Тюнинг ВАЗ → Основные принципы устройства болидов Формулы 1
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
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
Также вам может быть интересно:
* Кто на какой рулит? http://tuning-vaz.org/blog/tuning-vaz/78682.html
* Возникали ли у вас проблемы с 5 ступенчатой КПП? http://tuning-vaz.org/blog/tuning-vaz/78683.html
* Кто, откуда? http://tuning-vaz.org/blog/tuning-vaz/78684.html
* СРОЧНО!!!!! http://tuning-vaz.org/blog/tuning-vaz/78685.html
* Вечный спор: кто кого?Subaru Impreza против Mitsubishi Lancer Evolution: ваше мнение относительно вечной войны между двумя моделями. http://tuning-vaz.org/blog/tuning-vaz/78686.html
- 0
- Alexandr_Belov
- 18 марта 2014, 07:59
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.
свернуть ветку
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;
свернуть ветку
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.
свернуть ветку
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 = 1/2 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
повернутый 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.
свернуть ветку
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 .
свернуть ветку
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.
свернуть ветку
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).
свернуть ветку
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.
свернуть ветку
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
свернуть ветку
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.
свернуть ветку
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.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.
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.
свернуть ветку
Когда болид Формулы 1 несется 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).
свернуть ветку
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 закреплен внутри колеса. Внутри него, в свою очередь, закреплен вентилятор, который вращается со скоростью колеса. Поток воздуха, создаваемый таким вентилятором, через отверстие охлаждает тормозные диски. Это способствует лучшей аэродинамике и понижению температуры тормозов.
свернуть ветку
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.
свернуть ветку
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 нем было не более трех 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 все. 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,
свернуть ветку
Трэкшн-контроль, появление систем управления двигателем и контроля запуска, которые оптимизируют процедуру старта гонки - все 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 ее 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.
свернуть ветку
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 загроможденной, 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 колеса.
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.
свернуть ветку
свернуть ветку
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.
свернуть ветку
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.
свернуть ветку
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 счет 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 ее 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 создает 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 колес 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 колеса 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 колес.
Электрогидравлическая система помогает удержать болид от заноса при заходе в поворот.
свернуть ветку
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.
свернуть ветку
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.
свернуть ветку
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
свернуть ветку
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.
свернуть ветку