Автомобиль с открытыми колёсами

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

Этот тип имеет два названия, указывающие на его конструктивные особенности — в Америке укоренилось название «open wheel car» — автомобиль с открытыми колёсами, тогда как в Европе указывают на его одноместную конструкцию — монопост (англ. single seater, нем., итал., чешск. — monopost). В Америке же технические требования к таким автомобилям начали сводить в специальные документы, получившие название «формул». Постепенно слово «формула» стало фигурировать в названии большинства чемпионатов и серий монопостов, начиная с Формул-1, −2, и −3, что дало повод называть такие гонки «гонками формульного типа». В России слово «формула» все чаще стало применяться и к самим машинам, участвующим в таких гонках. Также и в Западной Европе все шире распространяется термин «formula car».

История

Первые автомобили данного типа появились в США в начале ХХ века, и поначалу были вовсе не одноместными, вместе с водителем в гонке участвовал механик, так как дистанции были большими, а надежность машин невысока. Постепенно гонки переместились на закрытые трассы относительно небольшой длины, а надежность машин выросла, после чего механик переместился на обочину, а позже в специальную зону технического обслуживания. Результаты гонок на «больших автомобилях» начали идти в специальный зачет, ведшийся Американской автомобильной ассоциацией. Так родился первый чемпионат. Технические требования стали сводиться в специальные документы, получившие название «формул».

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.

Атавизм без оси: почему идея орбитальных колес не снискала популярности в автомобилестроении

Получайте на почту один раз в сутки одну самую читаемую статью. Присоединяйтесь к нам в Facebook и ВКонтакте.

Женевский автосалон 1989 года во многом остался в истории именно благодаря детищу швейцарского автомобильного дизайнера Франко Сбарро, которое произвело настоящий фурор. Это и неудивительно, ведь Сбарро, по сути, оказался первым человеком, который решил сконструировать транспортное средство с орбитальными колесами. В сотрудничестве с инженером Домиником Моттой дизайнер разработал концепт мотоцикла под названием Sbarro Orbital Wheel, а всего их было выпущено три единицы.

Колесо без оси имеет сразу несколько названий. Так, существует жаргонное слово хаблесс — калька с английского термина hubless, что значит «бесступичный». Кроме того, часто используются термины «орбитальное колесо» и «осмос-колесо». Но одного, общепринятого названия для колес данной конструкции в русском лексиконе нет. Собственно, причиной такой неопределенности можно назвать редчайшее употребление всех этих слов, ведь орбитальные колеса сейчас строят разве что американские автоконструкторы.

А вот история орбитального колеса не так скучна и однообразна, как может показаться на первый взгляд. На самом деле принцип подобной конструкции восходит еще к моноциклам, которые были популярны в конце XIX — начале XX века. Тогда данный вид транспорта считался едва ли не самым перспективным, при этом большая часть запатентованный в тот период изобретений подобного типа являла собой колесо большого размера без ступицы, внутри которого располагалось водительское место.

То есть, в сущности моноцикл представляет собой большой шарикоподшипник, внешняя часть которой вращается, а внутренняя предназначена для двигателя и водительского сиденья. Что примечательно, транспортное средство удерживалось в вертикальном положении за счет собственного веса шофера. Но, несмотря на многообещающее начало, моноциклы не получили большого распространения по причине ряда конструктивных недостатков: недостаточного обзора, который ограничивается ободом, плохой устойчивости и слабой управляемости. Поэтому данный принцип был на многие годы предан забвению.

Однако осмос-колесо в знакомом современным автомобилистам виде является разработкой французского дизайнера и изобретателя Доминика Мотты — именно ему принадлежит патент на орбитальное колесо. А в 1988 году Франко Сбарро, увидев работы Мотты, начал с ним сотрудничать. Так и сложился удачный тандем — концепция и идея французского инженера и финансовые возможности, а также энтузиазм швейцарского дизайнера. Правда, через два года после триумфа на Женевском автосалоне, в 1991-м Сбарро решил продать все свои права и часть производства орбитальных колес Мотте.

Современные историки автомобилестроения порой не всегда понимают причины, почему столь занимательный концепт не снискал должной популярности. Ведь орбитальное колесо имело ряд преимуществ. В первую очередь, его внешний вид. Эффектный футуристичный дизайн сразу привлекает внимание потенциального покупателя. Собственно, сегодня хаблессы пользуются большой популярностью у специалистов кастом-мастерских, создающих на заказ дорогие чопперы и спортбайки, именно благодаря своему внешнему облику.

При этом орбитальные колеса могут похвастаться рядом неплохих технических характеристик. Так, например, многие автоконструкторы отмечают, что тормозные качества хаблесса лучше, чем у обычных аналогов. Причиной этому считают близость точки приложения тормозных сил к дорожной поверхности. Конструктивные особенности также обеспечивают максимально сниженные неподрессоренные массы, что значительно увеличивает комфортность и плавность хода.

Однако минусы безусловно существовали. Так, по информации Novate.ru, среди недостатков орбитальных колес можно выделить: высокую себестоимость производства подобной конструкции, загрязняемость подшипника и тормозной системы, а также чрезмерную чувствительность колеса к различного типа деформациям. Кроме того, хаблессы обладают слишком высоким моментом инерции колеса и необходимости разработки специальных КП и шестерен усложненной конфигурации. Однако едва ли не главным недостатком считают очень быстрый износ орбитального колеса.

Именно эти технические недостатки, а также сложности в договоренностях со вторым, юридическим держателем патента — швейцарской компанией Globeholding, не позволяют Доминику Мотта развить производство концепта в промышленных масштабах. Однако это не значит, что не находятся отдельные энтузиасты, кроме вышеупомянутых кастом-мастерских, которые не хотели бы создать свои автомобильные шедевры с использованием орбитальных колес.

Так, например, в 2008 году в рамках мотовыставки в немецком Кельне компания Honda презентовала мотоцикл Honda V4 Concept, в конструкции которого применялись осмос-колеса. Тогда как и в 1989 году концепт произвел настоящий фурор, а авторы заверяли, что уже в 2010-м они запустят байк будущего в массовое производство. Вот только все эти планы так и остались на бумаге, а Honda V4 Concept превратился в еще один амбициозный проект, не получивший билета в жизнь.

Другой пример попытки возродить технологию орбитальных колес стал один из участников конкурса автомобильного дизайна LA Design Challenge в 2019 году, где представили довольно занятный концепт-кар Nissan iV. Разработчиками проекта стала команда дизайнеров под руководством Альфонсо Альбейсы, главы отделения Nissan Design America. Однако и этот концепт распространения пока не получил.

Интересный факт: концепт-кар Nissan iV имеет сразу несколько нетривиальных решений в своей конструкции, однако наиболее странным среди них является применение технологии. выращивания кузова автомобиля в буквальном смысле слова на грядке — его производят на основе быстрорастущего генномодифицированного плюща, которые специальным образом переплетённые и укрепляются натуральным клеящим материалом.

Однако на данный момент все существующие концепты с использованием орбитального колеса продолжают быть либо нереализованными, либо в единственном экземпляре, и в серийное производство они не идут. Причиной такого торможения в развитии технологии остается сложность в изготовлении и высокая цена. Но, может быть однажды найдется возможность продвинуть многообещающий и эффектный концепт в жизнь.

В продолжение темы: еще один некогда перспективный проект по созданию принципиально новых колес, который так и не получил полноценной путевки в жизнь — Сдвоенные шины: почему многообещающий концепт хоть и был пущен в серию, оказался забыт

Понравилась статья? Тогда поддержи нас, жми: