Дрессура "железа"

фото автора и компаний-производителей

КОСМОС СУПЕРСИСТЕМ И ТЕХНОЛОГИЙ ГОНОЧНОЙ ТЕХНИКИ

ЧАСТЬ V, КОСТНО-ХРЕБТОВАЯ

Сравним шасси мотоцикла и автомобиля. Если упрощенно, то автомобиль можно представить как жесткое шасси с четырьмя независимыми подвесками (работу поперечного стабилизатора не будем учитывать, так как он лишь в малой степени увязывает работу подвесок). Независимо от того, тормозим мы или разгоняемся, геометрия шасси не меняется, а колеса практически независимо "обрабатывают" неровности дороги. Более того, неподрессоренная масса и гироскопический эффект колес ничтожно малы по сравнению с массой и моментом автомобиля в целом. И последнее. Посадка водителя никак не влияет на поведение автомобиля.

С мотоциклами все сложнее.

При жестком торможении практически весь вес мотоцикла переносится на переднее колесо. Из-за этого вилка сжимается почти до предела рабочего хода, что приводит к колоссальным изменениям геометрии шасси. Укорачивается база, изменяется угол вилки и ее вылет. Примерно то же происходит и при ускорении, отличие лишь в том, что сжимается расположенный сзади моноамортизатор. Так что, по сути, на геометрию шасси мотоцикла влияет практически все. Но это еще цветочки.

Ягодки начинаются в повороте. Пока мотоцикл едет вертикально, пятна контакта переднего и заднего колес располагаются на одной прямой и в одной плоскости с центром масс. Но в наклонном положении все по-другому. Пятна контакта "уходят" от вертикальной оси мотоцикла, причем, чем сильнее наклон и шире резина, тем дальше. Возникшие асимметричные силы (ширина-то покрышек разная!) в буквальном смысле скручивают мотоцикл, а центробежная сила сжимает вилку и моноамортизатор почти до упора. Огромное напряжение передается на раму, и ей теперь приходится противостоять не только скручиванию, но и изгибу.

Усугубляет "пытку" аппарата сам пилот: он, в отличие от водителя автомобиля, неимоверно влияет на положение центра масс мотоцикла и, изменяя посадку, способен значительно менять его поведение. Добавьте к тому гироскопические моменты колес, сравнимые по величине с моментом самого мотоцикла, большую (по отношению к массе байка) неподрессоренную массу и эффект контрруления. И даже эта сильно упрощенная картина оказывается во много раз сложнее той, что возникает в автомобилях.

И дальше. В отличие от шасси авто (которое обычно делают максимально жестким), рама мотоцикла должна обладать нормированной жесткостью. И вот почему. Еще раз представим себе мотоцикл в наклоненном положении. Если скорость прохождения поворота достаточно велика, то может возникнуть ситуация, когда и передняя, и задняя подвески под воздействием центробежной силы сожмутся на 100%. Если так произойдет, то любая мало-мальски выступающая из плоскости асфальта кочка приведет к потере сцепления колес с дорогой и к заносу мотоцикла (или его падению). Но даже если подвеска сжата не полностью, вектор силы, приложенной к колесу в повороте, направлен не точно в направлении сжатия подвески, а под определенным углом. С такими силами вилке и маятнику справиться трудно, ведь они рассчитаны на работу только в направлении своего хода. Поэтому жесткость рамы на изгиб можно увеличивать только до определенного предела - чтобы она взяла на себя роль своеобразной пружины и поглощала жесткие боковые нагрузки, с которыми не справится подвеска. Более того, увеличение жесткости рамы часто влечет ее утяжеление. А избыточный вес - наш враг.

Последнее "против" чрезмерной жесткости - опасность утратить "чувство мотоцикла", или иначе - потерять информативность. Дело в том, что пилот ощущает, как мотоцикл "держит" дорогу при езде именно благодаря колебаниям, возникающим в нагруженном шасси. Если раму сделать излишне жесткой, то часть таких колебаний исчезнет или амплитуда их уменьшится - и гонщику станет труднее распознавать грань сцепления резины с асфальтом.

С другой стороны, все мы прекрасно знаем, что происходит, если рама слишком гибкая: ухудшается управляемость, мотоцикл приобретает тенденцию к вобблингу, точное руление становится задачей трудновыполнимой. Вот и получается, что, в отличие от автомобиля, в котором чем жестче шасси, тем лучше, - жесткость рамы мотоцикла должна быть предельно оптимальной, на уровне "золотой середины".

Разобравшись с жесткостью, исследуем, из чего изготавливают рамы современных спортбайков. Глупый вопрос - конечно, из алюминия! Его свойства таковы, что с ним легче всего "запрограммировать" гибкость/жесткость именно в те узлы рамы, где это более всего необходимо. Делается это путем точного расчета толщины стенок рамы, ее увеличения или уменьшения с очень малым шагом (1 мм и даже меньше).

