Черная магия

Взять большой клубок тонких и легких, словно паутина, нейлоновых нитей, сплести их особенным образом в прочнейшие жгуты, перекрестив четырежды, да чтобы каждый слой отделен был от соседнего. В огромный чан со стирен-бутадиеном добавить по мере надобности угольную пыль, обыкновенный воск, различные масла, окись цинка, серу, вулканизаторы, катализаторы, замедлители. Дать закипеть и варить до готовности. Полученной смесью с величайшей осторожностью залить нейлоновые жгуты. И смиренно молиться, чтобы все прошло удачно, ибо гарантировать благополучный исход, похоже, может только удачное расположение звезд на небе...

Так в самых общих чертах выглядит рецепт изготовления гоночной шины - части автомобиля настолько же важной, насколько и загадочной.

С ПОСИЛЬНОЙ ПОМОЩЬЮ СВОИХ ПОДРУГ

Казалось бы, если у вас нашлись деньги на целый автомобиль, достать к нему покрышки особого труда не составит. Но так было далеко не всегда. К примеру, после Второй мировой войны в разрушенной Европе любая мелочь стала дефицитом, а уж специальная гоночная резина считалась настоящей редкостью. Изголодавшиеся по состязаниям пилоты, - а в большинстве своем это были одиночки- «частники» или члены небольших малобюджетных «конюшен» - чтобы выйти на старт, пускались во все тяжкие.

Ветераны 40-х - начала 50-х до сих пор вспоминают, как обменивали на подержанные покрышки талоны на бензин и вино, отдавали самые нужные запчасти и даже - увы, было, было! - делились благосклонностью своих подруг. Лучшими же из новых шин в только что начавшемся чемпионате мира Формулы-1 считались итальянские Pirelli - они, как говорили, «привозили» по секунде на крут английским Dunlop и бельгийским Englebert. Но миланский концерн никому не давал своей продукции даром - даже лучшим командам, как Alfa Corse и Scuderia Ferrari. Лишь за победы в Гран При полагались скидки. В результате, не только бедняки-«частники», но и многие относительно богатые «конюшни» старались воспользоваться услугами конкурентов итальянской фирмы, предлагавших различные скидки и даже бесплатные поставки.

При этом конструкция покрышек оставалась одинаковой. Каркас из нескольких слоев хлопчатобумажных нитей покрывался смесями из натурального каучука. Высокие и тонкие (ширина протектора шины Dunlop R1 образца 1948 года - 124 мм), они были очень тяжелыми (свыше 17  кг) и жесткими. А чтобы добиться устойчивости таких высокопрофильных покрышек в поворотах, приходилось накачивать их до 3,9 атм.

Главным врагом таких шин стала внутренняя теплота. Так как гоночные покрышки испытывают огромные вертикальные и боковые нагрузки на высоких скоростях, их внутренняя деформация становится критической. Скажем, по расчетам английских специалистов, колесо «2,5-литровой» Формулы-1, вступившей в действие в 1954 году, внешним диаметром 685,8 мм (27 дюймов), совершало 466 оборотов на 1 км дистанции. Значит, 466 раз резина прогибалась в определенном месте. На скорости 250 км/ч это 32 цикла прогиба в секунду! А каждое действие и противодействие рождает внутреннее - и потенциально разрушительное - тепло. При нагревании же до 120 ⁰С прочность хлопчатобумажного корда уменьшается на 30-35%.

До войны с нагревом пытались бороться, так сказать, экстенсивным путем - увеличивая наружный диаметр и уменьшая тем самым число циклов прогиба. Так на самых скоростных и жарких трассах появились 19-дюймовые колеса, внешний диаметр которых доходил почти до 80 см. В 50-е годы инженеры пошли по интенсивному пути, заинтересовавшись материалами, из которых изготовлена покрышка.

«ДАЖЕ ЕСЛИ БУДЕТ ШИНА ИЗ НЕЙЛОНА...»

