслідує торговців героїном через нью-йоркське метро. Різкий перехід до Сан-Франциско. Ford Gran Torino Стіва Маккуїна віражує вулицями у фільмі «Булліт», отримуючи за свою роботу в монтажі «Оскар». Потім йде «Померти в Лос-Анджелесі», де Вільям Петерсен відправляє Chevrolet Impala мчати лос-анджелеським шосе в невірному напрямку. Ці сцени стали культовими. Вони покладаються на кінематографічні переслідування на високих швидкостях.
Але давайте подивимося уважніше на механіку. Зокрема на різкий поворот. Водій різко повертає кермо. Задні колеса починають заносити. Шини відриваються від покриття. Звукорежисер накладає скрегіт гуми по бетону. Потім – бах! – двигун реве, машина випрямляється, і вона зривається з місця. Ви бачили це мільйон разів.
Чи помічали ви щось дивне?
Машина значно сповільнюється. Майже до повної зупинки. Чому? Тому що втрачається контроль. Якщо передня частина машини ковзає назовні під час повороту, це недостатня повертаність. Якщо задня частина ковзає назовні, це надмірна повертаність. У будь-якому випадку ви втрачаєте час.
У фільмі втрата кількох секунд це просто сюжетний хід. У NASCAR це втрачена перемога.
Коли машина поводиться з недостатньою або надмірною повертальністю, йдеться не лише про керованість. Йдеться про фізику. І фізика не має справи до вашої репутації. Розуміння того, як виправити машину з недостатньою або надмірною повертальністю, потрібно не тільки механікам. Це потрібно всім, хто хоче знати, чому їхній улюблений пілот вилітає з траси на 300-му колі.
Фізика замету
Давайте розберемо це за пунктами. Без жаргону без пояснень.
Недостатня повертаність виникає, коли передні шини втрачають зчеплення. Машина хоче їхати прямо. Водій повертає кермо. Машина його ігнорує. Вона продовжує рухатися прямо, як вантажівка у снігу. Ви можете подумати, що це є безпечним. Це негаразд. Ви не проходите через апекс (внутрішню точку повороту). Ви втрачаєте швидкість.
Надлишкова повертаність – це протилежність. Задні шини втрачають зчеплення. Задня частина машини вивертається назовні. Машина повертає швидше, ніж потрібно. Саме це змушує задні колеса підстрибувати. Саме це створює той драматичний замет. Це жахливо. Це швидко. І це зазвичай помилка.
В обох випадках машина знаходиться в стані “недостатньої” або “надлишкової” повертаності. Ці терміни фанати використовують як синоніми. Вони помиляються. Або, принаймні, їхнє розуміння неповне. Машина з надмірною обертальністю схильна до занесення (oversteer). Машина з недостатньою обертальністю схильна до зносу (understeer). Але корінь проблеми різний. І спосіб виправлення різний.
Чому це відбувається?
Ви питаєте «чому». Ви бажаєте знати причину.
Все зводиться до перерозподілу ваги. При гальмуванні вага зміщується вперед. Передні шини одержують більше зчеплення. Задні втрачають його. Саме тому задня частина машини вивертається назовні при гальмуванні. Ось тому задні колеса відриваються від покриття.
При розгоні вага зміщується назад. Задні шини одержують більше зчеплення. Передні гублять його. Саме тому машина продовжує рухатися прямо, коли ви натискаєте газ у повороті.
Але справа не лише у гальмуванні та розгоні. Йдеться про налаштування. Підвіска. Шинах.
Як регулювання кліренсу (wedge) запобігає заносам автомобілів NASCAR
У NASCAR дистанція між переможним подіумом і аутсайдерами вимірюється над футах, а тисячних частках секунди. Це робить критично важливими кожну найменшу перевагу. Головний важіль, яким володіє гонщик? – Управління автомобілем.
Проста фізика грає проти вас. На прямих ділянках бічна стійкість тримає машину на гоночній траєкторії. Усі чотири колеса спрямовані вперед. Автомобіль не зносить. Ви тиснете на педаль газу на підлогу. Але чи варто увійти в поворот? Несподівано включається відцентрова сила. Вона штовхає важку машину до зовнішнього боку повороту. Тепер ви боретеся з кермом, аби втриматися на курсі.
Якщо ця сила виштовхує подолає зчеплення, настає катастрофа. Машина йде в замет. Можливо, втрачають зчеплення задні шини. Можливо, передні. У будь-якому випадку, ви врізаєтесь у стіну. Глядачі це люблять. Гонщики за це розплачуються секундами на табло.
Розуміння понять «Loose» (вільний) та «Tight» (жорсткий)
Гонщики NASCAR мають специфічні терміни для цих збоїв. Якщо задні шини втрачають зчеплення і хвіст машини заносить, автомобіль вважається loose (вільним/заносним). Це надмірна повертаність (oversteer). Ви втрачаєте час, борючись із ковзанням.
Якщо передні шини відмовляються повертати та машина продовжує їхати прямо, незважаючи на ваші дії з кермом, автомобіль вважається tight (жорстким/зносящим). Недостатня обертованість (understeer). Ви зрізаєте кут, втрачаєте швидкість і сподіваєтеся, що шини знайдуть зчеплення, перш ніж ви виїдете за межі траси.
Чому одне трапляється частіше за інше? Вся справа у підвісці.
Автомобілі NASCAR використовують спеціалізовані пружини для поглинання жорстоких вібрацій шин, що ковзають через поворот. Амортизатори приймають цю енергію та розсіюють її. Це запобігає відскокам, дозволяючи шинам швидше відновлювати зчеплення. Але пружини є чимось незмінним. Бригадири можуть налаштовувати їх безпосередньо під час гонки.
Тут на сцену виходить регулювання кліренсу (wedge adjustment).
Загадка регулювання кліренсу
Регулювання кліренсу дозволяє команді змінити, як автомобіль сидить на своїх пружинах. Механізм із храповиком та домкратним гвинтом може затягнути або послабити підвіску за лічені секунди. Невелика зміна кута зміщує баланс. Зробити машину більш заносною? Більш жорсткою? Це постійна гра у «музичні стільці» із законами фізики.
Кожна траса додає новий прошарок хаосу. Довір (Dover) – це звір, тому що повороти зроблені з бетону, а прямі ділянки – з асфальту. Тертя змінюється прямо протягом кола. Поверхня траси сама по собі деградує в міру накопичення гуми та зносу шин.
Тож бригадир стежить за даними. Гонщик зв’язується радіо. “Машина жорстка”. “Машина заносна”. Налаштування вносяться під час піт-стопів. Секунди мають значення. Мета завжди – баланс. Ні заносів, ні зносу. Просто передбачуваний та швидкий поворот. Збалансована машина перемагає.
Є ще один спосіб впоратися із відцентровою силою. Уповільнити. Але в NASCAR скидання газу – це практично капітуляція. Якщо ви не бажаєте фінішувати останнім, ви тримаєте педаль у підлозі.
Додаткові ресурси
Для тих, хто заглиблюється у технічні деталі:
- Чи легко шахраювати в NASCAR?
- Чому розвал коліс (camber) такий критичний у NASCAR?
- Як працюють регулювання кліренсу (wedge) у NASCAR
Ви також можете ознайомитись з Глосарієм NASCAR для розшифрування більшої кількості термінів. Або вивчіть Форум спільноти NASCAR Space для фанатських теорій, які, мабуть, мають стільки ж сенсу, як і сама фізика.
Джерела:
– Ронфельдт, Девіде. “Соціологія на швидкості 190 миль на годину на найбільших супершвидкісних трасах NASCAR”. First Monday. Лютий 2000 року.
– Сіска, Елен. «Освоєння понять „tight“ та „loose“». ESPN. 15 травня 2007 р.
– “Фізика водіння”. Група BMW. 2006.
– “Глосарій NASCAR”. NASCAR. 5 лютого 2004 р.
