Основные принципы устройства болидов Формулы 1

[Antonio_ch]

Некоторые детали будут несколько устаревшими, но это никак не сказывается на восприятии материала.

Некоторые разделы, по сравнению, с материалом из "Технических вопросов" были дополнены, появилось несколько новых разделов.

Все обсуждения, как и обычно, в теме "Технические вопросы".

Приятного/полезного чтения.

---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

1. Аэродинамика

2. Двигатель и топливо

3. Тормоза

4. Кокпит

5. Подвеска

6. Коробка передач

7. Монокок

8. Колеса и шины

9. Карбон

10.Электроника

11.Видеокамеры и макеты

12.Шлемы и костюмы

13.Стоимость обслуживания компонентов болида

14*Дополнительная информация

********************************************************************************

**************************************************************************

1. Аэродинамика

1.1. Общие положения

1.1.1. Введение

1.1.2. Эффект Бернулли

1.1.3. Крылья и антикрылья. Общее положение

1.1.4. Прижимная сила и сила сопротивления

1.2. Передние антикрылья

1.3. Задние антикрылья

1.4. Диффузор

1.5. Боковые дефлекторы

--------------------------------------------------------------------------------

1.1. Общие положения

1.1.1. Введение

С годами сильно увеличились скоростные характеристики болидов F1, увеличилась способность быстрого прохода поворотов, и весьма очевидно, что это заслуга так называемых антикрыльев. В начале 60-х годов Формула-1 еще не использовала этих приспособлений, однако уже в 1968 году команды F1 начали экспериментировать с "неуклюжими" и "необработанными" аэродинамическими конструкциями, чтобы получить эффект "прилипания" шасси к трассе. Первые три вида таких конструкций были очень простыми и ненадежными, поэтому достаточно часто ломались в процессе гонки.

Уже на протяжении чуть более 30 лет аэродинамика F1 постоянно претерпевает изменения, и, как вы, наверное, уже поняли, это самая важная характеристика болида. Принцип осуществления функций антикрыльев в F1 легко сопоставим с технологиями в самолетостроении. Но в то время как крылья самолетов способствуют взлету и планированию по воздуху, в F1 антикрылья выполняют прямо противоположную функцию - возникновение прижимной силы.

--------------------------------------------------------------------------------

1.1.2. Эффект Бернулли

"Где быстрее течение, там меньше давление"

Эффект Бернулли играет огромную роль в действиях аэродинамических поверхностей болидов F1. Эффект Бернулли выражается уравнением, известным как "Уравнение Бернулли", которое утверждает, что общая энергия данного объема вещества не изменяется; и это опирается на принцип консервативности энергии. Когда мы рассматриваем относительное движение, то энергия делится на три части:

1. Давление в воздухе.

2. Кинетическая энергия воздуха (энергия движения).

3. Потенциальная энергия воздуха.

И уравнение в таком случае имеет вид:

p + 1/2 r v2 + rgh = a constant

Где: p = давление;

r = плотность;

v = скорость воздуха;

g = ускорение силы тяжести;

h = высота относительно опр. уровня.

Но, так как в процессе гонки F1 уровень ландшафта меняется не слишком сильно, то последнюю величину (потенциальную энергию) можно принять за константу, тогда мы получаем:

p + 1/2 r v2 = some other constant

А это мы можем записать в следующем виде:

p + q = H

Где: p = статичное давление;

q = 1/2 rv2 = изменяющееся давление;

H = some other constant;

--------------------------------------------------------------------------------

1.1.3. Крылья и антикрылья. Общее положение

Для начала мы посмотрим на аэродинамическую конструкцию "простого" крыла самолета. Крыло рассекает воздух и образует две мнимые части воздушного пространства, точнее, два различных воздушных потока. Один из потоков перемещается по поверхности под крылом, другой - над. Из-за конструкции крыла частицы верхнего воздушного потока движутся "поодаль" от крыла, и прямо противоположная ситуация с нижним потоком. Это и вызывает эффект того, что верхний поток значительно быстрее нижнего. По закону Бернулли под крылом оказывается большее давление, чем над крылом, что и способствует появлению так называемой подъемной силы (lift).

Обратная ситуация с антикрыльями. Антикрылья функционируют абсолютно по тому же принципу, но обеспечивают эффект "прилипания" к трассе, происходит это за счет формы. То есть зная об обычном крыле, мы легко можем представить себе, что есть антикрыло. Достаточно просто повернуть обычное крыло передней частью вниз.

--------------------------------------------------------------------------------

1.1.4. Прижимная сила и сила сопротивления

Это как раз те две силы, которым посвящена практически вся аэродинамическая конструкция болида F1. Конструкции антикрыльев и самого болида должны быть совершенно оптимальны, то есть обеспечение прижимной силы должно быть реализовано так, чтобы это не вызывало силы сопротивления, мешающей скоростному движению, да и сам болид обязан быть наиболее приспособлен к преодолению этой самой силы.

Для вычисления силы сопротивления используется следующая формула:

F = 1/2Ѕ CDAV2

Где: F = аэродинамическая сила сопротивления;

C = коэффициент силы сопротивления;

V = скорость данного объекта;

A = лобовая площадь;

D = плотность воздуха.

В этом уравнении D как плотность воздуха выражается в kg/m3. Лобовая площадь - это площадь рассматриваемого объекта, подверженного давлению воздуха, выражаемая в m3

Приведенная ниже таблица показывает значение коэффициента C в зависимости от поверхности объекта:

сфера - 0.47

полусфера - 0.42

конус - 0.50

куб - 1.05

повёрнутый куб (ромб) - 0.80

длинный цилиндр - 0.82

короткий цилиндр - 1.15

объект каплевидной формы - 0.04

половина объекта каплевидной формы - 0.09 (форма антикрыла)

В F1 можно вычислить общий коэффициент улучшения (или ухудшения) аэродинамической конструкции, пользуясь данной формулой:

Seff = Sf/(Sf(1-f)+f)

Как известно, изменение характеристики аэродинамики болида зависит от замены или модернизации конкретных деталей. В формуле, записанной выше, f - процент действия силы сопротивления, приходящийся на рассматриваемую деталь от общей силы, действующей на весь болид; и данный процент при модернизации будет изменен (так например если процент составляет 5%, то f = 0.05). Sf - это так называемый коэффициент изменения, представляющий собой отношение силы сопротивления на деталь, которая была до модернизации, к той, которая стала после. И, наконец, само значение Seff - это общий коэффициент изменения действия силы сопротивления на болид. Если величина этого коэффициента принимает значение больше единицы, то сила сопротивления, распространяемая на весь болид, уменьшилась, и наоборот, если меньше единицы, то увеличилась.

1.2. Передние антикрылья

Передние антикрылья на болиде обеспечивают около 25% всей прижимной силы, но эта цифра может быть снижена до 10% в то время, когда болид находится за другим примерно на расстоянии 20мм. Появляется эффект "засасывания" сзади идущей машины в переднюю, известный как слипстрим. И когда болиды оказываются на повороте, сзади идущий не может повернуть на развитой скорости из-за потери прижимной силы, таким образом, пилоту приходится сбрасывать скорость, что бы безопасно пройти поворот.

Переднее антикрыло, ширина которого соответствует ширине самого болида, прикрепляется к носовому обтекателю при помощи пилонов. На этой аэродинамической поверхности крепятся две "створки" (или элероны), каждая из которых является регулируемой частью антикрыла. Как правило, эти закрылки делаются из цельного куска карбона. На окончаниях антикрыла (слева и справа) крепятся специальные боковые пластины (или боковины), для обеспечения прохождения потока воздуха сверху и снизу относительно поверхности антикрыла, не огибая его. И эти пластины сыграли огромную роль в аэродинамике F1.

Конструкция элерона такова, что он является ассиметричным самому себе относительно центральной разделяющий вообразимой линии (если смотреть на болид спереди): чем ближе к носовому обтекателю элерон, тем меньше его "высота" (т.е. ближе к носу элерон сужается)

Такая особенность элерона позволяет проникать в радиатор большему количеству воздуха, а также пропускать воздушный поток по "днищу" болида, который затем попадает в диффузор, обеспечивая прижимную силу. В случае, если элероны не имеют такого сужения, охлаждение радиатором значительно уменьшается и температура мотора сильно возрастает. Также важно, что чем ниже будет расположено переднее антикрыло, тем лучше это влияет на проникновение воздушного потока в радиатор и диффузор, однако, всем известно, что имеется критическое положение, при котором антикрыло уже начнет задевать трассу. Правилами FIA установлено, что минимальное расстояние между трассой и передним антикрылом должно быть 40мм.

В 1998 году появились нововведения в области аэродинамики F1, что принесло множество дополнительных проблем командам. Из-за того, что колеса стали располагаться ближе к монококу, при виде спереди, переднее антикрыло визуально "ложилось внахлест" колес. Это приводило к турбулентности в зоне передних колес, резко понижая общую положительную характеристику аэродинамики болида. Для решения этой новой проблемы (а именно, появления нежелательного сопротивления (drag)) команды переделали боковые крылья на антикрыле путем образования новых ребер (боковин), таким образом они направили поток воздуха непосредственно на монокок, огибая колесо. Позже, в следующем сезоне, многие команды воплотили новую идею, поместив дополнительные ребра на внешнюю сторону боковых крыльев, в данном случае воздух огибал колеса по внешней стороне. Такое решение является неоднозначным, и крылья различных команд имеют достаточно заметные аэродинамические отличия .

1.3. Задние антикрылья

Прямой поток воздуха попадает в заднее антикрыло, состоящее из множества закрылок, вызывая определенные реакции со стороны антикрыла. (Это упрощенное объяснение, т.к. на самом деле, к тому моменту, когда поток воздуха достигает заднее антикрыло, он вовсе не прямой, потому что сам болид создает некоторый эффект турбулентности потока воздуха).

Примерно треть всей прижимной силы обеспечивает заднее антикрыло болида, которое постоянно видоизменяется в F1 от трассы к трассе. Это приспособление может создавать более 1000Н (Ньютонов) прижимной силы и весит около 7 кг. Ввиду того, что заднее антикрыло вызывает наибольшее сопротивление в болиде, команды видоизменяют строения антикрыльев для каждой трассы. Рассмотрим разные конфигурации задних антикрыльев на двух примерах.

Монца в Италии. Скоростная трасса с длинными прямыми участками и несколькими поворотами. Здесь, на протяжении 70% всей длины трассы, пилоты едут "вдавив педаль газа в пол". Чем больше угол наклона пластин заднего антикрыла, создающих прижимную силу, тем соответственно больше сила сопротивления, мешающая скоростному движению болида. В Монце очень важна скорость, поэтому команды делают очень маленький угол наклона на заднем антикрыле, чтобы преодолеть проблему силы сопротивления. В Монако, где трасса в основном, насыщена поворотами, важным становится уже не скорость, а прижимная сила.

Заднее антикрыло сделано из двух наборов определенных аэродинамических поверхностей, соединенных между собой и держащихся на торцевидных пластинах заднего антикрыла. Верхний набор таких пластин (закрылок) обеспечивает наибольшую прижимную силу и является, как правило, наиболее видоизменяющимся от трассы к трассе. В большинстве случаев этот верхний набор состоит из 3-х элементов. Нижний же набор обычно состоит из двух элементов. По тому же принципу, как образуется прижимная сила (закон Бернулли) , зона низкого давления, прямо под антикрылом, помогает диффузору засасывать воздух, который так же в свою очередь обеспечивает прижимную силу.

1.4. Диффузор

Самая маленькая аэродинамическая "антикрыловая" деталь (из основных), которую можно обнаружить на болиде, - это диффузор. На самом деле принцип действия диффузора прямо противоположен принципу действия антикрыла: вместо того, чтобы отталкивать воздух, диффузор засасывает его. Эффект этот получается из-за аэродинамической формы. Диффузор находится в самой нижней, "хвостовой" части формулы, прямо под задним антикрылом, и объем диффузора увеличивается по мере приближения его к "концу" болида. Воздух, попадающий в диффузор из-под дна болида разрежается, за счет попадания его в увеличенный объем диффузора, отсюда и эффект засасывания (всем хорошо известен закон, что газ стремится выравнить давление в системе). Диффузор состоит из большого количества всевозможных "тоннельчиков" и "разделителей", которые аккуратно и очень точно контролируют потоки воздуха для лучшего засасывания. Так как диффузор находится в зоне выхлопных газов и заднего рычага подвески, то это накладывает жесткие требования на его конструкцию, в противном случае (при некорректном создании и регулировках диффузора) при изменении скорости выхлопные газы будут влиять на аэродинамический баланс болида.

P.S. Появление диффузоров обусловлено запретом FIA поднимать "хвостовую" часть болида. В этом случае невозможно обеспечить нужный аэродинамический эффект без диффузоров.

1.5. Боковые дефлекторы

Это приспособление было впервые применено в 1993 году. Без них набегающий поток воздуха будет идти прямо, и, соответственно, давить на заднюю стенку воздухозаборника, создавая лобовое сопротивление. Дефлектор же (если рассмотреть для примера левый относительно гонщика воздухозаборник) закручивает поток против часовой стрелки (глядя спереди), причем, когда поток входит внутрь воздухозаборника, то он уже направлен внутрь болида, т.е. на охлаждаемую поверхность. Таким образом, с помощью боковых дефлекторов достигается две цели : снижение лобового сопротивления и более эффективное охлаждение. Устанавливаются они, как правило, между передними колесами и боковыми понтами болида.

В сравнении с предыдущим поколением боковых панелей, новый дизайн является гораздо более сложными и тонким. В то время боковые панели представляли собой тонкие ровные поверхности в форме прямоугольника, но сейчас, после эволюции, они представляют собой гораздо более сложные разновидности. Теперь они приобрели некоторый объем и особые очертания, чтобы направлять воздушный поток в различных направлениях.

Williams и Jordan не имеют боковых панелей там, где располагают их на большинстве болидов. Обе команды устанавливают их между передними колесами и монококом (как раз между рычагами подвески).

*****************************************************************************

[Antonio_ch]

*****************************************************************************

2. Двигатель/Топливо

2.1. Двигатель

2.2. Топливоснабжение

--------------------------------------------------------------------------------

2.1. Двигатель

Мотор F1 - наиболее сложный элемент всего болида, обладающий огромной мощностью и состоящий примерно из 1000 деталей, что и делает его настолько дорогостоящей единицей. Невообразимое количество оборотов (примерно 17,000 – 19,500 rpm) и колоссальные температуры вызывают проблему надежности мотора.

Ниже представлены основные ограничения на двигатели, установленные FIA:

1. Объем двигателя не должен превышать 3000 см3

2. Двигатель не может иметь более 5 клапанов в одном цилиндре

3. Агрегатный наддув запрещен

4. Максимальное число цилиндров – 10

5. Нормальное сечение каждого цилиндра обязано быть круглым

6. Разрешены только 4-х тактные двигатели с поршнем возвратно-поступательного хода

7. Выхлопные системы, поддающиеся изменению длины, запрещены

8. Коленчатый вал должен быть сделан из стали или чугуна

9. Запрещено делать поршни, головки цилиндров и сам блок цилиндров из карбона или арамида.

На данный момент (2000г.) все моторы имеют 10-цилиндровую систему, которая обеспечивает от 750 до 850 hp (лошадиных сил). Цилиндры сделаны из алюминиевого сплава. Для решения проблемы внутренней инерции некоторых компонентов их изготовили из керамики. Эти материалы настолько прочны, насколько требует этого конструкция мотора, и в то же время имеют маленький вес; это означает, что для их разгона требуется меньше силы, что в свое время идеально способствует низкой затрате горючего и высокой эффективности двигателя. Так же были попытки использовать другой материал - бериллий, но его надежность оказалась небольшой, и такой мотор не дал никаких улучшенных результатов. Во многих моторах F1 угол между блоками

(banks) составляет 70-80 градусов, однако команда Ferrari решила вернуться к старой

системе, где угол составляет 90 градусов, с целью уменьшения высоты мотора.

В 1998 году мотор Mercedes-Benz был возможно самым революционным двигателем. Но уже в 1999 Ford создали новый двигатель, который был легче на 25-30 кг, чем любой другой двигатель F1.

Единственная проблема, которая была у этого двигателя, - ненадежность. Благодаря этому

колоссальному сбросу веса, команда Stewart получила возможность добавить вес либо в зоне передних колес, либо в зоне задних, что способствовало более легкому прохождению поворотов и ускорению.

Стоит отметить, что крупнейшие мировые производители двигателей, рассматривают деятельность в Формуле 1, как испытательный полигон для своего автомобильного бизнеса в целом. Обычно инженеры, работающие на Формулу 1, передают собранные данные о поведении материалов в жесточайших условиях Формулы 1 своим коллегам из отделения дорожных автомобилей. Главенствующим соображением при выборе материалов для Формулы 1 является соотношение "вес-жесткость-прочность". Поиск критического равновесия между минимальным весом, максимальной жесткостью и высокой прочностью - это фундамент оптимального дизайна двигателя. Каждый тип материала тщательно отбирается в соответствии с требованиями, предъявляемыми к соответствующей детали.

Будущее и дорожных автомобилей, и болидов Формулы 1 зависит от внедрения новых и исследования уже знакомых материалов. Производители имеют целые группы инженеров, занимающихся исследованием новых материалов в рамках проектов Формулы 1. И реальные инвестиции в это направление подчеркивают важность исследований области применения новых материалов.

Основными материалами, используемыми в двигателях Формулы 1, являются алюминиевые магниевые, титановые и стальные сплавы, хотя в отдельных случаях могут применяться и другие, например, керамика и углеволокно.

Алюминий - наиболее распространенный материал благодаря его жесткости. Поэтому из него делают главные элементы двигателя, например, головки цилиндров, блок цилиндров, поршни. Многие из этих компонентов производятся из специальных алюминиевых сплавов, например Metal Matrix Composite (MMC), который только начал появляться в Формуле 1. Дополнительным плюсом в использовании алюминия является его высокая теплопроводность. В результате этого тепло, создаваемое внутри двигателя, быстро отводится наружу и эффективно рассеивается.

Магний легче алюминия, но его жесткость ниже, так что он используется в таких частях как оболочки кулачков. Шатуны сделаны из титана, а некоторые части производят из valvetrain. Хотя эти материалы тяжелее алюминия, но гораздо жестче. Из стали (в состав которой входят различные количества никеля и хрома) делают коленчатый вал, поскольку на этот узел воздействует огромная энергия, а значит, требуется высокий уровень прочности. Углеволокно (карбоновое волокно), широко применяемое при изготовлении шасси, в производстве двигателя почти не участвует. Но его все же можно увидеть, например, в качестве оболочки пружин.

Низкий вес и изоляционные свойства керамики представляют широкий интерес для применения, однако недостаточная прочность пока ограничивают ее использование в двигателях Формулы 1. Некоторые производители применяют ее как покрытие впускных клапанов, чтобы предотвратить теплопередачу от выхлопных газов к головкам цилиндра. В некоторых командах из керамики сделаны выхлопные трубы. Сама система выхлопа сделана из инконеля, специального сплава никеля, цинка и хрома, который применяется в авиационных двигателях. Это очень тонкий и легкий металл, но выдерживающий высокие температуры, порядка 800-900 градусов. Он с легкостью выдерживает режимы быстрого нагрева и охлаждения, свойственные работе системы выхлопа болида Формулы 1.

Современные технологии позволили инженерам-мотористам добиться увеличения ресурса работы гоночного двигателя Формулы 1, при этом минимально пожертвовав в потере мощности. Современные двигатели (2006 г) могут развивать более 20 000 оборотов в минуту с мощностью до 850 лошадиных сил.

MERCEDES ILMOR FO110G (болид MP4/14)

Объем 2998 см3

Конфигурация 72 градуса V10

Количество цилиндров 10

Максимальное кол-во оборотов 17000

Внутренняя поверхность цилиндра и такт 91.00 x 46.09

Расположение и кол-во клапанов 2 распредвала на блок цилиндров и 4 на цилиндр

Блок алюминиевый сплав

Коленчатый вал стальной

Длина 590 мм

Ширина 546 мм

Высота 476 мм

Вес 107 кг

Зажигание TAG Electronic Systems

Кол-во эволюций за год 4

2.2. Топливоснабжение

2.2.1 Топливный бак

Как всем известно, топливо попадает в двигатель из бензобака. В F1 бензобак (fuel tank или 'cell') сделан из двух слоев резины, нитрат-бутадиена, и наружного кевларового покрытия, для предотвращения протечки. Бензобак F1 - как сумка, которая может деформироваться без каких-либо повреждений под давлением, однако прикрепляется к монококу так, чтобы не мог двигаться в момент перегрузок. Внутри бензобака находятся несколько секций, чтобы топливо не плескалось, также имеется до трех насосов, поглощающих горючее до последней капли. С постоянной интенсивностью топливо подается в насосы двигателя. Вокруг бака существует определенная конструкция, которая не даст повредить бак в случае аварии.

Болиды Формулы 1 используют деформируемые топливные баки, сделанные из высокопрочного кевлара, что сводит к минимуму риск возгорания при аварии. Бак изменяет свою форму в местах, где на него оказывается давление. Все топливопроводы, используемые в машине имеют механизм отсекания бензина при любой поломке оных. В самые опасные места машины устанавливаются огнетушители, которые автоматически включаются при аварии.

Размер бака так же важен при расчете конструкции шасси. В расчет берутся: потребление топлива, предполагаемая предельная длина, аэродинамика, и так далее. Так как бак находится под водительским сиденьем и чуть позади него, он определяет расстояние межу водителем и двигателем. Чем дальше боковые воздухозаборники и водитель будут отодвинуты назад, тем более чистый воздух будет поступать на воздухозаборники. Из этого следует, что для аэродинамических нужд, бак должен быть как можно меньше. Что наглядно показывает насколько важно уменьшить расход топлива, чтобы сократить время пит-стопов. Объем бака FIA не оговаривается, и все команды используют различный, так например команда Jordan использует 135 литровый бак.

В современной Формуле 1 расход топлива может достигать 180 - 200 литров на 300 км гоночной дистанции. Гонщики могут слегка регулировать эти числа с их руля и так же ехать более экономно, когда скорость не так важна, например, за машиной безопасности.

2.2.2 Состав

Гоночное топливо Формулы 1 отличается от топлива рядовых потребителей лишь пропорциями содержащихся в нем компонентов. Из-за этих ограничений, допустимые углеводороды можно поделить на две основные категории:

• Насыщенные: В этом случае молекулы содержат достаточно атомов водорода для насыщения атомов углерода.

o Парафин: (неразветвленная цепь с простыми соединениями) большой молекулярный вес алкановых углеродов с общей формулой CnH2n+2, где n колеблется между 22 и 27. Название происходит от латинского "parum" - мало и "athnis" - сходный; назван он так из-за нейтральности к большинству химических реагентов. Обычно белое, без запаха, без вкуса, вязкое вещество, с температурой плавления между 47°C и 65°C. Нерастворим в воде, зато неплохо растворяется в бензоле. Парафин не подвержен воздействию большинства реактивов, но легко окисляется.

o Нафтеновые кислоты: (большей частью одноосновные) алициклического ряда, содержащие один или несколько пятичленных (реже шестичленных) углеродных циклов. Имеют отличные низкотемпературные свойства, используются в основном для смазочных веществ.

• Ненасыщенные: В этом случае, молекулы не содержат достаточно водородных атомов для насыщения атомов углерода.

o Ароматические углеводороды: замкнутая цепь с двойными и переменными органическими соединениями, состоящими из углерода и водорода и содержащие бензольные ядра. Простейшие и наиболее важные представители - бензол (I) и его гомологи: метилбензол, или толуол (II), диметилбензол, или ксилол, и т.д.

o Диолефины или Диеновые углеводороды: диены, диолефины, непредельные углеводороды с двумя двойными связями.

o Ацетилен: (замкнутая цепь с тройной связью) ненасыщенный углеводород CH=CH; бесцветный газ. Температура плавления - 81,8°С, затвердевает, минуя жидкое состояние; плотность 1,171 кг/м3 (при p = 103,3 кн/м2 = 760 мм рт. ст. и t = 0°C); мало растворим в воде, хорошо в ацетоне (при 15°C 25 объемов - в 1 объеме ацетона). Смеси с воздухом (2,3 - 80,7% по объему) взрывоопасны. Обладает наркотическим действием.

Топливо имеет другие пропорции. На табличке справа вы видите соотношения составляющих топлива для болида F1, на левой, соответственно, для обычного топлива. Конечно, эти пропорции не статичны, т.к. конструкторы все время пытаются найти все более и более лучшие соотношения и метод "приготовления" топлива.

10% Insurates 30% Insurates

10% Aromatics 15% Aromatics

30% Naphlenics 5% Naphlenics

50% Paraffinics 50% Paraffinics

Знать все о потреблении горючего болидом в процессе гонки очень важно для команд, хотя бы для того, что бы рассчитывать дозаправки. При максимальной скорости, для преодоления расстояния в 100 км, болиду потребуется 100 литров топлива. Во время же гонок, однако, на 1 км приходится примерно 0.6 - 0.67 литров топлива.

В качестве топлива двигателей в машинах Формулы 1 используется бензин. Большинство команд получает топливо бесплатно от своих технических партнеров, обычно от мировых поставщиков нефти и нефтепродуктов. Топливо (в данном случае бензин) это жидкость, которая при смешении с кислородом подается в цилиндры, после чего, воспламеняясь, взрывается и толкает поршень вниз. Чем лучше топливо, подаваемое в цилиндры и чем больше взрывоопасных частиц на кубический сантиметр (cc) в нем, тем большую мощность можно получить на одном количестве топлива, либо использовать меньше топлива при одной и той же мощности.

Все было бы очень легко, если бы не некоторые ограничения. Интернациональная Спортивная Автомобильная Ассоциация (Federation Internationale de l'Automobile-FIA) установила ограничения на: октановое число, содержание кислорода и азота и плотность. Бензин так же не может содержать каких-либо иных компонентов, помимо тех, которые используются в бензине на обычных АЗС. Эти параметры основаны на постановлении Европейского Парламента для коммерческого топлива 2000 года. Благодаря математической модели для предсказания мощности и конечных показателей бензина, топливо может быть приготовлено для повышения мощности машин в условиях, описанных FIA.

К концу семидесятых, были установлены спецификации на высокооктановый бензин, продаваемый во Франции, Италии, Германии и Англии. Использовался бензин с RON101 (дорожное октановое число 101) с допуском до RON102. Когда этот бензин исчез из продажи, командам разрешили изготавливать специальное топливо. Что, естественно, привело к огромным отличиям от обычного бензина.

К концу восьмидесятых ограничения остались в пределах RON102. Однако были добавлены ограничения на содержание кислорода и натрия (2% в обоих случаях). Шли годы, появлялись новые ограничения, такие как: давление пара, плотность, содержание бензола и свинца. В 1992 году, FIA решила запретить использование различных добавок в топливе, которые невозможно найти в бензине на обычной бензоколонке.

Сегодня, FIA приняла те же ограничения на бензин, которые принял Европейский Парламент для обычного бензина, продаваемого в Европе.

2.2.3 Производство

Перед производителем стоит задача получить как можно больше мощности от двигателя, не причиняя ущерба его надежности, и сведения расхода топлива до минимума. На первой стадии производства используется компьютерная модель с базой данных, в которой содержится информация о свыше сотни сырых материалов для производства экспериментального бензина. Эта модель была создана на основе реакции двигателя Формулы 1 на различные виды топлива и физико-химических свойствах сырых материалов.

Вторая стадия включает в себя подготовку небольших порций различных видов бензина и испытания их в лаборатории на предмет содержания запрещенных веществ. После этого "допинг-контроля" прошедшие испытываются на двигателе, где проверяется мощность и расход. Затем отбираются наиболее удачные образцы и проводятся испытания на трассе и на динамометре, где проверяется износостойкость и надежность двигателей с данным топливом. В финальной стадии, производиться отбор наиболее удачного образца, который посылается в лабораторию FIA в Англии для получения разрешения на использование данного топлива. Нефтяные компании так же изготавливают смазочные материалы. Elf производит до 40 000 литров в своей лаборатории, после чего перевозит их в бочках по 50 литров каждая.

Передовые команды на каждую гонку берут с собой 3600 литров топлива, 200 литров моторного масла, 180 литров масла для коробки передач, 80 литров гидравлической жидкости, 20 литров антифриза (смазочно-охлаждающая эмульсия) и несколько килограммов смазки (смазочное вещество - типа Солидол). Как правило, за пять дней до гонки на трассу прибывает инженер команды, который должен убедиться, что все топливо доставлено, и проверяет хроматометрические и спектрометрические машины, которые позволяют проводить диагностику двигателей. По окончании гоночного уик-энда все неиспользованные продукты возвращаются поставщику.

2.2.4 Дозаправка

Начиная с 1994 года, дозаправки во время пит-стопов вновь стали использоваться в Формуле 1. на этот раз для увеличения зрелищности гонок. В некоторых командах существуют специальные три человека для дозаправки. Первый, так называемый "хоузмен", ("человек со шлангом") вставляет топливный шланг в горловину бака и вытаскивает его, когда в машину залито нужное количество топлива. Для того чтобы знать, сколько необходимо подать топлива на топливном шланге существует специальный дисплей. Второй человек стоит сразу позади "хоузмена", чтобы помочь ему выдернуть шланг из машины, когда дозаправка окончена. И третий прикрывает выхлопные газы от первого и второго, для безопасности.

Так как топливо поступает в бак со скоростью 11 литров в секунду, многие относились скептически к этому в 1994 году. Однако за год дозаправка стала неотъемлемой частью успешного пит-стопа. Из-за того, что в течение некоторых лет происходили несчастные случаи во время дозаправок, FIA поручила Французской фирме построить заправочные клапаны. Каждый из них стоит около 30000 Евро. При любой неполадке, топливо перекрывается с помощью этого клапана, для уменьшения опасности возгорания или взрыва.

С тех пор, команды покрывают эти установки изоляционной фольгой для предотвращения нагрева топлива. Чем ниже температура, тем больше плотность топлива, и как следствие больше мощности может выдать двигатель при одном и том же количестве бензина, подаваемого в каждый цилиндр. В связи с чем каждая команда охлаждает свое топливо до 10°C.

*****************************************************************************

[Antonio_ch]

*****************************************************************************

3. Тормоза

3.1. Общие положения

3.2. Строение

3.3. Физика тормозных систем

--------------------------------------------------------------------------------

3.1. Общие положения

Когда болид Формулы 1 несётся по прямой со скоростью свыше 300 км/ч, он теряет огромное количество кинетической энергии. В этом случае механическая энергия переходит в тепловую. Машины Формулы 1 иногда должны за несколько секунд снизить скорость с 350 до 70 км/ч. Этот процесс сопровождается большим выделением тепла, в результате чего температура тормозной системы поднимается до 1000 градусов Цельсия, хотя до этого она была равна 400. Температура в 1000 градусов максимальна для углеродных тормозных дисков. А ведь за одну гонку таких торможений насчитывается до 800.

Болиды F1 используют тормозные диски как и обычные машины, однако эти диски сделаны так, что могут выдерживать температуру в 750 градусов (по Цельсию), но после каждой гонки они приходят в негодность и требуют замены. Очень важный момент в торможении - это устойчивость болида на трассе, поэтому пилот регулирует баланс передней и задней силы торможения. Как правило, это соотношение составляет 60% передней тормозной силы к 40% задней. Такая настройка используется из-за того, что при торможении практически весь вес болида перемещается на переднюю его часть.

Существует две компании, производящие тормозные системы для болидов F1: AP Racing и Brembo. Дорогое производство тормозов исходит из того, что их делают на основе передовых технологий, используя карбон. Предпочтительное использование карбона возникает из-за двух параметров: 1) вес; 2) устойчивость к температуре (продолжительный нагрев, быстрое остывание).

--------------------------------------------------------------------------------

3.2. Строение

Как правило, более легкие (облегченные конструкции) суппорты тормозной системы оказываются вместе с тем менее жесткими, а это сопровождается глубоким ходом тормозной педали. Также это означает, что система менее эффективна в силу того, что слишком большое количество тормозной жидкости находится в постоянном движении. Рассматривая этот аспект, FIA запретила использование сверх легких материалов в тормозах, таких как Алюминий-Берилий. Однако решение выбора тормозов всегда остается за пилотом, который выбирает между жесткостью тормозов и весом болида (т.к. жесткость сопровождается увеличением массы тормозной системы).

