Почему на формуле 1 открытые колеса
Вы когда-нибудь задумывались, почему машину класса Формула 1 называют болидом? И вообще, откуда пошли эти странные машины с открытыми колесами и плавником над мотором? Почему именно Формула 1 – Королева автоспорта?
Выше только звезды…
Михаэль Шумахер на Ferrari F2004 - самый успешный болид за всю историю Ф1
Машину класса Формулы 1 болидом прозвали журналисты, по аналогии со значением этого слова в астрономии. Болид – это небесное тело, что попало в атмосферу земли и, оставляя за собой сверкающий, яркий след, стремительно уноситься за горизонт. Поскольку большинство команд довольно ярко раскрашивают свои машины, это определение так и прижилось. Впрочем, болидами отныне называют все быстрые машины и не только с открытыми колесами.
Сущность наружу
Кстати, вот и первый вопрос – почему открытые колеса? Ведь они являются главным элементом в машине, который портит аэродинамику. А в мире автоспорта каждая десятая доля времени на счету. Но так уж повелось, что на этих машинах регламентом запрещено закрывать колеса аэродинамическими элементами.
Louis Chevrolet 1910 года - одна из первых машин с открытыми колесами
Вообще-то машины с открытыми колесами родились в США, но и в Европе они получили большую популярность. В Европе гонки на автомобилях с открытыми колёсами стали проводиться в 20-х гг. Новые машины получили название монопостов и они начали участвовать в престижных гонках Гран-При. С 1930 г. результаты некоторых Гран-При стали заноситься AIACR в отдельный зачет, создав личный чемпионат Европы, а в 1946 г. была создана FIA, которая определила основные классы монопостов – Формула 1, 2 и 3. В 1950 г. был организован чемпионат мира, проводимый на машинах Ф1.
Чудо техники
Болид Формулы 1 – это сплав технических достижений в сфере высоких технологии в самых разных отраслях науки. И не только автомобилестроения, но и электроники, кибернетики, химии, физики и многого другого.
Lotus Эмерсона Фиттипальди 1962 года
Прародителем этой схемы в Формуле 1 стал Фердинанд Порше (да, тот самый, что создал фирму, которая до сиз пор известна во всем мире с индексом 911). Именно его болиды в 50-х приобрели такой вид. Правда не раз предпринимались попытки изменить эту схему. Например, еще в 1954 году команда Mercedes пользуясь неточностями в регламенте на некоторых конках выставляла машины с закрытыми колесами, но FIA быстро пересекла это. Еще более комичным выглядит попытка команды Lotus обуздать мощный мотор с помощью 6-колесной схемы. Но и эта попытка была признана незаконной и с тех пор машины в Формуле 1 только четырехколесные.
Шестиколесный Tyrell 1976 года
Отдельно хочется сказать и про моторы с шасси. Если силовой агрегат можно приобретать на стороне, то шасси каждая команда обязана разрабатывать сама. Элементы подвески, как и тормоза – элементы находящиеся вне корпуса, а потому к ним особенные требования. Эти элементы сделаны из самых прочных материалов и призваны выдерживать большие нагрузки. Карбоно-керамические тормоза могут выдерживать температуру до 2000 градусов по Цельсию и не терять при этом своей эффективности.
Мотор – это сердце любой машины. И от его производительности напрямую зависит и скорость машины. Ошибочно думать, что в Формуле 1 самые мощные и быстрые машины. Например, в американской серии ChampCar моторы достигали мощности в 1500 л. с., а максимальная скорость достигала до 400 км/ч. Но в том и дело, что гонки проводятся не на прямой, а по кольцу, где важны многие факторы помимо мощности: стабильность машины, ее надежность и управляемость, аэродинамика и крутящий момент. А в этом Формуле 1 точно нет равных. Потому-то именно она Королева автоспорта.
Боевой и гражданский
Хребет над моторным отсеком постепенно становиться часть заднего антикрыла
Вместо эпилога
Трудно представить, но такой далекий от демократий вид спорта как Формула 1, сделал немало полезного для всего человечества в целом. Формула 1, как и многие другие вещи со временем претерпела изменения и, словно индикатор, отображающий технические достижения нашего мира.
