Что нужно знать о болиде F1? Кузов для быстрой езды

Происшествие в боксах команды Red Bull Racing во время Гран При Германии заставило пристальнее взглянуть на то, за счет чего в последние сезоны командами стали удаваться рекордно быстрые пит-стопы. Крэг Скарборо изучил эволюцию этого "таинства" и узнал, что же позволяет командам проводить смену всех четырех колес за пару секунд.

Специальная подготовка механиков

В каждой команде есть бригада механиков, состоящая почти из 20 человек. За замену каждого колеса отвечают трое, двое работают с домкратами, остальные готовы к решению любых сопутствующих задач.

Все они проходят специальную подготовку для выполнения конкретной задачи, причем к этому процессу в командах подходят столь же серьезно, как и к обучению пилотов. Механикам нужно поддерживать себя в хорошей физической форме и соблюдать диету. Они постоянно тренируют процедуру проведения пит-стопов, как на базе команды, так и во время гоночного уик-энда, повторяя весь процесс сотни раз, пока он не будет происходить на уровне рефлексов.

Несмотря на то, что они отрабатывают нестандартные ситуация, как, например, поломка гайковерта, во время двухсекундного пит-стопа у них нет и мгновения, чтобы посмотреть на других. Нередко бывает так, что допущенную ошибку еще не успели заметить, а пилоту уже дают сигнал ехать дальше, как это было на Нюрбургринге.

Отвечающий за проведение пит-стопа механик не может уследить за всеми гайковертами сразу, тем более его окружают 20 человек, которые чем-то заняты. И даже если болельщики у телеэкранов уже увидели какую-то заминку благодаря камере, установленной над боксами, человеку с «леденцом», который стоит перед автомобилем, не всегда возможно разглядеть происходящее у самой земли

Колесные гайки

Сами колеса и их гайки сильно отличаются от тех, что использовались в Формуле 1 еще несколько лет назад. Каждое колесо одевается на ось со специальными направляющими, устроенными так, что оно сразу занимает требуемую позицию, не требуя никакой подгонки.

Команды пытаются всеми силами сократить время, которое уходит на закручивание гайки, за счет уменьшения длины резьбовой части. Для примера, крепежная гайка на Ferrari F138 окончательно затягивается за три полных оборота.

Специально обработанная "направленная" поверхность позволяет обеспечить оптимальный контакт между гайкой и гайковертом, что позволяет надежно передать вращающий момент и затянуть гайку.

Сами по себе колесные гайки сейчас имеют свободную посадку. Это означает, что они лишь частично закреплены на оси установленного колеса и удерживаются при помощи уплотнительных или стопорных колец. Такие гайки стоят недешево и обычно используются лишь один раз.

Технический регламент требует, чтобы даже в закрученном состоянии гайки удерживались на оси фиксирующим механизмом. Раньше в конструкции использовался фиксатор, вытягивающий удерживающий штифт с оси. Его приводил в действие механик: болельщики с некоторым стажем наверняка помнят резкий короткий жест, которым прежде завершалась смена колеса. Это могло приводить к ошибкам, когда механик поднимали руку одновременно с вытягиванием фиксатора, и пилот мог тронуться с места в момент, когда удерживающий механизм еще не сработал.

В наше время для фиксации гайки используется система, не требующая вмешательства механика. Разъем гайковерта вдавливает специальные подпружиненные штифты в ступицу, что позволяет освободить гайку. При установке гайки те же штифты "отстреливают" обратно непосредственно перед тем, как она встанет на место. Эти штифты в действительности не в состоянии удержать колесо - если гайка разболтается, вес машины и центробежная сила в конце концов ослабят механизм.

При использовании такой системы механик может проверить визуально, что гайка находится на месте и фиксатор сработал, только после того, как снимет разъем гайковерта с оси. Мы не раз становились свидетелями ситуаций, когда механик сначала сигнализирует, что завершил работу, а потом, заметив, что гайка не зафиксирована, начинает судорожно размахивать руками.

Гайковёрты

Команды Формулы 1 используют пневматические гайковерты с ударным эффектом, что позволяет быстро затягивать и снимать крепежные гайки. Все они собираются вручную по высоким стандартам с минимальными допусками.

В прошлом году Mercedes с выгодой использовала в качестве рабочего тела пневматических гайковертов гелий, посчитав его более эффективным по сравнению со сжатым воздухом. Но сейчас такая практика запрещена, и это указывает, насколько важна мощность гайковертов.

Сейчас команды могут использовать специальные датчики, фиксирующие вращающий момент, эти данные позже можно проанализировать. Текущий регламент запрещает применение подобных устройств в режиме реального времени, поэтому только по завершению пит-стопа механики могут убедиться в достаточно надежном креплении всех колес.

Зато разрешено использовать специальную кнопку на гайковерте, которая связана с системой сигнальных огней и информирует о том, что механик завершил свою работу. Еще один вариант – поднятая вверх рука, её смысл точно такой же. Однако требования к высокой скорости проведения пит-стопа приводят к тому, что механик поднимает руку или нажимает на кнопку прежде, чем реально убеждается, что колесо зафиксировано четко, и выезд автомобиля будет безопасным.

Домкраты

Cейчас в Формуле 1 запрещены домкраты, установленные внутри автомобиля или приводимые в действие сторонним источником энергии, поэтому команды могут полагаться только на физическую форму своих механиков, в обязанности которых входит быстрый подъем автомобиля.

Домкраты имеют специальный механизм, который позволяет одним нажатием на рычаг мгновенно сбросить машину на асфальт. Эта процедура занимает меньше времени, чем подъём автомобиля.

Механику, работающему с передним домкратом, нужно быстро убрать его с пути пилота, а также отскочить в сторону самому. Поворотные домкраты прочно вошли в обиход всех команд.

Опустить машину вниз можно чуть раньше, не дожидаясь, когда все колеса будут закреплены. Достаточно, чтобы они просто оказались на оси, поскольку крепежная гайка может быть нормально затянута, даже если автомобиль стоит на земле. Таким образом, пилот не должен реагировать на действия механика с домкратом: даже если машину уже опустили, это вовсе не обозначает, что можно начинать движение.

Система сигнальных огней

Ferrari была первой командой, которая стала использовать систему сигнальных огней, позволяющую частично автоматизировать процесс информирования пилота о моменте, когда можно начать движение. Подобные устройства можно напрямую подключить к гайковертам механиков, но активация все равно происходит в ручном режиме.

Если в будущем такие системы позволят сделать более функциональными, процесс подачи сигнала гонщику можно будет усовершенствовать, используя непосредственные сигналы с гайковертов, узлов крепления колес и даже с датчиков, которые обнаруживали бы на пит-лейне приближающийся сзади автомобиль.

Правда, если полностью автоматизировать такой процесс, то он может работать некорректно, например, среагировать на ошибку датчика или случайное срабатывание контакта на гайковерте. В результате пилот вынужден будет терять лишнее время на пит-стопе или, наоборот, преждевременно тронуться с места.

Во время одного из интервью, Виталий Петров, гонщик команды Формула 1 Renault признал, что любой человек не сможет сразу же управлять болидом. Только на понимание, что к чему, может уйти 3-4 часа, говорил он. Премьер-министр России, Владимир Путин без проблем сел в свой первый болид, пожаловавшись, что в нем теснее, чем в его старом "Запорожце", и разогнался до скорости 240 км в час. Оставив в стороне сверхспособности российского премьера, вспомним, что недавно компания Николай Фоменко Marussia Motors приобрела гоночную команду Virgin Racing. По планам, сотрудничество с гонщиками, которые уже приписаны к "конюшне", продолжится, но, из-за того, что эта команда будет позиционироваться, как российская, стоит ждать появления в ней российских пилотов. Чтобы вы были готовы, а не тратили часы на понимание всей специфики управления автомобилем, мы попытались рассказать вам, что и как в автомобиле устроено на примере простой схеме.

Болид

Сам болид Формулы 1 представляет собой углепластиковый монокок с четырьмя расположенными вне корпуса колёсами, из которых задние два являются ведущими. Пилот располагается в тесном кокпите в передней части болида и управляет им с помощью руля и педалей тормоза и газа. Ширина автомобиля в целом не может превышать 180 см.

Колеса

Диски в Формуле 1 обычно изготавливаются из сплава магния. Этот материал выбран из-за его низкого веса и высокой прочности. Всеми возможными способами производители добиваются от колёсных дисков наивысшей прочности. На поверхности диска находится крепление-замок, которое помогает легко и быстро менять резину на пит-стопах. Он открывается, когда требуется смена резины и механик закрывает его, когда замена закончена.

Крепление колес

В 1998 году была предпринята попытка предотвратить тяжёлые травмы, вызываемые отрывающимися от болидов в момент аварии колесами. В 2001 году FIA ввела специальные крепления, что бы предотвратить такие случаи. Соединение должно было одним концом крепиться к шасси, другим - к диску колеса. Полимер, из которого изготавливается крепление, имеет химическое название "полибензооксид" (PBO), но обычно его называют Зэйлон. Этот материал имеет огромную прочность и может устоять при очень большом давлении, как углерод. Основной минус зэйлона заключается в необходимости предохранять его от света. Команды меняют крепление один раз за 3 гонки.

Мотор

Объём и параметры двигателей, используемых в Формуле 1, неоднократно менялся. C 2006-го года в Формуле 1используются четырёхтактные восьмицилиндровые двигатели без наддува объёмом не более 2,4 литра. Мощность двигателей 750—770 л.с. Системы предварительного охлаждения воздуха запрещены. Также запрещено подавать в двигатель что-либо, кроме воздуха и горючего. В 2010 году в связи с отменой дозаправок особое значение приобретает экономичность мотора, так как на старте у машин с более экономичными моторами может быть меньше топлива.

Команда Toyota заявила, что в 2004 году её моторы выдают до 900 л. с. Для сравнения, ещё в 1997 году двигатели могли похвастаться "всего лишь" 700 л.с.

После окончания сезона 2008 года руководство Формулы 1 и FIA предлагало переход на стандартные моторы, что по мнению инициаторов предложения должно было сократить расходы команд.17 октября 2008 года FIA объявило тендер на поставку стандартных моторов для всех команд Формулы-1. Эта инициатива встретила неодобрение среди ряда команд, связанных с автопроизводителями; в частности Ferrari объявила о возможности ухода из чемпионата в случае принятия такого предложения.

Коробка передач

Автоматические коробки передач запрещены правилами. Тем не менее, болиды оснащаются полуавтоматическими коробками передач: чтобы переключить передачу, гонщику не нужно выжимать сцепление. Он просто нажимает на небольшие рычажки с обратной стороны руля. Эти рычажки расположены с двух сторон: один для того, чтобы переключать передачи вверх, другой - вниз. Следовательно, пилоту не нужно отрывать руки от рулевого колеса, а с помощью гидравлической системы, активизирующейся электросигналом, переключение передач происходит за одну-две сотые доли секунды, что неоспоримо быстрее, чем в случае со стандартной системой. Теперь управление болидом Ф1 стало более похожим на процесс управления картом - правой ногой регулируется увеличение скорости, левой - торможение.

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.

Тормоза

Все автомобили Формулы-1 оснащены карбоновыми тормозами, которые отличаются тем, что их сопротивление высоким температурам гораздо выше, чем у серийных тормозных дисков, а масса при этом гораздо меньше. Эффективность таких тормозов необыкновенно высока: после разгона до 340 км/ч на прямой автомобилю Формулы-1 нужно менее 100 метров, чтобы затормозить перед входом в медленный поворот. Естественно, карбон очень дорог: требуется полгода на производство одного диска, который "выпекается" при температуре от 900 до 2000 градусов Цельсия.

Безопасность

В Формуле 1 огромное внимание уделяется безопасности пилотов. Ни один болид не сможет выйти на старт гонки, если он не пройдёт всех необходимых проверок, в частности краш-тестов. С 1996-го года боковины кокпита были значительно подняты и усилены, чтобы защитить гонщика при боковых ударах. Для предохранения пилота при переворотах позади кокпита расположены дуги безопасности. Также регламентировано, что в любой ситуации пилот должен иметь возможность покинуть болид не более чем за 5 секунд, для чего ему нужно лишь расстегнуть ремни безопасности и снять руль.

Одежда пилота

Гонщики Формулы 1 одеты в специальные комбинезоны фирмы Sparco, выдерживающие открытое пламя в течение 14 секунд. Кроме того, гонщики обязаны надевать бельё, подшлемники, обувь и перчатки из негорючих материалов, изготовленные сертифицированными производителями. Шею гонщиков, подвергающуюся во время аварий огромным нагрузкам, защищает система защиты шеи и головы пилотов HANS (Head And Neck Support), адаптированная для нужд Формулы 1.

Положение пилота

Одной из наиболее важных особенностей динамики гоночного автомобиля является положение его центра тяжести. Поэтому сиденье пилота располагается максимально близко к днищу болида, и положение самого пилота более всего похоже на то, как если бы он лежал в комфортабельном кресле. В то время как ступни расположены выше над уровнем земли, чем спина, что обусловлено современной конструкцией высоких носовых обтекателей, улучшающих аэродинамику болида.

Шины

Используют 3 вида шин: "слики" — для сухой трассы, "микст" или "промежуточные" — для слегка влажной и "дождевые" — для сильно влажной. Шины для сухой трассы различают по твердости: "суперсофт" (наиболее мягкие), "софт", "медиум" и "хард" (наиболее твердые). Размер передних и задних шин в ходе эволюции гоночных автомобилей Формулы постоянно менялся, ныне передние и задние шины разные, размер передних шин 245/55 R13, задних 270/55 R13.

Электроника

Автомобиль Формулы 1 наполнен электроникой, помогающей достичь наилучших результатов в гонке. Вся электронная начинка болида инспектируется FIA перед сезоном и не может меняться в течение него. С болида Формулы 1 непрерывно передаётся телеметрия — информация о состоянии и поведении машины. За телеметрией следит персонал команды. Обратная связь запрещена, то есть управлять болидом из боксов нельзя.

Руль

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.

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.

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.

Картинка кликабельна

Гоночный автомобиль "Формулы-1" получил свое название по особому рецепту топлива, которое в нем используется. У такого автомобиля двигатель намного мощнее, чем у обычной легковушки. Рост мощности достигается за счет увеличения объема двигателя, то есть полного объема камер сгорания в его цилиндрах.

Двигатель средней мощности для легкового автомобиля имеет объем не более 61 кубического дюйма. "Формула-1" может иметь в три раза больший объем двигателя и развивать мощность в 500 лошадиных сил (л.с), что вчетверо и даже впятеро превосходит мощность обычного легкового автомобиля.

Чтобы полнее использовать огромную мощность двигателя, корпуса гоночных автомобилей имеют специальную аэродинамическую форму, призванную обеспечить минимальное сопротивление воздуха. Шины их колес делаются сверхширокими - для лучшего сцепления с дорогой и, следовательно, более безопасного движения. Особая подвеска обеспечивает устойчивость и противодействует заносу автомобиля даже тогда, когда он совершает крутые виражи на большой скорости.

Гоночный автомобиль "Формула-1"

Автогонщику достаточно одного взгляда на приборный щиток в кабине, чтобы знать, какой в автомобиле запас топлива, температура воды, давление масла и другие параметры.

Сверхмощные дисковые тормоза из углеродного волокна (ниже) должны выдерживать огромную тепловую нагрузку при работе на гоночных скоростях.

Кузов для быстрой езды

Низкие, широкие корпуса гоночных автомобилей отлиты из легкого, но прочного углеродного волокна. Форма их кузова такова, что помогает автомобилю использовать воздушный поток, который образуется при высоких скоростях. Скошенный передний край (ниже, слева) и задние обтекатели - спойлеры заставляют воздух давить на автомобиль вниз и не дают ему оторваться от земли.

Шины гоночного болида

Шины должны соответствовать дорожным условиям. Шины гоночных автомобилей шире обычных и могут быть почти гладкими - для сухих треков. Или иметь специальный протектор на случай дождя.

Двигатель гоночного болида

Чтобы двигатель был одновременно мощным и экономичным, в гоночных машинах на него устанавливают (рисунок ниже) компьютерную систему впрыска топлива и электронные регуляторы частоты вращения двигателя, температуры воды и масла и других важных параметров.

Десять цилиндров придают мощность этому специальному двигателю, предназначенному для гоночных автомобилей.

Гоночный автомобиль "Формулы-1" (на верхнем рисунке) мчится намного живее легкового автомобиля и выделяет куда больше тепла. Чтобы снять избыточное тепло, радиатор автомобиля охлаждается воздушным потоком (рисунок ниже), когда гоночная машина с ревом мчится по треку со скоростью, близкой к 180 миль в час.

Особая подвеска гоночной машины

Подвеска гоночных автомобилей должна обеспечивать надежное сцепление колес с дорожным полотном на поворотах при большой скорости.

Формула-1 - спорт передовых технологий, многие из которых впервые появляются именно здесь, оттачиваются и доводятся до совершенства, чтобы потом найти свое применение в массовом автопроме.
Одним из очень важных моментов любой гонки в Формуле-1 являются питстопы - обязательная процедура для любого гонщика по замене шин во время гонки. Таковы правила - хотя бы один раз гонщик должен заехать в боксы для замены шин. Эта процедура занимает дополнительное время, т.к. нужно тратить время для заезда на питлейн, движение по нему (скорость ограничена до 100, 80, а на некоторых треках и 60 км/час) и на саму замену колес.
Естественно, когда на трассе ты борешься за доли секунды, потеря времени во время пит-стопа может оказаться катастрофической в плане результатов гонки, особенно когда ты борешься за лидерство. Поэтому пит-стопы в Формуле-1 научились проводить за считанные секунды в буквальном смысле слова.
Не знаю, дойдет ли технология замены колес за три секунды до обычных шиномонтажей, но как это делается в Формуле-1, предлагаю посмотреть ниже

2. Сначала о колесах.
Используются 3 вида шин: слики для сухой трассы, микст («промежуточная резина») для слегка влажной и дождевая для мокрой. Дождь является скорее исключением для Формулы-1, поэтому чаще всего используются шины для сухой трассы.
Резину в Формуле-1 поставляет поставщик, с которым FOM подписала контракт.
Последние несколько лет это известная компания Pirelli.
На каждый этап для каждого гонщика привозится ограниченное количество комплектов резины дух составов (всего существует четыре состава сликов - жестки, средние, мягкие и супермягкие).
Шины непосредственно перед тем, как ставить на машины, хранятся в специальных чехлах, где их прогревают для нужной температуры.
Из-за очень высоких скоростей на трассе, быстрый прогрев шин имеет решающее знаычение, т.к. на холодных шинах значительно ухудшается сцепление с трассой, а следовательно, возрастает уровень опасности для гонщика и падает время прохождения круга погтрассе

3. Каждай команда сама маркирует свои шины, исходя из того, где и как она планирует использовать каждый комплект

4. Это формульные гайковерты.
Именно этим инструментом можно снять колесо за 0,8 секунд и прикрутить за те же 0,8 секунды

5. А вот так, собственно, происходит сам пит-стоп.
Для того, чтобы поменять в гонке четыре колеса примерно за три секунды, задействует 20 человек.

6. Машина в прямом смысле залетает на точку замены колес.
Здесь важно мастерство гонщика, чтобы точно остановиться в нужной точке, где механики уже наготове и ждут, чтобы вчепиться гайковертами в его колеса, а также четкие дейтвия механиков с домкратами, которые должны моментально поднять машину

7. Доля секунды - все бросаются к колесам.
В унисон звучат четыре кайковерта. Колесо убирает специальный человек, тут. же другой приставляет новое колесо.
Снова гайковерты

8. Осталось вытащить домкраты и отправить машину в гонку.
На все про все 2,5-3 секунды
Рекордом является время 1,923 секунды, устновленное командой Rad Bull при замене колес на машине Марка Веббера на Гран-При США в 2013 году

9. Но для того, чтобы так быстро и слажено заменить колеса во время гонки, команды чуть ли не ежедневно проводят рутинные тренировки

10. Иногда по часу, иногда по два..
Они просто снимают и ставят колеса, снимают и ставят.

11. Во время формульного уикенда в Сочи я наблюдал за одной из тренировок, которые проводила команда Lotus

12. Сбоку процесс выглядит несколько иначе, чем сверху.
Кажется, что много суеты и механики мешают друг другу.
Снимаем старое колесо

13. На самом деле, это не так. Все четко
Механик убирает снятое колесо

14. Ставим новое колесо

15. Все!

16. Во как это выглядит на видео

И вид сзади

17. Главный механик ведет тайминг.
Он не очень доволен. Придется снова повторять тренировку

18. Машину снова на домкраты, и снова вой гайковертов....
И так еще очнь много попыток.
А все ради выигрыша доли секунды в гонке...

За возможность побывать на первом в России этапе Формулы огромное спасибо спонсору команды Scuderia Ferrari компании

Главная » Трансмисия, сцепление » Что нужно знать о болиде F1? Кузов для быстрой езды