Открытая колесная машина — Open-wheel car
| Автомобиль с открытыми колесами | |
|---|---|
 |
Машина с закрытыми колесами
С открытыми колесами автомобиля ( формула автомобиля , или часто одноместном автомобиль в британском английском ) является автомобилем с колесами вне основного корпуса автомобиля, и , как правило , имеющие только одно место. Автомобили с открытыми колесами контрастируют с уличными, спортивными , серийными и туристическими автомобилями , у которых колеса расположены под кузовом или внутри крыльев . Машины с открытыми колесами созданы как для шоссейных гонок, так и для гонок на овальных треках . Уличные автомобили с открытыми колесами, такие как Ariel Atom , очень редки, поскольку они часто непрактичны для повседневного использования.
СОДЕРЖАНИЕ
История
Американский автогонщик и конструктор Рэй Харроун был одним из первых пионеров концепции легкого одноместного гоночного автомобиля с открытыми колесами «монопосто». Поработав механиком в автомобильной промышленности, Харроун начал соревноваться в профессиональных гонках в 1906 году, выиграв национальный чемпионат AAA в 1910 году. Затем он был нанят компанией Marmon Motor Car Company в качестве главного инженера, которому было поручено построить гоночный автомобиль, предназначенный для гонок на гоночных трассах. первый Индианаполис 500 , который он выиграл. Он разработал революционную концепцию, которая стала родоначальником и отцом дизайна одноместного (то есть монопостного) гоночного автомобиля. Некоторые считают, что Харроун был пионером в создании зеркала заднего вида, которое появилось на его автомобиле, победившем в Индианаполисе 500 в 1911 году , хотя сам он утверждал, что идея пришла ему в голову, когда он увидел зеркало, используемое для той же цели на конном автомобиле в 1904 году.
Дизайн
Типичный открытый автомобиль имеет минимальную кабину, достаточную только для того, чтобы закрывать тело водителя, при этом голова находится под воздействием воздуха. В модифицированном туре Whelen и других модифицированных сериях для шорт-трека голова водителя находится в автомобиле. В современных автомобилях двигатель часто располагается непосредственно за водителем и приводит в движение задние колеса; за исключением автомобилей с модифицированным асфальтом , таких как Whelen Modified Tour , где двигатель находится перед водителем. В зависимости от правил класса, у многих типов открытых колес есть крылья в передней и задней части автомобиля, а также очень низкий и практически плоский поддон, который помогает добиться дополнительной аэродинамической прижимной силы, толкающей автомобиль на дорогу.
Некоторые основные расы, такие как Гран -при Сингапура , Гран — при Монако (санкционировано Formula One ) и Long Beach Grand Prix (санкционированного IndyCar ), проводятся на временных уличных трассах . Тем не менее, большинство гонок с открытыми колесами проводится на специальных дорожных трассах , таких как Watkins Glen International в США, Nürburgring в Германии , Spa-Francorchamps в Бельгии и Silverstone в Великобритании . В Соединенных Штатах некоторые соревнования с открытыми колесами высшего уровня проводятся на овалах, как для шорт-трека, так и для суперскоростных трасс, причем упор делается больше на скорость и выносливость, чем на маневренность, которая изначально требуется для дорожных и уличных гонок. Whelen Модифицированный Tour является открыт только колесная гоночный автомобиль серии одобрен NASCAR . Эта серия гонок проходит по большинству самых известных треков NASCAR в Соединенных Штатах. Другие серии гонок с модифицированным асфальтом на коротких трассах в США и Канаде, такие как Международная гоночная трасса округа Вайоминг в Нью-Йорке. Самая посещаемая овальная гонка в мире — это ежегодная гонка Indianapolis 500 (Indy 500) на гоночной трассе, штат Индиана , санкционированная IndyCar; В Соединенных Штатах довольно часто автомобили с открытыми колесами называют IndyCars или Champ Cars из-за их узнаваемого внешнего вида и широкой популярности в Америке на Indy 500.
Вождение
Гонки на открытых колесах — одни из самых быстрых в мире. Автомобили Формулы-1 могут развивать скорость более 360 километров в час (220 миль в час). На Autodromo Nazionale Monza Антонио Пиццония из команды BMW Williams F1 показал максимальную скорость 369,9 км в час (229,8 миль в час) на Гран-при Италии 2004 года . С конца эры V10 в 2006 году такие скорости не были достигнуты, а современные машины развивают скорость около 360 километров в час (220 миль в час). Трудно дать точные цифры абсолютных максимальных скоростей автомобилей Формулы-1, поскольку у машин нет спидометров как таковых, а данные, как правило, не публикуются командами. «Ограничители скорости» на скоростных трассах, таких как Монца, служат хорошим индикатором, но не обязательно расположены в той точке трассы, где автомобиль движется с максимальной скоростью. Команда BAR Honda зафиксировала среднюю максимальную скорость 400 километров в час (250 миль в час) в 2006 году на соляных равнинах Бонневилля с неофициальной максимальной скоростью, достигающей 413 километров в час (257 миль в час) на их модифицированном автомобиле BAR 007 Formula One. Скорость на овалах может постоянно превышать 210–220 миль в час (340–350 км / ч), а в Индианаполисе — более 230 миль в час (370 км / ч). В 2000 году Жиль де Ферран установил квалификационный рекорд на одном круге — 241,428 миль в час (388,541 км / ч) на California Speedway . Даже на узких неовальных уличных трассах, таких как Гран-при Торонто , Indy Cars с открытыми колесами развивает скорость 190 миль в час (310 км / ч).
Вождение автомобиля с открытыми колесами существенно отличается от вождения автомобиля с крыльями. Практически все пилоты Формулы-1 и Indycar проводят некоторое время в различных категориях, прежде чем присоединиться к любой из ведущих серий. Транспортные средства с открытыми колесами из-за их легкого веса, аэродинамических возможностей и мощных двигателей часто считаются самыми быстрыми доступными гоночными автомобилями и одними из самых сложных для освоения. Контакт колеса с колесом опасен, особенно когда передний край одной шины касается задней части другой шины: поскольку протекторы движутся в противоположных направлениях (один вверх, один вниз) в точке контакта, оба колеса быстро замедляются, затягивает шасси обоих автомобилей и часто приводит к тому, что один или оба автомобиля внезапно и сильно отбрасываются вверх (задний автомобиль имеет тенденцию крениться вперед, а передний — назад). Примером этого является авария Райана в Чикаголанде в 2005 году. Бриско с Алексом Бэрроном .
Преимущества
Меньший вес гоночного автомобиля с открытыми колесами обеспечивает лучшую производительность. Хотя воздействие воздушного потока на колеса вызывает очень высокое аэродинамическое сопротивление на высоких скоростях, это позволяет улучшить охлаждение тормозов, что важно на дорогах с частой сменой темпа.
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.