Это интересно:
Суммарная стоимость болида Формулы 1 примерно равна миллиону долларов (точная цифра неизвестна – коммерческая тайна). Примерно в эту же сумму обходится и его содержание, поскольку эта машина сравни космическому кораблю. Прежде чем она выйдет на трассу с ней нужно провести множество манипуляций.
Изначально АБС была испробована в Формуле 1 в 1990 году командой Ferrari. Но в 1994 году была запрещена, как система нивелирующая многие недостатки пилотирования гонщиками. Зато с тех пор она активно стала внедрятся на дорожных автомобилях.
После гибели Айртона Сенны в 1994 году FIAвзяла курс на ужесточение правил безопасности и до сих пор пытается сдержать неуклонный рост мощности моторов и предельной скорости. Например, постепенно снижалось количество цилиндров у моторов и их диаметр. Сначала отказались от моторов V12, перейдя на V10, затем все стали использовать восьмицилиндровые двигатели, объемом не боле 3.5 литра без турбонаддува. Несмотря на это мощность моторов осталась высокой – около 900 л. с. на 600 кг боевого веса машины вместе с пилотом. С 2014 года Ф1 переходит на новые моторы – V6 с турбонаддувом объемом 1.6 литра.
Максимальная скорость, достигнутая болидом Формулы 1 – 415 км/ч. Ее развил американец Пол Трейси на трассе в Мичигане во время одной из практик.
Автомобиль с открытыми колёсами (монопост, одноместный болид, формульный болид) — тип гоночного автомобиля, представляющий собой одноместный [1] автомобиль с колёсами, вынесенными из кузова. Этот тип, появившийся в начале XX века — ныне один из самых распространённых типов гоночных автомобилей.
Содержание
Названия
История
В Европе гонки на автомобилях с открытыми колёсами стали проводиться в 20-х гг. Новые машины получили название монопостов и они начали участвовать в престижных гонках Гран-При. С 1930 г. результаты некоторых Гран-При стали заноситься AIACR в отдельный зачет, создав личный чемпионат Европы, а в 1946 г. была создана FIA, которая определила основные классы монопостов — Формула-1, −2 и −3. В 1950 г. был организован чемпионат мира, проводимый на машинах Ф1.
Устройство
Подвеска
Согласно названию, колёса автомобилей должны находиться вне корпуса. Впрочем, бывали и исключения — в 1954 г. команда Ф1 Мерседес, воспользовавшись лазейками в регламенте, выставляла на некоторые гонки, преимущественно скоростные, машины с колёсами, закрытыми лёгким кузовом. В дальнейшем регламент Ф1 был пересмотрен с целью исключения подобных случаев.
Также вне корпуса находится и подвеска. Сейчас это двойной поперечный рычаг с толкаемой либо тянущей штангой (push-rod и pull-rod, соответственно).
Число колёс, как правило, не превышает 4, хотя были случаи и 6-колёсных автомобилей — впервые такой автомобиль появился в 1948 г. в Национальном Чемпионате ААА, в 1976 г. команда Ф1 Тирелл также представила автомобиль с 6 колёсами, однако попытка команды Ф1 Уильямс выставить в 1982 г. шестиколёсный автомобиль натолкнулась на запрет, с тех пор все автомобили с открытыми колёсами имеют их не больше 4.
Двигатель
Двигатель долгое время находился впереди гонщика, приводя в движение заднюю ось посредством карданного вала, так или иначе проходившего через кабину. Впервые иное расположение двигателя — позади кабины — было предложено немецким инженером Фердинандом Порше в 1920-х гг., но реализовано в металле было лишь в 1934 г. в гоночных автомобилях Ауто Унион, построенных под руководством того же Порше. Впоследствии эта схема получила развитие на автомобилях Ауто Унион, но Вторая мировая война положила конец их эволюции, а после войны уже не использовалась. Вновь эта схема была применена уже в 1950-х гг. Эшли Купером. В 1961 г. автомобили заднемоторной схемы дебютировали в США, в 1965 г. выиграли гонку Инди-500, и с тех пор заднемоторная схема стала стандартом для автомобилей с открытыми колёсами, за исключением спринт-каров, используемых для гонок по грунтовым овалам.
