На блоге есть свой мем: «граунд-эффект». Там уж повелось, что мы с Сиплым обозначаем граунд-эффектом какую-нибудь высоконаучную чушь. Я использовал этот термин в одном из мега-холиваров про кондиционер зимой, и, наверное, использовал не совсем к месту. Тем не менее, граунд-эффект существует, и я подумал, что он достоин небольшого постика в свою честь.
Вообще термин пришел из авиации, и что любопытно, там его значение полностью противоположно автомобильной интерпретации. Эффект проявляется, когда самолет летит на небольшой высоте: тогда под крыльями возникает что-то вроде аэроподушки. Это увеличивает подъемную силу и одновременно снижает аэродинамическое сопротивление.
Появился даже целый класс летальных аппаратов — экранопланов — использующих эффект в полной мере. Правда, минусов у низколетящих самолетов гораздо больше, чем плюсов, и главный из них — уязвимость. Поэтому в авиации граунд-эффект влияет на самолеты в основном в момент взлета и посадки, а экранопланы ограниченно используются для полетов над водой.
Первые антикрылья болидов выглядели нелепо и часто ломались
В автомобилях граунд-эффект обнаружили случайно. В 70-х годах инженеры «Формулы 1» активно использовали антикрылья. Чем быстрее ехала машина, тем сильнее прижималась она к трассе, тем больше было сцепление и скорость в поворотах. Но это еще не граунд-эффект.
И вот в результате экспериментов обнаружилось, что под днищем машины на кромках элементов возникает сильное разрежение, которое буквально присасывает автомобиль к асфальту, причем генерируемая таким образом прижимная сила даже больше, чем от антикрыльев. Этот эффект, по сути, имеет обратное действие в сравнении с авиационным аналогом, также как крыло и антикрыло работают в разных направлениях.
Колин Чэпмен, один из лучших инженеров XX века, довел идею до совершенства в болиде Lotus 78. Его днище было спрофилировано, как перевернутое крыло: воздух попадал под машину, ускорялся в узкой щели и плавно тормозился по мере выхода из диффузора (расширяющейся задней части).
Фото с сайта racingcardynamics.com
При этом чем быстрее движется поток, тем ниже в нем статическое давление, поэтому «стремнина» под днищем создавала эффект присоски.
Чтобы исключить приток воздуха с боковин, машины «Формулы 1» стали уплотнять юбками.
Хорошо видна "юбка"
Идея оказалась невероятно эффективной: Lotus 78 завоевал чемпионский титул, пока остальные команды адаптировали передовую идею.
Ее сила заключалась в том, что за счет граунд-эффекта — эффекта земли — удавалось разогнать поток воздуха до больших скоростей и создать разрешение на большой площади днища автомобиля.
Не все команды смогли применить граунд-эффект сразу, поскольку он требовал особой компоновки автомобиля. Поэтому, например, в 1978 Brabham использовал совсем уж отчаянную идею: вместо профилированного днища установил на машину вентилятор. Brabham BT49B вошел в историю как автомобиль-пылесос и выиграл единственную гонку, в которой участвовал. Вентилятор мгновенно запретили, формально из-за того что «пылесос» обстреливал задние машины потоком камней. На самом деле, эффективность такой машины была настолько велика, что запрет пролоббировали конкуренты «Брэбэма». К слову, это был не первый авто, использовавший такой принцип.
Единственную гонку на автомобиле-пылесосе выиграл Ники Лауда
А граунд-эффект остался в «Формуле 1» еще на несколько лет, но в начале 80-х запретили и его. Во-первых, автомобили с граунд-эффектом были невероятно быстры в поворотах, что при тогдашнем уровне безопасности провоцировало фатальные аварии. Но главное, машина с граунд-эффектом очень чувствительна к настройкам клиренса: максимальная прижимная сила возникает, когда «щель» между днищем и асфальтом имеет оптимальную величину. Любые колебания вызывают нестабильность прижимной силы. Порой автомобили с граунд-эффектом просто срывало с траектории в поворотах.
Но эффект не исчез полностью. Сегодня в большинстве видов автоспорта запрещены профилированные днища, а на дорожных машинах они неудобны по компоновочным причинам. Но даже плоское днище создает граунд-эффект: воздух разгоняется в зазоре между автомобилем и асфальтом, давление падает и создается прижимная сила.
Чтобы усилить этот эффект, на спортивных машинах используют несколько характерных решений. Во-первых, пресловутые антикрылья: на дорожных автомобиля они нередко нужны именно для того, чтобы перераспределить потоки воздуха, обтекающие автомобиль, и загнать большую часть потока под днище.
Хорошо видел диффузор. Продольные ребра нужны для стабилизации потока, а основной смысл диффузора - в постепенно расширении канала и, как следствие, торможении потока
Во-вторых, диффузоры — расширяющиеся каналы в задней части автомобилей, позволяющие потоку плавно «затормозить». Не вдаваясь в детали, это увеличивает его скорость под днищем и позволяет создать дополнительную прижимную силу. Наконец, спортивные машины обычно имеют небольшой клиренс, а также аэродинамические фартуки или сплиттеры, работающие на ту же задачу.
В обычных машинах граунд-эффект слаб из-за больших просветов и неровных днищ. Однако небольшое разрежение все же имеет место, и за счет него увеличивается протягивание воздуха через моторный отсек (о чем и шла речь в упомянутом холиваре). Это называется внутренней аэродинамикой. А вообще дорожная машина генерирует не прижимную, а подъемную силу — спасибо выпуклому профилю.
Что касается граунд-эффекта, для меня он остается примером непостижимости привычных вещей. Пока все ломали голову над формой и размерами антикрыльев, Чепмэн превратил в крыло всю машину, и Lotus завоевал последний в своей истории чемпионский титул в «Формуле 1».
| 
