Солнечный болид прошёл эволюцию в пяти поколениях
3021 километр от Дарвина до Аделаиды. Это вызов, принять который готовы многие претенденты на победу. Но среди них есть, по меньшей мере, один, заслуживающий отдельного рассказа. Это команда, побеждавшая в четырёх последних гонках через австралийский континент и намеренная добиться успеха в пятый раз. Она построила полностью новую машину.
Десятое состязание World Solar Challenge пройдёт с 25 по 31 октября 2009 года. В этой знаменитой гонке принимают участие в основном команды от университетов, но также — от ряда фирм, а всего они представляют около 30 стран.
Уже свыше 20 лет World Solar Challenge является полигоном, на котором учёные и инженеры проверяют самые свежие идеи и технологии в области конструкционных материалов, аэродинамики, шин, тяговых аккумуляторов и, конечно же, солнечных батарей.
И пусть эффект новизны давно прошёл, трансавстралийский вояж по-прежнему привлекает внимание публики. А уж с каким нетерпением ждут старта его участники. Ведь они так стараются улучшить, казалось бы, давно отшлифованные и проверенные временем решения.
Пару слов о правилах. Главные ограничения: габариты машины, площадь солнечных батарей (о ней мы ещё скажем отдельно) и ёмкость аккумулятора.
Последний наполняется при «избыточном солнце», а также на спусках или при торможении, и затем помогает машине разгоняться, либо двигаться при появлении облачности. Его ёмкость составляет 5 киловатт-часов максимум. На старте гонки его можно один раз полностью зарядить, а дальше — наполнять уже только от Солнца, освещающего авто.
Менять аккумулятор, понятно, нельзя. Только если он не отказал. Но в этом случае начисляется штрафное время.
Есть ещё правила, уравнивающие возможности команд. К примеру, вес водителя не должен превышать 80 килограммов (одно авто ведут, сменяя друг друга, от 2 до 4 гонщиков).
Но во всех аппаратах при помощи балласта компенсируется разница между фактическим весом водителя и теми самыми 80 килограммами, так что выгадать в силе сопротивления качению (а она зависит от полного веса авто), усадив за руль легковесного гонщика, — ни у кого не получится. Зато правила не запрещают сколь угодно снижать вес самой конструкции, пусть это и сложно.
Внешне все солнцемобили похожи. Законы эволюции техники диктуют самые оптимальные варианты конструкции. К середине 1990-х окончательно сформировался облик таких машин.
Ныне большинство соперников выполнены словно по одному плану: плоский корпус, похожий на крыло, солнечные панели почти на всей свободной поверхности, каплевидный кокпит пилота, три колеса в обтекателях почти до земли (два спереди), заднее колесо — ведущее, причём снабжённое электромотором, встроенным прямо в ступицу (прямой привод).
Но это лишь общая канва. Создатели солнцемобилей всё время находят кучу тонкостей, в которых могут отличиться от соперников. Иначе откуда бы брались победители? Такие как студенческая команда Nuon Solar Team, созданная в техническом университете Делфта (TU Delft).
Мы как-то рассказывали об их солнечном автомобиле Nuna2. А вообще голландцы — бесспорные лидеры в данном виде состязания. Ведь студенты из Делфта побеждали в четырёх последних World Solar Challenge. То есть во всех, в которых и принимали участие! Всего с 1987 года трансавстралийских солнечных гонок было проведено девять, но Делфтский университет появился тут только в 2001-м, на гонке номер 6.
Тогда быстрейшим «стопроцентно солнечным» автомобилем в мире стала машина Nuna (построившая её команда из Делфта тогда называлась Alpha Centauri). Nuna (иногда пишут Nuna1) при пересечении континента развила среднюю скорость 91,81 километра в час, обойдя сильных конкурентов из Австралии и США.
Следующая гонка World Solar Challenge прошла в 2003 году. Её выиграла Nuna2 с результатом 97,02 км/ч.
В 2005-м же первой к финишу пришла Nuna3, пробежавшая 3000-километровую дистанцию со средней скоростью 102,75 км/ч.
