Вытягивание или скольжение — это аэродинамический метод, при котором два движущихся объекта выравниваются в тесную группу, чтобы использовать скольжение ведущего объекта и тем самым уменьшить общий эффект сопротивления . Особенно когда речь идет о высоких скоростях, например, в автогонках и велоспорте, драфтинг может значительно снизить средний расход энергии на линии темпа и даже немного снизить расход энергии ведущего транспортного средства.
Драфтинг используется для уменьшения сопротивления ветра и чаще всего встречается в гонках на велосипедах , мотоциклах , автомобильных гонках и конькобежном спорте , хотя драфтинг иногда используется даже в беговых лыжах , скоростном скейтбординге и беге . Некоторые виды триатлона допускают драфт. Драфт встречается и в плавании : как в гонках на открытой воде (проходящих в естественных водоемах), так и в традиционных гонках в соревновательных бассейнах . В бассейне для соревнований пловец может держаться за линию дорожки, которая отделяет его от пловца, находящегося позади него , тем самым воспользовавшись преимуществом потока жидкости, идущего вслед за другим пловцом. Драфт также встречается в соревновательном лонгборде .
Считается, но еще не доказано окончательно, что чистокровные скаковые лошади тяготят друг друга, особенно в более длительных скачках. [1]
В велоспорте каждый раз, когда один велосипедист едет позади другого, энергия сохраняется, особенно на более высоких скоростях.
В шоссейных велосипедных гонках основная (самая большая) группа плотно упакованных велосипедистов в гонке называется пелотоном, где велосипедисты едут длинным строем, причем каждый (но не первый гонщик) движется позади других, идущих перед ними.
Когда велосипедисты ездят быстро, они образуют линию темпа . Каждый велосипедист, кроме первого, гонится за другим. Чтобы ехать очень быстро, команда из нескольких опытных велосипедистов может сформировать «Бельгийский жгут». Поочередно каждый велосипедист возглавляет группу. Составление может быть совместным : несколько участников по очереди занимают лидирующую позицию (что требует наибольших усилий и энергозатрат). Это также может быть соревновательным или тактическим : один участник будет стараться держаться вплотную позади другого, оставляя у преследующего больше энергии для отрыва от финишной линии.
Движение позади другого бегуна может сэкономить энергию при встречном ветре . Обычно эффект гораздо менее выражен, чем при езде на велосипеде, из-за более низких скоростей.
Nike работала с экспертом по аэродинамике Робби Кетчеллом из Университета Нью-Гемпшира, чтобы экспериментировать и выбирать такую форму кардиостимуляторов , которая лучше всего минимизировала бы сопротивление профессионалам, которых она спонсировала в проекте под названием Breaking2 . В отчете журнала Wired , в котором были опрошены различные эксперты, связанные и не связанные с Nike, было обнаружено, что они повсеместно ожидают более скоординированных усилий по темпу бега после Breaking2, при этом двое из цитируемых экспертов предсказывают такое поведение, как «совместное составление драфта» или гонки, которые стимулируют велосипедный пелотон. -подобное поведение может улучшить время работы. [2]
В одноместных гоночных сериях с открытыми колесами , таких как Формула-1 и серия IndyCar , а также, в меньшей степени, в гонках на спортивных автомобилях , используется метод, известный как слипстриминг . На длинной прямой машина, следующая за другой, использует встречный поток, создаваемый ведущей машиной, чтобы сократить разрыв между ними, надеясь на возможность обогнать лидера при торможении для следующего поворота или, если у них есть преимущество в скорости на прямой, чтобы пройти прямо. Однако автомобилям очень трудно следовать друг за другом в быстрых поворотах, поскольку «грязный» ( турбулентный ) воздух, исходящий от ведущей машины, выводит из равновесия идущую за ней машину, поскольку ее аэродинамические устройства обеспечивают меньшее сцепление с дорогой.