Отвести тепло от вращающейся покрышки можно уменьшив толщину протектора и боковин, сократив количество слоев корда. Но тогда не выдержат хлопчатобумажные нити. Ответом стала покрышка Dunlop R5 1958 года с кордом из нейлоновых нитей.

Новый материал оказался настоящим подарком богов. Во-первых, он был намного легче хлопчатобумажных нитей. Только на нейлоне каждая R5 экономила почти килограмм, а всего была на 5,5 кг легче своей предшественницы R3 1955 года. Крайне важно, что экономия эта достигалась в нужном месте, - снижение неподрессоренных масс улучшало управляемость автомобиля.

Во-вторых, при меньшей (примерно на 40%) толщине прочность полиамидных нитей в два раза выше. А значит, можно сократить количество слоев корда и эти последние сделать тоньше. В результате удалось не только сократить толщину покрышки, улучшив температурный режим колеса и повысив тем самым его живучесть, но и снизить высоту боковин (шины стали более широкопрофильными), увеличивая пятно контакта - а значит, сцепление с дорогой - на 15%. Давление в шине можно было значительно снизить, и протектор гораздо плотнее прижать к асфальту.

Общий эффект получился потрясающим - несмотря на падение мощности двигателей Ф-1 (в 1958 году спиртовое топливо заменили авиационным бензином) скорости прохождения крута выросли. Успех Dunlop означал конец эры Pirelli - самые быстрые покрышки 50-х, выигравшие чемпионаты мира 1950-1953 годов, частично 1954 и 1957 годов, сошли со сцены. Законодателями мод, а вскоре и монополистами в Ф-1 стали инженеры Dunlop, быстро заткнувшие за пояс коллег из Continental, Englebert, Firestone и Goodyear.

Но и оставшись в одиночестве, англичане не успокоились. В 1962 году на модели R6 появились синтетические каучуки. Стирен-бутадиен (SBR) легко и прочно соединялся с материалами каркаса, обладал повышенной прочностью к истиранию. В результате удалось еще сблизить слои корда, облегчить шину, уменьшить высоту боковин, увеличить пятно контакта, снизить давление. Время прохождения круга сократилось на 1%.

Параллельно с химиками вели интенсивные исследования и инженеры-конструкторы. Чтобы определить оптимальные размеры и форму покрышек, они еще в начале 60-х годов использовали компьютеры. Так в 1964 году появились широченные «пончики», как их тут же окрестили завсегдатаи паддоков, - низкопрофильные шины с шириной протектора 13 дюймов (330 мм). Но тут на сцену Ф-1 вышел американский шинный гигант Goodyear.

СВЕРХМЯГКИЕ СЛИКИ И «ШИНЫ-ПРУЖИНЫ»

«Ты не поверишь, - сказал осенью 1963 года знаменитый конструктор гоночных Lotus Колин Чэпмен одному из английских журналистов, - но одного комплекта резины Кларку хватило на четыре Гран При, включая все тренировки!»

Да, было такое время в Формуле-1, когда пилоту не особенно приходилось беспокоиться о шинах. Ведь в 1961-1965 годах покрышки, установленные на 1,5-литровых машинах весом 545 кг, использовались два часа на скорости в 265 км/ч. И те же шины стояли на 900-килограммовых спортпрототипах, в течение суток утюживших трассу в Ле-Мане на 290 км/ч. Но в 1966 году моторы Ф-1 стали мощнее, автомобили - тяжелее и быстрее, а в чемпионате мира с приходом американцев из «шинного города» Акрон в штате Огайо - Firestone и Goodyear - началась настоящая шинная война.

Соревнование трех научно-исследовательских центров привело к тому, что резиновые смеси становились все мягче, протектор и боковины - все тоньше, покрышки стали бескамерными, вероятность их разрушения возросла многократно. В конце сезона-70 Dunlop не выдержал конкуренции и объявил, что уходит в менее дорогостоящие виды гонок. А в следующем году в Формуле-1 появились шины без рисунка протектора - так называемые слики.