Заметим, средняя скорость в World Solar Challenge считается, исходя из времени, проведённого на дороге. Ночёвки не учитываются. А в каждый день соревнования машины могут двигаться только с 8:00 до 17:00. Так что Nuna3 использовала 29 часов и 11 минут «чистой гонки», чтобы завершить прохождение трассы, но в целом на покорение континента у неё, как и у соперников, ушло несколько дней.
В 2007-м победа снова досталась солнечному авто от Nuon Solar Team. Новенькая с иголочки Nuna4 показала результат в 90,87 км/ч. Заметим, этот автомобиль всё равно был совершеннее своего предшественника. А снижение его средней скорости объяснялось изменениями в правилах состязания: регламент сократил допустимую площадь солнечных батарей на 25% — с 8 квадратных метров до 6.
Произошёл секвестр «светового бюджета» из-за довольно забавного обстоятельства. Уже в 2005-м несколько команд вывели на старт машины, которые на значительном протяжении трассы просто упирались в ограничение скорости, предписываемое местными правилами (110 км/ч), да и допустимые 130 на других участках уже не казались запредельными. Та же Nuna3 даже на тестах легко развивала именно такую скорость.
А ведь гонка идёт в рамках ПДД. Есть только немного исключений. Например, при условии отсутствия встречных автомобилей на хайвее солнечным авто разрешено выезжать на встречную полосу, чтобы собрать чуть больше света (тут свою роль играет уклон полотна и расположение солнца после полудня справа по направлению движения, которое в Австралии, как известно, левостороннее).
Потому устроители состязания (права на него принадлежат штату Южная Австралия) решили, что первоначальная цель — появление солнечных машин, способных двигаться с нормальными автомобильными скоростями – достигнута. Теперь перед участниками надо поставить другую задачу. А именно: строить столь же быстрые авто при более жёстких условиях. Так, мол, можно приблизить эру экологически чистых и пригодных для повседневных поездок машин. Про одноместные солнцемобили, плоские как камбала, никак ведь не скажешь — практичный транспорт.
Но не тут-то было. Nuna4 развивала максималку уже в 142 км/ч (по другим данным — 145). Хотя площадь батарей сократилась, а их КПД был практически точно такой же, как и у «трёшки».
Так или иначе, но с 2007 года в World Solar Challenge были введены два класса машин. Основной — Challenge. Это тот самый «трудный» класс с новым ограничением на площадь батарей, в котором должны были продолжиться поиски самых совершенных систем. Здесь были введены дополнительные требования к машине, связанные с безопасностью.
А ещё появился дополнительный класс Adventure, в котором было оставлено старое ограничение на площадь солнечных панелей — 8 «квадратов» и другие старые правила. В 2007-м в этом классе победила японская Tiga, построенная в университете города Асия (Ashiya University). Её средняя скорость составила 93,57 км/ч.
Интересно сравнить: победитель первой гонки World Solar Challenge — автомобиль Sunraycer, построенный объединёнными усилиями компаний General Motors, AeroVironment и Hughes Aircraft, прошёл знаменитый теперь маршрут со средней скоростью 66,9 км/ч.
В нынешнем году хозяева «Вызова» пошли на дальнейшее ужесточение правил. Так, если раньше солнечные автомобили выступали на сликах со сверхнизким сопротивлением качению, то теперь регламент предписывает ставить покрышки с рисунком протектора (так повышается безопасность), а это не может не сказаться на величине сопротивления. Впрочем, команды это не смущает — у машин по новому регламенту параметры всё равно просто фантастические.
В конце июня 2009 года Nuon Solar Team официально представила своё последнее творение — Nuna5. Возможно, самый совершенный солнечный автомобиль в мире и, конечно, один из главных претендентов на победу в World Solar Challenge 2009.