На более быстрых и суперскоростных трассах, используемых NASCAR и ARCA , два или более транспортных средства могут мчаться быстрее, если выстроиться в линию спереди назад, чем один автомобиль может мчаться в одиночку. След низкого давления позади ведущей машины группы уменьшает аэродинамическое сопротивление передней части идущей за ней машины, позволяя второй машине подъехать ближе. Когда вторая машина приближается к первой, она выталкивает воздух под высоким давлением вперед, поэтому менее быстродвижущийся воздух попадает на спойлер ведущей машины. В результате сопротивление обеих машин становится меньше, что позволяет развивать более высокую скорость. [3]
На управляемость в поворотах влияют изменения баланса, вызванные тягой: у лидирующего автомобиля нормальная передняя прижимная сила, но меньшая задняя. Прицепной автомобиль имеет меньшую переднюю прижимную силу, но нормальную заднюю прижимную силу. Автомобиль, у которого впереди и сзади находятся партнеры по драфту, потеряет прижимную силу с обеих сторон. [3]
Подобно «бельгийскому жгуту» в велоспорте, «пасс из рогатки» является наиболее драматичным и широко известным маневром, связанным с драфтом. Следующий автомобиль (возможно, толкаемый линией движущихся машин) использует след ведущего автомобиля, чтобы подъехать с максимальной инерцией в конце прямой дороги, входит в высокий поворот и поворачивает вниз, пересекая след ведущего автомобиля. Сочетание бега под гору и бега по зоне наименьшего аэродинамического сопротивления позволяет идущей сзади машине развивать дополнительную скорость и обойти лидера. [3]
Драфт был открыт гонщиками серийных автомобилей в 1960 году на гонке Daytona 500 , когда Джуниор Джонсон обнаружил, что он может использовать драфт как стратегию, которая помогла ему преодолеть тот факт, что его Chevrolet не мог идти в ногу с другими автомобилями, что позволило ему выиграть гонку. [4] Как и Джонсон, другие водители обнаружили, что они набирали скорость, двигаясь вплотную к другим машинам, и в ходе экспериментов они обнаружили, что ряд машин может поддерживать более высокие скорости и/или использовать меньше топлива (что приводит к меньшему количеству пит-стопов), чем другие автомобили. одна машина, едущая сама по себе. [3]
В последние годы, когда аэродинамика становится все более важной для производительности серийных автомобилей на «промежуточных» овальных трассах (от 1,33 до 2 миль) и суперскоростных трассах, не требующих ограничительных пластин (таких как Indianapolis Motor Speedway ), эффект турбулентности или «грязный» воздух при следовании вплотную за другой машиной становится гораздо более похожим на описанный выше в гонках на открытых колесах (ситуация, описываемая в кругах NASCAR как аэродинамический толчок ), и его часто называют основной причиной снижения скорости количество обгонов. [5]
Вытяжка наиболее важна на трассах NASCAR с ограничительными пластинами , Talladega Superspeedway и Daytona International Speedway , где пластины означают, что для толкания больших тел в воздух доступно гораздо меньше энергии. На этих суперскоростных трассах гоночные автомобили достигают максимальной скорости, поэтому аэродинамические силы самые высокие, а эффект тяги самый сильный. Поскольку ограничительные пластины впервые использовались в качестве предохранительного устройства, их действие изменило характер тяги. Транспортные средства больше не имеют достаточной мощности или реакции дроссельной заслонки для поддержания скорости тяги при выходе из тяги; они могут вырваться и протиснуться вперед, но им не хватает реакции, чтобы обогнать проезжающую машину. Это сводит на нет маневр рогатки. В результате обгон часто является результатом сотрудничества двух или более водителей или достигается за счет отсасывания воздуха со стороны обгоняемого автомобиля - метод, называемый боковой тягой. [6]
Драфт-драфт - это тактика, используемая в Талладеге и Дайтоне. Первоначально эта техника была популяризирована братьями Арчер в серии SCCA Sportruck в конце 1980-х годов. [7] Все начинается как обычное драфтинг, но следующая машина подъезжает к ведущей машине и врезается в ее заднюю часть, толкая ведущую машину вперед, чтобы сохранить инерцию .
Если это сделано грубо или в неправильном положении (например, вблизи входа в поворот), эта тактика может дестабилизировать управление ведущей машиной, что иногда приводит к аварии. Использование этой тактики таким образом известно как драфтинг . Из-за опасности NASCAR попыталось ограничить крепление бамперов автомобилей, запретило нанесение неровностей на поворотах, ввело «зоны без неровностей» на определенных участках автострад, где эта практика распространена, и наказало водителей, которые слишком грубо выполняют неровности. . Сезон NASCAR 2010 года предоставил водителям больше свободы; Нанесение неровностей было разрешено где угодно, включая повороты.