Во время гонки, наиболее важные две характеристики тормозов - это температура и охлаждение. При разработке тормозных дисков очень важно сделать так, чтобы в момент торможения вся температура, образованная трением как можно скорее распределялась по всему диску, иначе же, если вся температура будет приходится исключительно на поверхность, то износ таких дисков будет колоссальным и естественно такие диски непригодны для F1.

Это также относится и к тормозным поршням (те, что зажимают диск при торможении). Но здесь, поршни должны принять на себя всю температуру таким образом, чтобы как можно меньше нагревался сам суппорт. Если же суппорт нагревается сильно, то эта температура далее передается тормозной жидкости, что очень не желательно. При достижении кипения тормозной жидкости вся тормозная система выйдет из строя.

Крутящиеся диски охвачены специальным приспособлением - тормозным суппортом. В момент, когда пилот нажимает на педаль тормоза, тормозная жидкость впрыскивается в поршни внутри калипера, который приводит в движение тормозные колодки по направлению к дискам, что и заставляет колесо крутиться медленнее. Сами диски, как правило, имеют просверленные отверстия, позволяя воздуху проходить сквозь них, снижая температуру.

Основные цилиндры системы торможения, которые содержат тормозную жидкость как для передних так и для задних тормозов - к ним задние и передние тормозные системы подключены параллельно, так как в случае отказа одних тормозов, пилот все еще мог бы воспользоваться другими.

Новое слово в мире тормозов - тормозные трубки. Они представляют собой цилиндр с отверстием, который закреплён внутри колеса. Внутри него, в свою очередь, закреплён вентилятор, который вращается со скоростью колеса. Поток воздуха, создаваемый таким вентилятором, через отверстие охлаждает тормозные диски. Это способствует лучшей аэродинамике и понижению температуры тормозов.

3.3. Физика тормозных систем

Мы рассматриваем нормальный тормозной диск с одним суппортом и двумя тормозными поршнями по обе стороны диска.

M = [(4mP) / 3] * [(R3 v r3) / (R2 v r2]

Где: P = эквивалентные силы за двумя тормозными поршнями с давлением (p);

M = тормозной момент;

m = коэффициент силы трения;

R = внешний радиус места контакта между диском и тормозными поршнями;

r = радиус этого же места.

Регламентом FIA толщина тормозного диска ограничена 28 миллиметрами, а диаметр не должен превышать положенных 278 миллиметров. Вес каждого диска составляет не более одного килограмма.

Что бы остановить болид, едущий со скоростью 300 км/ч нужно всего 4 секунды. Всего 2,9 секунды и 65 метров требуется, что бы полностью остановиться на скорости в 200 км/ч. Если же скорость машины 100 км/ч, то эти значения становятся совсем ничтожными - 1,4 секунды и 17 метров, при том, что тормозной путь спортивной машины достигает 35 метров, а серийного автомобиля и того больше - 45 метров.

Единственный материал, для которого такие показатели - норма, это углеродное волокно. При очень малом весе диски из такого материала дают возможность тормозить очень быстро. Раньше, в 80-е, использовалась сталь, но она не выдерживала таких больших температур и подвергала весь корпус очень сильной вибрации. Вскоре сталь сошла с дистанции в гонке материалов.

Углеродо-волоконные тормоза требуют некоторого времени, что бы их использовать максимально эффективно. На первых миллисекундах после нажатия педали ничего не чувствуется - как будто ничего не случилось. Это время требуется тормозной системе, чтобы достичь нужной - рабочей температуры. Но после этих секунд торможение становится немедленным и резким. Во время гонки снижение влияния задних тормозов понижает так же и износ шин. А это очень сильно влияет на тягу!

Изготовление

Углеволоконные тормоза очень дорогие, так как они изготавливаются из высокотехнологических углеродистых материалов. Время на изготовления одного диска может достигать 5 месяцев. Первый этап в изготовлении диска это нагревание белых волокон полиакрилонитрила до тех пор, пока они не станут черными. Они укладываются в несколько слоев по структуре диска. Затем их обрезают, придают форму и карбонизируют для получения беспримесного углеволокна. Далее они подвергаются уплотнению при температуре около 1000 градусов по Цельсию. Такие этапы длятся сотни часов, на протяжении которых в печь впрыскивается газ богатый углеводородом. Это способствует сплавлению сложенных слоев материала и образованию твердой структуры. Законченный диск обрезают по размеру, и он готов к установке на автомобиль.

Ведущим производителем тормозов для Формулы 1 является компания Brembo. Карбоновые диски и колодки более абразивные, чем стальные, а также лучше рассеивают тепло, поэтому именно карбоновым тормозам отдается предпочтение в Ф1. Стальные тормоза, использующиеся в картинге тяжелее, хуже держат форму и отводят тепло, нежели углеволоконные. Металлические тормозные диски весят около 3 кг, аналогичные карбоновые 1.4 кг. В свою очередь, металлические тормоза также имеют преимущества в некоторых аспектах, например, в чувствительности.

Коэффициент трения между колодками и диском может достигать 0.6, когда тормоза прогреваются. Во время гонки часто можно видеть раскаленные от высоких температур тормозные диски. Рабочая температура углеволоконных дисков колеблется в промежутке от 400 до 800 градусов Цельсия.

*****************************************************************************

[Antonio_ch]

4. Кокпит

4.1. Общие положения

4.2. Руль и педали

4.3. Сиденье пилота

--------------------------------------------------------------------------------

4.1. Общие положения

Кокпит современного болида F1 - очень узкое пространство, при этом пилот должен чувствовать себя настолько комфортно, чтобы все его внимание было уделено исключительно гонке, в то время как он крепко привязан ремнями безопасности и постоянно испытывает перегрузки, такие как 5g при торможении и 4g при поворотах. Каждая кнопка или переключатель, находящиеся в кокпите, должны быть расположены наиболее близко и удобно к пилоту, так как из-за тугих ремней безопасности пилот имеет очень ограниченную подвижность. Также кокпит сжимает пилота сам по себе, поэтому некоторые пилоты даже одевают наколенники (Култхард, например). Разработчики постоянно пытаются снизить центр тяжести болида, и так как сам болид весит около 600кг, а человек примерно 70кг, то пилот составляет важный фактор распределения массы. Это как правило означает, что пилоту приходится буквально лежать, а не сидеть, как привык обычный водитель.

Пилот "сидит" низко, и видимость резко ослабляется. А пилоты низкого роста могут видеть вообще только в зоне, находящейся выше передних колес. Так, например, во время подъезда к пит-стопа болида, вы можете наблюдать одного из механиков, специально держащего руку над местом, где должны находится передние колеса при остановке. Зеркала заднего вида должны быть отстроены под углом, который позволит видеть трассу сквозь задние антикрылья, но большинство пилотов отстраивают их так, что в основном все что они видят, - это задние колеса.

Вокруг шеи пилота находится съемный подголовник. Это приспособление было впервые продемонстрировано в 1996 году и служит для защиты шеи при сотрясениях болида или при авариях.

4.2. Руль и педали

В 1996 г. Ferrari представили новый, "изощренный" руль, со встроенным монитором, на котором отображается абсолютно вся информация, которая ранее была видна только на приборном щитке. С тех пор эта идея была поддержана командами и развивается до сих пор.

Руль сделан из карбона и покрыт замшей. Из-за маленького кокпита, чтобы сесть или вылезти из болида, руль должен быть снят. Отсоединяется руль маленькой защелкой за ним. На самом руле находятся различные кнопки для переключения информации на мониторе или выставления установок. Например: включение задних огней, установка ограничения скорости, выключатель радиопереговорного устройства, аварийные включатели, кнопки регуляторов: сцепления, бензосмеси, электронного акселератора, дифференциала, баланса тормозов и пр.

С тыльной стороны руля находятся рычажки переключения скоростей. У всех пилотов, кроме Жака Вильнева, левый служит для переключения скорости на более низкую передачу, а правый, соответственно, - на следующую. Жак Вильнев использует только правую руку для переключения скоростей. при нажатии рычажка от себя он повышает передачу, при нажатии на себя - понижает. Ниже рычагов переключения скоростей находятся два рычага выключения сцепления, хотя оба выполняют одну и ту же функцию. У Вильнева такой рычаг слева.

4.2.1 История.

Не так давно, в 1992 году рулевое колесо на болидах Формулы 1 было относительно простое: круглой формы, с металлическим диском в центре, для прикрепления его к рулевой колонке. А главное, на нём было не более трёх кнопок – одна для выбора нейтральной передачи, одна для подачи жидкости через трубку в шлем водителя, и одна для радио.

Появление сложных электронных систем в 90-х годах в Формуле 1 изменило всё. Инженер McLaren Джон Бернард был первым, кто ввел эти системы и дал возможность Найджелу Мэнселлу переключать передачи, не отнимая руки от рулевого колеса. Это было реализовано с помощью специальной рычажной системы с обратной стороны рулевого колеса. Нажатием на левый рычаг переключается одна передача вниз, правый рычаг переключает передачи вверх. Это исключает возможность проскакивания передач и увеличивает плавность переключения. Введение полуавтоматической коробки передач - было самым большим изменением в истории Формулы 1, особенно для пилотов. Позднее, когда торможение левой ногой стало привычным для пилотов Формулы 1, педаль сцепления была убрана и заменена полностью автоматическим гидравлическим сцеплением, активируемым, когда гонщик переключает передачи на руле.

Трэкшн-контроль, появление систем управления двигателем и контроля запуска, которые оптимизируют процедуру старта гонки - всё это требует различных кнопок и переключателей, чтобы гонщик имел возможность настроить параметры автомобиля, когда находится на трассе. Современные рули в Формуле 1 также оборудуются дополнительными рычагами сцепления, используемыми, когда автомобиль стоит на месте: во время пит-стопа или при попадании в гравий, чтобы двигатель не заглох.

Помимо стандартных индикаторов таких как, индикатор оборотов, номера включенной передачи и скорости, с помощью руля пилот может изменять десятки параметров настройки автомобиля прямо по ходу гонки.

4 2.2 Конструкция.

Сегодня рулевое колесо это сложное электронное устройство, которое позволяет гонщику контролировать огромное количество параметров автомобиля. Команды обычно назначают одного инженера, который отвечает за электронику и проектирует её так, чтобы гонщики чувствовали себя комфортно. Например, сегодня современные рули имеют анатомическую форму и изготовлены из жесткой резины, чтобы обеспечить максимальное сцепление с руками гонщика. Главным образом рулевое колесо, также как и почти любая часть автомобиля, изготовлено из углеволокна, чтобы снизить вес. Детали, используемые для его изготовления, имеют цену приблизительно 23 000$ каждая.

Изготовление любой детали для гонок в Формуле 1 - это сложный процесс, рулевое колесо не исключение. Для его производства используются различные легкие материалы, включая вышеупомянутое углеволокно и резину с алюминием, титан, сталь и пластмассу. Изготовление рулевого колеса от начала до конца занимает примерно 100 часов.

В среднем рулевым колесом контролируется 12 различных параметров машины, на нем располагается большое количество кнопок и переключателей, всего 120 различных составляющих. И все же, несмотря на бесчисленное количество материалов и деталей, его конечный вес составляет всего 1,3 кг.

Во время сезона, собирается минимум по пять рулевых колес на каждого гонщика. Кроме того, три остаются в команде пока два используются тестовой командой. В дополнение, в среднем два руля изготавливается для каждой постоянной тестовой команды. Многие команды, не смотря на стоимость руля, после выигранной гонки забирают руль в командную коллекцию как память о победе.

По правилам FIA рулевое колесо должно снабжаться быстросъемным механизмом, работающим по принципу вытаскивания концентрического фланца, установленного на рулевой колонке позади рулевого колеса. Из-за небольших размеров кокпита, каждый раз, когда пилот хочет покинуть либо сесть в болид, он должен снять рулевое колесо.

4.2.3 Приборная панель в машине Ф1.

Приборная панель в машинах Формулы 1 представляла собой одно время множество циферблатов, датчиков, кнопок, переключателей и ручек. И ничего больше. В наш век микроэлектроники и с ограниченным пространством в кокпите приборная панель в машинах Формулы 1 стала меньше и гораздо менее загромождённой, и к тому же она теперь интегрирована в рулевое колесо.

4.2.4 Рулевая колонка.

Рулевая колонка важное звено в цепи "рулевое колесо - колеса машины". К колонке с одной стороны присоединяется рулевое колесо, а с другой - рама и шестерня. Это значит, что рулевая колонка тянется от угла кокпита вниз к переднему мосту.

Механизм весьма прост: когда водитель поворачивает рулевое колесо, колонка вращает зубчатую передачу и рама двигается поперечно. Направляющие тяги приводятся в движение и поворачивают колёса.

Педали в F1 обычно разрабатываются под каждого пилота в отдельности. Например, некоторые используют большую педаль тормоза и маленькую газа, другие предпочитают такие педали, когда ноги полностью зафиксированы. Большинство используют левую педаль как тормозящую и имеют всего две педали, в то время те, кто используют правую педаль для тормоза, имеют еще специальное пространство для "отдыха" левой ноги.

4.3. Сидение пилота

Сидения в F1 делаются опять-таки для каждого пилота индивидуально под форму тела. Оно делается по специальным технологиям так, что принимает полное очертание спины пилота. Такие сидения можно легко перемещать из одного болида в другой. Ремень безопасности по сути дела состоит из 5 ремней, как у пилота военного самолета. Когда пилот садится в болид, то закрепить их ему помогает механик, т.к. сам проделать эту операцию он не может, в силу ограниченности движений, но отстегнуть их в нужный момент не составляет труда. Во время аварии, эти ремни безопасности натягиваются сильнее, чтобы пилот не ударился о руль болида.

Пилот должен выдерживать колоссальные нагрузки во время гонок, и для обеспечения его максимального комфорта в ограниченном пространстве кокпита каждое сиденье изготавливается индивидуально для определенного пилота. Перед началом сезона каждый гонщик лично участвует в процессе разработки и изготовления сиденья на заводе команды. С тела пилота снимается индивидуальный слепок, по которому затем изготавливается сиденье из углеволокна, которое отличается высокой прочностью и низким весом. Сиденье дополнительно покрывается тонким слоем полимеров и, в некоторых командах, замшей – для дополнительного комфорта пилота и плотной посадки. Команда Williams, например, использует для покрытия сидений очень удобный и износостойкий материал «алькантара». Важно, чтобы материалы, используемые для изготовления сидений, не нагревались, не горели, и создавали бы минимум статического электричества в процессе трения пилота о сиденье во время гонки. Подобно летчикам-истребителям, пилоты Ф1 фиксируются к сиденью с помощью 6-точечных ремней безопасности. В случае аварии их можно расстегнуть нажатием на специальный замок, находящийся на животе пилота, где в одной точке сходятся все пристяжные ремни. Но вот застегнуть все ремни самостоятельно пилот не в состоянии из-за очень малого размера кокпита, поэтому пристегиваться к сиденью машины перед стартом ему помогает механик.

*****************************************************************************

[Antonio_ch]

*****************************************************************************

5. Подвеска

5.1. Строение

5.2. Пружины и стабилизаторы

5.3. Расстояние от дна болида до трассы

5.4. Буфер сжатия

5.5. Амортизаторы

--------------------------------------------------------------------------------

5.1. Строение

Подвеска, главным образом, служит для установки колес так, как задумал разработчик. Такое положение колес на болиде должно быть оптимальным для обеспечения хорошего сцепления с трассой. Другая цель подвески - лучшее прохождение неровностей, бордюров и т.д.

Настройки подвески болида имеют огромное влияние на поведение болида на трассе. Как раз с подвеской связаны недостаточная поворачиваемость, избыточная поворачиваемость и многое другое, что относится к балансировке. Подвеска болида должна быть в какой-то мере "мягкой", что бы безболезненно преодолевать небольшие неровности, канавки и выпуклости, включая и бордюры. Но в то же время и достаточно жесткой, что бы машину не "качало" при высоких скоростях, как например на скорости 200mph, когда на болид действует прижимная сила примерно в 3 тонны.

Системы подвесок большинства команд очень похожи и имеют два вида. Первый - традиционная витая пружина (как в большинстве современных машин). Вторая - торсион. Торсион выполняет абсолютно ту же функцию, что и витая пружина, но он гораздо компактнее в размерах. Оба этих вида крепятся к монококу чуть выше местоположения ног пилота и к верхней части коробки передач.

Основные элементы подвески:

1. Cтержень, работающий на сжатие;

2. Буфер сжатия;

3. Aмортизатор;

4. Пружина;

5. Cтабилизатор поперечной устойчивости;

6. Балансир;

5.2. Пружины и стабилизаторы

Пружины контролируют вертикальный ход колес относительно монокока болида. Если пружины будут жесткими, то для вызова вертикального хода потребуется гораздо большие внешние силы. Также, при жестких пружинах, болид будет меньше накреняться при поворотах в стороны и меньше "задирать" носовую и хвостовую части при газе и тормозе соответственно. Но в силу жесткости, заезжая на бордюры в поворотах, колеса будут подпрыгивать, тем самым пилот будет терять управление и ухудшиться реакция болида на газ и тормоз, а также быстрее будут изнашиваться шины. Мягкие пружины позволяют легко проходить неровности и бордюры, не теряя крепкого сцепления колес с дорогой при этом, однако если пружины будут слишком мягкими, то у пилота возникнут серьезные трудности с входом и выходом из поворота, т.к. с такими пружинами очень сильно ухудшается реакция болида на управление пилотом, появляется так называемы эффект запаздывания. Передние и задние стабилизаторы поперечной устойчивости же работают на уменьшение крена на поворотах. При повороте, одна сторона болида "идет" вниз, а другая - вверх, стабилизатор ограничивает этот ход. Стабилизаторы функционируют только при поворотах, это говорит о том, что на поворотах подвеска становится более жесткой, чем на прямых.

Если пилот замечает, что задние колеса периодически перетормаживают, то вместо (или даже помимо) перебалансировки тормозов, он может попросить механиков сделать переднюю подвеску чуть жестче, а заднюю мягче. Если у болида недостаточная реакция на поворот руля, то механики "смягчат" передние стабилизаторы, возможно сделают более жесткими задние, если этого будет недостаточно, то также возможно смягчение передних пружин, однако от таких перенастроек пилот может встретиться с неожиданными проблемами затрудненного входа и выхода из поворота. При избыточной поворачиваемости все делается с точностью до наоборот. В случае, когда при резком нажатии на педаль газа, дно в хвостовой части болида задевает трассу, можно просто-напросто поднять дно, но при этом центр тяжести сместиться вверх и прижимная сила уменьшится, поэтому другой выход в таких ситуациях - сделать заднюю подвеску более жесткой. Если же возникают аналогичные проблемы с носовой частью болида при торможении, то наоборот, добавить жесткости стоит передней подвеске.

Пружины делаются специальными компаниями, как например Eibach, которые, как правило, консультируются с каждой командой в отдельности, чтобы характеристики таких пружин совпадали с желаемыми.

5.3. Расстояние от дна болида до трассы

Это расстояние зависит исключительно от положения осей задних и передних колес. Меняется оно в моменты газа, тормоза, на поворотах, при любых наклонах болида и, конечно же, от прижимной силы и нагрузок. Чем ниже расположено дно болида по отношению к трассе, тем меньше болид подвержен "накренениям" при газе и тормозе, увеличивается прижимная сила и улучшается вход в повороты. На всех болидах дно в передней части болида всегда ниже чем заднее, это делается для того, чтобы обеспечить прижимную силу.

5.4. Буфер сжатия

Буфер сжатия выполнен из очень жесткой резины и являет собой по сути дополнение к пружинам. Буфер сжатия устанавливается на амортизатор в случаях, когда болиду не хватает жесткости пружин. Конечно можно сделать пружины еще жестче, но, как известно, слишком жесткие пружины могут негативно повлиять на поведение болида. Буфера сжатия, как правило, устанавливают, когда болид имеет слишком низкое дно.

5.5. Амортизаторы

Амортизаторы служат для оказывания противодействия витым пружинам. Смысл этого заключается в том, что после прохождения какой-то неровности или же просто поворота, пружина все еще будет колебаться, задача амортизатора предотвратить это колебание. В идеальном случае пружина сожмется вдоль амортизатора(при повороте, к примеру), затем вернется в первоначальное разжатое состояние(при выходе из поворота). Если этого происходить не будет, то пилот просто-напросто не сможет управлять болидом.

Амортизаторы производят такие компании как Koni или Sachs.

*****************************************************************************

[Antonio_ch]

*****************************************************************************

6. Трансмиссия

6.1.Сцепление

6.2 Коробка передач

6.3 Дифференциал

---------------------------------------------------------------------------

6.1.Сцепление

Сцепление закреплено между двигателем и коробкой передач и напрямую связано с двигателем. Сцепления могут использоваться при температуре свыше 500 градусов. Такие сцепления работают на электрогидравлике и могут весить до 1,5 кг.

Маленький вес позволяет быстро переключать передачи за счёт низкой инерции. Пилотам нет необходимости использовать сцепление вручную, за исключением процедуры старта. Когда им требуется сменить передачу, пилоты просто переключают рычажок, находящийся за рулевым колесом. Бортовой компьютер автоматически снижает обороты двигателя, используя сцепление и изменяя передачу. Сцепления слева используются в машинах ралли, в то время как сцепления справа разработаны для болидов Формулы 1 и имеют всего 100 мм в диаметре.

6.2 Коробка передач

Коробки передач в болидах отличаются от коробки передач в обычных автомобилях тем, что здесь они полуавтоматические и не имеют никакого синхронизатора. Коробка передач в болидах последовательна и её работа больше похожа на коробку передач в мотоциклах. Нехватка синхронизатора заставляет бортовую электронику сопоставлять скорость двигателя со скоростью коробки каждый раз при изменении передачи.

Каждая команда создаёт свою коробку передач. Большинство машин имеет 6 передач, хотя в современных болидах уже используется 7.

Семь скоростей разработаны для двигателей узкой полосы мощности, что бы они могли расходовать эту мощность оптимально. Коробка передач присоединена к двигателю сзади с помощью 4 или 6 высокопрочных болтов. Контроллер задних колёс крепится к коробке напрямую, что позволяет сохранить вес задней части болида. Коробка должна быть сверхпрочной, и поэтому обычно она делается из магния. Минарди была первой командой, которая создала свою коробку из титанового сплава в 2000 году, выиграв тем самым 5 кг веса по сравнению с магнием. За этим примером последовала и Ferrari, а затем и другие команды.

Отношения передач используются единожды и регулярно подвергаются замене.

Передаточное отношение – очень важная часть настройки автомобиля, которое изменяется для каждой трассы. Команды выставляют последнюю передачу так, что бы скорость болида достигала предела только в момент окончания прямой. Первая же передача нуждается в правильной регулировке для того, что бы предать машине нужное ускорение на старте. После этих манипуляций настроить остальные скорости не составляет труда.

Болиды F1 имеют заднюю передачу, вопреки мнению новичков. Но она была выполнена так, что ей почти не приходиться пользоваться. Большинство команд устанавливают модуль задней передачи рядом с основной коробкой, что бы понизить вес второй.

Каждая смена передачи контролируется компьютером и занимает от 20 до 40 миллисекунд.Весь вес переда болида приходится на коробку передач. Масло внутри коробки передач обычно достигает температуры в 125 градусов, и теоретически, металл никогда не касается металла, что благотворно влияет на технические характеристики трансмиссии. Полная перестройка скоростей коробки передач занимает около 40 минут в боксах.

6.3 Дифференциал

Что бы заставить задние колёса вращаться на разных скоростях, в болидах F1, как и во всей моторизированной технике, используются дифференциалы. Чем жестче дифференциал, тем стабильнее ведет себя машина и меньше изнашивается резина, если же позволить вращаться колесам с чуть разной скоростью, умелый гонщик сможет преодолеть поворот быстрее.

Болиды используют ограниченные дифференциалы, что бы избежать заносов, в отличие от свободных дифференциалов легковых машин. Такая система ограниченных дифференциалов использует трение в отношении между двумя скоростями колёс.

Электрогидравлическая система помогает удержать болид от заноса при заходе в поворот.

*****************************************************************************

[Antonio_ch]

*****************************************************************************

7. Монокок

конструкция, весом 45-50 кг., к которой крепятся все остальные узлы машины. Монокок должен быть твердым, чтобы выдерживать огромные нагрузки и одновременно легким. Большинство команд используют полностью углепластиковый монокок. В результате чего он способен выдерживать чудовищные нагрузки при весе всего в 45 кг. Помимо пилота внутри монокока располагается и 120-литровый бензобак. Вес топлива составляет 15% от массы всего автомобиля. Именно поэтому его поведение так меняется при опустошении баков.

Вес – немаловажный фактор над уменьшением которого бьются все конструкторы. Поэтому даже краска используется особая – низкой плотности. После каждой гонки большинство элементов перекрашивают заново из-за многочисленных повреждений покрытия.

Вокруг монокока собирается весь автомобиль: сзади к нему крепится двигатель, к двигателю – коробка передач, к ней в свою очередь – рычаги задней подвески. На сверхжесткую переднюю переборку монокока опирается передняя подвеска и носовой обтекатель с выполненным заодно с ним передним антикрылом. Таким образом, двигатель Ф1 должен быть не только мощным, а коробка передач – не только надежной. Они должны быть еще и жесткими. Кокпит должен быть на столько жестким, чтобы он смог обеспечить выживание гонщика при самой тяжелой аварии. Поэтому кокпит и называют «капсула безопасности». Особое внимание уделяется предотвращению травм шеи и головы гонщика. С 1996 года введена боковая защита головы, - гонщики все глубже утопают в машине.

Монокок - это "основа" болида, на которую крепятся все его части и детали, также монокок "отвечает" за водителя. При сотрясениях, при авариях он должен обеспечить пилоту полную безопасность, но в то же время весить приблизительно 35кг. Как и большинство частей болида F1 монокок сделан из карбона. Материал этот был разработан изначально для аэрокосмических технологий, но он в 5 раз легче и в 2 раза крепче стали, и поэтому идеален и для технологий гоночных машин.

Монокок должен выдерживать огромные силы, вызываемые проходом поворотов, перегрузками и, наконец, столкновениями. Впервые монокок был разработан в программном пакете Computer Aided Design (CAD). Компьютер управляет машинами, которые создают форму, выполненную из искусственного материала, похожего на дерево, но не поглощающего воду и не расширяющегося при высоких температурах, так что создается очень точная модель кокпита. Такая форма затем покрывается карбоновым волокном, после чего сглаживается и покрывается специальным составом для форм. После этого первоначальная форма убирается, и внутри полученной модели накладывают несколько слоев карбона (для того, чтобы карбоновое волокно было легче деформировать, и чтобы оно принимало очертание формы-монокока, карбоновые волокна нагревают). Способ, которым накладываются эти слои, играет ключевую роль, т.к. от этого зависит эффект производимый внешними силами на болид. После этого модель помещается в специальный агрегат, где путем сильного воздушного потока карбоновые слои прижимаются к форме сильнее и принимают абсолютно необходимую форму. В различных местах модели имеется различное количество таких слоев, но в среднем их 12. Так же наносится еще один слой из алюминия, с формой в виде сот, для большей прочности.

Когда вся работа с приданием формы и наложением слоев выполнена, модель помещают в специальную машину, названную автоклав (autoclave), где она (модель) нагревается и подвергается влиянию давления, которое сильно вжимает все слои в модель. Давление достигает 100 psi.

Приблизительные характеристики болидов:

Длина 400-4600 мм.

1700-1800 мм

Высота 950-960 мм.

3000-3200 мм.

Вес 600 кг.

Емкость бака 120 л.

*****************************************************************************

[Antonio_ch]

*****************************************************************************

8. Колеса и шины

8.1. Трение между колесом и трассой

8.2. Угол бокового увода колеса

8.3. Тяговый круг

8.4. Недостаточная реакция автомобиля на поворот руля и избыточная поворачиваемость

8.5. Трение между шиной и трассой

--------------------------------------------------------------------------------

8.1. Трение между колесом и трассой

Мы определяем движение колеса по поверхности как результат трения (сцепки колеса с дорогой). Эта сила трения являет собой то, что не дает колесу крутится и оставаться на месте, как бы проскальзывая. Чем больше сила трения, тем лучше сцепка с дорогой. Если мы рассмотрим то как высчитывается эта сила трения, то мы увидим, что она не зависит от толщины шины в месте контакта с трассой.

F = u * N

Где: F = сила трения;

u = коэффициент трения;

N = контактное давление;

Мы можем менять коэффициент трения путем замены одного типа шины на другой. Но не стоит забывать о том, что шины, которые являются очень "цепкими", не пригодны для гонок, т.к. изнашиваются слишком быстро.

8.2. Угол бокового увода колеса.

Шина, не подверженная боковой силе, будет катится по прямой линии в плоскости колеса. В момент поворота колеса появляется сила, перпендикулярная шине, которая вызывает отклонение, ограничивая устойчивость колеса. Шины не абсолютно твердые, они немного деформируются под этой нагрузкой и это задает колесам несколько другое направление.

Боковой прогиб (деформация) под силой воздействия (F) означает, что место контакта колеса с трассой (на левом рис. т. A) больше не в одной плоскостью с колесом. А это в свою очередь означает, что с целью повернуть по какому-то определенному радиусу, колеса должны быть повернуты немного больше, чем рассчитывалось. Разница между направлениями шины и колеса известна как угол бокового увода колеса (см. правый рис.). Линия AB - это линия вдоль которой движется шина, F - сила, вызывающая боковой прогиб, а угол a - это тот самый угол бокового увода.

С целью найти подлинный путь, который проделывает машина с повернутыми колесами, мы должны рассматривать оба угла: угол передних колес и угол бокового увода. Во время поворота, изменение бокового угла увода повлечет за собой изменение угла поворота всей машины. Также не стоит забывать, что задние колеса подвергаются тому же эффекту деформации, соответственно имея свой угол, что тоже требуется учитывать.

Мы можем резюмировать, что угол бокового увода зависит от следующего:

1. Боковая сила. Чем меньше сила, тем меньше угол бокового увода и наоборот;

2. Давление в шинах. Чем меньше давление, тем более шины будут гибкими. В F1 шины заполняются азотом с атмосферным давлением в 1.3-1.4;

3. Масса машины. Шины разрабатываются под определенную массу. Любые изменения повлекут увеличение угла бокового увода;

4. Развал колес.

8.3. Тяговый круг

r - мера сцепления шины с дорогой. Она может рассматриваться как два компонента: Fl и Fp. Если вектор сложения этих сил располагается внутри круга, то поворот будет выполнен нормально, в противном случае мы будем наблюдать скольжение машины по дороге.

Пусть ось Y (вертикальная линия) на графике описывает силы, воздействующие на шину во время торможения и ускорения. Ось X (горизонтальная линия) описывает силу, действующую на шину при повороте.

Исходя из графика, запишем формулу:

Fl2+Fp2 = r2

Отсюда:

r = Ц(Fl2+Fp2)

8.4. Недостаточная реакция автомобиля на поворот руля (understeer) и избыточная поворачиваемость (oversteer)

Это как раз те самые две характеристики, на которые чаще всего и жалуются пилоты болидов. В случае, когда болид не справляется с углом поворота и вылетает на внешнюю сторону поворота трассы, мы наблюдаем недостаточную реакцию автомобиля на поворот руля. Если же на поворотах присутствует ощущение "потери" болида, то это избыточная поворачиваемость. Визуально это проявляется как большая устойчивость одного конца болида по отношению к другому, однако с физической точки зрения это чуть сложнее.

Все дело в углах бокового увода колес и их отношений между передней и задней частью болида.

По существу, если передний угол бокового увода колес больше по значению, чем задний, то получается эффект недостаточной поворачиваемости. И наоборот, если задний угол бокового увода колес больше переднего, то получается эффект избыточной поворачиваемости.

Так, на первый взгляд может показаться, что максимальная характеристика поворачиваемости образуется в случае, если оба угла бокового увода передних и задних колес идентичны, но это не так. Хоть угол бокового увода и является главной величиной, воздействующей на сцепления колеса с дорогой, но существует еще и такое понятие как вес болида, приходящийся на шину. Давление на шину, которое оказывает болид своим весом не постоянно, увеличиваясь и уменьшаясь то в одной части, то в другой (в зависимости от проводимого маневра), так что оптимальные углы бокового увода тоже будут постоянно меняться в пропорциональной зависимости от веса.

8.5. Трение между шиной и трассой

Шины в F1 имеют очень длинную историю с неоднократными изменениями технологий и требований. Шина - самая "капризная" часть болида, за которой нужно постоянно следить. Все шины F1 на данный момент производятся японской компанией Bridgestone. По правилам FIA, введенным еще в 1998 г. шина должна иметь 4 канавки для контроля скорости на поворотах. Bridgestone пока единственный поставщик шин, но было объявлено, что уже в 2001 г. будут так же использоваться шины компании Michelin

Трудно не заметить, что шины в гонках F1 играют одну из самых значительных ролей. В силу того, что их изготавливают из сверх мягкого каучука, шины быстро изнашиваются и требуют замены в процессе гонки (иногда даже и не один раз), но использование именно мягкого материала необходимо, т.к. в противном случае, шины будут ненадежными и не смогут выдерживать тех колоссальных нагрузок, которые присуще гонкам F1. Самой главной характеристикой, однако, является температура. Диапазон температуры, в котором шины наиболее эффективно ведут себя, очень мал, где-то в пределах 90 и 110°С. Именно поэтому необходим прогревочный круг перед началом гонки. Так же температуру шин перед стартом поддерживают специальные прогревочные чехлы, давая возможность шинам не остывать ниже 80°С.

Ниже указаны правила на канавки шин F1:

Все обычные (для сухой погоды) шины должны иметь 4 канавки;

Канавки должны иметь 14мм ширины, сужающуюся до 10мм и глубиной в 2.5мм;

Расстояние между самими канавками - 50мм.

Многочисленные характеристики шин оговорены многочисленными правилами. В таблицах ниже вы найдете всю эту информацию:

Размеры шин:

+ Max. полная ширина переднего колеса: 355мм;

+ Max. полная ширина заднего колеса: 380мм (-1.0мм);

+ Max. полный диаметр колеса: 660мм (-0.4мм);

+ Min. полная ширина переднего колеса: 305мм;

+ Min. полная ширина заднего колеса: 365мм;

+ Диаметр бортового кольца: 330мм (+/- 2.5мм);

+ Max. ширина обода передней покрышки: 270мм;

+ Max. ширина обода задней покрышки: не оговорена.;

Технические характеристики:

+ Примерное давление: 20psi;

+ Blanket temperature: approx. 80 degrees C;

+ Max. срок службы: max. +/- 300 км. в зависимости от строения;

+ Применяемые материалы: сера, резина, карбон, хим. продукты и обшивка (покрытие);

+ Конструкция: Основной каркас, бортовое кольцо и протекторная резина;

Дождевая резина:

+ Пропорция канавок передних колес: более 25%;

+ Пропорция канавок задних колес: более 24%;

Это не полная информация по дождевой резине.

Установки обычной шины (для сухой погоды):

+ Каждая шина должна иметь канавки, по полной окружности, перпендикулярные оси колеса;

+ Кол-во канавок: 4;

+ Расстояние между канавками: 50мм (+/- 1.0мм);

+ Глубина каждой канавки: по крайней мере: 2.5мм;

+ Ширина каждой канавки: min. 14мм;

Кол-во шин за Weekend:

+ Шины для сух. погоды: 32 на один болид;

+ Дождевая резина: 28 на один болид;

Виды резины за GP:

+ Шины для сух. погоды: Max. два различных вида за Grand Prix;

+ Дождевая резина : Max. 3 различных вида за GP;

Размеры обычных (для сух. погоды) шин Bridgestone:

+ Нормальный размер передних шин: 265/55R13;

+ Диаметр передних: 655мм;

+ Ширина передних: 335мм;

+ Нормальный размер задних шин: 325/45R13;

+ Диаметр задних: 655мм;

+ Ширина задних: 375мм;

Размеры дождевой резины Bridgestone:

+ Нормальный размер передних шин: 245/55R13;

+ Диаметр передних: 655мм;

+ Ширина передних: 325мм;

+ Нормальный размер задних шин: 325/45R13;

+ Диаметр задних: 655мм;

+ Ширина задних: 375мм;

Как видно из таблицы, задние шины шире передних, это в первую очередь связано с действующим регламентом, а так же с тем, что это обеспечивает лучшее сцепление с трассой ведущих колес.

*****************************************************************************

[Antonio_ch]

*****************************************************************************

9. Карбон

9.1Карбон

9.2 Углеволокно.

Это композитный материал. Основу составляют нити из углерода, которые сами по себе имеют фантастические параметры: модуль Юнга, как у стали, плотность 1600 кг/м**3 (меньше алюминия). Однако сделать из них жесткую конструкцию задача непростая - нити работают только на растяжение.

Поэтому из карбона необходимо делать карбоновое волокно. Карбоновое волокно - это переплетенные нити карбона и резины (см. рис. слева). В каждом слое нити ориентированы под своим углом. Скрепляется вся эта конструкция эпоксидными смолами, что, естественно, дает более скромные итоговые показатели всей конструкции.

Карбон - чемпион по весу. Он на 40% легче стали и на 20% - алюминия. А что касается того, что карбон - самый жесткий материал, но можно смело утверждать, что большинство конструкций, выполненных из карбона, мягче алюминиевых. Так же карбон не коррозирует. Идея использования карбона в F1 принадлежит John'у Barnard'у.

9.2 Углеволокно.

В начале шестидесятых, Колин Чепмен, главный конструктор Lotus, предложил использовать монокок в Формуле 1, расположив вокруг него тонкие пластины. Новая технология увеличивала жесткость шасси. Позже, в семидесятых, для конструкций широко использовался алюминий, но из-за пористой структуры он не был достаточно прочным для прижимной силы антикрыльев. Джон Бернард, инженер McLaren, исследовал и впервые сделал шасси из углеволокна. Занялась его производством американская компания "Hercules Aerospace", так как McLaren не имел ни материалов, ни знаний для этого. В 1981 году пилоты McLaren доказали безопасность и преимущества новой конструкции. Джон Ватсон финишировал два раза вторым и один раз первым в этом сезоне. Андреа де Чезарис продемонстрировал прочность монокока обилием аварий за сезон.

Углеволокно - неизотропный материал. Это означает, что все волокна направлены в одном направлении. И если это будет не так, то свойства материала изменятся. Для примера, древесина также неизотропна.

Прочность на растяжение Плотность Удельная прочность

Углеволокно 3.50 1.75 2

Сталь 1.30 7.9 0.17

В основном, углеволокно изготавливается из полимера PAN, ниже рассмотрен именно этот тип производства. После Sohio-процесса, получается акрилонитрил, который трансформируется в полиакрилонитрил после полимеризации.

Как только этот полимер получен можно приступать к производству углеволокна. Первый этап производства заключается в вытягивании полимера так, чтобы он, в конечном счёте, стал параллелен оси волокна. Как только это сделано, полимер окисляется на воздухе при температуре 200-300 С, что позволяет удалить водород и добавить кислород в молекулу и сформировать основу гексагональной структуры, показанную выше.

Белый цепной полимер превращается в чёрный кольцевой полимер в результате карбонизации. Она включает в себя нагрев полимера до 2500 С обогащенной азотом среде, таким путём удаляются примеси до тех пор пока полимер не станет содержать 92-100% углерода, в зависимости от качества необходимых волокон. Завершающий этап производства углеволокна включает в себя переплетение волокон в пластины и добавление эпоксидной смолы. В результате получаются листы черного углеволокна, которые могут быть использованы в изготовлении различной продукции.

Команды Формулы 1 используют углеволокно, предварительно пропитанное эпоксидной смолой, и алюминиевые пористые прослойки, которые вставляются между двумя слоями углеволокна.

Шасси - первая изготавливающаяся часть автомобиля, которая требует для этого большого количества времени. Шасси обычно включает в себя приблизительно восемь частей (панелей). Первый этап производственного процесса - это изготовление твердотельной модели, из которой делают литейную форму для панели. Литейная форма конструируется путём наложения 10-ти слоёв, предварительно пропитанного резиной, углеволокна сверху каждой модели. Изготовление литейной формы содержит в себе различные этапы, включая вакуумную обработку, нагревательный процесс. Затем литейная форма должна быть тщательным образом очищена и приготовлена к использованию.

Следующим этапом современного изготовления деталей машин является изготовление листов, предварительно порезанного и пропитанного, углеволокна, которое затем укладывается в литейные формы. Таким образом, чтобы ориентация углеволоконных листов в определенных направлениях соответствовала достижению желанной прочности. Всего 5 слоёв уложенного углеволокна формируют внешнюю оболочку шасси (чтобы достигнуть толщины в 1 мм нужно всего уложить 3-4 слоя углеволокна).

Следующий этап - это вулканизация углеволокна в автоклаве. Здесь углеволокно подвергают воздействию нескольких циклов перепадов температуры и давления, в соответствии со спецификой необходимых материалов и компонентов которые необходимо произвести. Во время этой обработки резина, внедренная в углеволокно, испаряется в окружающие волокна и активизируется, таким образом, осуществляется вулканизация углеволокна. Как только внешняя оболочка была вулканизирована и охлаждена, пористые прослойки алюминия закрепляются на внешней оболочке с помощью листов резины, чтобы обеспечить надежное сцепление материалов вместе. Затем шасси вновь возвращается в автоклав для вулканизации. После охлаждения, ещё один слой, содержащий некоторое количество пропитанного углеволокна, накладывается сверху полученной оболочки и окончательно обрабатывается в автоклаве.

Когда панель изготовлена, ее отсылают в оценочный отдел, и после одобрения она может быть использована в гонках.

*****************************************************************************

[Antonio_ch]

*****************************************************************************

10. Электроника

В процессе гонок болид иногда встречается с проблемами, связанными с электроникой. Многие любители F1 даже не подозревают о том, насколько важную роль она играет. Электроника главным образом связана с тормозами, двигателем и коробкой передач. Таким образом, в болиде F1 используется примерно километр проводов, сотни сенсоров и приводов.

Каждой характеристикой и состоянием болида, чем бы то ни было: скоростью, тормозами, температурой двигателя, движением подвески, движением педалей, перегрузкой, в общем, абсолютно всем, управляют инженеры, находящиеся в боксах. Каждый раз, когда болид пересекает стартово-финишную линию, по крайней мере 20Mb информации поступает на компьютер инженеров, чтобы те могли следить за общим состоянием автомобиля в течение всей гонки. Эта информация является жизненно необходимой, т.к. в случае поломки, которую сам пилот может сразу не почувствовать, он будет зазван в боксы. К примеру, в 1996 году в Австрии Жак Вильнев лидировал, собираясь уже заполучить первую победу. Однако инженеры при помощи телеметрии обнаружили проблему, масляная трубка была повреждена, и постепенно масло вытекало из двигателя. Соответственно ему было приказано сбросить скорость, в итоге он приехал только вторым, но если бы он не сбросил обороты, то, как говорили впоследствии, он бы не доехал вовсе. Также вся эта информация, поступающая инженерам, помогает конструкторам находить новые решения, или же дает понять что стоит переделать.

Современные двигатели F1 достигают 750bhp (лошадиных сил) преимущественно благодаря системе "мэппинга" (mapping), которая управляет множеством систем внутри двигателя таким образом, что они работают на максимуме на любом участке трассы. Мэппинг двигателя может быть полностью изменен в зависимости от трассы, на которой проводится данная гонка и в зависимости ее особенностей. Например, в Монако система контроля двигателя помогает пилоту в работе с педалью газа; в первую половину хода педаль очень чувствительна, а затем уже менее. Это означает, что пилот располагает возможностью облегченного и правильного прохода извилистых поворотов. На трассах же как Хоккенхайм, пилоту гораздо важнее резко развить скорость при выходе из шиканы, а не постепенно доводить до максимальной скорости. Таким образом, установки будут таковы, что малейшее нажатие педали газа резко отразится на оборотах двигателя. Также возможен и контроль за незапланированной "работой с педалью газа". Когда, к примеру, болид заезжает на бордюр (да и вообще, имеется ввиду любая неровность) и от тряски нога пилота невольно смещается (не сильно конечно), то система контроля двигателем, при определенных настройках, проигнорирует это движение педали и соответственно не изменит скорости. Все это благодаря тому, что между педалью газа и двигателем нет непосредственного контакта. Позиция педали газа контролируется сенсором, данные с которого передаются в ECU, а уже тот направляет их двигателю. ECU намного больше, чем устройство, делающее педаль газа более или менее чувствительной. ECU контролирует положение заслонки, впрыск и множество других факторов, чтобы получить максимальный крутящий момент. Также ECU следит за различными параметрами двигателя, такими как RPM (число оборотов в минуту), и распределениями крутящего момента с двигателя. Это значит, что в современных болидах Формулы 1 педаль газа является регулятором крутящего момента, а не простым контролером топлива. Двигатели Формулы 1 предназначены для работы в диапазоне 15000 – 20000 оборотов в минуту, и электроника, отвечающая за контроль и наблюдение за параметрами его работы, играет решающую роль в поддержании двигателя в данном диапазоне. В этом рабочем диапазоне, крутящий момент практически постоянный и выход из диапазона приведет к значительному спаду мощности, пока двигатель снова не раскрутится до нужных оборотов, что вызовет моментальный прирост мощности и, как правило, приведет к пробуксовке колес.

ECU так же контролирует сцепление, дифференциал и коробку передач. Водитель использует сцепление только для того, чтобы тронуться с места. При этом педаль сцепления отсутствует и контроль осуществляется с помощью подрульного переключателя. А все остальное время эту заботy берет на себя компьютер. В 2000 году FIA ввела устройство которое не дает двигателю заглохнуть при аварии или заносе, чтоб предотвратить остановки посреди трассы. ECU отвечает за переключение передач в коробке. Это происходит быстрее чем за 100 миллисекунд ,что позволяет водителю не снимать ногу с газа при повышениях передачи, а также синхронизировать скорость двигателя и коробки передач, предотвращая дерганье машины. Современные болиды Формулы 1 имеют электронный дифференциал, который наблюдает и контролирует пропорциональное распределение крутящего момента между задними колесами на входе и выходе из поворота. Это обычно настраивается под различные стили пилотажа, для контроля над задней частью машины в каждой точке поворота

Каждый аспект автомобиля, такой как: скорость, тормоз, температура двигателя, движение подвески, дорожный просвет, движение педалей, ускорение - измеряются и контролируются из боксов пока машина на трассе. Команды обычно привозят около 30 килограмм компьютерного оборудования на каждый Гран При лишь затем, чтобы помочь гонщикам и инженерам найти нужные настройки, отследить и избавиться от любых неполадок с машиной. Автомобиль Формулы 1 имеет два типа телеметрии: первый - микроволновый пакетный сигнал, который посылается инженерам каждый раз, когда машина проходит мимо боксов. Сигнал имеет размер около 4 мегабайт, дающей инженерам важнейшую информацию обо всем происходящем с болидом. Остальные 40 мегабайт будут скачаны по возвращению машины в боксы, так что ни одна мелочь не сможет утаиться от внимания механиков. Информация загружается в ноутбук, подключенный к машине через гнездо, обычно располагающееся в боковой панели или около горловины топливного бака.

Второй тип - это система, работающая в реальном времени, которая постоянно передает меньшее количество информации, такой как: положение на трассе и простые показания датчиков.

