Три тысячи километров на одном литре

В 1939 году ученые и инженеры американского исследовательского центра Shell устроили между собой дружеское состязание, критерием победы в котором стали не максимальная скорость или минимальное время прохождения трассы, а расстояние, которое болид может пройти на одном литре топлива — победитель продемонстрировал результат в 21 км. А в 1985 году идея возродилась уже на международном уровне: на гоночной трассе Paul Ricard на юге Франции стартовала гонка Shell Eco-Marathon Europe (а позднее появились американская и азиатская гонки), в которой приняли участие 25 студенческих команд, выкативших на трек свои болиды из дерева и стеклопластика. Показатели экономичности победителя, швейцарской команды Team Henry, составили фантастические по тем временам 680 км/л. А сейчас, спустя 30 лет, даже 800−1000 км/л считаются не слишком высоким результатом. Вот лишь некоторые показатели рекордс­менов этого года, победивших в соревновании 197 команд из 26 стран — 2308,3 км/л (бензиновый болид TED команды французского Центра технического образования компании Airbus Helicopter) и 2551,8 км/л (болид на сжатом природном газе Microjoule французской школы Ла-Жоливери). А абсолютный рекорд был установлен в 2010 году, когда команда Политехнического института в Нанте показала результат в 4896,1 км/л. Почти 5000 км на одном литре бензина!

Соревнования Shell Eco-marathon включают состязания в двух основ­ных категориях — прототипы (Prototype) и городские концепты (UrbanConcept). Первая — это легкие (максимальная масса 140 кг) и низкие (до 100 см высотой), обтекаемые болиды, в которых пилот находится в лежачем положении. Вторые уже более похожи на городские машины — и внешне, и тем, что пилот в них полусидит. Некоторые команды идут даже дальше — в прошлом году голландская команда TU/ecomotive из Технического университета Эйндховена выполнила все технические требования, предъявляемые к автомобилям на общественных дорогах, в результате чего их городской концепт проехал от Эйндховена до Роттердама. В обеих категориях команды имеют широкий выбор видов топлива: бензин, дизель, этанол, синтетическое топливо (синтезированное из газа, GTL), водород (для топливных элементов), электроэнергия, сжатый (компримированный) природный газ.

Правила соревнований просты — нужно пройти трассу (в Роттердаме это были десять кругов общей дистанцией 16 117 м с пятью поворотами на круге) не более чем за 39 минут, показав при этом минимальный расход топлива. И хотя команды для выполнения этой задачи имеют широкий простор для воображения, перед тем как выпустить болиды на трассу, техническая инспекция тщательно проверяет соответствие всем требованиям безопасности и регламента гонок. «Несмотря на то что скорости невысоки, безопасность должна быть прежде всего. Проверяется соответствие всех размеров, веса, прочность ремней безопасности, угол обзора из кокпита, минимальный радиус поворота, эффективность тормозов, общая конструкция болида и другие параметры», — объясняет Майк Эванс, главный специалист Shell по топливу для Formula 1. На этой гонке Эванс — один из членов технической комиссии, отвечающий за измерение главного показателя — расхода топлива и энергии. — Если топливо жидкое, перед стартом бак и топливная система доливаются до мерной черты и опечатываются, а измерение происходит при дозаправке после гонки. Хотя в рекордных случаях расход за всю дистанцию бывает настолько мал, что для самых точных замеров мы снимаем топливную систему и взвешиваем ее на прецизионных весах. С электричеством проще — в схему сразу включается измерительный прибор, для природного газа и водорода используются расходомеры».