Сами двигатели — почти исключительно четырёхтактные поршневые, работающие по циклу Отто, атмосферные или с турбокомпрессорами. В американском чемпионате проводили опыты с дизельными двигателями, также были попытки применения газовых турбин, в Америке и в Европе.
Аэродинамика
В начале XX столетия вопросы аэродинамики не сильно волновали конструкторов автомобилей, которые еще не развивали высоких скоростей. Первая Мировая война дала толчок исследованиям в области аэродинамики и с возобновлением в 20-х гг. гонок Гран-При некоторые инженеры (как, например, Фердинанд Порше) решили применить каплевидные обтекаемые кузова.
С 1960-х гг. требования аэродинамики все больше учитываются при создании гоночных автомобилей, конструкторы стараются добиваться не только уменьшения лобового сопротивления как раньше, но и увеличения прижимной силы — лёгкие машины не могли реализовать всю мощь своих моторов из-за пробуксовки в поворотах. Монопосты начинают обрастать теми или иными аэродинамическими приспособлениями.
Наиболее часто встречаются переднее и заднее антикрылья, прижимающие к дороге соответственно переднюю и заднюю часть автомобиля. Впрочем, в начале 80-х автомобили Ф1 обходились без передних крыльев — основную прижимную силу создавали сами корпуса машин, которые вкупе с заградительными эластичными юбками создавали под днищем машины разрежение, прижимающее их к трассе (граунд-эффект). Сейчас граунд-эффект практически везде запрещён, а прижимную силу создаёт диффузор — расположенная в задней части днища открытая сужающаяся П-образная полутруба, ускоряющая протекающий под машиной воздух (принцип трубки Вентури).
Открытые колёса являются важным аэродинамическим элементом — они имеют большую ширину, а их верхний край движется навстречу набегающему потоку. В итоге они производят серьёзные воздушные завихрения, сильно ухудшающие аэродинамическую эффективность автомобиля (коэффициент лобового сопротивления достигает 1,0-1,2) и, таким образом, не может сравниться со спортпрототипами, у которых колёса закрыты (коэффициент лобового сопротивления 0,3-0,4). Предпринимавшиеся различные попытки закрыть колёса от набегающего потока пресекаются контролирующими органами.
Маломощные монопосты, а также спринт-кары (используемые для гонок на грунтовых овалах) могут вообще не иметь аэродинамических элементов — развиваемые ими скорости не столь велики.
Корпус
Корпус монопоста имеет минимальное поперечное сечение, с тем чтобы только закрывать пилота. С 1962 года команда Ф1 Лотус применяет новую конструкцию корпуса с использованием монококов — жёстких пространственных конструкций, более устойчивых к кручению и ударам. Тогда же гонщик изменил свою позицию в кокпите — он больше не сидел более-менее прямо, а занял практически полулежачую позицию. Это не только уменьшило лобовое сопротивление, но и улучшило переносимость перегрузок. В первой половине 80-х в Формуле-1 появились углепластиковые монококи, которые затем широко распространились на все остальные серии. В монококе располагается кокпит — открытая кабина пилота (хотя и предпринимались различные попытки закрыть пилота). Сразу за кабиной располагается дуга безопасности, призванная принимать удары при переворотах машины. Спереди к монококу крепится передняя подвеска и передние аэродинамические элементы, сзади — двигатель, к которому крепится коробка передач, а к той — задняя подвеска и задние аэродинамические элементы. С 1970 г. команда Ф1 Лотус располагает радиаторы в боковых понтонах, что позволило придать носу машины максимально эффективную с точки зрения аэродинамики форму.
Трансмиссия
Привод, независимо от расположения двигателя, чаще всего делался задний, хотя в серии Индикар были попытки использования переднеприводных автомобилей, а полный привод использовался и в Индикаре, и в Формуле 1. Переключение передач всегда ручное, хотя в последнее время повсеместное распространение получили разработанные ещё для Формулы 1 секвентальные полуавтоматические коробки с переключением подрулевыми переключателями.
Пилотирование
Автомобили с открытыми колёсами обычно имеют наименьшую массу среди всех гоночных машин своего класса мощности и наибольшую концентрацию мощности среди автомобилей своего веса. Массы монопостов находятся в пределах 455—700 килограмм, а мощности могут достигать и превосходить 1 000 лошадиных сил. Это, а также высокая аэродинамическая оснащенность, определяет их наибольшие возможности по ускорению в поворотах и делает их наиболее быстрыми среди всех гоночных автомобилей.