Сигналы посылаются в боксы через маленькую антенну, расположенную на автомобиле, обычно на боковой панели, которая ближе всего к боксам. Некоторые команды устанавливают антенну в боковое зеркало чтобы не было лишних торчащих предметов. Когда болид возвращается в боксы, поверх зеркала одевается маленькая коробочка, для предотвращения повреждений, которые могут получить находящиеся рядом люди от радиации, излучаемой передатчиком. Эти данные телеметрии крайне важны для инженеров в течение гонки и практики. Огромный банк компьютеров в гараже обработает данные, посланные болидами во время их нахождения на трассе, и от этой сложной информации, члены команды могут быстро сказать, работает ли автомобиль в нужном режиме или существуют какие-либо неполадки. Например, в течение гонки, параметры, такие как: температура двигателя и давление в гидравлике - тщательно изучаются от круга к кругу, чтобы иметь возможность заранее предсказать какие-либо неполадки с машиной. Если хотя бы одно из показаний становится отличным от нормального операционного режима, инженеры могут сказать водителю использовать меньше оборотов или пилотировать менее агрессивно для предотвращения неполадок.

Команды используют программное обеспечение, полученное от своих технических партнеров (Hewlett Packard, Compaq, TAG Electronics) для проецирования всей полученной информации на мониторы, которую бы легко могли понять инженеры. В McLaren сделали шаг вперед, в отличии от большинства разработав свою собственную систему ATLAS (Advanced Telemetry Linked Acquisition System - Передовая Телеметрически Связанная Система Сбора данных). ATLAS рисует графы каждого элемента автомобиля в режиме реального времени на всех участках трассы. И хотя большинство передовых команд имеет системы, подобные ATLAS, полагается, что система McLaren - одна из передовых в Формуле 1.

*****************************************************************************

[Antonio_ch]

*****************************************************************************

11. Видеокамеры и макеты.

Встроенная видеокамера - высокотехнологическое оборудование, которое используется для съемки с борта автомобиля из нескольких положений. Такая камера интегрируется в аэродинамически нейтральный углепластиковый корпус. Данным оборудованием владеет администрация Берни Эклстоуна, которая и несет все расходы по снабжению каждой команды оборудованием данного типа.

Порядок и места размещения телевизионных камер на борту автомобилей Ф-1 определяются техническим регламентом FIA. При этом составители правил позаботились, чтобы ни одни из автомобилей не смог получить ни малейшего преимущества. Если на машину не устанавливается сама камера, то вместо нее размещают макет, в точности соответствующий ее габаритам.

Телевизионные камеры:

Все автомобили во время соревнований должны быть оснащены либо двумя телекамерами, либо двумя макетами телекамер, либо одной телекамерой и одним макетом.

Макеты телекамер, в случае их использования, должны размещаться в тех же точках, что и камеры.

Все автомобили должны быть оборудованы пятью узлами крепления телекамер или макетов телекамер. После того, как места размещения определены, решение, устанавливать ли в этих точках телекамеры или макеты, принимается исключительно командой.

С 2004 года корпус видеокамеры над воздухозаборником мотора у каждого из пилотов конкретной команды окрашен либо в красный, либо в черный цвет. Красным цветом окрашены камеры болидов под нечетными номерами до 13 номера (машины под номером 13 в Ф1 не существует - этот номер пропускается), и под четными номерами начиная с 14. Соответственно, бортовая камера второго болида команды окрашена в черный цвет. Сделано это в первую очередь для более удобного различия пилотов одной команды друг от друга.

*****************************************************************************

[Antonio_ch]

*****************************************************************************

12. Шлемы и костюмы

12.1 Шлем

12.2 Ремни безопасности

12.3 Комбинезон и огнезащитный костюм

12.4 Система защиты головы и шеи (HANS)

--------------------------------------------------------------------------

12.1 Шлем

Шлем в F1 в основном для безопасности, а не для индивидуальности пилота. Их делают из специального легкого прочного материала, и они проходят тесты на прочность, так же как и сами болиды. Каждый шлем стоит около 1500, уже раскрашенный и со встроенным радио. Проблема создания шлема заключается в том, что он должен быть в одно и тоже время очень прочным и, главным образом, легким, т.к. при поворотах (да и при любых нагрузках) тяжелый шлем будет сильно давить на шею. Как правило, шлем весит 1.25 кг и выполнен из стекловолокна. Обивка внутри шлема сделана из полистирола с подкладкой из номекса. "Стекло" (или, если хотите, маска) на шлеме предназначено для препятствия попадания посторонних предметов в шлем. Толщина такого "стекла" примерно 3мм. Также возможно вы замечали, что из левой стороны шлема идет трубочка, она предназначена для того, что бы пилот мог пить во время езды. При нажатии определенной кнопки, вода подается в шлем и пилот может позволить себе утолить жажду.

Более того, шлем может быть сконструирован таким образом, что он увеличивает поток воздуха, направляющегося в воздухозаборник над головой пилота, что, в свою очередь, может увеличивать мощность двигателя и, в результате, скорость движения.

Помимо прочего, говоря об особенностях шлема, нужно самое серьезное внимание уделять и комфорту пилота. Голова пилота находится в непосредственной близости от двигателя, поэтому шлем должен защитить от сильного шума во время гонки и обеспечить, тем самым, возможность максимальной концентрации пилота.

12.2 Ремни безопасности

Это, безусловно, важнейший элемент обеспечения безопасности пилота. Ремни безопасности с 6 точками крепления на протяжении всей гонки удерживают пилота на его месте. Они защищают его от выпадения из машины при перевороте, а также от повреждений, которые могли бы произойти от огромных перегрузок, возникающих при торможении.

12.3 Комбинезон и огнезащитный костюм

Костюм делается из 3-4 слоев термостойкого волокна (ароматического полиамида) и является огненепроницаемым. Он дает пилоту максимум 30 сек. что бы тот вышел из зоны огня. Ботинки и перчатки тоже выполнены из этого материала. На перчатках в районе ладони нашит слой замши, или кожи, для удобного управления рулем. Ботинки же имеют тонкий мягкий слой резины на подошве, для лучшего ощущения педалей. Вся экипировка проходит тесты в FIA. Одежда пилота должна выдерживать температуру в 800 С по крайней мере в течение 12 секунд. Шлем гонщика должен выдерживать температуру в 790 С в течение 11 секунд, а так же нагрузки в 300 g, в том числе при столкновении с острыми предметами. И наконец, стекло шлема не должно быть повреждено предметами, летящие со скоростью 500 км/час.

Одним из наиболее важных факторов является гарантия защиты пилота и снаряжения от огня. Чтобы обеспечить это, не считаются ни с какими затратами. Разноцветные комбинезоны пилотов изготавливаются из легкого волокна Nomex. Nomex схож по строению с кевларом. Не изменяет своих свойств при нагревании до 350 градусов Цельсия и способен выдержать воздействие открытого огня в течение 8 секунд, и пилот не получает каких-либо серьезных ожогов. Волокна из Nomex легко поддаются окраске. Из этого материала вот уже более 30 лет изготавливают гоночные комбинезоны. Впервые Nomex был синтезирован в 1965 г. В Ф1 комбинезоны из Nomex появились в конце 60-х, а еще через несколько лет стали обязательными к применению. Сейчас одежду для пилотов шьют две итальянские компании – OMP и Sparco. В среднем за сезон пилот использует около 20 комбинезонов, еще около полусотни единиц в год нужно для экипировки бригады механиков. Комбинезоны сшиты особым способом, так, что между швами создаются специальные «воздушные подушки», придающие комбинезону более высокую теплопроводность, что является очень важной особенностью комбинезона. На изготовление каждого комбинезона уходит до 4 часов. Общий вес комбинезона, в котором пилоты выходят на старт гонки, составляет всего 1,5 кг. При этом треть от общего веса составляет вес рекламных нашивок.

Кроме этого комбинезона, вся поверхность тела пилота защищена еще одним более тонким костюмом из Nomex, включающим в себя огнезащитное белье, кальсоны, балаклаву (подшлемник). Пилот также надевает обувь из волокна Nomex на твердой подошве, обеспечивающей хороший контакт с педалями, и перчатки из Nomex с замшевыми вставками на ладонях для более удобного захвата руля.

12.4 Система защиты головы и шеи (HANS)

При резком торможении во время аварии пилот подвергается воздействию силы, в 80 раз превосходящей силу тяжести. В такой ситуации вес головы пилота и шлема может за считанные мгновения возрасти с 7 кг до 560 кг. Система HANS обеспечивает амортизацию этого колоссального напряжения, а также защищает голову пилота от ударов о руль и переднюю часть кокпита.

Впервые идея о защитном фиксаторе шеи появилась в 1995 году, после аварии Мика Хаккинена в Аделаиде, когда он ударился головой о руль после того, как его автомобиль потерял управление из-за проколотой покрышки и врезался на огромной скорости в барьер ограждения. Система HANS была первоначально разработана в Университете штата Мичиган (США) Робертом Хаббардом и затем, по поручению FIA, доработана в сотрудничестве с Mercedes-Benz, получив в 1996 году название HANS. На практике система HANS была успешно испытана в США в гонках NASCAR и ChampCar racing, а также в Германии в серии гонок Touring Car Masters (DTM).

*****************************************************************************

[Antonio_ch]

*****************************************************************************

13.Стоимость обслуживания компонентов болида Формулы 1.

Колесная гайка:

Алюминиевая, Стоимость каждой 110$, на сезон требуется примерно 500 штук.

55 000$

Колесные диски:

На сезон требуется 40 комплектов колесных дисков, каждый их которых стоит 10000$. Передние диски (без шин) весят около 4 кг, задние - 4.5 кг.

400 000$

Дисковые тормоза:

Каждый узел включает в себя: суппорт, диски и колодки. Стоимость такого узла 6000$. В течении сезона требуется 180 таких узлов.

1 050 000$

Рычаги передней подвески:

Изготовлены из титана и углепластика. На сезон требуется 20 комплектов по 100 000$.

2 000 000$

Сиденье пилота:

Выполняется по индивидуальным меркам гонщика из углеволокна. В случаи аварии может быть удалено из кокпита вместе с пилотом.

2000$

Рулевое колесо:

За сезон используется до 8 штук, стоимостью 40 000$ каждое. На рулевом колесе расположены клавиши переключения передач, так же прочие необходимые пилоту системы управления и контроля, кнопки бортовой радиосвязи и другие.

320 000$

Встроенная видеокамера:

Камера вмонтирована в углепластиковый защитный корпус. Все расходы несет администрация Берни Эклстоуна, которой и принадлежит это оборудование.

140 000$

Двигатель:

V-образный, 10-ти цилиндровый, с алюминиевым блоком цилиндров, объемом 3 л. Развивает свыше 19 000 об/м. Средняя мощность около 850 л.с. Пробег не менее 1000 км. до переборки. Стоимость одного двигателя 600 000$.

30 000 000$

Выхлопная система:

Каждый болид снабжается двумя стальными системами выхлопа по 13 000$ на ГП. Замена выхлопной системы разной конфигурации является элементом перенастройки болида. На сезон необходимо 54 комплекта.

700 000$

Заднее антикрыло:

Изготавливается из углеволокна. За сезон расходуется около 30-ти таких узлов. Стоимость каждого 20 000$.

600 000$

Носовой обтекатель:

Носовой обтекатель в сборе с передним антикрылом. Стоимость примерно 19 000$ каждый. За сезон обычно расходуется до 20 комплектов.

380 000$

Шины:

Стоимость одной шины около 800$, на каждую гонку необходимо по 10 комплектов на машину, всего за сезон 720 штук. Проведение тестов увеличивает расход на шины втрое.

1 700 000$

Зеркала заднего вида:

Зеркала изготавливаются из специального отражающего материала повышенной прочности Perspex, монтируются в корпус из углеволокна, поэтому их стоимость относительно мала, на их аэродинамическую доводку тратятся тысячи долларов.

1200$

Радиаторы:

По одному новому комплекту алюминиевых радиаторов устанавливается на каждую гонку. Стоимость каждого 11 000. Всего требуется около 36 комплектов.

400 000$

Коробка передач:

Стоимость одной семискоростной полуавтоматической коробки передач свыше 130 000$. Рассчитана на пробег 6000 км. На сезон хватает 18 коробок. В комплект входит несколько комплектов шестеренок.

2 500 000$

Рычаги задней подвески:

Изготавливаются из титана и углепластика, каждый комплект стоит 120 000$. За сезон расходуется 20 таких комплектов.

2 400 000$

Электроника и электрооборудование:

Все электронные системы болида.

4 000 000$

Топливный бак:

Изготавливается из прорезиненной ткани, подкрепленной кевларом. Имеет объем от 80 до 120 литров.

20 000$

Днище:

Изготавливается из углеволокна, однако технический регламент также требует установки под днищем доски скольжения из прессованной древесины. На каждом ГП используется несколько днищ с разным размещением балласта в них.

30 000$

Монокок:

По номеру монокока идентифицируют автомобиль Ф1, поскольку все остальные узлы и агрегаты на нем съемные и заменяемые. За сезон гонщик меняет в среднем три монокока стоимостью примерно 115 000$ каждый.

350 000$

Итого, за один сезон на обслуживание болида тратится примерно 40 000 000 $.

[upSF]

зачёт Тебе!

[Antonio_ch]

Дополнительная информация(шины).

Шины в Формуле1 наполняют азотом. Азот в качестве газа-наполнителя был выбран потому, что его в воздухе около семидесяти процентов, плюс ко всему прочему он имеет ряд очень полезных качеств. Азот обладает небольшим температурным расширением (коэффициент расширения азота ниже коэффициента расширения кислорода в 7 - 8 раз). То есть, давление в шине, наполненной азотом, будет меньше изменяться в зависимости от температуры, а во время движения в шине выделяется довольно большое количество тепла. Чем выше скорость, жестче и нагруженней режим эксплуатации, тем больше тепла будет выделяться, следовательно, давление внутри шины будет расти. Поэтому на шинах, накачанных азотом, поведение болида будет более стабильным, нежели на шинах с обычным воздухом внутри.

Преимущества заправки шин азотом по сравнению с заправкой воздухом:

- Повышение плавности и мягкости прохождения неровностей дорожного покрытия

- Улучшение амортизации колес и снижение нагрузки на подвеску болида

- Улучшение управляемости болида

- Улучшение устойчивости при прохождении быстрых поворотов

- Улучшение сцепления с дорожным покрытием и уменьшение тормозного пути

- Уменьшение пробуксовки колес

- Уменьшение вибрации от контакта шины с дорожным покрытием

- Значительное уменьшение колебания давления в шинах не зависимо от скорости движения болида, его массы и температуры окружающей среды

- Повышение работоспособности колес при повышенных нагрузках и температурах

- Уменьшение износа шин и обеспечение его равномерности

Процесс накачки происходит приблизительно следующим образом:

накачки осуществляется с помощью специальных устройств – азотных генераторов, стационарных устройств для преобразования воздушной смеси. Воздух проходит несколько степеней обработки: в рабочую систему закачивается не менее 8 атмосфер сжатого воздуха, затем производится многоуровневая фильтрация( воздух обезжиривается, очищается от влаги, примесей масел, ароматических гидрокарбонов), затем идёт перекачка очищенного воздуха через специальные мембраны для отделения молекул азота-N2.

После полного цикла обработки на выходе получается азот чистотой более 95%.

Примечание:

После монтажа шину накачивают до 5 бар — чтобы обеспечить герметичность посадки на диск. Но затем снижают давление до 1,4 бар — и в таком виде передают колеса командам. А уж в боксах команд давление в шинах изменяют по своему усмотрению. Любопытно, что давление в шинах нередко становится яблоком раздора между шинниками и командами: шинники запрещают опускать давление ниже определенной величины, опасаясь чрезмерного износа шин и самопроизвольной «разбортировки» (как правило, это 0,8 бар), а гонщики, во имя улучшения сцепления, были бы не прочь это сделать.

[Antonio_ch]

Дополнительная информация(шины).

Главное противоречие при разработке шин известно: хочешь увеличить ресурс — делай протектор более жестким, хочешь повысить сцепные качества — делай его мягче. В принципе, подбор «правильных» шин для той или иной трассы — это и есть поиск золотой середины между двумя крайностями. Естественно, с учетом массы нюансов.

Протектор шины — субстанция «вязко-упругая», наподобие жевательной резинки. В качестве модели, иллюстрирующей реакцию протектора на воздействие внешней силы, можно использовать устройство, напоминающее подвеску автомобиля (см. рисунок 1):

Рис. 1.

В паре работают пружина и примитивный амортизатор, представляющий собой цилиндр с маслом, в котором перемещается перфорированный поршень. Будем считать, что под воздействием силы длина пружины изменяется моментально (инерция самой пружины — не в счет). А вот «амортизатор» поведет себя по-другому: чем быстрее ты захочешь перемещать поршень в цилиндре, тем сильнее он будет сопротивляться. То есть при попытке «сжать» или «разжать» нашу конструкцию произойдет задержка, возникающая из-за трения между цепочками молекул масла. Эту задержку называют гистерезисом (рис. 2).

Рис. 2. Реакция материала протектора

шины на внешнее воздействие

(и на прекращение этого воздействия)

происходит с некоторой задержкой.

Это явление называется гистерезисом.

Состав, из которого «варят» шины (его часто называют «сырой резиной»), тоже состоит из длинных молекулярных цепочек. Преодолевая трение, эти цепочки стремятся принять «естественное» состояние, из-за чего смятый в руках кусок «сырой резины» норовит принять сферическую форму. А чтобы протектор стал более жестким и сохранял необходимую форму, «сырую резину» вулканизируют — нагревают в печи. Отныне за «сохранением формы» следит добавленная в состав смеси сера, молекулы которой под действием высокой температуры образуют «мостики», связывающие между собой молекулярные цепочки (рис. 3). Степень «жесткости» или «податливости» протектора, помимо наличия тех или иных полимеров, определяется и числом этих межмолекулярных «мостиков».

Рис. 3. В процессе вулканизации

молекулярные цепочки, входящие

в состав «сырой резины», связываются

«мостиками», которые при нагреве

образует сера.

«Податливость» и «жесткость» протектора уже готовой шины сильно меняются и в зависимости от условий эксплуатации: в первую очередь -— от температуры и скорости (цикличности нагрузок), причем увеличение скорости и температуры приводит к противоположному эффекту. Если скорость слишком высока, то протектор начнет терять эластичность и может стать хрупким. С температурой ситуация обратная: на холоде протектор жесткий, а по мере нагрева (до определенного предела) он размягчается. Увеличение цикличности нагрузок (скорости) в десять раз приводит примерно к такому же эффекту, как понижение температуры на 7—8 градусов Цельсия… Так что главная задача шинников — для каждого Гран При подобрать именно такой состав смеси протектора, который в наиболее характерных для гонки условиях будет работать в режиме максимального гистерезиса (когда протектор в наиболее «вязкой» стадии), но при этом не будет «дубеть» на предельно возможных на данной трассе скоростях.

А какова природа того, что принято называть сцеплением шины с дорогой?

На «макроуровне», когда мы рассматриваем участок пятна контакта размером от нескольких микрон до нескольких миллиметров, картина выглядит так. На бугорке асфальта материал протектора деформируется, почти принимая форму препятствия. Под действием подводимой к колесу тяги (или, наоборот, при торможении) «выемка» в теле протектора слегка вытягивается (то есть колесо чуть-чуть проскальзывает) — и благодаря этому проскальзыванию растет горизонтальная составляющая силы, противодействующей внедрению бугорка. То есть для достижения сцепления с дорогой шина должна... скользить (рис. 4).

Рис. 4

Сцепление шины с дорогой формируется и взаимодействием поверхности протектора с покрытием на молекулярном уровне (речь уже об участках размером в несколько сотых долей микрона). Войдя в контакт с асфальтом, молекулярные цепочки резины растягиваются, а затем, оторвавшись от молекул асфальта под действием передаваемой от мотора тяги (речь снова идет о проскальзывании!), они сжимаются почти до первоначального состояния — и процесс повторяется вновь (рис. 5).

Рис. 5

[Antonio_ch]

Дополнительная информация(компьютеры и электронные системы).

P.S. Текст, конечно, не новый. Где-то/когда-то я его уже читал. Думаю, это не важно, тем более информация носит, в основном, исторический характер, не теряя, конечно же, познавательного аспекта для тех, кому интересны электронные системы болидов Формулы 1.

1. Развитие и усовершенствование электронных систем

В 1950 году стартовал первый чемпионат мира по автогонкам в классе Формула-1, в ту пору борьба за победы шла между командами Alfa Romeo и Ferrari. Как раз в это время произошел переход от магнето к батарейному зажиганию. Обычная система зажигания с контактным прерывателем при частоте вращения более 100 Гц уже не обеспечивала надежную работу шести- восьмицилиндровых двигателей. Сначала (с 1952 года) был совершен переход на двойную систему зажигания, обеспечивающую до 600 Гц, а затем и на транзисторную, гарантировавшую 1000 Гц.

В 60-е годы в системе питания двигателя находит применение как механический впрыск топлива («Lucas», «Spika»), так и электронный («Bosch», «Kugelfischer»). Система зажигания, применяемая в большинстве гоночных автомобилей, базируется на бесконтактном транзисторном зажигании «Lucas Opus», единственным недостатком которого является повышение потребления энергии в среднем на 75% по сравнению с предыдущими разработками. В 1975 году система зажигания получила дальнейшее развитие с появлением комплекса «Magneti Marelli Dinoplex», имевшего плюс ко всему еще и меньшую массу. Вся система зажигания, состоящая из электронного блока, усилителя, выпрямителя, катушки и ограничителя оборотов, имела массу 5,6 кг. Проведенная вскоре модернизация довела массу системы до 2,8 кг. Новая система зажигания «Magneti Marelli Raisplex», распространившаяся с 1978 года, имела массу всего 1,9 кг.

Постоянное совершенствование системы электрооборудования привело к значительному улучшению ее параметров, повышению надежности и, что немаловажно, к снижению массы. Если все электрооборудование «Феррари 312Т-3» 1978 года весило 13,22 кг, то «Феррари 156 F-1» 1986 года - на 4 кг меньше.

Я не случайно уделяю важное место весу электронных агрегатов болида, в Формуле-1 продолжается нескончаемая «гонка» за снижением веса всех узлов и частей автомобиля, начиная от двигателя и кончая краской, покрывающей машину. Мои слова иллюстрирует мнение одного из руководителей команды "Рено" Жана Саже: "Если из двух аэродинамически равных автомобилей один будет иметь на 50 кг меньшую массу, то в повороте он будет иметь скорость в среднем на 6 км/ч большую». В техническом регламенте современной Формулы-1 полная масса автомобиля ограничивается снизу 600 кг, но, если инженерам с помощью применения новых более легких материалов, удается сконструировать машину легче положенных 600 кг, то они имеют возможность размещать балласт на свое усмотрение там, где это даст преимущество в управляемости автомобиля.

В конце 80-х, начале 90-х годов для обеспечения оптимальной работы всех систем двигателя получили распространение комплексные системы управления двигателем, базирующиеся на 16-битных микропроцессорах. Например, система Bosch MP-1,8 оснащена следующими датчиками:

Назначение датчика/Количество датчиков

1 Давление воздуха/4

2 Давление масла/1

3 Давление топлива/1

4 Давление масла коробки передач/1

5 Температура воздуха/2

6 Температура воды в системе охлаждения/2

7 Температура масла двигателя/2

8 Температура масла коробки передач/1

9 Температура топлива/1

10 Обороты двигателя/1

11 Скорость движения/1

12 Положение дроссельной заслонки/1

13 Температура микропроцессора/1

14 Контрольные зонды/4

15 Датчики сброса/4

Такая структура позволяет обеспечивать программное регулирование угла опережения зажигания в зависимости от оборотов двигателя, положения дроссельной заслонки и давления во впускном трубопроводе, оптимальную дозировку и фазирование впрыскиваемого топлива с учетом температур и давлений в системах смазки, охлаждения и питания. Все применяемые в Фомуле-1 системы отличаются высокой надежностью: к примеру, система «Lucas-468» обеспечивала работу двигателя даже при отказе 95% всех датчиков.

Применение современных систем проектирования позволяет не только обеспечить высокий уровень всех элементов двигателя, но и создать несколько его вариантов (5-6) под специфические условия гонок на городских, скоростных либо сложных трассах с большим количеством поворотов. Для каждой трассы чемпионата мира лучшие команды имеют как минимум по одной специальной модификации двигателя. Времена, когда двух - трех двигателей хватало на весь спортивный сезон, а регулировка и настройка осуществлялись вручную одним «кудесником», безвозвратно прошли.

Вот, что рассказывает о своей работе инженер-моторист команды «Джордан», следящий за работой двигателя в процессе гонки: «Как только автомобиль приходит в движение, на нашем мониторе появляется информация о числе оборотов и давлении масла. Это базовые параметры. Помимо них мы следим за температурой воды, выхлопных газов и давлением воды. Вдобавок - параметры системы впрыска и опережения зажигания, давление в системе пневматического привода клапанов и количество воздуха, оставшееся в маленьких резервуарах, питающих эту систему. Мы также получаем информацию о температуре масла, топлива и степени сжатия, что дает нам возможность следить за состоянием поршней и поршневых колец. В общей сложности 16 «приоритетных» параметров. Потом все данные распечатываются и аккуратно подшиваются - гонка за гонкой, день за днем».

В 1997 году к блокам электронного контроля двигателя, системам накопления и передачи данных, дисплеям на приборной доске, полуавтоматическому управлению коробкой передач, электронной педали «газа» прибавились системы управления дифференциалом, распределения тормозного усилия и усилитель рулевого управления.

Кстати, впервые примененные на болидах Формулы-1 такие системы как АБС (антиблокировочная система - препятствует блокировке колес при торможении) и ПБС (противобуксовочная система - при разгоне автомобиля притормаживает буксующие колеса), сейчас активно используется многими производителями серийных автомобилей. Так называемая, электронная педаль «газа», тоже уже применяется в автомобилестроении. С некоторыми переработками перекочевала с гоночных трасс на обычные дороги активная подвеска, оснащенная датчиками, отслеживающими дорожный просвет под днищем автомобиля, и своевременно корректирующими устройствами. Активная подвеска позволяет при изменении профиля дороги сохранять горизонтальное положение кузова. Внедрение активной подвески в Формулу-1 значительно увеличило скорости машин, что в определенный момент стало небезопасно и слишком дорого для команд аутсайдеров. Для повышения безопасности гонок и увеличения конкурентоспособности слабых команд активная подвеска была запрещена техническим регламентом в 1994 году.

Немногие команды-лидеры, как «Вильямс» и «Бенеттон», разрабатывают некоторое электронное оборудование и программное обеспечение самостоятельно, но все остальные команды полагаются на своих технических партнеров. Главных поставщиков электроники для Формулы-1 три - Magneti Marelli, TAG и Pi Research. Первые два поставляют оборудование и программное обеспечение как для двигателя, так и для шасси, а Pi сосредоточила свои усилия только на шасси. TAG снабжает всей своей продукцией «МакЛарен» и «Джордан», а «Заубер» - системами управления коробкой передач, дифференциалом и приводом педали «газа», а также системой «Атлас», которую швейцарская команда использует для накопления данных о шасси.

Системами управления Magneti Marelli оснащено большинство моторов Формулы-1. Блок «Magneti Marelli Step-7» используется «Рено» и «Феррари». Как и TAG, итальянская фирма производит полный комплект оборудования и программного обеспечения для моторов и систем накопления данных. Так происходит в случае с «Феррари», - единый блок контролирует работу мотора, коробки передач и педали газа. «Вильямс» и «Бенеттон» производят собственные системы управления шасси и коробкой передач, которые должны быть сопряжены с блоком Magneti Marelli, установленным в моторе.

Pi Research обслуживает «Эрроуз», «Стюарт» и «Тиррелл». Все они используют мощный блок управления и накопления данных «Sistem-5STAR». Так как Pi не производит системы управления двигателем, «Sistem-5STAR» сконструирована специально, чтобы легко работать с другими системами. Правда, пользователям приходится писать собственные программы управления коробкой передач, педалью «газа» или другими узлами.

Электронный мозг «Макларена» и «Джордана» - блок TAG-2000. Разработанный в 1996 году, он контролирует функции двигателя и шасси, а также накопление данных. Мощность блока такова, что единственными дополнительными компонентами в автомобиле (за исключением проводки, датчиков и т.д.) являются дисплей на панели приборов, датчик контроля кругов и передатчик телеметрии. Данные, а это около 20 мегабайт информации на каждом круге, передаются в боксы комбинированно - в режиме реального времени и разовыми микроволновыми импульсами.

Ресурс таких устройств достаточно велик: за сезон команда использует десять систем - шесть в гонках и четыре на тестах.

2. Телеметрия

На заре автомобильного спорта гонки в Европе проходили между двумя городами по дорогам общего пользования. Первая такая гонка прошла в 1894 году на трассе Париж-Руан. Участники стартовали кто на чем: главное условие - отсутствие лошадей, движущих коляску. Это первое в истории автоспортивное соревнование выиграла паровая машина! Время прохождения трассы долгие годы засекалось обычными часами.

До наших дней дошла легенда о жене известного гонщика команды «Мерседес» Рудольфа Караччиолы, которая умудрялась в одиночку фиксировать своими секундомерами времена всех пилотов на каждом круге, в каждой гонке!

Швейцарская часовая фирма «Longines», основанная в 1867 году, уже в 1933 году предприняла попытку оснастить автоспорт системой точного замера времени, но лишь в 1937 году совместно с «Philips» это удалось сделать в других дисциплинах спорта. Затем они снова занялись автоспортом, но уже с новым уровнем разработок.

В 1950 году система точного замера времени для автоспорта была создана и разрешена ФИА (Международная Федерация Автоспорта) для официального применения. Впервые она была опробована на Гран При Берна в 1951 году. В 1969 году этот измерительный комплекс был модернизирован и стал электронным, а в 1978 году «Longines» совместно с итальянской фирмой «Olivetti» представила более совершенную систему. Система «Longines-Olivetti» стала одним из неотъемлемых атрибутов чемпионата мира Формулы-1. Именно благодаря совершенству этой системы точного замера времени мы избавлены от накладок и можем наблюдать борьбу команд за сотые и тысячные доли секунд. Между прочим, столь высокая точность замера времени необходима в Формуле-1. На тренировке перед Гран При Европы в 1997 году три!!! пилота показали одинаковое время 1 мин 21.072 сек с точностью до тысячной доли секунды. Кто знает, если такие случаи участятся, может быть, придется перейти на еще более высокоточную аппаратуру. Каждый автомобиль, выезжающий на трассу, оборудован передатчиком, закрепленным в его носовой части. Сигнал, передаваемый при пересечении метки на финишной линии, идентифицируется, и после обработки персональным компьютером Olivetti P-60.66 каждая из команд имеет возможность держать «руку на пульсе» достижений соперников.

Позднее эта система была заменена более совершенной, поставляемой фирмой «TAG Heuer», которая и по сей день используется на трассах чемпионата мира. Главный компьютер, расположенный в специальном фургоне TAG Heuer, получает и обрабатывает информацию от множества датчиков расположенных на трассе. Он контролирует следующие параметры для каждого из 22 автомобилей участвующих в гонке:

· Фальстарты

· Момент въезда на пит-лэйн

· Скорость автомобиля на пит-лэйн

· Время остановки на техническое обслуживание

· Момент выезда с пит-лэйн

· Момент прохождения линии старта-финиша (на некоторых трассах эти линии не совпадают)

· Момент прохождения двух промежуточных участков трассы

После обработки компьютер выдает информацию на технические мониторы в боксах и в эфир телетрансляции; своевременно сообщает судьям о нарушениях правил и позволяет распечатать всю накопленную за гонку информацию.

Болид Формулы-1 содержит огромное число датчиков, информация с которых попадает в бортовой компьютер, главный процессор которого заменяется после каждой гонки. Датчики телеметрии расположенные в ступице колеса служат всего 500 км, а в остальных узлах машины они выдерживают до 3000 км.

Контроль над работой электронной системы управления двигателем осуществляется в боксах технического обслуживания. Телеметрическая связь между автомобилем и боксом обеспечивает передачу сигналов в центр приема и обработки телеметрических данных.

При прохождении автомобиля вдоль боксов происходит импульсный сброс накопленной информации (время передачи 0,4-0,5 с). Установленная в боксах система DaRAC (Data Registration Analyze Control) позволяет четко диагностировать техническое состояние контролируемых систем. В случае возникновения внештатных ситуаций радиосвязь между руководством команды и автомобилем позволяет гонщику внести изменения в эксплуатационные режимы той или иной системы. Однако отсутствие возможности непосредственно управлять системами автомобиля приводит зачастую к разногласиям между боксами и гонщиком, в накале борьбы игнорирующим указания руководства. Чтобы исключить человеческий фактор из этого процесса, некоторые фирмы ведут интенсивные испытания автоматической системы двустороннего обмена информацией между компьютерами, установленными на автомобиле и в боксах. Камнем преткновения здесь является обеспечение устойчивого приема-передачи лазерного луча, более чем в два раза сокращающего время сброса информации.

3.Рулевое колесо

Наверное и по сию пору гонщики крутили бы банальную «баранку», если бы ради улучшения аэродинамики болидов Формулы-1 инженеры не придумали максимально сузить рабочее место пилота, а его посадку сделать полулежащей. Так сначала на руль перекочевало управление коробкой передач, а затем и большинство других функций взаимодействия водителя и машины.

По-настоящему революционной в этом смысле стала конструкция МакЛарена-MP4/7 1992 года Айртона Сенны и Герхарда Бергера. На его руль была вынесена дюжина различных кнопок и переключателей. Спустя два года, опять же на МакЛарене, исчезла и педаль сцепления, на смену которой пришел рычаг с обратной стороны рулевого колеса.

Кстати, о коробке передач. Некогда революционная коробка передач для машин Формулы-1 с двумя небольшими рычажками с обратной стороны руля (один для переключения передачи «вверх», другой - «вниз»), лишавшая гонщика необходимости при каждом переключении выжимать педаль сцепления и двигать рычагом, уже несколько лет применяется в серийном производстве дорожных автомобилей. Серийные автоматические коробки передач содержат теперь дополнительный режим ручного управления, при котором движением рычага в одну сторону включается более высокая передача, а в другую сторону - наоборот. При этом сцепление остается автоматическим. Такой тип коробки передач является компромиссным и весьма удачным решением для автомобилей будущего (подобные коробки передач выпускает BMW (Steptronic), Audi (Tiptronic), Volvo (Geartronic) и многие другие).

Между прочим, при обустройстве места пилота инженеры в наибольшей степени прислушиваются к мнению гонщиков. Скажем, для двукратного чемпиона мира Михаэля Шумахера, - чем больше информации на борту, тем лучше. К тому же он предпочитает иметь возможность изменять многие параметры работы машины по ходу гонки. И инженеры идут ему навстречу. Специально для Михаэля техническим партнером команды «Феррари» фирмой Momo был впервые сконструирован «чудо-руль».

Вообще, после того как на приборной доске Формулы-1 появился дисплей, пилоту, по его желанию, стал доступен огромный объем любой информации - время круга, скорость прохождения поворотов, количество оставшихся кругов, расход топлива. Причем появляется она на экране автоматически.

Современные пилоты Гран При держат в руках технологический шедевр, который ценится почти на вес золота. Стоимость такого руля - $80000! (за такие деньги в Москве можно купить новый Mercedes S-класса или 16 автомобилей Жигули). Рули Бенеттон B198 (машин Александра Вурца и Джанкарло Физикеллы) по своей сути являются компьютерами. Приборные панели сейчас почти устарели, и потому вся информация, которая необходима гонщику на трассе, находится у него в руках, в самом центре рулевого колеса. Современные рули делаются из углепластика и алюминия, составляя вместе чрезвычайно крепкое, хотя и легкое Целое. Вместе со всей «начинкой» они весят менее 1,5 килограммов. Обслуживание этого плода конструкторской мысли требует специальной инженерной подготовки.

Электронные компоненты рулевого колеса заменяются после каждых 1000-4000 км, в то время как механические детали могут прослужить половину сезона. Чтобы собрать рулевое колесо «с нуля» инженерам требуется два дня.

4. «Чёрные ящики»

«Черные ящики» - это, пожалуй, самая скрытая электроника в гоночных автомобилях, в том смысле, что о них заговорили только после трагической гибели трехкратного чемпиона мира Айртона Сенны на Гран При Сан Марино 1 мая 1994 года. Дело в том, что после аварии два «черных ящика» с разбившейся машины попали в руки заинтересованных людей, а позднее обнаружилось, что на обоих «ящиках» информация частично стерта, частично запорчена. После этого случая ФИА решила ввести стандартные «черные ящики» для всех команд чемпионата и усилить контроль за доступом к ним. Применяемая с 1997 года система ADR (Accident Data Recorder) от Delco Electronics (отделение корпорации Delphi) значительно лучше своих аналогов: она обеспечивает циклическую запись информации с частотой 30 Гц, а также способна к автоматическому переходу на аварийный режим, что дает возможность в течение 20 секунд (15 секунд до аварии и 5 секунд после) производить регистрацию данных с частотой 1000 Гц. Системы ADR Delphi способна выдерживать кратковременные нагрузки при ударе до 250 g!!! Интересно, что все эти характеристики достигаются при сравнительно небольших габаритах 170x170x56 мм, при весе блока всего 1,6 кг.

[Antonio_ch]

Дополнительная информация (крышка топливного бака)

Пара слов о крышке топливного бака в Формуле 1.

Не существует простых частей в болиде Формулы 1. Даже те компоненты, которые, как нам кажется, с виду очень просты и прямолинейны, имеют свою историю. И откидная топливная крышка - прекрасный пример.

Точно так же как на дорожном автомобиле, эта маленькая часть кузова болида закрывает и защищает клапан заправки топливом, когда он не используется. С 1998 – когда откидная топливная крышка была введена после череды пожаров при заправке топливом – до прошлого сезона, эта крышка поднималась прямо.

Это существовало до тех пор, пока дизайнеры команды МакЛарен не создали пару аэродинамических 'рожков' для MP4-20. И вот тогда, топливная откидная крышка должна была обе подняться и повернуться, для того чтобы не мешать этой дополнительной аэродинамической части. "Это был хороший вызов", заметил инженер Фил Маккерет, работая над дизайном новой версии болида.

Есть две части в системе открывания топливной крышки: углеродистое волокно самой крышки и гидравлический привод, который заставляет ее двигаться. Решение, которое Маккерет и его команда развивали, состояло в том, чтобы добавить к традиционному приводу – который был относительно простым линейным гидравлическим устройством – винтовой последователь.

"Линейный гидравлический привод очень прост и перемещается в одном направлении", объясняет Маккерет. ”Но нам нужно было, чтобы он и поднялся, и повернулся, поэтому мы спроектировали винтовой последователь, который используется, чтобы передать некоторую часть линейного движения в движение вращения”. Это была совсем не простая задача в то время.

"Последователь - цилиндрический компонент с винтовой прорезью и шпилькой, которая двигается в прорези", добавляет он. "Как только компонент движется по оси винта, шпилька вынуждает его вращаться." Топливная откидная крышка сделана из легкого двойного углеродистого волокна. Она приковывается к алюминиевой скобке, которая присоединяется к приводу, который в свою очередь прикручен к болиду.

К счастью, всю работу по открытию/закрытию крышки проделывает привод, таким образом водитель и команда механиков на питлейн не имеют к нему никакого отношения. Когда пилот прибывает на питлейн для дозаправки, он нажимает кнопку ограничителя скорости,

которая одновременно открывает топливную крышку. Поэтому механики команды Формулы 1 готовы приступить к дозаправке немедленно, как только болид остановится.

Откидная крышка поднимается в течение одной секунды, но она могла бы открываться и быстрее. Фактически привод действует настолько быстро, что пришлось устанавить гидравлические ограничители, чтобы замедлить открывание и предотвратить повреждение.

Привод головок может быть задействован и вручную в случае электрического или гидравлического отказа, таким образом, один из механиков имеет маленький инструмент, который может быть вставлен в откидную крышку, чтобы вручную поднять ее. Маловероятно, что этот инструмент будет когда-либо использоваться, но, как говорят в Формуле 1, лучше быть готовым ко всему.

*Спасибо shumif1.

[Antonio_ch]

Дополнительная информация (боковые зеркала болида)

Пара слов о боковых зеркалах в Формуле 1.

Что может быть такого уникального в зеркале болида Формулы 1? В конце концов его назначение – позволить пилоту наблюдать за другими участниками позади себя, а также за состоянием задних покрышек.

И, естественно, ничего не должно быть сложного в дизайне, размерах зеркала и его месторасположении. Но на самом деле, жизнь в Формуле 1 очень редко бывает простой.

Зеркало на болиде должно удовлетворять ряду требований FIA (организация, устанавливающая регламент в автоспорте). Отражающая поверхность должна быть шириной 150 мм, по высоте 50 мм, минимальный радиус кривой 10 мм. Также зеркала должны закрепляться в соответствии с рекомендациями FIA, чтобы убедиться в достаточном поле зрения пилота. Проверяют соответствие следующим образом – пилот считывает буквы со специального плаката, размещенного позади болида на определенной дистанции, представителю FIA.

Аэродинамический аспект дизайна зеркал также принимается во внимание, так как они находятся в очень ответственной зоне движения воздуха вдоль шасси. «С точки зрения аэродинамики, уж лучше бы зеркал совсем не было, поэтому нужно быть очень осторожным с их размещением, а также и тем, как мы подберем их дизайн», замечает инженер-дизайнер команды McLaren Mercedes Стив Талбот. В итоге, зеркала приобрели аэродинамически оптимизированную форму ракушки, тщательно проверенную в воздушных трубах и используя компьютерное моделирование динамики жидкостей (CFD - Computational Fluid Dynamics). Вес зеркала – фактор не менее значимый. «Из-за того, что зеркало расположено достаточно высоко на болиде, его вес является весьма важеной задачей в попытке понизить общий центр тяжести болида», добавляет Стив.

Для того, чтобы уменьшить вес, корпус и крепление выполнены из карбонфибры, в то время как сама отражающая поверхность сделано из материала Perspex (акриловое стекло или как еще его называют «плексиглас») для надежности и безопасности. Зеркало в сборе крепится к болиду с помощью титановых деталей, так как их часто двигают и снимают. Достаточно легкое зеркало устойчиво к вибрации, возникающей из-за высокоскоростного потока воздуха и работы двигателя, вибрация от которого передается на шасси; поэтому зеркальная поверхность присоединяется к своему корпусу при помощи антивибрационных креплений для получения четкого отражения.

Регулировка пилотом зеркала сведена к минимуму. «Очень непросто подрегулировать зеркало во время движения, и к тому же, я думаю, что у пилотов на это просто нет времени», шутит Стив. На самом деле используется маленький винтик, с помощью которого в гараже можно ограниченно повернуть зеркало вдоль своей оси и по углу обзора. Еще до того, как зеркало будет установлено на болид, оно практически идеально отрегулировано, благодаря предсезонной работе инженеров.

И если вам все еще кажется, что зеркало не такое уже и сложное, добавим, что в прошлом для ГП Монако приходилось переделывать дизайн зеркала. «Пилоты должны четко видеть передние колеса болида, чтобы дать им возможность пилотировать как можно ближе к барьерам», объясняет Стив. «Нельзя было просто передвинуть зеркала. Измененный дизайн должен был удовлетворить как требования FIA, так и аэродинамику».

В 2002 году команды начали использовать зеркала с дополнительной секцией отражающей поверхности с целью расширения угла обзора (похожей на зеркала для обычных дорожных автомбилей для избежания «слепых» зон). Редко жизнь в Формуле 1 бывает простой, но команда McLaren Mercedes определенно найдет пути решения проблем.

Техническая спецификация:

Вес зеркала: 160г (соответственно пара - 320г)

Размеры: 150мм х 50мм, толщина около 80мм

Материал: Perspex для поверхности зеркала, карбонфибра для корпуса и крепления, титановые фиттинги

Количество на сезон: 12 комплектов (один комплект на шасси плюс запасные), в зависимости от повреждений.

*Спасибо shumif1.

[shumif1]

Дополнительная информация (Руль болида)

Все знают, что на современном руле болида Формулы 1 множество разных кнопочек и выключателей. Но зачем их так много? Давайте вместе с вами попытаемся разобраться.

История

Буквально в недалеком 1992 году руль в болиде Формулы 1 не представлял собой ничего особого. Обычный круглая деталь, с металлической пластиной посередине для прикрепления к рулевой колонке, и не более трех кнопок – одна из них для выбора нейтральной передачи, вторая для подачи питьевой жидкости через трубочку в шлеме пилота, ну а третья для радиосвязи.

Развитие сложных электронных систем в 90-х годах полностью изменило представление о рулях. Инженер команды МакЛарен Джон Барнард был первым, кто внедрил революционную систему, которая позволила Найджелу Менселлу переключать передачи не отрывая рук от руля. С обратной стороны руля появились рычажки; нажимая к себе левый лепесток рычажка можно было включить передачу вниз, а правый – соответственно вверх. Переключая передачи таким образом, практически исключается ошибка пилота в выборе неверной передачи, и, конечно же, улучшается плавность переключения, что напрямую ведет к уменьшению задержек в коробке передач. Это нововведение, наряду с появлением полуавтоматических коробок передач, стало наиболее значимым событием для пилотов за довольно долгий промежуток времени в истории Формулы 1. Немногим позднее, с появлением практики торможения левой ногой, убрали педаль сцепления; само же сцепление стало полностью автоматическим и гидравлическим, работа сцепления синхронизировалась с переключением передач на руле.

Алгоритмы работы двигателя, трекшн контроль, вспомогательные системы для оптимизации при старте – все это требовало наличия дополнительных кнопок и переключателей, чтобы позволить пилоту более гибко управлять болидом на трассе. Современные рули Формулы 1 снабжены также и дополнительным рычагом сцепления, которым пилоты могут воспользоваться во время оставновки, например, на питстопах или в гравийных ловушках при вылете с трассы, не позволив таким образом двигателю заглохнуть.

Конструктивные особенности

В настоящее время руль представляет собой сложное электронное устройство, которое позволяет пилоту изменять огромное количество настроек. Очень часто команды Формулы 1 назначают специального инженера, который является ответственным за электронику и комфорт руля. Использование жестких типов резины и анатомическая форма помогают пилоту надежно удерживать рулевое колесо в руках. Каркас руля, как и другие многие детали болида Формулы 1, изготавливают из углеводородного волокна (carbon fibre) для уменьшения его веса. Стоимость руля за единицу – около ?23,000, и эту цену очень легко объяснить – примерно 100 часов уходит на его изготовление с использованием вышеуказанных материалов, а также аллюминия, титана, стали и пластмассы.

Большинство рулей несут в себе управление 12 различными параметрами болида, поэтому не должно удивлять, что при его сборке используется до 120 различных компонентов – кнопки, переключатели и т.д. И не смотря на изобилие материалов и деталей, руль весит всего лишь 1,3 кг.

Для проведения одного сезона Формулы 1 на каждого из пилотов отводится как минимум по 5 рулей – 3 для гонок и 2 для тестов. Не стоит забывать и про тестовых пилотов, на них причитается еще по 2 руля каждому. Не взирая на высокую стоимость рулевого колеса, некоторые команды предпочитают не расставаться с рулем победившего болида, а сразу добавить его в свою коллекцию на память о выигранном Гран При.

Регламент FIA предписывает наличие специального механизма (подпружиненное кольцо с обратной стороны руля) для быстрого снятия рулевого колеса.

Руль BMW Sauber 2006 года

1. Ограничение скорости на питлейне

2. Увеличение дифференциала

3. Повышение оборотов двигателя

4. Передача вверх

5. Увеличение трекшн контроля

6. Переключатель режима нагрузки двигателя

7. Рычаг сцепления

8. Трекшн контроль

9. Обмен данными с командой во время нахождения на питлейне.

10. Блокировка трекшн контроля

11. Многофункциональный переключатель

12. Изменение топпливной смеси

13. Диагностика

14. Информация команде перед питстопом о необходимой настройке аэродинамических элементов

15. Сцепление

16. Переключатель режимов дифференциала

17. Радиообмен

18. Уменьшение трекшн контроля

19. Передача вниз

20. Уменьшение оборотов двигателя

21. Уменьшение дифференциала

22. Нейтральная передача

23. Выбор режимов меню дисплея.

Руль BMW Sauber 2007 года

[BERNI EKLSTOUN]

А есть какая-нибудь ещё инфа про работу покрышек?

Оказывается там совсем всё сложно бывает.