Каким же образом команды добиваются таких высоких показателей? Во-первых, болиды делаются максимально облегченными. Наиболее опытные команды используют несущие карбоновые кузова типа «монокок» — если, конечно, у них хватает средств, потому что это дорогое удовольствие. Есть варианты попроще — карбоновая, стальная или алюминиевая рама и кузов из пластика. Некоторые команды даже умудряются использовать совсем бюджетные варианты, ставя готовую раму — например, металлическую стремянку, хотя это и достаточно тяжелая деталь. «Идет постоянная борьба за уменьшение массы болидов, — объясняет Андрей Сотсков, капитан команды "СКБ-МАДИ" Мос­ковского автомобильно-дорожного государственного технического университета МАДИ. — Например, новая карбоновая рама, которую мы использовали в этом году, позволила существенно уменьшить массу нашего болида — с 54 до 48 кг». Команда «СКБ-МАДИ» принимает участие в гонках третий год, но в прошлом году им не повезло: машина другой команды из-за неисправности тормозной системы коснулась их болида на трассе, и хотя ни пилоты, ни машины серь­ез­но не пострадали, обе команды в соответствии с правилами были сняты с гонки. Но в этом году команда успешно дошла до финиша, показав в лучшей попытке результат в 231 км/л и заняв в категории бензиновых прототипов 30-е место (из 63 машин).

Борьба за уменьшение массы болида имеет и несколько неожиданную сторону. «Это, пожалуй, единственный случай, когда у девушки прилично спрашивать, сколько она весит! — смеется пилот российской команды Татьяна Федорова. — Какой смысл бороться за каждый грамм массы болида, если потом придется везти десяток лишних килограммов массы пилота? Поэтому пилоты в большинстве команд — хрупкие девушки невысокого роста. Чтобы не доходило до голодания, в регламент ввели минимальную массу пилота — 50 кг. Если меньше, приходится крепить в машине балласт. Правда, за гонку теряется примерно килограмм массы тела — если солнечно, то в болиде жарко, но такая потеря правилами предусмотрена».

Слово «гонки» ассоциируется с мощными многоцилиндровыми моторами, но в Eco-marathon ситуация кардинально отличается от такого стереотипа. «Начинающие команды, к которым пока относимся и мы, берут стандартный одноцилиндровый 4-тактный бензиновый двигатель от мотокосы, чаще всего это Honda GX35 объемом 35 кубиков и мощностью 1,35 л.с., — говорит Олег Ребров, главный конструктор команды "СКБ-МАДИ". — Потом начинают с ним работать — меняют блок управления, коленвал, систему впрыска, разрабатывают программы управления — в общем, все ограничено только возможностями и фантазией команд. Такими методами можно достичь показателей в 800−1000 км/л, так что у нас еще огромный простор для деятельности — на следующий год мы, помимо прочего, планируем установить новую систему управления впрыском и настроить ее под нужные условия». А еще в этом году на российском прототипе впервые появилась система датчиков. «Такой подход позволяет вывести на приборную консоль различные показатели для пилота, — объясняет Сергей Меркушев, инженер по телеметрии команды "СКБ-МАДИ". — Теперь мы можем записать условия трассы и позднее воспроизвести их на моторном стенде, чтобы отладить программы управления двигателем. Это также открывает широкие возможности по полуавтоматическому управлению двигателем (полная автоматика запрещена правилами, но компьютер может частично взять управление мотором на себя — скажем, глушить его по достижении нужной скорости».

Но лидеры гонки, конечно, давно прошли этап использования стандартных двигателей — они делают их с нуля специально для этой гонки. Некоторые французские команды привозят с собой несколько различных (полностью самодельных!) двигателей, а также моторный стенд, на котором до самого начала гонок их отлаживают и настраивают. Кстати, французские технические школы на этой гонке были вообще в большинстве — из Франции приехало 55 команд, причем многие из них принимают участие в гонках уже не первое десятилетие.

Шасси применяются самые разнообразные: от простых велосипедных компонентов до изготовленных на заказ магниевых деталей под­вес­ки и карбоновых колес. Все команды используют шины с пониженным сопротивлением качению, а вот подшипники у всех разные. Многие ведущие команды напрямую работают с исследовательскими отделами крупных производителей, таких как SKF, и в результате получают возможность установки самых новых и лучших подшипников. «Пилоты ведущих команд заводят мотор за время прохождения круга один-два раза, а всю остальную дистанцию болид проходит накатом», — говорит Олег Ребров. А на вопрос о составляющих успеха Андрей Сотсков отвечает: «Почему французские команды из года в год побеждают в этой гонке? Они методично улучшают каждую деталь, если она позволяет сэкономить даже сотые доли процента топлива. Для них просто не существует мелочей и компромиссов».