Новинка увеличивала пятно контакта колеса с дорогой и одновременно снижала температуру, - ибо выяснилось, что отдельные шашечки протектора, вибрируя и как бы «извиваясь», нагревались сильнее. Стерев рисунок, стало возможным использовать еще более мягкие смеси без серьезной опасности перегрева и разрушения протектора.

Тогда же специалисты Firestone предложили сверхнизкопрофильные шины, снизив высоту боковин до минимума. Но вскоре выяснилось, что американцы ошиблись, - сильнейшая вибрация сводила на нет все теоретические преимущества такой конструкции. Goodyear же наоборот - вдруг увеличил высоту боковин!

Такое решение словно бы зачеркивало все, к чему стремились конструкторы шин на протяжении четверти века. Ведь в повороте на такую покрышку с высокой, тонкой и мягкой боковиной действует огромное боковое ускорение, которое подминает шину под обод. Но американские инженеры взяли на вооружение опыт состязания дрегстеров - гонок на ускорение. Там мягкие и высокие боковины использовались в качестве своеобразной пружины, раскручивающейся в процессе ускорения.

Да, у новых «дрегстерных» покрышек были проблемы с боковой устойчивостью, их борта действительно подминались в поворотах. Но чем большим удавалось сделать внешний диаметр, тем мягче смесь можно было использовать - скорость вращения меньше, требования к прочности протектора - ниже. Так что «шины-пружины» очень эффективно разогревались до рабочей температуры и обладали невероятным сцеплением на выходе из поворотов.

РАДИАЛЬНЫЕ ШИНЫ, КОТОРЫЕ НЕ БЫЛИ РАДИАЛЬНЫМИ

До сих пор каркас всех гоночных покрышек имел так называемую диагональную конструкцию, - слои корда располагались под углом к продольной оси колеса. Считалось, что именно такая схема наиболее приемлема для гоночного автомобиля, создателям которого не приходится думать о комфортабельности езды и уровне шума. Между тем в серийных легковушках 70-х годов вовсю использовались радиальные шины, в которых нити корда проходили перпендикулярно продольной оси.

В 1977 году французский концерн Michelin предоставил такие покрышки сначала команде Renault, а затем и Ferrari. Как сообщалось, протектор радиальных шин меньше прогибался под нагрузкой, а боковины были гораздо мягче - отсюда лучшее сцепление при ускорении и торможении и большая устойчивость на прямых.

Впрочем, скорее всего французы называли свою покрышку радиальной ради рекламы дорожных шин. На самом же деле, нейлоновые нити располагались в ней под углом 23⁰ к протектору, хотя сверху и перекрывались настоящим радиальным металлическим кордом. Так что такую конструкцию по всем правилам автомобильной теории можно назвать «диагонально-опоясанной». Однако служба безопасности Michelin была столь бдительна, что утверждать что бы то ни было с полной уверенностью не представляется возможным.

С тех пор, между прочим, закончилась эпоха, когда шинные инженеры прилюдно хвастались своими успехами, подробно рассказывая о конструкции и химическом составе гоночных шин. Как и в двигателестроении Формулы-1, в производстве покрышек наступило время секретов и тайн.

Не только конструкцию, но и состав резиновой смеси каждый производитель хранит как зеницу ока. Ведь верно смешав хорошо известные ингредиенты, можно заставить колесо буквально прилипать к трассе.

Правда, такая шина крайне недолговечна. И не потому, что подобно пластилину, липнет к асфальту. Разогреваясь во время гонки (оптимальная рабочая температура лежит в пределах 100 ⁰С, под действием химических реакций, которые еще более повышают температуру (выше 120⁰), смесь как бы «закипает», начинает пузыриться, и, в конце концов, резина разламывается на куски.

