IT News

Last update Вс, 29 Янв 2017 11pm

Устройство гоночного болида «Формула 1»

Гоночный автомобиль «Формулы-1» получил свое название по особому рецепту топлива, которое в нем используется. У такого автомобиля двигатель намного мощнее, чем у обычной легковушки. Рост мощности достигается за счет увеличения объема двигателя, то есть полного объема камер сгорания в его цилиндрах.

Двигатель средней мощности для легкового автомобиля имеет объем не более 61 кубического дюйма. «Формула-1» может иметь в три раза больший объем двигателя и развивать мощность в 500 лошадиных сил (л.с), что вчетверо и даже впятеро превосходит мощность обычного легкового автомобиля.

Чтобы полнее использовать огромную мощность двигателя, корпуса гоночных автомобилей имеют специальную аэродинамическую форму, призванную обеспечить минимальное сопротивление воздуха. Шины их колес делаются сверхширокими — для лучшего сцепления с дорогой и, следовательно, более безопасного движения. Особая подвеска обеспечивает устойчивость и противодействует заносу автомобиля даже тогда, когда он совершает крутые виражи на большой скорости.

Гоночный автомобиль «Формула-1»

Автогонщику достаточно одного взгляда на приборный щиток в кабине, чтобы знать, какой в автомобиле запас топлива, температура воды, давление масла и другие параметры.

Сверхмощные дисковые тормоза из углеродного волокна (ниже) должны выдерживать огромную тепловую нагрузку при работе на гоночных скоростях.

Кузов для быстрой езды

Низкие, широкие корпуса гоночных автомобилей отлиты из легкого, но прочного углеродного волокна. Форма их кузова такова, что помогает автомобилю использовать воздушный поток, который образуется при высоких скоростях. Скошенный передний край (ниже, слева) и задние обтекатели — спойлеры заставляют воздух давить на автомобиль вниз и не дают ему оторваться от земли.

Шины гоночного болида

Шины должны соответствовать дорожным условиям. Шины гоночных автомобилей шире обычных и могут быть почти гладкими — для сухих треков. Или иметь специальный протектор на случай дождя.

Двигатель гоночного болида

Чтобы двигатель был одновременно мощным и экономичным, в гоночных машинах на него устанавливают (рисунок ниже) компьютерную систему впрыска топлива и электронные регуляторы частоты вращения двигателя, температуры воды и масла и других важных параметров.

Десять цилиндров придают мощность этому специальному двигателю, предназначенному для гоночных автомобилей.

Гоночный автомобиль «Формулы-1» (на верхнем рисунке) мчится намного живее легкового автомобиля и выделяет куда больше тепла. Чтобы снять избыточное тепло, радиатор автомобиля охлаждается воздушным потоком (рисунок ниже), когда гоночная машина с ревом мчится по треку со скоростью, близкой к 180 миль в час.

Особая подвеска гоночной машины

Подвеска гоночных автомобилей должна обеспечивать надежное сцепление колес с дорожным полотном на поворотах при большой скорости.

Формула 1

О чем этот раздел ?

&nbsp О дин из самых интересных разделов нашего сайта и посвящен он, самым технологичным и дорогим гонкам всех времен. Формула один, с самого начала своего существования, была впереди планеты всей по развитию автомобильных технологий, нацеленной на получение максимальной скорости движения по извилистым трассам.

&nbsp Е сли вы хотели узнать о Формула 1 все или по крайней мере, все самое интересное, то вы попали в нужное место!

&nbsp Г оночные технологии топовых команд настолько совершенны, что конкурировать с ними могут только производители аэрокосмической техники. В разделе, мы буквально под «микроскопом», будем рассматривать, каждую деталь, каждый узел, с указанием материалов из которых их изготовляют, а также массы каждых элементов, примерные цены на узлы и детали.

&nbsp Ф ормула один, очень динамически развивающийся вид автоспорта, с постоянно изменяющимися правилами технического регламента. Так как этот раздел посвящен устройству болида Ф1, то здесь нет цели точно выдержать устройство каждого автомобиля по всем годам производства. Описание ведется с некоторым обобщением, но если есть какой-то интересный факт, или деталь исторически ценная, то описание будет с указанием года и всех параметров детали или болида ф1. Это не новостной раздел, а позновательный, хотя последние технические разработки от формулы один вы здесь тоже увидите.

&nbsp В рунете очень мало информации по устройству болида формулы один, по этому большинство материалов взято с зарубежных ресурсов.

Перечень всех материалов раздела

Интересные факты формулы 1

В марте 2007 F1 Racing опубликовала ежегодные оценки расходов на Formula One команд. Общая сумма расходов из всех одиннадцати команд в 2006 году оценивалась в $ 2,9 млрд $.

Финансовые расходы каждой команды F1.

Toyota $ 418 500 000
Ferrari $ 406,5
McLaren $ 402
Honda $ 380,5
BMW Sauber $ 355
Renault $ 324
Red Bull $ 252
Уильямс $ 195,5
Midland F1 / Spyker-MF1 $ 120
Toro Rosso $ 75
Super Aguri $ 57 млн

Переход с V12 3 литра на V6 1.5 турбо произошел в 1981 году
Переход с V6 1.5 литра турбо на V12 3.5 литра произошел в 1989 году
Переход с V12 3.5 литра на V10 3 литра произошел в 1996 году
Переход с V10 3 литра на V8 2.4 литра произошел в 2006 году
Переход с V8 2.4 литра на V6 1.6 литра произошел в 2014 году

Знаете ли вы, что в конце 70-х и начале 80-х с участием в формуле один шинного производителя Michelin, ширина резины задних колес болидов доходила до 68 см.

Передние антикрылья на болиде ф1 обеспечивают в среднем 25% всей прижимной силы.

На длинных прямых, трубы выпускных коллектоов разогреваются до 1000 градусов Цельсия, а иногда и выше.

Расход топлива болида формулы один 2014 составляет 100 килограмм на всю гонку или 305 км трассы. 100 килограмм приравнивается к 125 литрам бензина, соответственно расход на 100 км составляет в среднем 41 литр горючего

Формулы один прошлых лет, имели расход до 90 литров на 100 км.

Топливо заправляемое в болид охлаждают до 10 градусов Цельсия.

Перегрузки пилота формулы один.

При старте с места перегрузки пилота доходят до 4-5 G

При разгоне в ходе гонки, после прохождения поворота доходят до 2,5 G

При жестких торможениях в конце длинных прямых, когда прижимная сила максимальна, перегрузки начинаются с 4-6 G, по мере сброса скорости пилоту приходится попускать педаль тормоза, чтоб не сорвать колеса в юз, так как прижимная сила уменьшается.

Боковые перегрузки на скоростных поворотах, когда прижимная сила болида максимальна, доходят до 5 G

Двигатели V10 F1 применявшиеся в период 1996-2005 г имели холостой ход около 8000 оборотов в минуту.

Любой болид начиная с конца 70-х годов сможет ехать по потолку, если его скорость превышает 200 км/час, так как уже на этих скоростях, прижимная сила становится больше массы самого болида формулы один.

На 300 км/час, прижимная сила может втрое превосходить вес болида ф1

При движении по треку со скоростью 50 км/час болид весит 700 кг разогнавшись же до 320 км/час он может весить 2700 килограмм!

Двигатель болида формулы один не имеет маховика, его роль выполняет коленвал и миниатюрное сцепление, которое весит не больше килограмма.

В зависимости от трассы, КПП Формулы один, переключает передачи от 3000 до 4000 раз за одну гонку.

Сцепление современной формулы один используется только при старте гонки, и трогании с пит-стопов. Передачи переключаются без его помощи.

Коробка передач формулы один выдает до 5000 н/м крутящего момента на привода задних колес.

Переключение передач происходит за время меньшее чем 0.05 секунды, при этом болид формулы один успевает проехать на скорости 250 км/час около 3.5 метров.

