Физик-философ Гордон МакКейб решил выяснить кое-что про различия типов шин в Ф1.
После дебюта новых типов шин в Формуле-1 глава гоночного отделения монополиста «Пирелли» Марио Изола пояснил:
«Важно, что мы собрали все различия («дельты») по темпу между разными типами шин, чтобы заранее делать выбор составов на конкретные трассы. Между мягким (soft) и супермягким (supersoft) у нас 0,6 секунды с круга, между супермягким и ультрамягким (ultrasoft) – 0,4 секунды с круга при прочих равных. На этой основе мы будем выбирать типы на предстоящие заезды».
МакКейб для начала напоминает, что шины являются эдакими «множителями» сил, а не просто перераспределителями нагрузки. По известной формуле сила сцепления прямо пропорциональна приложенной нагрузке через коэффициент сцепления:
Fy=μFz
Где Fy – сила сцепления в пятне контакта, являющаяся произведением коэффициента трения (сцепления) μ и вертикальной нагрузки Fz. При всех прочих равных (в общем случае физического эксперимента, добавим от себя), чем выше нагрузка, тем выше сцепление, тем быстрее машина на круге.
Допустим, у нас есть базовый состав. Назовем его Основной (Prime). У него есть коэффициент трения μP. Допустим, машина на таком составе едет с малым уровнем топлива в баках и, второй случай, с полным баком.
Допустим, что на время на круге влияет только вертикальная нагрузка.
(Тут МакКейб начинает распутывать клубок с другого конца – будьте внимательны)
При высокой топливной нагрузке, при полном баке, генерируется вертикальная нагрузка Fz. Но при этом машина вовсе не так быстра в повороте, как с малым уровнем топлива в баках. Получается, сила в пятне контакта выше, что означает, и вертикальная нагрузка выше (!) и равняется Fz+δFz.
Поперечные силы сцепления в этом случае равны:
Основной тип (Prime), полный бак:
μPFz
Основной тип, пустой бак:
μP(Fz+δFz)=μPFz+μPδFz
Теперь возьмем мягкий тип шин. Назовем его Опциональным (Option). Его коэффициент сцепления μO выше, чем у Основного (Prime), μO=μP+δμ.
Подставим это значение в формулы, приведенные выше:
Опциональная шина, полный бак:
μOFz=(μP+δμ)Fz
Опциональная шина, пустой бак:
μO(Fz+δFz)=(μP+δμ)(Fz+δFz)
Выразим разницу между Основной и Опциональной шиной.
«Дельта» при полном баке:
(μP+δμ)Fz−μPFz=δμFz
«Дельта» при пустом баке:
(μP+δμ)(Fz+δFz)−μP(Fz+δFz)=δμ(Fz+δFz)
В уравнении для пустого бака появляется слагаемое δμδFz. Получается, «дельта» между Основной и Опциональной шинами гораздо нагляднее проявляется при пустом баке, чем при полном.
Если проверить данные из каждой второй тренировки по ходу гоночных выходных, получится, что разница между составами гораздо нагляднее именно в начале сессии, когда гонщики ездят налегке. Во второй части тренировок, когда машины полностью заправлены, разница между типами шин не так ярко выражена.
Тот факт, что шины «умножают» силы, приводит к тому, что на мягком типе шин разница между быстрыми и медленными шасси возрастает. Быстрые машины, с хорошей аэродинамикой, могут нагружать колеса мощнее, и те, за счет мягкого состава, передают большую поперечную силу. «Дельта» от вертикальной нагрузки, которую имеют более успешные команды, умножается на «дельту» в силе сцепления - δμδFz.
Само собой, в приведенных примерах все очень сильно упрощено. Например, мягкие составы имеют меньшую «угловую жесткость» (изменение величины поперечной силы с возрастанием угла увода). Мягкий тип шин генерирует свой максимум сцепления при больших углах увода, чем жесткий состав. Если аэродинамика машины чувствительна к углу поворота колес, то в некоторых случаях автомобиль попросту не сможет сгенерировать требуемый уровень прижимной силы, и никакого толка от высокого коэффициента сцепления не будет. В то же время, машины с такими проблемами будут «набирать темп» (относительно соперников), когда протектор начнет изнашиваться, и «угловая жесткость» возрастет, что уменьшит «требуемые» шиной углы увода.
В итоге МакКейб делает вывод, что попытка обеспечить разнообразие стратегий с введением мягких типов шин лишь приводит к росту отрывов в пелотоне. И такой рост не перекрыть какими-то стратегическими решениями.