РЕЗИНОВЫЙ ПОКЕР

Значит, изготовить быструю и прочную покрышку невозможно? Ответом стали шины разной твердости. Сверхмягкие и супербыстрые выдерживают всего пару-тройку кругов и нужны для квалификации. Самые твердые «бегут» медленнее, зато выдержать могут всю дистанцию. Промежуточные же разновидности используют в зависимости от характера трассы. Вот где необходимы интуиция и мастерство пилота, опыт команды, накопленный ее инженерами за многие сезоны. Какой асфальт - свежий или старый, сколько поворотов, какова длина прямых и температура воздуха? Есть даже такие трассы, Хунгароринг, к примеру, где целесообразно на правые колеса установить покрышки помягче. Ибо большинство поворотов венгерского кольца - правые, левые шины проходят в них больший путь, и, значит, должны быть долговечнее.

А почему бы вместо одного комплекта твердых и долговечных покрышек не использовать два, а то и три, и четыре мягких и быстрых? И с начала 80-х годов смена колес в ходе гонки стала обычным делом.

От слаженности действий механиков в боксах очень часто зависит судьба Гран При. И все же главную роль здесь играет мастерство пилота. Успехи Михаэля Шумахера в 1994 и 1995 годах на не слишком, казалось бы, быстром Benetton, часто объясняли тем, что немец изумительно выбирает тактику ведения борьбы, обходя соперников в боксах. Но вот что удивительно - Михаэль останавливался дважды, когда его противники заезжали на замену резины лишь раз, и выигрывал. Через пару недель пилоты Williams и Ferrari копировали тактику победителя, а он... выбирал одну дозаправку и вновь выигрывал!

Что это - феноменальное везение? Нерадивость механиков проигравших и отменная выучка их коллег из Benetton? Ни то, ни другое. «Да что вы, в самом деле! - в сердцах бросил после очередного поражения технический директор Williams Патрик Хед, которого Дэмон Хилл обвинил в выборе неверной тактики. - С таким пилотом, как Шумахер, можно останавливаться в боксах сколько угодно, и все равно выиграешь. Секрет в его голове и руках…»

Итак, мало выбрать два или больше комплектов нужной твердости. Необходимо чувствовать шины, как собственные пальцы. Не догадываться, а наверняка знать, в каком состоянии находятся покрышки, можно ли прибавить «газу» или такой маневр окажется для них смертельным.

К примеру, передние покрышки «формулы» обычно накачивают до 1,4-1,7, задние - 1,2-1,3 атмосферы. С ростом температуры давление может возрасти еще на 0,7 атмосферы. Пилот же экстра-класса может (и должен!) определить падение давления в одной из шин с точностью в пять сотых атмосферы!

А ведь мы еще ни слова не сказали о так называемой «дождевой» резине. Вот уж где определить необходимый рисунок и твердость не проще, чем найти философский камень!

ПОКРЫШКИ ДЛЯ МОКРОГО ДЕЛА

Хотя рисунку протектора гоночных шин издавна уделялось большое внимание, поиски оптимальной схемы в первые годы существования чемпионата мира велись, по существу, вслепую. Dunlop гордился «ромбиками» своей R1, Englebert еще в 30-е годы разработал для Scuderia Ferrari специальный рисунок, Continental рекламировала «квадратные плечи2 своих покрышек - считалось, что заходящий на боковины рисунок обеспечивает лучшую боковую устойчивость в поворотах.

Тем не менее, только в 1956 году появилась первая по-настоящему специализированная шина Dunlop R4, предназначенная для езды по мокрым трассам. По сравнению с «сухой» R3 высоту ее боковины уменьшили и снизили до 3,2 атмосферы давление.