В 2014 году, впервые применили непосредственный впрыск топлива в цилиндры двигателя формулы один, с высоким давлением в 500 бар !

В системе охлаждения двигателя формулы один применяется обычная дистиллированная вода.

Двигатель болида формулы один 2013, потребляет до 3.5 литров топлива в минуту, на полной мощности.

Ускорение поршней около 9000G на 19000 об/мин

Топливная эффективность двигателей ф 1 2014 увеличилась на 35-40% по сравнению с прошлым сезоном.

Из чего состоит машина Формулы 1?

Современные болиды Формулы 1 — невероятно сложные системы с огромным количеством деталей. В самых разнообразных терминах можно легко запутаться и не понять, о чем говорят комментаторы или что написано в статье. Например, что такое шасси — где оно начинается и заканчивается; почему двигатели называют силовыми установками; как называть разные части аэродинамического пакета, чем отличается спойлер от антикрыла? Давайте попробуем разобраться.

Сначала мы разделим машину на две главные составные части — шасси и силовую установку.

Силовая установка (Power Unit или PU) — это то, что двигает болид вперед. Почему же силовая установка, а не двигатель? Дело в том, что двигатель — только часть силовой установки. Раньше, до 2014 года, можно было бы сказать что эти слова — синонимы, с некоторыми оговорками. Сейчас же это не совсем так.

Сердце силовой установки представляет собой именно двигатель внутреннего сгорания (Internal Combustion Engine или ICE), и в современной Формуле 1 образца 2020 года эти двигатели — 1.6 литровые турбированные V6. Двигатель ограничен 15000 оборотов в минуту, а расход топлива 100 килограммами в час. Вокруг же движка — гибридные системы, позволяющие выжимать максимум из такого небольшого объема.

Впрочем, вы все равно будете сталкиваться с тем, что всю силовую установку именуют “двигатель”. И я зачастую это делаю — так тупо проще. Но на всякий случай различие стоит знать.

MGU-H и MGU-K — системы рекуперации энергии, первая позволяет использовать выделяемое двигателем тепло, а вторая получает дополнительную энергию от механической кинетической энергии торможения болида. Обе эти системы заряжают батарею, которую, в свою очередь, пилот может использовать для получения дополнительных лошадиных сил. Накапливать эту “гибридную” энергию в батарее можно, теоретически, сколько угодно, но использовать разрешено только строго ограниченное количество на круг.

В накоплении и использовании этой электрической тяги есть один большой нюанс — чем больше болид заряжает батарейку, тем медленнее едет. Поэтому на квалификационных кругах, например, пилоты стараются на первом круге после выезда из боксов “собрать” как можно больше, чтоб потом, на быстром круге, использовать всё накопленное и показать лучшее время.

Кстати о лошадиных силах. Никто не знает точно, насколько мощны силовые установки в современной Формуле 1 — это одна из секретных цифр, известная только командам и производителям. По самым свежим слухам, трое из четырех мотористов преодолели барьер в 1000 лошадиных сил. Кто не преодолел — тот Хонда.

Шасси — все остальное. Натурально, все что не является силовой установкой, можно объединить в одно единое слово “шасси”: монокок, аэродинамический пакет, шины, тормоза, коробку передач, трансмиссию, подвеску и рулевую установку.

Поговорим о самых важных и часто упоминаемых частях:

Монокок (monocoque) — понятие, пришедшее из авиации, и означающее ту “капсулу безопасности”, в которой сидит пилот. Монококи производятся из углепластика и должны соответствовать невероятно строгим требованиям к безопасности, что делает их практически неразрушимыми. Вы можете видеть это в авариях — болид может практически дезинтегрироваться вокруг пилота, но сам он остается невредим.

Шины — стандартная часть для каждого болида, поставляются Пирелли и имеют столько особенностей, что им будет посвящен целый отдельный материал.