Другой материал, из которого изготавливают рамы, - хром-молибденовая сталь. В отличие от рам из алюминия, стальные делают в основном трубчатыми (Ducati, Agusta, Benelli), а жесткость "программируют" различной конфигурацией "треугольников"*, сваренных из этих самых труб. Преимущество такого подхода - сравнительная простота изготовления: сваривать стальные трубы гораздо проще, чем качественно отливать, а потом сваривать алюминий. Недостаток - труднее минимизировать вес рамы, ведь сталь гораздо тяжелее алюминия.

Третий вариант - самый экзотичный: рамы из карбона. Казалось бы, карбон - идеальный материал для таких применений. Действительно, в автогонках, и особенно в F1, карбон очень хорошо себя зарекомендовал при изготовлении шасси-монококов. Но в мотоциклах, как показал опыт, это не так. Мы помним, что в автомобиле жесткость шасси должна быть максимально возможной - именно из-за этого шасси из карбона, бесспорного лидера по части жесткости, так хорошо "работают" в F1. А вот получать нормированную, с высокой точностью жесткость мотоциклетной рамы из карбона невероятно сложно. Не так давно пилоты GP активно тестировали мотоциклы с карбоновыми рамами, "искали с ними контакт", однако почти все жаловались на недостаточную их информативность и на то, что словно кто-то "убрал звук" в их чувственном "диалоге" с шасси.

Еще один изъян великолепного карбона - его абсолютная ремонтонепригодность: он не поддается ни сварке, ни склейке, ни спайке, ни клепке. После аварии поврежденную карбоновую раму попросту выбрасывают. И самое важное. Довольно часто пилоты просят изменить жесткость рамы (почему - узнаем чуть позже). Совершенно очевидно, что в отличие от алюминиевых и стальных, с карбоновой конструкцией это невыполнимо.

Еще один "гвоздь" в гроб карбоновых рам: при тиражировании очень трудно повторить их параметры. Даже те, что изготовлены по одним и тем же чертежам, более того, на одном и том же оборудовании, могут существенно различаться по жесткости. В силу этого поведение мотоциклов с рамами из карбона "от одной мамы" иногда, мягко говоря, непредсказуемо.

Последний вариант рамы - это когда ееѕ вообще нет! Помните дорожные BMW, где несущий элемент - двигатель?.. Но и этот подход не прижился в элитных мотогонках, причем по той же причине, что и карбоновые рамы: трудно получить расчетную жесткость. Частично его все же применяют: например, в Ducati Desmosedici маятник крепится не к раме, а напрямую - к двигателю. А в некоторых дорожных мотоциклах мотор является нагруженной частью шасси**.

Еще один интересный момент в беседе о рамах характерен для чемпионата SBK. Дело в том, что рамы дорожных мотоциклов, в отличие от рожденных для трека MotoGP, далеко не всегда удовлетворяют потребностям пилотов. Жесткость рамы может оказаться недостаточной для противостояния гоночным нагрузкам, а геометрия - слишком стабильной, т.е. затрудняющей быстрое прохождение поворотов. Поэтому шасси мотоциклов, участвующих в WSB и BSB, по просьбам пилотов зачастую модернизируют - делают жестче и добавляют узлы регулировки. Жесткость повышают тем, что приваривают дополнительные алюминиевые детали, а узлы регулировки геометрии шасси (если их не было на стоковом байке) добавляют - устанавливают тюнинговые траверсы и ось маятника. Гоночные траверсы позволяют изменять угол вилки и зачастую величину ее выноса, когда заменяют или же поворачивают специальный эксцентрик. И положение оси маятника меняется (в вертикальной и продольной плоскостях) также эксцентриком, что и позволяет удлинять-укорачивать базу и угол маятника.

О нем, маятнике - подробнее. Техрегламент чемпионата SBK позволяет использовать как модифицированные стоковые, так и устанавливать разработанные "с чистого листа" тюнинговые. Первый вариант "бюджетный", он доступен многим, а вот маятник от Harris или Spondon ощутимо облегчит кошелек покупателя. Сразу сделаю небольшое отступление на тему гонок на выносливость. Тут все традиционно - через "ж". В отличие от чемпионатов MotoGP и SBK, в мотоциклах, участвующих в Endurance, жесткость маятника не только не повышают - его, представьте, уменьшают! Хуже того, маятникѕ удлиняют!.. Почему? Да потому, что управляемость в этом классе гоночной техники отодвинута на второе место после комфорта пилота и удобства управления мотоциклом - ведь ему приходится находиться за рулем долгие напряженные часы. А усталость гонщика замедляет мотоцикл гораздо сильнее, чем сниженная жесткость маятника.