Машини Формули 1 – все, що вам потрібно знати про них
Зміст
Автомобілі Формули 1 – це фізичне здійснення останніх досягнень в автомобільній сфері. Спостереження за гонками саме собою дає потрібну дозу азарту, але справжні фанати знають, що найважливіші речі відбуваються поза траси. Інновації, випробування, інженерна боротьба за те, щоб автомобіль став швидшим навіть на 1 км/год.
Все це означає, що гонки – це лише невелика частина того, що таке Формула 1.
А ви? Ви коли-небудь думали, як будується болід Формули-1? Які його характеристики і чому він досягає такої величезної швидкості? Якщо так, то ви потрапили у потрібне місце.
Про все ви дізнаєтесь із статті.
Автомобіль Формули 1 – основні елементи конструкції
Формула 1 побудована навколо кількох ключових елементів. Розглянемо кожну окремо.
Монокок та ходова частина
Конструктори автомобіля підганяють всі елементи під його основну частину – шасі, центральним елементом якого є так звана монокок Якби автомобіль Формули 1 мав серце, воно було б тут.
Монокок важить приблизно 35 кг і виконує одне з найважливіших завдань – захистити здоров'я та життя водія. Тому конструктори докладають усіх зусиль, щоб витримати навіть критичні зіткнення.
Також у цій галузі автомобіля є паливний бак та акумулятор.
Однак монокок лежить в основі автомобіля ще з однієї причини. Саме там конструктори збирають основні елементи автомобіля, такі як:
- привід,
- коробки передач,
- стандартні зони подрібнення,
- передня підвіска).
Тепер перейдемо до основних питань: із чого складається монокок? Як це влаштовано?
Основа – алюмінієвий каркас, тобто. сітка, що за формою мало відрізняється від стільникової. Потім конструктори покривають цей каркас не менше ніж 60 шарами гнучкого вуглецевого волокна.
Це ще тільки початок роботи, тому що потім монокок проходить ламінування (600 разів!), відсмоктування повітря у вакуумі (30 разів) та остаточне затвердіння у спеціальній печі – автоклаві (10 разів).
Крім того, велику увагу дизайнери приділяють бічним зонам зминання. У цих місцях болід Формули 1 особливо вразливий для зіткнень та різних аварій, а тому потребує додаткового захисту. Він, як і раніше, знаходиться на рівні монокока і є додатковим 6-міліметровим шаром вуглецевого волокна і нейлону.
Другий матеріал також можна зустріти у бронежилетах. Він має властивості поглинання кінетичної сили, тому він також відмінно підходить для Формули 1. Він також зустрічається в іншому місці автомобіля (наприклад, у підголівнику, який захищає голову водія).
приладова панель
Подібно до того, як монокок є центральним елементом всього автомобіля, кабіна є центром монокока. Звичайно, це також місце, звідки водій керує автомобілем. Отже, в кабіні є три речі:
- крісло,
- кермо,
- педалі.
Ще одна важлива особливість цього елемента – герметичність. Вгорі кабіна шириною 52 см – рівно настільки, щоб поміститися під руки водія. Проте що він нижчий, то вже. На висоті ніг ширина кокпіту лише 32 см.
Чому такий проект?
З двох дуже важливих причин. Насамперед – тісна кабіна забезпечує водію набагато більшу безпеку та захист від перевантажень. По-друге, це робить автомобіль більш аеродинамічний і краще розподіляє вагу.
Нарешті, варто додати, що автомобіль F1 керується практично лежачи. Водій сидить під нахилом, ступні вище за стегна.
кермо
Якщо вам здається, що кермо Формули-1 не сильно відрізняється від керма стандартного автомобіля, ви помиляєтеся. Справа не лише у формі, а й у функціональних кнопках та інших важливих речах.
Насамперед дизайнери створюють кермо індивідуально під конкретного водія. Беруть зліпок його стислих рук, а потім на цій основі та з урахуванням пропозицій ралійного гонщика готують кінцевий продукт.
На вигляд рульове колесо автомобіля нагадує дещо спрощений варіант приладової панелі літака. Це тому, що він має безліч кнопок та ручок, які водій використовує для керування різними функціями автомобіля. Крім того, в його центральній частині розташований світлодіодний дисплей, а з боків – ручки, які, звичайно, не могли бути відсутніми.
