Почему в MotoGP проходят повороты, почти касаясь земли?

Поделиться этой страницей
Мотоциклы MotoGP в повороте могут наклоняться от вертикали более чем на 60 градусов, вплоть до 65 градусов; секрет того, что они не падают, - в идеальном балансе силы тяжести и центробежной силы, а также в выдающемся сцеплении гоночных шин, способных выдержать этот огромный крен. То есть пилот вовсе не выполняет акробатический трюк - он просто следует по самой быстрой траектории, которую позволяет чистая физика. Как именно? Давайте разберём шаг за шагом, ведь эта тема меня по-настоящему увлекает!
Основные моменты
- Машины MotoGP в повороте могут наклоняться до 65 градусов; естественный предел комфорта человека - всего 20 градусов.
- Гоночные пилоты на сликах достигают 1,2 G и более; дорожные мотоциклисты обычно остаются в диапазоне 0,4–0,5 G.
- Техника свешивания колена получила распространение в 1970-х годах, а свешивание локтя стало её естественной эволюцией.
- Пилотам на самом деле чрезмерный крен не нужен; они предпочитают контролировать наклон и быстро выравнивать мотоцикл на выходе из поворота.
Что делает центробежная сила в повороте?
Теперь перейдём к самому главному. Когда мотоцикл входит в поворот, возникает огромная потребность в силе, направленной к центру поворота, - мы называем её центробежной силой. А что обеспечивает эту силу? Сцепление шины с дорогой. Пилот же явственно ощущает толкающее наружу действие этой силы всем телом; ему кажется, будто кто-то толкает его к внешней стороне поворота.
Так почему же мотоцикл наклоняется? И вот здесь вступает в игру физика: когда сила тяжести стремится опрокинуть мотоцикл внутрь, центробежная сила пытается толкать его наружу. Баланс этих двух сил возможен только тогда, когда мотоцикл находится под наклоном. С ростом скорости центробежная сила увеличивается, поэтому мотоциклу приходится наклоняться сильнее, чтобы оставаться стабильным. Если широкий поворот на малой скорости можно пройти с небольшим наклоном, то на высокой скорости тот же поворот требует совершенно иной геометрии.
Интересно вот что: при определённой скорости и радиусе поворота необходимая сила постоянна. То есть даже если ты изменишь угол наклона, сила, необходимая для поворота, не изменится - наклон это лишь способ уравновесить эту силу. Проведу аналогию: если медленно проехать узкий поворот на велосипеде, ты слегка наклонишься, а если захочешь пройти его быстро, тело автоматически наклонится сильнее. В MotoGP происходит то же самое, только скорости и углы находятся на предельных значениях.
Как сцепление шин выдерживает 65 градусов?
Физика трения описывается довольно простой формулой: сила трения равна коэффициенту трения, умноженному на нормальную силу. Иными словами, сцепление, которого ты можешь достичь, определяется качеством шины и покрытия, а также величиной нагрузки на шину. Пиковые коэффициенты трения на сухом покрытии составляют около 1,2 - гоночные слики играют именно в этой зоне, тогда как обычные дорожные шины сильно отстают.
Объясню и понятие G, потому что оно нужно, чтобы понять, насколько разительна эта разница. G - это ускорение, измеряемое в кратных значениях силы тяжести. Обычный дорожный мотоциклист в повороте, как правило, работает в диапазоне 0,4–0,5 G. Пилот MotoGP на сликах способен преодолевать 1,2 G. То есть сила, которая прижимает вас вбок, словно прилипшего к земле, становится даже сильнее гравитации. Это можно сравнить с центрифугами для тренировки астронавтов, только теперь руль - это руль прототипа MotoGP.
Круг Камма: бюджет сцепления
Представьте сцепление шины как единый бюджет: силы торможения, открытия газа и поворота расходуются из одного и того же бюджета. Классическая модель, описывающая это, называется кругом Камма. Представьте возможности шины в виде пирога; если сильно нагрузить торможение, кусок на поворот становится меньше, если рано открыть газ - боковое сцепление снижается. Весь секрет пилотов MotoGP в том, чтобы правильно делить этот пирог в каждый момент поворота. Торможение должно заканчиваться до поворота, внутри поворота газ нужно открывать плавно - потому что если бюджет превышен, шина сдаётся.