Коробка передач — в Формуле 1 используются восьмиступенчатые полуавтоматические коробки, с одной дополнительной ступенью для заднего хода. Что интересно, задний ход в Формуле 1 используется настолько редко, что иногда пилоты просто глохли при попытках его включить. Коробки передач не стандартизированы, но многие команды закупают их вместе с моторами и не производят самостоятельно.

А вот на аэродинамике мы остановимся подробнее, так как это, пожалуй, самая сложная и интересная часть современных машин Формулы 1.

Все знают что у болидов Формулы 1 есть передний и задний спойлер. Или антикрылья? Как их правильно называть? В английском оба этих элемента машины называют незамысловато — front wing и rear wing. То есть правильно будет их называть “переднее антикрыло” и “заднее антикрыло”. Но в русском, по моему опыту, “спойлер” и “антикрыло” стали практически синонимами, несмотря на имеющуюся разницу в их определениях. Ну или можно называть их так же, как и в английском — “крыльями”, хотя они и имеют прямо противоположную функцию.

Функция же у них простая — прижимать машину к земле. В целом вся аэродинамика болида Формулы 1 несет такую функцию, но крылья играют важнейшую роль. Особенно заднее, оно вырабатывает львиную долю прижимной силы.

Когда-то давно, когда в Формуле 1 было намного больше денег и табачных спонсоров, Шумахер выигрывал вообще всё, а команды придумывали дополнительные безумные крылья. Но о них мы поговорим когда-нибудь потом.

Заднее антикрыло имеет еще одну особенность, все болиды в Формуле 1 оборудованы системой DRS (Drag Reduction System), которая позволяет пилоту на определенных участках трассы уменьшить сопротивление заднего антикрыла и таким образом разогнать машину быстрее и достичь более высокой максимальной скорости. Выглядит это так — один из элементов заднего антикрыла поднимается и образует щель, похожую на такую же в почтовом ящике.

DRS можно активировать только находясь не далее чем в одной секунде за другой машиной и эта система, в первую очередь, предназначена для облегчения обгонов, которые невероятно сложны в современной Формуле 1.

Почему же обгоны настолько сложны? Каждая машина, проходя сквозь воздух, оставляет за собой “воздушный мешок”, область, в которой потоки воздуха не находятся в обычном упорядоченном состоянии, а в состоянии некоторого хаоса. К тому же, этот воздушный мешок содержит несколько более разреженный воздух. В английском этот эффект называют “dirty air”.

Поэтому машина, идущая прямо позади другой, “генерирует” намного меньше прижимной силы. Это не критично на прямых, наоборот, помогает быстрее разогнаться и обойти конкурента (так называемый слипстрим, “slipstream”), но убивает какую-либо возможность оставаться близко в поворотах. В итоге даже если кто-то смог приблизиться на прямой, он потеряет весь прогресс в следующих поворотах.

Есть еще аэродинамические элементы перед боковыми воздуховодами, по-английски они называются “bargeboards”, не имеют русского перевода (который был бы мне известен) и играют большую роль после запрета большинства аэродинамических элементов на передних антикрыльях. До 2018 передние крылья были невероятно сложны:

Но теперь все сложное многообразие элементов переехало в эту область за передними колесами:

Наконец последний по расположению, но не по значению аэродинамический элемент — диффузор. Он находится прямо под задним антикрылом и за счет своей расширяющейся формы и специальных каналов в днище автомобиля, он уменьшает давление воздуха в этой области, выполняет функцию “присасывания” болида к земле.

Про остальные элементы шасси, не имеющие отношение к шинам, коробке передач или аэродинамике обычно вспоминают раз в год только самые преданные фанаты технологий… сказал бы я, не привези Мерседес на тесты новую, уникальную рулевую тягу. Про неё все говорят уже почти неделю и будут говорить до конца сезона, вероятно. Подробнее я уже описал новую вундервафлю в отдельной статье .

Поэтому никогда не стоит списывать со счетов то, насколько гениальные решения команды способны выдавать с самыми простыми, казалось бы, вещами. Формула 1 состоит из невероятных инноваций, многие из которых изменили мир автоспорта. Или были запрещены после первой же гонки.