Що цікаво, задня частина керма також функціональна. Найчастіше сюди поміщають зчеплення та підрульові перемикачі, але деякі водії також використовують це місце для додаткових функціональних кнопок.
гало
Це відносно новий винахід у Формулі 1, оскільки він з'явився лише у 2018 році. Що таке? Система Halo відповідає за захист голови водія під час аварії. Він важить приблизно 7 кг і складається із двох частин:
- титановий каркас, що оточує голову вершника;
- додаткова деталь, що підтримує всю конструкцію.
Хоча опис не вражає, Halo насправді є надзвичайно надійним. Він витримує тиск 12 тонн. Для ілюстрації – це однакова вага для півтора автобуса (залежно від типу).
Автомобілі Формули 1 – елементи керування
Ви вже знаєте основні елементи конструкції автомобіля. Тепер настав час вивчити тему працюючих компонентів, а саме:
- підвіски,
- шини
- гальма.
Розглянемо кожну окремо.
підвіска
В автомобілі Формули 1 до підвіски пред'являються дещо інші вимоги, ніж у автомобілів на дорогах. Насамперед, він не призначений для забезпечення комфорту при водінні. Натомість передбачається зробити:
- машина була передбачуваною
- робота покришок була відповідною,
- аеродинаміка була на найвищому рівні (про аеродинаміку ми поговоримо пізніше у статті).
Крім того, довговічність – важлива особливість підвіски F1. Це з тим, що під час руху вони піддаються впливу величезних сил, які необхідно подолати.
Що стосується компонентів підвіски, то можна виділити три основні типи:
- внутрішні (включаючи пружини, амортизатори, стабілізатори);
- зовнішні (включаючи осі, підшипники, опори коліс);
- аеродинамічні (коромисла та кермовий механізм) – вони трохи відрізняються від попередніх, тому що на додаток до механічної функції вони створюють тиск.
В основному, для виробництва підвіски використовуються два матеріали: метал для внутрішніх компонентів та вуглецеве волокно для зовнішніх компонентів. Таким чином, дизайнери збільшують довговічність всього.
Підвіска F1 – досить складна тема, тому що через високий ризик поломки вона повинна відповідати суворим стандартам FIA. Проте ми тут не будемо докладно зупинятися на них.
Шини
Ми підійшли до однієї з найпростіших проблем у гонках Формули-1 – шин. Це досить велика тема, навіть якщо ми зупинимося лише на найважливіших питаннях.
Візьмемо, наприклад, сезон 2020 року. У організаторів було 5 типів шин для сухої та 2 для мокрої траси. В чому різниця? Що ж, у покришок для сухої траси протектора немає (інша їхня назва – слики). Залежно від суміші виробник маркує їх символами від С1 (найтвердіша) до С5 (найм'якша).
Пізніше офіційний постачальник шин Pirelli вибере 5 типів з доступного пулу з 3 складів, які будуть доступні командам під час гонки. Позначає їх такими кольорами:
- червоний (м'який),
- жовтий (середній),
- білий (жорсткий).
З фізики відомо, що чим м'якша суміш, тим краще адгезія. Це особливо важливо при проходженні поворотів, оскільки дозволяє водієві рухатися з більшою швидкістю. З іншого боку, перевага жорсткішої шини - довговічність, завдяки якій автомобілю не потрібно так швидко спускатися в коробку.
Що стосується покришок для мокрої траси, то два доступні типи шин розрізняються в першу чергу своєю дренажною здатністю. У них є кольори:
- зелений (при невеликому дощі) – витрата до 30 л/сек при 300 км/год;
- синій (для сильного дощу) - витрата до 65 л/с при 300 км/год.
Також є певні вимоги до використання шин. Якщо, наприклад, гонщик виходить у третій кваліфікаційний раунд (Q3), він має стартувати на шинах з найкращим часом у попередньому раунді (Q2). Ще одна вимога – кожна команда повинна використовувати щонайменше 2 склади шин за гонку.
Однак ці умови застосовні лише до шин для сухої гусениці. Вони не діють під час дощу.
Гальма
На запаморочливій швидкості також потрібні гальмівні системи з правильним зусиллям. Наскільки великий? Так, що натискання на педаль гальма викликає навантаження до 5G.
Крім того, в автомобілях використовуються гальмівні карбонові диски, що є ще однією відмінністю від традиційних автомобілів. Диски з цього матеріалу набагато менш міцні (вистачає приблизно на 800 км), але й легше (вага близько 1,2 кг).
Їхня додаткова, але не менш важлива особливість – 1400 вентиляційних отворів, які необхідні, тому що знімають критичні температури. При гальмуванні колесами вони можуть сягати 1000 °C.
Формула 1 – двигун та його характеристики
Настав час для того, що тиграм найбільше подобається двигуна Формули 1. Давайте подивимося, з чого він складається і як працює.
Ось уже кілька років автомобілі оснащуються 6-літровими гібридними двигунами V1,6 з турбонаддувом. Вони складаються з кількох основних частин:
- двигун внутрішнього згоряння,
- два електродвигуни (МДУ-К та МДУ-Х),
- турбокомпресори,
- акумулятор.
Скільки коней у Формули 1?
Об'єм двигуна невеликий, але нехай це вас не вводить в оману. Привід досягає потужності близько 1000 л. Двигун внутрішнього згоряння з турбонагнітачем видає 700 к.с., а додаткові 300 к.с. виробляються двома електричними системами.
Все це знаходиться відразу за монококом і, крім очевидної ролі приводу, також є конструктивною частиною. У тому сенсі, що механіки прикріплюють до двигуна задню підвіску, колеса та коробку передач.
Останній важливий елемент, без якого не міг би обійтися силовий агрегат, - це радіатори. У машині їх три: дві великі з боків і одна менша відразу за водієм.
горіння
У той час як розмір двигуна Формули 1 ненав'язливий, витрата палива зовсім інша справа. У наші дні автомобілі спалюють близько 40 л/100 км. Для обивателя така цифра видається величезною, але, порівняно з історичними результатами, вона досить скромна. Перші машини Формули 1 споживали навіть 190 л/100 км!
Зменшення цього ганебного результату частково пов'язане з розвитком технологій, а частково з обмеженнями.
Правила FIA свідчать, що автомобіль F1 в одній гонці може споживати максимум 145 літрів палива. Додатковою цікавістю є той факт, що з 2020 року в кожній машині буде по два витратоміри, які контролюють кількість палива.
Частково зробила свій внесок Феррарі. Повідомляється, що Формула 1 цієї команди використовувала сірі зони і таким чином обходила обмеження.
Насамкінець згадаємо паливний бак, тому що він відрізняється від стандартного. Які? Насамперед, матеріал. Виробник робить танк так, ніби він робив це для військової промисловості. Це ще один фактор, що впливає на безпеку, оскільки витоки зведені до мінімуму.
коробка передач
Тема приводу тісно пов'язана із коробкою передач. Його технологія змінилася в той же час, коли F1 почав використовувати гібридні двигуни.
Що для нього характерне?
Це 8-ступінчаста, напівавтоматична та секвентальна. Крім того, він відрізняється найвищим у світі рівнем розвитку. Водій перемикає передачі за мілісекунди! Для порівняння – така сама операція у найшвидших звичайних автовласників займає щонайменше кілька секунд.
Якщо ви в темі, то, напевно, чули приказку, що в автомобілях немає задньої передачі. Це правда?
Чи не.
Кожен привід F1 має передачу заднього ходу. Більше того, його присутність потрібна відповідно до правил FIA.
Формула 1 – навантаження та аеродинаміка
Ми вже згадували про навантаження на гальмах, але ми повернемося до них у міру розвитку теми аеродинаміки.
Головне питання, яке від початку трохи скрасить ситуацію, - це принцип складання автомобіля. Що ж, вся конструкція працює як перевернене крило літака. У тому сенсі, що замість того, щоб піднімати автомобіль, усі будівельні блоки створюють притискну силу. Крім того, вони, звичайно, мінімізують опір повітря під час руху.
Притискна сила – дуже важливий параметр у гонці, тому що вона забезпечує так зване аеродинамічний потяг, що полегшує проходження поворотів. Чим він більший, тим швидше водій проїде поворот.
А коли підвищується аеродинамічний потяг? Коли швидкість збільшується.
На практиці, якщо ви ведете машину на газі, вам буде легше пройти поворот, ніж якби ви були обережні та скидали газ. Це здається нелогічним, але здебільшого це саме так. На максимальній швидкості притискна сила досягає 2,5 тонни, що значно знижує ризик занесення та інших несподіванок під час проходження поворотів.
З іншого боку, аеродинаміка автомобіля має зворотний бік – окремі елементи створюють опір, який уповільнює (особливо на прямих ділянках траси).
Ключові елементи аеродинамічного дизайну
У той час як конструктори докладають усіх зусиль, щоб весь автомобіль F1 відповідав основній аеродинаміці, деякі елементи дизайну існують тільки для створення притискної сили. Це про:
- переднє крило - воно першим стикається з повітряним потоком, тому найголовніше. Вся концепція починається з нього, тому що він організовує та розподіляє весь опір між рештою машини;
- бічні елементи – вони виконують найважчу роботу, тому що збирають та організують хаотичне повітря від передніх коліс. Потім вони відправляють їх на впускні отвори для охолодження та задню частину автомобіля;
- Заднє крило – збирає повітряні форсунки від більш ранніх елементів та використовує їх для створення притискної сили на задній осі. Крім того (завдяки системі DRS) він знижує опір на прямих ділянках;
- підлога та дифузор – сконструйовані таким чином, щоб створювати тиск за допомогою повітря, що протікає під автомобілем.
Розвиток технічної думки та навантаження
Все більш досконала аеродинаміка збільшує не тільки характеристики автомобілів, а й стрес, який відчувають водії. Не треба бути експертом з фізики, щоб знати, що чим швидше машина повертає в поворот, тим більша сила, що діє на неї.
Те саме і з людиною, що сидить у машині.
На трасах з крутими поворотами перевантаження досягають 6G. Це багато? Уявіть, якщо хтось тисне на вашу голову з силою 50 кг, і м'язи шиї повинні впоратися з цим. Саме з цим і стикаються гонщики.
Як бачите, до перевантажень не можна ставитися легковажно.
Настають зміни?
Є багато ознак того, що найближчими роками в аеродинаміці автомобілів відбудеться революція. З 2022 на трасах F1 з'явиться нова технологія, що використовує ефект всмоктування замість тиску. Якщо це спрацює, вдосконалений аеродинамічний дизайн більше не знадобиться, і вигляд автомобілів кардинально зміниться.
Але чи це так буде насправді? Час покаже.
Скільки важить Формула 1?
Ви вже знаєте всі найважливіші частини автомобіля та, ймовірно, хочете знати, скільки вони важать разом. Згідно з останніми правилами, мінімальна дозволена вага автомобіля становить 752 кг (включно з водієм).
Формула 1 – технічні дані, тобто зведення
Чи найкращий спосіб підсумувати статтю про автомобіль F1, ніж добірка найважливіших технічних даних? Зрештою, вони дають зрозуміти, на що здатна машина.
Нагадаємо все, що потрібно знати про автомобіль F1:
- двигун - гібридний V6 з турбонаддувом;
- ємність – 1,6 л;
- потужність двигуна – бл. 1000 л.с.;
- розгін до 100 км/год - близько 1,7 с;
- максимальна швидкість – дивлячись як.
Чому це залежить від обставин?
Тому що у випадку з останнім параметром у нас є два результати, яких досягла Формула 1. Максимальна швидкість у першому склала 378 км/год. Цей рекорд був встановлений у 2016 році на прямій Валттері Боттасом.
Однак був також ще один тест, в якому автомобіль, керований ван дер Мерве, подолав бар'єр у 400 км/год. На жаль, рекорд не був визнаний, оскільки його не було досягнуто у двох заїздах (з вітром та проти вітру).
Резюмуємо статтю ціною машини, тому що це теж цікава дивина. Чудо сучасного автомобілебудування (у перерахунку на окремі деталі) коштує трохи більше ніж 13 мільйонів доларів. Однак врахуйте, що це ціна без урахування витрат на розвиток технологій, а найбільше вартує інновація.
Суми, витрачені на дослідження, сягають багатьох мільярдів доларів.
Випробуйте машини Формули 1 самостійно
Ви хочете випробувати, як це сісти за штурвал автомобіля і відчути його міць? Тепер ти можеш зробити це!
Ознайомтеся з нашою пропозицією, яка дозволить вам стати гонщиком F1:
https://go-racing.pl/jazda/361-zostan-kierowca-formuly-f1-szwecja.html