Уменьшает ли угол наклона сцепление? (Нет!)
Есть часто встречающийся миф: будто при наклоне мотоцикла сцепление шины в повороте снижается. С точки зрения физики это неверно; сам по себе угол наклона не уменьшает автоматически потенциал сцепления. Настоящее ограничение - боковой потенциал сцепления шины - ключевая величина, известная в мире тюнинга как cornering stiffness, то есть жёсткость в повороте - и то, как пятно контакта взаимодействует с покрытием. У хорошей современной шины сцепление обычно начинает иссякать при наклоне 50–60 градусов; гоночные слики и подходящий клиренс позволяют выйти за эти пределы. То есть шина демонстрирует согласованное поведение вплоть до углов, которые позволяет аппаратура.
И ещё одна деталь: при наклоне 60 градусов подвеска гоночного мотоцикла фактически перестаёт работать. Передняя вилка и задний амортизатор оказываются почти полностью в наклонённом положении. То есть в этой точке механическая подвеска свою работу выполнила, и её берёт на себя взаимодействие шины с покрытием. Поэтому с ростом угла наклона растёт и точность пилота - каждый сантиметр на пути к пределу сцепления шины становится всё критичнее.
Почему пилот касается коленом и локтем земли?

А теперь перейдём к самой запоминающейся визуально части: скольжению колена пилота по треку. Это не просто показуха, а чистая физика и контроль. Пилот смещает своё тело внутрь, в сторону поворота. Так общий центр тяжести пилота и мотоцикла располагается ниже и ближе к внутренней стороне. Результат? Уравновешивая ту же боковую силу, мотоциклу нужно наклоняться меньше. Это удерживает шину в более безопасной зоне и оставляет запас для выпрямления на выходе из поворота.
История knee dragging: от Кенни Робертса до наших дней
Техника езды на колене в MotoGP восходит к 1970-м годам. До того пилоты ездили в гораздо более вертикальной манере, ограничивая наклон мотоцикла кончиком колена. Звезда тех лет Кенни Робертс, трижды подряд став в 1978–1980 годах чемпионом мира в классе 500cc, вывел эту технику на вершину сцены. А источником вдохновения был Ярно Сааринен, который в поворотах выпрямлял колено к земле и время от времени касался её; к сожалению, трагическая авария Сааринена в 1973 году на Монце помешала дальнейшей эволюции этого стиля. Робертс превратил зерно, посеянное Саариненом, в чемпионство мира.
Затем настал черед локтя. Марк Маркес, в период своего перехода в высший класс, объединил стиль hanging off, который начал развивать в Moto2, с великолепным боковым сцеплением шин MotoGP: он максимально опускал корпус вниз относительно мотоцикла, ограничивал наклон мотоцикла в повороте и волочил локоть по трассе. Этот стиль оказался настолько эффективным, что большинство пилотов вскоре начали его копировать. Сегодня видеть положение колено ниже, локоть ниже, а то и плечо ниже у таких гонщиков, как Фабио Куартараро, - обычная картина.
В чем именно смысл касания локтем? Можно рассуждать так: пилоты не намеренно стараются коснуться локтем земли; это естественное следствие угла наклона и положения тела. Но при касании оно дает очень ценную информацию: лучше оценивать угол наклона, чувствовать уровень сцепления трассы, держаться близко к оптимальной траектории. Точка контакта работает как своего рода датчик. Наколенники и слайдеры на локтях пилотов также производятся специально для этой задачи; они выполнены из износостойкого компаунда, устойчивы к истиранию и легко заменяются. Кожаные комбинезоны же шьются поставщиками, такими как Alpinestars, Dainese и Spidi, по меркам тела пилота.
Каким должно быть правильное положение тела?
Как объяснял и Дани Педроса, основные принципы ясны: локти должны быть раскрыты, вес тела смещаться в сторону поворота, а внешняя нога должна нагружать подножку. Современный тренд - раскрывать внутреннее колено подальше от мотоцикла, нагружая им подиум; на выходе из поворота голова находится в самой нижней точке. Эти положения - не просто показуха, все они существуют для оптимизации центра тяжести и нагрузки на шину.