Глава Nuon Solar Team Рейн ван ден Эйнде (Rein van den Eijnde) говорит: «Мы действительно не можем дождаться, чтобы начать водить «Нуну». В конце концов, машина может выглядеть впечатляюще, но она создана для сражения и победы. Мы чувствуем себя как команда Формулы-1 и только и думаем о гонке. Электродвижок может быть тихий, но клянусь, можно услышать его пульсацию на стартовой решётке».
Машина у умельцев из Делфта действительно вышла на загляденье. Вес Nuna5 составляет менее 160 килограммов. К примеру, Nuna4 и Nuna3 весили где-то между 190 и 200 кг, и ведь считались пёрышками.
Один из студентов, которому предстоит повести Nuna5 в бой, говорит: «Это кажется странным, что я буду управлять машиной, которая весит лишь примерно вдвое больше меня самого. Вряд ли вы когда-нибудь увидите другой такой лёгкий автомобиль на дорогах».
Солнечные батареи на Nuna5 поставлены трёхпереходные, на основе арсенида галлия. 2120 фотоэлектрических ячеек покрывают разрешённые правилами 6 «квадратов». КПД этих батарей составляет 34%. Это один из самых заметных прорывов — у солнечных элементов на Nuna4 и Nuna3 было 26-27%.
КПД электромотора Nuna5 (он создан, кстати, не в Нидерландах, а в Австралии — в исследовательской организации CSIRO) равен 97% (по некоторым данным, даже больше). У Nuna4 и Nuna3 было столько же. Тут принципиальных отличий нет. Но стоит отметить, что у большинства массовых электромоторов эффективность лежит в пределах 80-95%.
За сохранение энергии отвечает блок литиево-полимерных батарей весом 25 килограммов (у Nuna3 и Nuna4 такой блок весил 30 кило). Они оснащены «интеллигентной» системой мониторинга рабочих параметров.
Кузов Nuna5 построен вокруг титановой клетки безопасности и состоит из панелей, созданных из углеродного и арамидного волокна.
Шасси также выполнено из лёгких материалов: рычаги подвески из углеволокна, другие её элементы — из алюминия, алюминиевые же колёса на керамических подшипниках. Передние тормоза оснащены керамическими дисками, заднее колесо довольствуется только рекуперативным торможением, когда встроенный электромотор работает как генератор.
Интересно также, что голландский солнцемобиль снабжён беспроводной системой передачи телеметрии: с машиной сопровождения бортовая электроника Nuna5 связывается по каналу Wi-Fi.
Понятно, что собирая урожай со всё тех же шести соток, то есть с шести квадратных метров, трудно получить заметно больше электричества, чем соперники. Они ведь также регулярно наращивают КПД панелей. Остаётся сокращать силы сопротивления — аэродинамическую и дорожную составляющие.
Сколь мала лобовая площадь таких аппаратов — можете прикинуть сами. Что касается коэффициента обтекаемости кузова, то у Nuna3 он был равен 0,07 (сравните с 0,26-0,36 у обычных легковушек). Дальше этот параметр только улучшался, хотя точных значений команда не приводит. Но она пишет, что аэродинамическое сопротивление «пятёрки» — на четверть ниже, чем у Nuna4, и что теперь оно в 12 раз меньше в сравнении с обычным автомобилем. Что касается силы сопротивления качению колёс, то она тут в 10 раз ниже, чем у простой легковой машины.
Поможет ли всё это в борьбе с соперниками на трассе? Ведь у самых лучших машин параметры близки. Рейн полагается не только на технику, но и на командный дух. Прохождение дистанции Дарвин-Аделаида — это своего рода курс выживания. Команды останавливаются там, где их застают 5 часов вечера, и разбивают палатки около дороги.
Рейн утверждает, что в его группе собрались открытые и общительные молодые люди, хорошо работающие друг с другом. «Грызущие гранит» на разных курсах (электротехника, аэрокосмическая техника, энергетика, архитектура, промышленный дизайн и машиностроение), эти 14 энтузиастов полностью прервали своё обучение почти на год, чтобы всё это время посвятить проектированию и постройке Nuna5. Полагаем, машина должна их как-то отблагодарить.
Свежие комментарии