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.
Как устроен болид Формулы 1
Формула 1 — самый престижный и популярный вид международных автогонок. Это верхняя ступень автомобилестроения, «кузница» передовых технологий. Здесь трудятся лучшие конструктора и инженеры, мотористы и механики. В этой статье я расскажу, что из себя представляет болид Формулы 1.
Двигатель
С 2014 года в болидах «королевских автогонок» установлены шестицилиндровые турбомоторы рабочим объемом 1,6 л (да, как на твоём солярисе)), с ограничением оборотов до 15000 в минуту. Также на машинах есть система рекуперации энергии, которая утилизирует не только кинетическую энергию во время торможения, но и энергию выхлопных газов.
Мощность двигателя около 600 л.с., еще 160 л.с. дает электродвигатель, который можно использовать в течение 33 секунд на каждом круге. Разгон до 100 км/ч занимает 1,9 секунды. С 2014 года лимитирован расход топлива автомобилем, а также его общий запас (100 литров). Расход топлива составляет более 70 л/ 100 км. Силовая установка состоит более чем из 5000 различных деталей и является настоящим чудом инженерной мысли. Стоимость мотора — 4 млн. долларов, ресурс — до 3000 км, за сезон одной команде (2 машины) запрещено использовать более 5 моторов. Мониторинг работы двигателя во время гонок проводится механиками в режиме реального времени, дистанционное управление какими- либо системами запрещено. Расположен двигатель прямо за пилотом, его воздухозаборник мы видим прямо над его головой, рядом с воздухозаборником находится видеокамера, изображение с которых включают во время гонок, так вот знайте, стоимость одной камеры — 140 тыс. долларов.
В Формуле 1 запрещены автоматические коробки передач, поэтому применяются полуавтоматические, передачи пилот переключает без сброса газа. Ресурс коробки — 3-4 тыс км, стоимость — более 150 тыс. долларов, каждая коробка должна простоять на машине не менее 5 гонок подряд. Привод- задний.
Шасси
Болид Формулы 1 представляет собой углепластиковый монокок с четырьмя расположенными вне корпуса колесами, его ширина не должна превышать 1800 мм. Корпус болида имеет имеет бОльшее значение, чем его двигатель, и представляет собой сложнейшую конструкцию.
Кресло изготавливается индивидуально для каждого пилота с учетом его анатомических особенностей.
Подвеска изготовлена из углепластика и титана, на сезон необходимо не менее 20 комплектов передних и задних рычагов, их общая стоимость — более 4 млн. долларов.
Каждая машина имеет 2 антикрыла: переднее и заднее, которые во время гонки создают прижимную силу более 2500 кг, что в 4 раза превышает вес самого болида.
Конструкции антикрыльев постоянно совершенствуются на протяжении сезона, чтобы еще больше увеличить эффективность машины. Каждое антикрыло состоит более чем из ста деталей, большинство из которых создаются вручную.
Тормоза
Антиблокировочная система и тормозные усилители запрещены, так что пилоту приходится рассчитывать только на свой профессионализм. Тормоза имеют чудовищную эффективность, способны остановить автомобиль с 200 км/ч за 1,9 секунды, тормозной путь при этом занимает всего 55 м. Пилот испытывает перегрузки в 5g, такие же, как летчики палубной авиации, а отслоение сетчатки глаза, вызываемое перегрузками, является профессиональным заболеванием пилотов Формулы 1.
При торможении покрышки нагреваются до 130 градусов, а диски свыше 1000 градусов! За один сезон одна машина «сжигает» около 180 тормозных дисков общей стоимостью в 1 млн. долларов.
Все команды используют шины только одного производителя, в данный момент это Pirelli. Как вы уже поняли, долговечность — это не про Формулу 1, не исключение и шины, они «ходят» от 80 до 250 км. Существует три основных типа: «слики»(для сухого асфальта), «микст»(для влажного) и дождевые. «Слики» в свою очередь бывают 7 разных видов с различным составом резины, от «гиперсофт» (очень хорошее сцепление, очень малый срок эксплуатации) до «суперхард» (слабое сцепление, большой срок эксплуатации). Во время гонки, в зависимости от трассы, в разных шинах одного автомобиля, устанавливают разное давление для более быстрого прохождения поворотов. По регламенту нужно использовать два типа резины за гонку.
К каждой машине приставлен сервисмен, который заведует резиной: следит за износом и подбирает оптимальное давление. Стоимость одной покрышки — около 800 долларов, за сезон автомобиль «сжигает» 700-800 штук.
Время замены колес во время гонки — 2,5-3 секунды, рекорд принадлежит команде «Рэд Булл», которая в 2013 осуществила замену за 1,923 секунды.
Руль является центром управления всем болидом, все органы управления (кроме педалей) находятся на нём.
Расположение органов управления на нем зависит от личных предпочтений пилота, так что все рули в Формуле 1 разные. Стоит такой руль, как Audi Q7, вес руля — 1,5 кг. Руль устанавливают в болид после того, как пилот сел в него, а перед тем как покинуть болид, пилот снимает его, иначе выбраться не получится.
Обслуживание каждого болида в течение одного сезона обходится в среднем в 15 млн. долларов, а каждый пройденный километр в 7000 долларов.
Понравилась статья? Подпишись на канал! Дальше будет ещё интереснее!
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.