Есть и один важный факт: пилоты на самом деле не хотят чрезмерного наклона. Для максимальной производительности они предпочитают держать наклон под контролем и как можно быстрее выпрямлять мотоцикл на выходе из поворота. Потому что выпрямиться означает раньше и сильнее нажать на газ. Наклон - это инструмент, а не цель - цель состоит в том, чтобы как можно быстрее выйти из поворота.
Момент скольжения: физика лоусайда и хайсайда
Что происходит, когда сцепление шины заканчивается? Есть два классических сценария падения. Лоусайд происходит, когда силы в повороте превышают имеющееся сцепление: мотоцикл выскальзывает из-под пилота, и пилот падает вместе с мотоциклом на внутреннюю сторону поворота. В MotoGP это самый распространенный тип аварии. Если передняя шина срывается, все мгновенно заканчивается; поэтому торможение и понижение передачи должны быть завершены до поворота.
Хайсайд же гораздо более досадный сценарий: задняя шина сначала теряет боковое сцепление, а затем внезапно его восстанавливает. Этот резкий возврат заставляет мотоцикл яростно вращаться вокруг своей продольной оси и выбрасывает пилота поверх рук. Лоусайд обычно заканчивается скольжением и предсказуемым образом; хайсайд же заставляет мотоцикл вести себя как катапульта. Поэтому аварии с хайсайдом считаются гораздо более опасными для пилотов.
Не стоит забывать и об электронной помощи; системы вроде трекшн-контроля стараются не допустить, чтобы газ сорвал заднее колесо в пробуксовку, и вносят вклад в стабильность. Но основное правило физики не меняется: если бюджет сцепления исчерпан, побеждает физика.
Может ли обычный дорожный мотоциклист применять эти техники?
Будем честны: позиция тела уровня MotoGP для обычного дорожного райдера нереалистична - скопировать её один в один невозможно. Эти позиции обретают смысл на скоростях свыше 200 км/ч, на трековом покрытии и после многолетних тренировок. Но базовая физика справедлива для всех: никто, кто понимает основы физики, не станет сомневаться в преимуществе удержания веса пилота как можно ниже и внутри поворота. Практический вывод для дорожного райдера таков: заверши торможение до поворота, прими в вираже расслабленную и сбалансированную позу, открывай газ плавно. Тот же круг Камма, та же логика бюджета сцепления; просто с гораздо более скромными цифрами.
Человеческое тело от природы привычно к наклону до 20 градусов. Мотоцикл и пилот MotoGP же достигают 65 градусов - то есть ровно на 45 градусов выше комфортного предела человека. Эта цифра, по-моему, говорит обо всём: искусство прохождения виражей в MotoGP - доказательство того, куда можно дойти, когда она встречается с технологиями машин и шин, превосходящими человеческие пределы. В следующий раз, когда будешь смотреть вираж по телевизору, присмотрись ещё раз к тем моментам, когда локоть касается земли; теперь ты знаешь, сколько там физики!
Источники
- Drag локтем в MotoGP™: Почему райдеры касаются земли локтями?
- Угол наклона: Победа - вопрос градусов - MotoAmerica
- Мотоциклетные шины и сцепление - развеиваем некоторые мифы - British Superbike School
- Лучшее вождение: Когда я теряю сцепление? - Bennetts BikeSocial
- Как на самом деле работает сцепление мотоцикла - Canyon Chasers
- Трение мотоциклетных шин - EVU Online
- Динамика шин - Racecar Engineering
- Как ощущаются силы в повороте при езде на мотоцикле - Physics Forums
- Почему гоночные мотоциклы так сильно наклоняются? Это физика - Rhett Allain, Medium
- Highsider - Wikipedia
- Мотоаварии highside и lowside: объяснение - DrivingTests.co.nz
- Аварии на мотоцикле: объяснение highside и lowside - Driver Knowledge Tests
- Позиция тела: сравнение с Moto GP просто нереалистично! - JP43 Training