Drafting или slipstreaming — это аэродинамическая техника, при которой два движущихся объекта выравниваются в тесной группе, чтобы использовать скользящий поток ведущего объекта и таким образом уменьшить общий эффект сопротивления . Особенно когда задействованы высокие скорости, как в автогонках и велоспорте, drafting может значительно снизить средний расход энергии на линии темпа и даже может немного снизить расход энергии ведущего транспортного средства.
Драфтинг используется для уменьшения сопротивления ветра и чаще всего встречается в велогонках , мотогонках , автогонках и спидскейтинге , хотя иногда драфтинг используется даже в беговых лыжах , скоростном спуске на скейтборде и беге . Некоторые виды триатлона допускают драфтинг. Драфтинг также встречается в плавании : как в гонках на открытой воде (происходящих в естественных водоемах), так и в традиционных гонках в соревновательных бассейнах . В соревновательном бассейне пловец может прижиматься к линии дорожки, которая отделяет его от пловца, за которым он находится , тем самым используя преимущество жидкого скользящего потока в кильватерной струе другого пловца. Драфтинг также встречается в соревновательном лонгбординге .
Считается, хотя это пока окончательно не доказано, что чистокровные скаковые лошади тянут друг друга, особенно в длинных забегах. [1]
В велоспорте , когда один велосипедист едет позади другого, энергия сохраняется, особенно на высоких скоростях.
В шоссейных велогонках основная (самая большая) группа плотно сгруппированных велосипедистов в гонке называется пелотоном , где велосипедисты едут в длинном строю, причем каждый (но не первый гонщик) движется позади остальных.
Когда велосипедисты едут быстро, они образуют линию темпа . Каждый велосипедист, кроме первого, тянется позади другого. Чтобы ехать очень быстро, команда из нескольких опытных велосипедистов может образовать «бельгийский жгут». Последовательно каждый велосипедист возглавляет группу. Драфтинг может быть совместным : несколько участников по очереди занимают лидирующие позиции (что требует наибольших усилий и затрат энергии). Он также может быть соревновательным или тактическим : один участник будет стараться держаться близко позади другого, оставляя следующему больше энергии для отрывного рывка к финишной черте.
Дрифтинг позади другого бегуна может сэкономить энергию при столкновении со встречным ветром . 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 поэкспериментировать и выбрать такую формацию пейсмейкеров , которая наилучшим образом минимизировала бы сопротивление для профессионалов, спонсируемых ею в проекте Breaking2 . Отчет журнала Wired , в котором были опрошены различные эксперты, связанные и не связанные с Nike, показал, что все они ожидали, что после Breaking2 в беге будут более скоординированные усилия по поддержанию темпа, причем двое из цитируемых экспертов предсказали, что поведение, такое как «совместный драфт» или гонки, которые стимулируют поведение, подобное велосипедному пелотону, могут улучшить время бега. [2]
В гонках на одноместных автомобилях с открытыми колесами , таких как Формула-1 и IndyCar Series , а также в меньшей степени в гонках на спортивных автомобилях , используется техника, известная как slipstreaming . На длинной прямой автомобиль, следующий близко позади другого, использует slipstream, созданный ведущим автомобилем, чтобы сократить разрыв между ними, надеясь обогнать лидера при торможении на следующем повороте или, если у них есть преимущество в скорости на прямой, обогнать его на прямой. Однако автомобилям очень трудно следовать друг за другом близко друг к другу на быстрых поворотах, поскольку «грязный» ( турбулентный ) воздух, который исходит от ведущего автомобиля, выводит из равновесия следующий автомобиль, поскольку его аэродинамические устройства обеспечивают меньшее сцепление.
На скоростных автострадах и суперавтострадах, используемых NASCAR и ARCA , два или более транспортных средства могут мчаться быстрее, если они выстроены в ряд спереди назад, чем один автомобиль может мчаться в одиночку. Низкотемпературный след за ведущим автомобилем группы уменьшает аэродинамическое сопротивление спереди следующего автомобиля, позволяя второму автомобилю приблизиться. Когда второй автомобиль приближается к первому, он толкает воздух высокого давления вперед, поэтому меньше быстро движущегося воздуха попадает на спойлер ведущего автомобиля. Результатом является меньшее сопротивление для обоих автомобилей, что позволяет развивать более высокие скорости. [3]
На управляемость в поворотах влияют изменения баланса, вызванные тягой: у ведущего автомобиля нормальная передняя прижимная сила, но меньшая задняя прижимная сила. У ведомого автомобиля меньшая передняя прижимная сила, но нормальная задняя прижимная сила. Автомобиль с партнерами по тяге как спереди, так и сзади будет терять прижимную силу на обоих концах. [3]
Подобно «бельгийскому жгуту» в велоспорте, «проход рогаткой» является самым драматичным и широко известным маневром, связанным с драфтингом. Замыкающий автомобиль (возможно, подталкиваемый линией драфтинговых автомобилей) использует след ведущего автомобиля, чтобы подтянуться с максимальным импульсом в конце прямой, входит в поворот высоко и поворачивает вниз поперек следа ведущего автомобиля. Сочетание движения под гору и движения поперек зоны наименьшего аэродинамического сопротивления позволяет замыкающему автомобилю нести дополнительную скорость и проходить по внутренней стороне лидера. [3]
Драфтинг был открыт гонщиками серийных автомобилей в гонке Daytona 500 1960 года , когда Джуниор Джонсон обнаружил, что он может использовать драфтинг как стратегию, которая помогла ему преодолеть тот факт, что его Chevrolet не мог конкурировать с другими автомобилями, что позволило ему выиграть гонку. [4] Как и Джонсон, другие водители обнаружили, что они набирают скорость, двигаясь вплотную позади других автомобилей, и в ходе экспериментов они обнаружили, что ряд автомобилей может поддерживать более высокую скорость и/или использовать меньше топлива (что приводит к меньшему количеству пит-стопов), чем один автомобиль, едущий сам по себе. [3]
В последние годы, поскольку аэродинамика стала все более критической 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 турбулентного или «грязного» воздуха при движении вплотную за другим автомобилем стал гораздо более схожим с описанным выше в гонках с открытыми колесами (ситуация, описываемая в кругах NASCAR как аэродинамический толчок ), и часто упоминается как основная причина уменьшения количества обгонов. [5]
Драфтинг наиболее важен на трассах NASCAR с ограничительными пластинами , Talladega Superspeedway , Daytona International Speedway и Atlanta Motor Speedway , где пластины означают, что для толкания больших тел в воздухе доступно гораздо меньше мощности. Гоночные автомобили достигают самых высоких скоростей на этих суперскоростных трассах, поэтому аэродинамические силы самые высокие, а эффекты тяги самые сильные. С тех пор, как ограничительные пластины впервые использовались в качестве устройства безопасности, их эффект изменил природу тяги. Автомобили больше не обладают достаточной мощностью или приемистостью для поддержания скорости тяги при выходе из тяги; они могут выехать и протиснуться вперед, но не имеют реакции, чтобы освободиться от обгоняемого автомобиля. Это сводит на нет маневр рогатки. В результате обгон часто является результатом сотрудничества двух или более водителей или достигается путем всасывания воздуха сбоку обгоняемого автомобиля, техника, называемая боковой тягой. [6]
Bump drafting — тактика, используемая в Талладеге и Дайтоне. Первоначально эта техника была популяризирована братьями Арчер в серии SCCA Sportruck в конце 1980-х годов. [7] Она начинается как обычный drafting, но следующая машина подъезжает за лидирующей и врезается в ее заднюю часть, выталкивая лидирующую машину вперед, чтобы сохранить импульс .
Если сделать это грубо или в неправильном положении (например, близко к входу в поворот), эта тактика может дестабилизировать управление ведущей машиной, что иногда приводит к аварии. Использование тактики таким образом известно как слэм-драфтинг . Из-за опасности NASCAR попыталась ограничить крепление бамперов на автомобилях, запретила бамп-драфтинг на поворотах, ввела «зоны без бампов» на определенных участках автострад, где эта практика распространена, и наказала водителей, которые слишком грубо выполняют бамп-драфтинг. Сезон NASCAR 2010 года предоставил водителям больше свободы; бамп-драфтинг был разрешен в любом месте, включая повороты.
Кайл Буш в значительной степени ответственен за другой тип драфтинга, который теперь называется «двухмашинным драфтингом» [ требуется цитата ] и «тандемным драфтингом». [8] На тестовой сессии 2007 года в Талладеге он попросил Райана Ньюмана подтолкнуть его сзади и был ошеломлен, осознав, что с помощью Ньюмана он был на две секунды быстрее. На недавно заасфальтированной трассе Daytona International Speedway в 2011 году Буш первым понял, что повороты были достаточно гладкими, чтобы позволить драфту из двух автомобилей по всей длине трассы. Во время тестовых сессий на трассе, когда Буша подталкивал товарищ по команде Penske Racing его брата Курта Брэд Кеселовски , они ехали на 15 миль в час быстрее, чем одиночные автомобили. Другие гонщики быстро подхватили стратегию Буша, и драфт из двух автомобилей доминировал в гонках Daytona 500 и Budweiser Shootout 2011 года . [9] Эта стратегия также была очень заметна в Талладеге. В 2011 году тандемный драфт из двух автомобилей использовался для гонки Aaron's 499 , при этом многие водители драфтовали своих товарищей по команде (например, Джимми Джонсон и Дейл Эрнхардт-младший драфтовали вместе, как и Джефф Гордон и Марк Мартин ). Для сезона 2012 года автомобили серии Sprint Cup были модифицированы таким образом, что тандем стал невозможным, чтобы вернуться к гонкам на паках. В 2014 году драфт с неровностями был запрещен NASCAR в Nationwide Series и Camping World Truck Series . Тандемный драфт вернулся, когда NASCAR удалил ограничительную пластину и заменил ее коническими проставками, а с плоскими носами и бамперами современных автомобилей Gen 6 водители могли легче драфтовать и набирать скорость, как в начале 2010-х годов. После страшной аварии Райана Ньюмана на гонке Daytona 500 2020 года NASCAR предприняла попытки изменить схему тяги на суперскоростных трассах, где использовалось меньше лошадиных сил: были удалены воздуховоды, чтобы исключить тандемную схему тяги и снизить скорость закрытия, а также уменьшен корпус дроссельной заслонки, чтобы уменьшить количество воздуха, поступающего в гоночный автомобиль. [8]
Известно, что некоторые водители едут сзади других транспортных средств, особенно впритык к более крупным транспортным средствам, чтобы сэкономить топливо. Например, гипермилиеры , использующие эту технику, могут достичь 75 миль на галлон или более (увеличение эффективности некоторых гибридных транспортных средств на 10%). [10] Некоторые источники утверждают, что наиболее распространенное следование впритык не экономит бензин даже на скоростях автострады, поскольку человек, скорее всего, будет разгоняться и тормозить так часто, что любая аэродинамическая экономия будет потеряна из-за тормозов. [11]
В шоу MythBusters было протестировано движение за 18-колесным грузовиком, и результаты показали, что движение на расстоянии 100 футов (30 м) позади грузовика увеличило общую эффективность миль на галлон на 11%. [12] Движение на расстоянии 10 футов (3,0 м) позади грузовика дало 39%-ный прирост эффективности. Кроме того, в том же эпизоде MythBusters продемонстрировали, что для следующего автомобиля может быть очень опасно, если одна из шин грузовика (или их колпачки ) расслоится , поскольку куски выброшенной резины могут быть достаточно большими, чтобы нанести серьезный вред, даже смерть, водителю, едущему слишком близко. [13]
Составители также сталкиваются с опасностью, что если впереди идущее транспортное средство внезапно остановится, времени на реакцию будет мало. Изучается возможность создания колонны как способа получения преимущества и одновременного повышения безопасности.
Компьютерное моделирование ( вычислительная гидродинамика или CFD) все чаще используется для анализа драфтинга. Важно понимать аэродинамическое поведение автомобиля при драфтинге, например, если задняя машина находится слишком близко к передней, подача воздуха в ее радиатор будет уменьшена, и есть вероятность перегрева двигателя. Большая часть аэродинамического анализа в автоспорте выполняется с использованием испытаний в аэродинамической трубе. Это становится сложным для случаев драфтинга хотя бы потому, что требуется очень большая аэродинамическая труба. CFD, своего рода виртуальная аэродинамическая труба, используется гоночными командами для понимания характеристик автомобиля при драфтинге.
Гоночные игры , такие как большинство игр серии Mario Kart , имитируют драфт, предоставляя игроку ускорение.
Было замечено, что животные используют настоящее поведение драфтинга, напоминающее автогонки или езду на велосипеде. Например, известно, что карибские лангусты мигрируют в тесном однорядном строю «лобстерные поезда». [14] [15]
Вихревой серфинг — это родственное явление, которое в настоящее время исследуется ВВС США для экономии топлива при дальних перелетах. Идея заключается в том, чтобы летать в верхней части вихря законцовки крыла ведущего самолета. [16] В 2003 году НАСА заявило, что один из ее испытательных самолетов F/A-18 имел 29% экономии топлива, летая в вихре законцовки крыла DC -8 . Полет DC-8/F-18 был разведывательным исследованием преимуществ производительности большого самолета, вызванных вихрем, на самолете истребителя. Самолет летел на высоте 25 000 футов с разделением около 200 футов нос к хвосту. F/A-18 медленно двигался вбок, чтобы исследовать эффекты вихря, заявило НАСА в то время. [17] [18] ВВС также испытали вихревой серфинг с C-17, используя автопилот в 2012 году, и показали 10% экономии топлива. [16] Испытания в 2013 году показали еще большую экономию топлива. [19]
Методы кооперативной гидродинамики, такие как тяга, также встречаются в природе. Стаи гусей и некоторых других птиц летают в форме буквы V , потому что вихри на концах крыльев, создаваемые передней птицей, создают восходящие потоки. Птицы, летящие сзади, получают подъемную силу от этих восходящих потоков. Таким образом, другим птицам в стае не нужно прилагать столько усилий, чтобы достичь подъемной силы. Исследования показывают, что птицы в форме буквы V располагаются примерно на оптимальном расстоянии, предсказанном простой аэродинамической теорией. [20]