Чем шире становились шины, тем опаснее на них было ездить в дождь. Не только из-за увеличившихся скоростей: возросшее пятно контакта означало одновременно снижение давления - вместо того, чтобы «продавливать» воду до асфальта, колесо всплывало на ней. Это так называемое аквапланирование - серьезнейший бич широкопрофильных гоночных шин. Потеряв сцепление с дорогой, гоночный автомобиль становится абсолютно беспомощным.

Трудность еще и в том, что дождь редко льет всю гонку. Чаще всего он либо начинается в ходе состязаний, либо пугает пилотов перед стартом. И тогда выбор резины становится критически важным. Ведь существует несколько разных рисунков протектора - от самого «изрезанного», который способен впитать и выбросить с дороги в воздух 90 литров воды в секунду, до редких поперечных канавок, что нарезают вручную. И в зависимости от интенсивности дождя пилоты выбирают один из них, рискуя порой в самый ливень заехать в боксы и обуть «полусухую» резину. Прекратись в этот момент дождь и выгляни солнце, - смельчак получит шанс намного обойти конкурентов. Если, конечно, не вылетит с трассы в первом же повороте, ведь дорожка все еще скользкая, как каток.

Впрочем, помимо небесной канцелярии отравить жизнь пилотов Ф-1 стремится и земная - в лице чиновников Международной федерации. В своем фанатичном стремлении сделать гонки Формулы-1 более зрелищными, они ежегодно придумывают все новые технические ограничения. И шины, разумеется, не обходят стороной.

СЛИКИ ВНЕ ЗАКОНА

Сначала число покрышек на каждый Гран При ограничили девятью комплектами «сухой» и семью – «мокрой» резины. Потом обязали пилотов до полудня в субботу выбрать конкретный тип резины, который они будут использовать в квалификации и гонке. И наконец, придумали нечто невероятное - запретили слики.

FIA постановила нарезать на слики продольные канавки, чтобы уменьшить пятно контакта с покрытием и соответственно снизить скорость. Предполагалось, что машины будут входить в поворот на меньшей скорости и количество обгонов возрастет.

Почти все пилоты чемпионата мира, все конструкторы, большинство управляющих гоночными командами резко возражали против такого решения. Автомобили, говорили они, станут нервными, непредсказуемыми, опасными. Но главное - обгонять станет еще труднее! «Мы опасаемся, что новые правила приведут к большему напряжению боковин покрышки, - говорил представитель Goodyear в Ф-1 Лео Мель. - И увеличат вероятность аварий. Какая же это будет реклама для шинной фирмы?» И компания Goodyear, чьи покрышки выиграли более 350 Гран При, осенью прошлого года оставила чемпионат мира.

Но для FIA уход американцев не послужил уроком. Наоборот, с нынешнего сезона число канавок на передних колесах увеличено с трех до четырех. И обсуждается проект внедрения поперечных бороздок. «Сказать по правде, - признался пилот Ferrari Эдди Ирвайн, - слики с канавками - это смешно. И выглядят просто глупо». Абсурдность подобных новшеств очевидна. Хотя бы потому, что глубину канавок после финиша необходимо измерять (шина же не должна превратиться в слик, это запрещено!). А кто гарантирует, что при экстренном торможении резина не сотрется на 5-7 миллиметров? И тогда гонщика можно будет дисквалифицировать. Именно это и нужно чиновникам, управляющим Формулой-1. В случае подавляющего преимущества одной из команд или одного из пилотов, с помощью дисквалификации можно вернуть интригу в поскучневший чемпионат. Как это было, к примеру, в 1994 году.

Но шинным инженерам к трудностям и ограничениям не привыкать. Тем более, когда речь идет о конструкции покрышки для Формулы-1. Ведь в отличие от многих других компонентов автомобиля, именно в этой области они почти всегда шли впереди своих коллег, работавших над «обувкой» для серийных машин. Так что, если и справедливо давнее высказывание о том, что «гонки улучшают породу автомобиля», то к шинам оно относится прежде всего.

Александр Мельник