Кайл Буш в значительной степени ответственен за другой тип рисования неровностей, который теперь называется «чертежом двух автомобилей» [ нужна цитация ] и «чертежем тандема». [8] На тестовой сессии 2007 года в Талладеге он попросил Райана Ньюмана подтолкнуть его сзади и был ошеломлен, осознав, что с помощью Ньюмана он стал на две секунды быстрее. На недавно заасфальтированной международной гоночной трассе Дейтона в 2011 году Буш первым понял, что повороты достаточно плавные, чтобы обеспечить тягу двух автомобилей по всей длине трассы. Во время тестовых сессий на трассе, когда Буша толкал товарищ по команде его брата Курта Penske Racing Брэд Кеселовски , они бежали на 15 миль в час быстрее, чем одиночные машины. Другие гонщики быстро подхватили стратегию Буша, и драфт с двумя автомобилями доминировал в гонках Daytona 500 и Budweiser Shootout 2011 года . [9] Эта стратегия также была очень видна в Талладеге. В 2011 году для 499-й команды Аарона использовался тандемный драфтинг из двух автомобилей , при этом многие гонщики сами выбирали своих товарищей по команде (например, Джимми Джонсон и Дейл Эрнхардт-младший были выбраны вместе, как и Джефф Гордон и Марк Мартин ). В сезоне 2012 года автомобили серии Sprint Cup были модифицированы таким образом, чтобы сделать тандем невозможным, чтобы вернуться в вьючные гонки. В 2014 году NASCAR запретил драфтинг в сериях Nationwide Series и Camping World Truck Series . Тандемная конструкция вернулась, когда NASCAR удалил ограничительную пластину и заменил ее коническими проставками, а благодаря плоским носам и бамперам современных автомобилей шестого поколения водителям было легче тандемиться и набирать скорость, как в начале 2010-х годов. После страшной аварии Райана Ньюмана на Daytona 500 2020 года NASCAR предприняла усилия по изменению конструкции на суперскоростных трассах, где использовалось меньше лошадиных сил: удаление воздуховодов, чтобы исключить тандемную тягу и уменьшить скорость закрытия, а также корпус дроссельной заслонки меньшего размера, чтобы уменьшить количество воздух в гоночный автомобиль. [8]
Известно, что некоторые водители едут позади других транспортных средств, в частности, задним ходом для более крупных транспортных средств, чтобы сэкономить топливо. Например, гипермайлеры, использующие эту технику, могут достичь расхода 75 миль на галлон или более (10% увеличение эффективности некоторых гибридных автомобилей). [10] Некоторые источники утверждают, что наиболее распространенное использование задней двери не экономит бензин даже на скоростях автострады, потому что человек может ускоряться и тормозить так часто, что вся аэродинамическая экономия теряется из-за торможения. [11]
На шоу MythBusters было протестировано движение за 18-колесным грузовиком, и результаты показали, что движение на 100 футов (30 м) позади грузовика увеличивает общую экономию расхода топлива на галлон на 11%. [12] Проезд на 10 футов (3,0 м) позади грузовика привел к увеличению эффективности на 39%. Кроме того, в том же эпизоде «Разрушители мифов» продемонстрировали, что расслоение одной из шин грузовика (или ее крышек ) может быть очень опасным для следующего автомобиля , поскольку куски выброшенной резины могут быть достаточно большими, чтобы причинить серьезный вред, вплоть до смерти. водителю, следующему слишком близко. [13]
Разработчики также сталкиваются с опасностью, что если идущее впереди транспортное средство внезапно остановится, у них останется мало времени, чтобы среагировать. Формирование взводов изучается как средство получения преимуществ и одновременного повышения безопасности.
Компьютерное моделирование ( вычислительная гидродинамика или CFD) все чаще используется для анализа чертежей. При составлении проекта важно понимать аэродинамическое поведение автомобиля: например, если задняя машина находится слишком близко к передней, подача воздуха в ее радиатор будет уменьшена и существует вероятность перегрева двигателя. Большинство аэродинамических анализов в автоспорте выполняется с использованием испытаний в аэродинамической трубе. Это становится затруднительным для составления дел хотя бы потому, что нужна очень большая аэродинамическая труба. CFD, своего рода виртуальная аэродинамическая труба, используется гоночными командами для оценки характеристик автомобиля во время драфта.
Гоночные игры , такие как большинство из серии Mario Kart , имитируют рисование, давая игроку повышение скорости.
Было замечено, что животные демонстрируют настоящее драфтовое поведение, напоминающее автогонки или езду на велосипеде. Например, известно, что карибские лангусты мигрируют плотными гуськами, «поездами омаров». [14] [15]
Вихревой серфинг — это родственное явление, которое в настоящее время исследуется ВВС США с целью экономии топлива на дальних рейсах. Идея состоит в том, чтобы летать в верхней части вихря на законцовках крыла ведущего самолета. [16] В 2003 году НАСА заявило, что один из их испытательных самолетов F/A-18 имел экономию топлива на 29% за счет полета в вихре на законцовках крыла DC -8 . Полет DC-8/F-18 представлял собой исследовательское исследование преимуществ производительности истребителей, вызванных вихревыми вихрями. Самолет летел на высоте 25 000 футов с разносом около 200 футов от носа до хвоста. F/A-18 медленно двигался вбок, чтобы исследовать вихревые эффекты, сообщило тогда НАСА. [17] [18] В 2012 году ВВС также протестировали вихревой серфинг на самолетах C-17 с использованием автопилота и показали экономию топлива на 10%. [16] Испытания 2013 года показали еще большую экономию топлива. [19]
Методы совместной гидродинамики, такие как черчение, также встречаются в природе. Стаи гусей и некоторых других птиц летят V-образным строем , поскольку вихри на кончиках крыльев , создаваемые передней птицей, создают восходящие потоки воздуха. Птицы, летящие сзади, получат подъемную силу от этих восходящих вихрей. Таким образом, другим птицам в стае не нужно прилагать столько усилий, чтобы достичь подъемной силы. Исследования показывают, что птицы в V-образном строю располагаются примерно на оптимальном расстоянии, предсказанном простой аэродинамической теорией. [20]