Прототипы в принципе отличаются лишь закрытыми колесами, а потому теоретически тоже могут достигать таких динамических показателей, но на данный момент такие машины используются лишь в гонках на выносливость, а потому не могут сравниться с монопостами в скорости. В то же время возможна постройка прототипа из монопоста путем установки на него легкого кузова, закрывающего колёса — именно так были построены прототипы Can-Am второй половины 70-х.
Высокие динамические характеристики монопостов накладывают повышенные требования к физической подготовке пилотов. Также автомобиль с открытыми колёсами даёт небольшое преимущество, так как пилоту проще строить траекторию движения из-за того, что он видит колеса авто. Кроме того, пилотирование требует большей аккуратности, монопосты практически не способны переносить без повреждений контакты, а контакт колесо-на-колесо очень опасен ввиду того, что один из автомобилей может взлететь и перевернуться.
Производители машин с открытыми колёсами
Участники гонок на машинах с открытыми колёсами могут строить их сами (так в Чемпионате Мира Формулы-1), а могут закупать у стороннего производителя (в большинстве остальных случаев). Современные производители монопостов:
Международные чемпионаты на автомобилях с открытыми колёсами
Автомобили с открытыми колесами участвуют практически исключительно в кольцевых гонках на трассах с твердым покрытием — стационарных, временных или трассах овального типа. Спринт-кары и миджеты используются в гонках по коротким гаревым трекам. Также списанные из других серий монопосты могут использоваться в соревнованиях по подъёму на холм.
объясняем
Чистая скорость – не самое главное.
Сейчас в Гран-при используют 13-дюймовые колесные диски, которые – казалось – идеально подходят для гоночных болидов.
Тем не менее, изменение конструкции колес вызывает и споры: из-за неоднозначного внешнего вида и огромного влияния на технику. Один из недовольных – как раз Эллисон.
Болиды действительно замедлятся, но это не важно. Главное – шины будущего освободят инженеров
Но все-таки даже потеря 17 л.с. не равна лишним двум секундам из заверений Эллисона. По слухам, потеря 1 л.с. – это около 0,016 секунды на круге – и если верить этой формуле, то с новой резиной болиды замедлятся лишь на 0,25 секунды.
Правда, есть загвоздка: у новых шин меньше боковина – лишь 135 мм – и больший диаметр (725 мм против 670 мм нынешнего типа). Выходит, болидам понадобится новая подвеска с более крупными пружинами и амортизаторами. Соответственно, дополнительный вес приведет к дальнейшему замедлению.
Однако простая потеря скорости – не так плоха сама по себе. Современные колеса – катализатор множества проблем: сейчас очень тяжело контролировать их работу – и практически на любом треке у команд возникают большие сложности с настройкой подвески. Маленькая боковина ведет к расширению опций по настройке, так что из-за нее конкуренция, интрига и интерес только возрастают.
Собственно, теоретически Эллисон прав: машины замедлятся. Но невозможно точно спрогнозировать итоговую потерю в скорости из-за нехватки информации. Да и серьезно задумываться об этом вряд ли стоит: взамен мы наконец-то увидим еще более плотную борьбу инженеров. Это ли не радость?
Новые колеса – основа революционного регламента. Они должны привлечь других производителей
С 2022 года серьезно изменится и аэродинамический обвес болидов. Самое главное – машины станут проще (с одних только понтонов пропадет множество дефлекторов и прочих элементов).
Уменьшение аэродинамической нагрузки как раз и позволит перейти на шины с меньшей боковиной: покрышки заработают даже при пониженном давлении, а значит, удастся избежать аварий наподобие инцидентов Стролла и Ферстаппена на Гран-при Азербайджана.
Эдриан Ньюи
Уильямс
Мерседес
Просто чудовище.
Но как бы выглядела машина для Гран-при без самых громких запретов последних семи десятилетий? Издание WTF1 углубилось в историю и прикинуло конструкцию такого монстра.
Колеса
Они служили для очистки воздушного потока, следовавшего на заднее антикрыло — без турбулентных возмущений от больших передних колес эффективность задней части выросла, и машина начала генерировать больше прижимной силы. В то же время из-за снижения площади соприкосновения с воздухом уменьшилось и лобовое сопротивление — а следовательно, увеличилась и скорость на прямых. Также увеличилась площадь контакта шин с асфальтом — в результате в поворотах машина демонстрировала шикарные сцепные свойства.
Тем не менее, система подвесок и рулевого управления оказалась невероятно сложной, однако даже несмотря на трудности с механическими элементами болид доказал конкурентоспособность: одна победа на Гран-при Швеции, 13 подиумов за 2 сезона и третье место в Кубке конструкторов 1976-го.
Для идеальной машины, существующей вне пределов регламента, идеально было бы взять оба решения — две пары колес спереди и сзади.
Прижимная сила
Автомобильных чиновников волновал рост скорости в поворотах — машины стали больше походить на ракеты, представляя опасность для пилотов. Сейчас же нам явно не стоит об этом беспокоиться, так что и граунд-эффект, и насос можно смело добавлять к идеальному болиду.
Вспомогательные системы
Тем не менее, сейчас они явно помогли бы пилотам проявить свои способности лучшим образом.
Закрытые колеса
В конце десятилетия ФИА обязала всех конструкторов производить болиды только с открытыми колесами. Тем не менее, сейчас ослабление регламента позволило бы командам оптимизировать аэродинамический пакет, снизить лобовое сопротивление и повысить скорость в поворотах. Для тех же целей инженеры с радостью бы заключили и пилота в закрытый кокпит — так что если бы не ограничения со стороны правил, машины уже давно выглядели бы вот так.
Двигатель
Рено
Феррари
Макларен
Лотус
Эпохальные изобретения, определившие облик современных болидов.
Среднемоторная компоновка
Некоторые игроки на рынке автомобилестроения перенесли двигатель за заднюю ось и объединили с трансмиссией, открыв чрезвычайно полезную для внедорожников компоновку благодаря увеличившейся проходимости. Но для шоссейных гонок она совершенно не годилась: новый узел сильно нагружал заднюю ось, создавал дисбаланс и провоцировал нестабильность в поворотах вместе с мощной избыточной поворачиваемостью.
Аэродинамические элементы
Турбодвигатели
В 2014 году (то есть спустя 26 лет) ограничения отменили. Нагнетатели вернулись в болиды и уже помогли побить несколько рекордов скорости и трасс — и от них больше не планируют отказываться.
Трэкшн-контроль и электроника
Квалификационная мощность двигателей поздней турбоэры достигала 1300 л.с., и пилоты закономерно почти не могли контролировать поведение машин при разгоне. В помощь гонщикам конструкторы ставили простые электронные вспомогательные системы, ставшие массовыми во второй половине 80-х годов. Они контролировали обороты на каждом колесе и мешали пробуксовке, делая поведение машины предсказуемым.
Системы понравились пилотам, остались в обиходе даже после запрета турбированных двигателей и эволюционировавали в настоящий трэкшн-контроль. Умная электронная система не просто следила за состоянием колес, но также изменяла подачу топлива в цилиндры, отключала свечи зажигания и даже закрывала дроссельную заслонку, полностью подчиняясь программам или командам пилота из кокпита.
Гибридные системы
В соответствии с новыми трендами экологичности и повышения эффективности силовых установок, ФИА ввела систему рекуперации кинетической энергии (KERS) в 2009 году. Она перерабатывала энергию вращения колес в электричество при торможениях, а затем примерно в течение 6 секунд увеличивала мощность двигателя на 80 л.с. Не все команды поначалу могли себе ее позволить, так что обязательной KERS сделали лишь в 2011 году.
Монокок/карбоновый монокок
Кокпит болида не всегда принимал современную вытянутую стреловидную форму. Гоночные болиды-сигары начала 60-х родились из стремления к снижению веса путем скрещивания обычных автомобилей с авиационными технологиями: конструкция базировалась на легкой раме из стальных труб, обшитой алюминиевыми листами. Внутри располагались и кокпит, и двигатель, и остальная начинка, и гонщик (занимавший сидячее положение) — прямо как в истребителях тех времен.
Дисковые тормоза
Роботизированная секвентальная коробка передач
Читайте также: