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
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).
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.
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.
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,
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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
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.
9.2 Углеволокно.
Это композитный материал. Основу составляют нити из углерода, которые сами по себе имеют фантастические параметры: модуль Юнга, как у стали, плотность 1600 кг/м**3 (меньше алюминия). Однако сделать из них жесткую конструкцию задача непростая - нити работают только на растяжение.
Поэтому из карбона необходимо делать карбоновое волокно. Карбоновое волокно - это переплетенные нити карбона и резины (см. рис. слева). В каждом слое нити ориентированы под своим углом. Скрепляется вся эта конструкция эпоксидными смолами, что, естественно, дает более скромные итоговые показатели всей конструкции.
Карбон - чемпион по весу. Он на 40% легче стали и на 20% - алюминия. А что касается того, что карбон - самый жесткий материал, но можно смело утверждать, что большинство конструкций, выполненных из карбона, мягче алюминиевых. Так же карбон не коррозирует. Идея использования карбона в F1 принадлежит John'у Barnard'у.
9.2 Углеволокно.
В начале шестидесятых, Колин Чепмен, главный конструктор Lotus, предложил использовать монокок в Формуле 1, расположив вокруг него тонкие пластины. Новая технология увеличивала жесткость шасси. Позже, в семидесятых, для конструкций широко использовался алюминий, но из-за пористой структуры он не был достаточно прочным для прижимной силы антикрыльев. Джон Бернард, инженер McLaren, исследовал и впервые сделал шасси из углеволокна. Занялась его производством американская компания "Hercules Aerospace", так как McLaren не имел ни материалов, ни знаний для этого. В 1981 году пилоты McLaren доказали безопасность и преимущества новой конструкции. Джон Ватсон финишировал два раза вторым и один раз первым в этом сезоне. Андреа де Чезарис продемонстрировал прочность монокока обилием аварий за сезон.
Углеволокно - неизотропный материал. Это означает, что все волокна направлены в одном направлении. И если это будет не так, то свойства материала изменятся. Для примера, древесина также неизотропна.
Прочность на растяжение Плотность Удельная прочность
Углеволокно 3.50 1.75 2
Сталь 1.30 7.9 0.17
В основном, углеволокно изготавливается из полимера PAN, ниже рассмотрен именно этот тип производства. После Sohio-процесса, получается акрилонитрил, который трансформируется в полиакрилонитрил после полимеризации.
Как только этот полимер получен можно приступать к производству углеволокна. Первый этап производства заключается в вытягивании полимера так, чтобы он, в конечном счете, стал параллелен оси волокна. Как только это сделано, полимер окисляется на воздухе при температуре 200-300 С, что позволяет удалить водород и добавить кислород в молекулу и сформировать основу гексагональной структуры, показанную выше.
Белый цепной полимер превращается в черный кольцевой полимер в результате карбонизации. Она включает в себя нагрев полимера до 2500 С обогащенной азотом среде, таким путем удаляются примеси до тех пор пока полимер не станет содержать 92-100% углерода, в зависимости от качества необходимых волокон. Завершающий этап производства углеволокна включает в себя переплетение волокон в пластины и добавление эпоксидной смолы. В результате получаются листы черного углеволокна, которые могут быть использованы в изготовлении различной продукции.
Команды Формулы 1 используют углеволокно, предварительно пропитанное эпоксидной смолой, и алюминиевые пористые прослойки, которые вставляются между двумя слоями углеволокна.
Следующим этапом современного изготовления деталей машин является изготовление листов, предварительно порезанного и пропитанного, углеволокна, которое затем укладывается в литейные формы. Таким образом, чтобы ориентация углеволоконных листов в определенных направлениях соответствовала достижению желанной прочности. Всего 5 слоев уложенного углеволокна формируют внешнюю оболочку шасси (чтобы достигнуть толщины в 1 мм нужно всего уложить 3-4 слоя углеволокна).
Следующий этап - это вулканизация углеволокна в автоклаве. Здесь углеволокно подвергают воздействию нескольких циклов перепадов температуры и давления, в соответствии со спецификой необходимых материалов и компонентов которые необходимо произвести. Во время этой обработки резина, внедренная в углеволокно, испаряется в окружающие волокна и активизируется, таким образом, осуществляется вулканизация углеволокна. Как только внешняя оболочка была вулканизирована и охлаждена, пористые прослойки алюминия закрепляются на внешней оболочке с помощью листов резины, чтобы обеспечить надежное сцепление материалов вместе. Затем шасси вновь возвращается в автоклав для вулканизации. После охлаждения, еще один слой, содержащий некоторое количество пропитанного углеволокна, накладывается сверху полученной оболочки и окончательно обрабатывается в автоклаве.
Когда панель изготовлена, ее отсылают в оценочный отдел, и после одобрения она может быть использована в гонках.
В процессе гонок болид иногда встречается с проблемами, связанными с электроникой. Многие любители F1 даже не подозревают о том, насколько важную роль она играет. Электроника главным образом связана с тормозами, двигателем и коробкой передач. Таким образом, в болиде F1 используется примерно километр проводов, сотни сенсоров и приводов.
Каждой характеристикой и состоянием болида, чем бы то ни было: скоростью, тормозами, температурой двигателя, движением подвески, движением педалей, перегрузкой, в общем, абсолютно всем, управляют инженеры, находящиеся в боксах. Каждый раз, когда болид пересекает стартово-финишную линию, по крайней мере 20Mb информации поступает на компьютер инженеров, чтобы те могли следить за общим состоянием автомобиля в течение всей гонки. Эта информация является жизненно необходимой, т.к. в случае поломки, которую сам пилот может сразу не почувствовать, он будет зазван в боксы. К примеру, в 1996 году в Австрии Жак Вильнев лидировал, собираясь уже заполучить первую победу. Однако инженеры при помощи телеметрии обнаружили проблему, масляная трубка была повреждена, и постепенно масло вытекало из двигателя. Соответственно ему было приказано сбросить скорость, в итоге он приехал только вторым, но если бы он не сбросил обороты, то, как говорили впоследствии, он бы не доехал вовсе. Также вся эта информация, поступающая инженерам, помогает конструкторам находить новые решения, или же дает понять что стоит переделать.
Современные двигатели F1 достигают 750bhp (лошадиных сил) преимущественно благодаря системе "мэппинга" (mapping), которая управляет множеством систем внутри двигателя таким образом, что они работают на максимуме на любом участке трассы. Мэппинг двигателя может быть полностью изменен в зависимости от трассы, на которой проводится данная гонка и в зависимости ее особенностей. Например, в Монако система контроля двигателя помогает пилоту в работе с педалью газа; в первую половину хода педаль очень чувствительна, а затем уже менее. Это означает, что пилот располагает возможностью облегченного и правильного прохода извилистых поворотов. На трассах же как Хоккенхайм, пилоту гораздо важнее резко развить скорость при выходе из шиканы, а не постепенно доводить до максимальной скорости. Таким образом, установки будут таковы, что малейшее нажатие педали газа резко отразится на оборотах двигателя. Также возможен и контроль за незапланированной "работой с педалью газа". Когда, к примеру, болид заезжает на бордюр (да и вообще, имеется ввиду любая неровность) и от тряски нога пилота невольно смещается (не сильно конечно), то система контроля двигателем, при определенных настройках, проигнорирует это движение педали и соответственно не изменит скорости. Все это благодаря тому, что между педалью газа и двигателем нет непосредственного контакта. Позиция педали газа контролируется сенсором, данные с которого передаются в ECU, а уже тот направляет их двигателю. ECU намного больше, чем устройство, делающее педаль газа более или менее чувствительной. ECU контролирует положение заслонки, впрыск и множество других факторов, чтобы получить максимальный крутящий момент. Также ECU следит за различными параметрами двигателя, такими как RPM (число оборотов в минуту), и распределениями крутящего момента с двигателя. Это значит, что в современных болидах Формулы 1 педаль газа является регулятором крутящего момента, а не простым контролером топлива. Двигатели Формулы 1 предназначены для работы в диапазоне 15000 – 20000 оборотов в минуту, и электроника, отвечающая за контроль и наблюдение за параметрами его работы, играет решающую роль в поддержании двигателя в данном диапазоне. В этом рабочем диапазоне, крутящий момент практически постоянный и выход из диапазона приведет к значительному спаду мощности, пока двигатель снова не раскрутится до нужных оборотов, что вызовет моментальный прирост мощности и, как правило, приведет к пробуксовке колес.
Каждый аспект автомобиля, такой как: скорость, тормоз, температура двигателя, движение подвески, дорожный просвет, движение педалей, ускорение - измеряются и контролируются из боксов пока машина на трассе. Команды обычно привозят около 30 килограмм компьютерного оборудования на каждый Гран При лишь затем, чтобы помочь гонщикам и инженерам найти нужные настройки, отследить и избавиться от любых неполадок с машиной. Автомобиль Формулы 1 имеет два типа телеметрии: первый - микроволновый пакетный сигнал, который посылается инженерам каждый раз, когда машина проходит мимо боксов. Сигнал имеет размер около 4 мегабайт, дающей инженерам важнейшую информацию обо всем происходящем с болидом. Остальные 40 мегабайт будут скачаны по возвращению машины в боксы, так что ни одна мелочь не сможет утаиться от внимания механиков. Информация загружается в ноутбук, подключенный к машине через гнездо, обычно располагающееся в боковой панели или около горловины топливного бака.
Второй тип - это система, работающая в реальном времени, которая постоянно передает меньшее количество информации, такой как: положение на трассе и простые показания датчиков.
Сигналы посылаются в боксы через маленькую антенну, расположенную на автомобиле, обычно на боковой панели, которая ближе всего к боксам. Некоторые команды устанавливают антенну в боковое зеркало чтобы не было лишних торчащих предметов. Когда болид возвращается в боксы, поверх зеркала одевается маленькая коробочка, для предотвращения повреждений, которые могут получить находящиеся рядом люди от радиации, излучаемой передатчиком. Эти данные телеметрии крайне важны для инженеров в течение гонки и практики. Огромный банк компьютеров в гараже обработает данные, посланные болидами во время их нахождения на трассе, и от этой сложной информации, члены команды могут быстро сказать, работает ли автомобиль в нужном режиме или существуют какие-либо неполадки. Например, в течение гонки, параметры, такие как: температура двигателя и давление в гидравлике - тщательно изучаются от круга к кругу, чтобы иметь возможность заранее предсказать какие-либо неполадки с машиной. Если хотя бы одно из показаний становится отличным от нормального операционного режима, инженеры могут сказать водителю использовать меньше оборотов или пилотировать менее агрессивно для предотвращения неполадок.
Команды используют программное обеспечение, полученное от своих технических партнеров (Hewlett Packard, Compaq, TAG Electronics) для проецирования всей полученной информации на мониторы, которую бы легко могли понять инженеры. В McLaren сделали шаг вперед, в отличии от большинства разработав свою собственную систему ATLAS (Advanced Telemetry Linked Acquisition System - Передовая Телеметрически Связанная Система Сбора данных). ATLAS рисует графы каждого элемента автомобиля в режиме реального времени на всех участках трассы. И хотя большинство передовых команд имеет системы, подобные ATLAS, полагается, что система McLaren - одна из передовых в Формуле 1.
Шлем в F1 в основном для безопасности, а не для индивидуальности пилота. Их делают из специального легкого прочного материала, и они проходят тесты на прочность, так же как и сами болиды. Каждый шлем стоит около 1500, уже раскрашенный и со встроенным радио. Проблема создания шлема заключается в том, что он должен быть в одно и тоже время очень прочным и, главным образом, легким, т.к. при поворотах (да и при любых нагрузках) тяжелый шлем будет сильно давить на шею. Как правило, шлем весит 1.25 кг и выполнен из стекловолокна. Обивка внутри шлема сделана из полистирола с подкладкой из номекса. "Стекло" (или, если хотите, маска) на шлеме предназначено для препятствия попадания посторонних предметов в шлем. Толщина такого "стекла" примерно 3мм. Также возможно вы замечали, что из левой стороны шлема идет трубочка, она предназначена для того, что бы пилот мог пить во время езды. При нажатии определенной кнопки, вода подается в шлем и пилот может позволить себе утолить жажду.
Более того, шлем может быть сконструирован таким образом, что он увеличивает поток воздуха, направляющегося в воздухозаборник над головой пилота, что, в свою очередь, может увеличивать мощность двигателя и, в результате, скорость движения.
Помимо прочего, говоря об особенностях шлема, нужно самое серьезное внимание уделять и комфорту пилота. Голова пилота находится в непосредственной близости от двигателя, поэтому шлем должен защитить от сильного шума во время гонки и обеспечить, тем самым, возможность максимальной концентрации пилота.
12.2 Ремни безопасности
Это, безусловно, важнейший элемент обеспечения безопасности пилота. Ремни безопасности с 6 точками крепления на протяжении всей гонки удерживают пилота на его месте. Они защищают его от выпадения из машины при перевороте, а также от повреждений, которые могли бы произойти от огромных перегрузок, возникающих при торможении.
12.3 Комбинезон и огнезащитный костюм
Костюм делается из 3-4 слоев термостойкого волокна (ароматического полиамида) и является огненепроницаемым. Он дает пилоту максимум 30 сек. что бы тот вышел из зоны огня. Ботинки и перчатки тоже выполнены из этого материала. На перчатках в районе ладони нашит слой замши, или кожи, для удобного управления рулем. Ботинки же имеют тонкий мягкий слой резины на подошве, для лучшего ощущения педалей. Вся экипировка проходит тесты в FIA. Одежда пилота должна выдерживать температуру в 800 С по крайней мере в течение 12 секунд. Шлем гонщика должен выдерживать температуру в 790 С в течение 11 секунд, а так же нагрузки в 300 g, в том числе при столкновении с острыми предметами. И наконец, стекло шлема не должно быть повреждено предметами, летящие со скоростью 500 км/час.
Кроме этого комбинезона, вся поверхность тела пилота защищена еще одним более тонким костюмом из Nomex, включающим в себя огнезащитное белье, кальсоны, балаклаву (подшлемник). Пилот также надевает обувь из волокна Nomex на твердой подошве, обеспечивающей хороший контакт с педалями, и перчатки из Nomex с замшевыми вставками на ладонях для более удобного захвата руля.
12.4 Система защиты головы и шеи (HANS)
При резком торможении во время аварии пилот подвергается воздействию силы, в 80 раз превосходящей силу тяжести. В такой ситуации вес головы пилота и шлема может за считанные мгновения возрасти с 7 кг до 560 кг. Система HANS обеспечивает амортизацию этого колоссального напряжения, а также защищает голову пилота от ударов о руль и переднюю часть кокпита.
Впервые идея о защитном фиксаторе шеи появилась в 1995 году, после аварии Мика Хаккинена в Аделаиде, когда он ударился головой о руль после того, как его автомобиль потерял управление из-за проколотой покрышки и врезался на огромной скорости в барьер ограждения. Система HANS была первоначально разработана в Университете штата Мичиган (США) Робертом Хаббардом и затем, по поручению FIA, доработана в сотрудничестве с Mercedes-Benz, получив в 1996 году название HANS. На практике система HANS была успешно испытана в США в гонках NASCAR и ChampCar racing, а также в Германии в серии гонок Touring Car Masters (DTM).
Колесная гайка:
Алюминиевая, Стоимость каждой 110$, на сезон требуется примерно 500 штук.
55 000$
Колесные диски:
На сезон требуется 40 комплектов колесных дисков, каждый их которых стоит 10000$. Передние диски (без шин) весят около 4 кг, задние - 4.5 кг.
400 000$
Дисковые тормоза:
Каждый узел включает в себя: суппорт, диски и колодки. Стоимость такого узла 6000$. В течении сезона требуется 180 таких узлов.
1 050 000$
Рычаги передней подвески:
Изготовлены из титана и углепластика. На сезон требуется 20 комплектов по 100 000$.
2 000 000$
Сиденье пилота:
Выполняется по индивидуальным меркам гонщика из углеволокна. В случаи аварии может быть удалено из кокпита вместе с пилотом.
2000$
Рулевое колесо:
За сезон используется до 8 штук, стоимостью 40 000$ каждое. На рулевом колесе расположены клавиши переключения передач, так же прочие необходимые пилоту системы управления и контроля, кнопки бортовой радиосвязи и другие.
320 000$
Встроенная видеокамера:
Камера вмонтирована в углепластиковый защитный корпус. Все расходы несет администрация Берни Эклстоуна, которой и принадлежит это оборудование.
140 000$
Двигатель:
V-образный, 10-ти цилиндровый, с алюминиевым блоком цилиндров, объемом 3 л. Развивает свыше 19 000 об/м. Средняя мощность около 850 л.с. Пробег не менее 1000 км. до переборки. Стоимость одного двигателя 600 000$.
30 000 000$
Выхлопная система:
Каждый болид снабжается двумя стальными системами выхлопа по 13 000$ на ГП. Замена выхлопной системы разной конфигурации является элементом перенастройки болида. На сезон необходимо 54 комплекта.
700 000$
Заднее антикрыло:
Изготавливается из углеволокна. За сезон расходуется около 30-ти таких узлов. Стоимость каждого 20 000$.
600 000$
Носовой обтекатель:
Носовой обтекатель в сборе с передним антикрылом. Стоимость примерно 19 000$ каждый. За сезон обычно расходуется до 20 комплектов.
380 000$
Шины:
Стоимость одной шины около 800$, на каждую гонку необходимо по 10 комплектов на машину, всего за сезон 720 штук. Проведение тестов увеличивает расход на шины втрое.
1 700 000$
Зеркала заднего вида:
Зеркала изготавливаются из специального отражающего материала повышенной прочности Perspex, монтируются в корпус из углеволокна, поэтому их стоимость относительно мала, на их аэродинамическую доводку тратятся тысячи долларов.
1200$
Радиаторы:
По одному новому комплекту алюминиевых радиаторов устанавливается на каждую гонку. Стоимость каждого 11 000. Всего требуется около 36 комплектов.
400 000$
Коробка передач:
Стоимость одной семискоростной полуавтоматической коробки передач свыше 130 000$. Рассчитана на пробег 6000 км. На сезон хватает 18 коробок. В комплект входит несколько комплектов шестеренок.
2 500 000$
Рычаги задней подвески:
Изготавливаются из титана и углепластика, каждый комплект стоит 120 000$. За сезон расходуется 20 таких комплектов.
2 400 000$
Электроника и электрооборудование:
Все электронные системы болида.
4 000 000$
Топливный бак:
Изготавливается из прорезиненной ткани, подкрепленной кевларом. Имеет объем от 80 до 120 литров.
20 000$
Днище:
Изготавливается из углеволокна, однако технический регламент также требует установки под днищем доски скольжения из прессованной древесины. На каждом ГП используется несколько днищ с разным размещением балласта в них.
30 000$
Монокок:
По номеру монокока идентифицируют автомобиль Ф1, поскольку все остальные узлы и агрегаты на нем съемные и заменяемые. За сезон гонщик меняет в среднем три монокока стоимостью примерно 115 000$ каждый.
350 000$
Итого, за один сезон на обслуживание болида тратится примерно 40 000 000 $
Шины в Формуле1 наполняют азотом. Азот в качестве газа-наполнителя был выбран потому, что его в воздухе около семидесяти процентов, плюс ко всему прочему он имеет ряд очень полезных качеств. Азот обладает небольшим температурным расширением (коэффициент расширения азота ниже коэффициента расширения кислорода в 7 - 8 раз). То есть, давление в шине, наполненной азотом, будет меньше изменяться в зависимости от температуры, а во время движения в шине выделяется довольно большое количество тепла. Чем выше скорость, жестче и нагруженней режим эксплуатации, тем больше тепла будет выделяться, следовательно, давление внутри шины будет расти. Поэтому на шинах, накачанных азотом, поведение болида будет более стабильным, нежели на шинах с обычным воздухом внутри.
Преимущества заправки шин азотом по сравнению с заправкой воздухом:
- Повышение плавности и мягкости прохождения неровностей дорожного покрытия
- Улучшение амортизации колес и снижение нагрузки на подвеску болида
- Улучшение управляемости болида
- Улучшение устойчивости при прохождении быстрых поворотов
- Улучшение сцепления с дорожным покрытием и уменьшение тормозного пути
- Уменьшение пробуксовки колес
- Уменьшение вибрации от контакта шины с дорожным покрытием
- Значительное уменьшение колебания давления в шинах не зависимо от скорости движения болида, его массы и температуры окружающей среды
- Повышение работоспособности колес при повышенных нагрузках и температурах
- Уменьшение износа шин и обеспечение его равномерности
Процесс накачки происходит приблизительно следующим образом:
накачки осуществляется с помощью специальных устройств – азотных генераторов, стационарных устройств для преобразования воздушной смеси. Воздух проходит несколько степеней обработки: в рабочую систему закачивается не менее 8 атмосфер сжатого воздуха, затем производится многоуровневая фильтрация( воздух обезжиривается, очищается от влаги, примесей масел, ароматических гидрокарбонов), затем идет перекачка очищенного воздуха через специальные мембраны для отделения молекул азота-N2.
После полного цикла обработки на выходе получается азот чистотой более 95%.
Примечание:
После монтажа шину накачивают до 5 бар — чтобы обеспечить герметичность посадки на диск. Но затем снижают давление до 1,4 бар — и в таком виде передают колеса командам. А уж в боксах команд давление в шинах изменяют по своему усмотрению. Любопытно, что давление в шинах нередко становится яблоком раздора между шинниками и командами: шинники запрещают опускать давление ниже определенной величины, опасаясь чрезмерного износа шин и самопроизвольной «разбортировки» (как правило, это 0,8 бар), а гонщики, во имя улучшения сцепления, были бы не прочь это сделать.
Не существует простых частей в болиде Формулы 1. Даже те компоненты, которые, как нам кажется, с виду очень просты и прямолинейны, имеют свою историю. И откидная топливная крышка - прекрасный пример.
Изображение
Точно так же как на дорожном автомобиле, эта маленькая часть кузова болида закрывает и защищает клапан заправки топливом, когда он не используется. С 1998 – когда откидная топливная крышка была введена после череды пожаров при заправке топливом – до прошлого сезона, эта крышка поднималась прямо.
Это существовало до тех пор, пока дизайнеры команды МакЛарен не создали пару аэродинамических 'рожков' для MP4-20. И вот тогда, топливная откидная крышка должна была обе подняться и повернуться, для того чтобы не мешать этой дополнительной аэродинамической части. "Это был хороший вызов", заметил инженер Фил Маккерет, работая над дизайном новой версии болида.
Есть две части в системе открывания топливной крышки: углеродистое волокно самой крышки и гидравлический привод, который заставляет ее двигаться. Решение, которое Маккерет и его команда развивали, состояло в том, чтобы добавить к традиционному приводу – который был относительно простым линейным гидравлическим устройством – винтовой последователь.
Изображение
"Линейный гидравлический привод очень прост и перемещается в одном направлении", объясняет Маккерет. ”Но нам нужно было, чтобы он и поднялся, и повернулся, поэтому мы спроектировали винтовой последователь, который используется, чтобы передать некоторую часть линейного движения в движение вращения”. Это была совсем не простая задача в то время.
"Последователь - цилиндрический компонент с винтовой прорезью и шпилькой, которая двигается в прорези", добавляет он. "Как только компонент движется по оси винта, шпилька вынуждает его вращаться." Топливная откидная крышка сделана из легкого двойного углеродистого волокна. Она приковывается к алюминиевой скобке, которая присоединяется к приводу, который в свою очередь прикручен к болиду.
К счастью, всю работу по открытию/закрытию крышки проделывает привод, таким образом водитель и команда механиков на питлейн не имеют к нему никакого отношения. Когда пилот прибывает на питлейн для дозаправки, он нажимает кнопку ограничителя скорости,
которая одновременно открывает топливную крышку. Поэтому механики команды Формулы 1 готовы приступить к дозаправке немедленно, как только болид остановится.
Откидная крышка поднимается в течение одной секунды, но она могла бы открываться и быстрее. Фактически привод действует настолько быстро, что пришлось устанавить гидравлические ограничители, чтобы замедлить открывание и предотвратить повреждение.
Привод головок может быть задействован и вручную в случае электрического или гидравлического отказа, таким образом, один из механиков имеет маленький инструмент, который может быть вставлен в откидную крышку, чтобы вручную поднять ее. Маловероятно, что этот инструмент будет когда-либо использоваться, но, как говорят в Формуле 1, лучше быть готовым ко всему.
Пара слов о боковых зеркалах в Формуле 1.
Что может быть такого уникального в зеркале болида Формулы 1? В конце концов его назначение – позволить пилоту наблюдать за другими участниками позади себя, а также за состоянием задних покрышек.
Изображение
И, естественно, ничего не должно быть сложного в дизайне, размерах зеркала и его месторасположении. Но на самом деле, жизнь в Формуле 1 очень редко бывает простой.
Зеркало на болиде должно удовлетворять ряду требований FIA (организация, устанавливающая регламент в автоспорте). Отражающая поверхность должна быть шириной 150 мм, по высоте 50 мм, минимальный радиус кривой 10 мм. Также зеркала должны закрепляться в соответствии с рекомендациями FIA, чтобы убедиться в достаточном поле зрения пилота. Проверяют соответствие следующим образом – пилот считывает буквы со специального плаката, размещенного позади болида на определенной дистанции, представителю FIA.
Аэродинамический аспект дизайна зеркал также принимается во внимание, так как они находятся в очень ответственной зоне движения воздуха вдоль шасси. «С точки зрения аэродинамики, уж лучше бы зеркал совсем не было, поэтому нужно быть очень осторожным с их размещением, а также и тем, как мы подберем их дизайн», замечает инженер-дизайнер команды McLaren Mercedes Стив Талбот. В итоге, зеркала приобрели аэродинамически оптимизированную форму ракушки, тщательно проверенную в воздушных трубах и используя компьютерное моделирование динамики жидкостей (CFD - Computational Fluid Dynamics). Вес зеркала – фактор не менее значимый. «Из-за того, что зеркало расположено достаточно высоко на болиде, его вес является весьма важеной задачей в попытке понизить общий центр тяжести болида», добавляет Стив.
Для того, чтобы уменьшить вес, корпус и крепление выполнены из карбонфибры, в то время как сама отражающая поверхность сделано из материала Perspex (акриловое стекло или как еще его называют «плексиглас») для надежности и безопасности. Зеркало в сборе крепится к болиду с помощью титановых деталей, так как их часто двигают и снимают. Достаточно легкое зеркало устойчиво к вибрации, возникающей из-за высокоскоростного потока воздуха и работы двигателя, вибрация от которого передается на шасси; поэтому зеркальная поверхность присоединяется к своему корпусу при помощи антивибрационных креплений для получения четкого отражения.
Регулировка пилотом зеркала сведена к минимуму. «Очень непросто подрегулировать зеркало во время движения, и к тому же, я думаю, что у пилотов на это просто нет времени», шутит Стив. На самом деле используется маленький винтик, с помощью которого в гараже можно ограниченно повернуть зеркало вдоль своей оси и по углу обзора. Еще до того, как зеркало будет установлено на болид, оно практически идеально отрегулировано, благодаря предсезонной работе инженеров.
И если вам все еще кажется, что зеркало не такое уже и сложное, добавим, что в прошлом для ГП Монако приходилось переделывать дизайн зеркала. «Пилоты должны четко видеть передние колеса болида, чтобы дать им возможность пилотировать как можно ближе к барьерам», объясняет Стив. «Нельзя было просто передвинуть зеркала. Измененный дизайн должен был удовлетворить как требования FIA, так и аэродинамику».
В 2002 году команды начали использовать зеркала с дополнительной секцией отражающей поверхности с целью расширения угла обзора (похожей на зеркала для обычных дорожных автомбилей для избежания «слепых» зон). Редко жизнь в Формуле 1 бывает простой, но команда McLaren Mercedes определенно найдет пути решения проблем.
Техническая спецификация:
Вес зеркала: 160г (соответственно пара - 320г)
Размеры: 150мм х 50мм, толщина около 80мм
Материал: Perspex для поверхности зеркала, карбонфибра для корпуса и крепления, титановые фиттинги
Количество на сезон: 12 комплектов (один комплект на шасси плюс запасные), в зависимости от повреждений.
В настоящее время руль представляет собой сложное электронное устройство, которое позволяет пилоту изменять огромное количество настроек. Очень часто команды Формулы 1 назначают специального инженера, который является ответственным за электронику и комфорт руля. Использование жестких типов резины и анатомическая форма помогают пилоту надежно удерживать рулевое колесо в руках. Каркас руля, как и другие многие детали болида Формулы 1, изготавливают из углеводородного волокна (carbon fibre) для уменьшения его веса. Стоимость руля за единицу – около ?23,000, и эту цену очень легко объяснить – примерно 100 часов уходит на его изготовление с использованием вышеуказанных материалов, а также аллюминия, титана, стали и пластмассы.
Большинство рулей несут в себе управление 12 различными параметрами болида, поэтому не должно удивлять, что при его сборке используется до 120 различных компонентов – кнопки, переключатели и т.д. И не смотря на изобилие материалов и деталей, руль весит всего лишь 1,3 кг.
Для проведения одного сезона Формулы 1 на каждого из пилотов отводится как минимум по 5 рулей – 3 для гонок и 2 для тестов. Не стоит забывать и про тестовых пилотов, на них причитается еще по 2 руля каждому. Не взирая на высокую стоимость рулевого колеса, некоторые команды предпочитают не расставаться с рулем победившего болида, а сразу добавить его в свою коллекцию на память о выигранном Гран При.
Регламент FIA предписывает наличие специального механизма (подпружиненное кольцо с обратной стороны руля) для быстрого снятия рулевого колеса.
Руль BMW Sauber 2006 года
Изображение
1. Ограничение скорости на питлейне
2. Увеличение дифференциала
3. Повышение оборотов двигателя
4. Передача вверх
5. Увеличение трекшн контроля
6. Переключатель режима нагрузки двигателя
7. Рычаг сцепления
8. Трекшн контроль
9. Обмен данными с командой во время нахождения на питлейне.
10. Блокировка трекшн контроля
11. Многофункциональный переключатель
12. Изменение топпливной смеси
13. Диагностика
14. Информация команде перед питстопом о необходимой настройке аэродинамических элементов
15. Сцепление
16. Переключатель режимов дифференциала
17. Радиообмен
18. Уменьшение трекшн контроля
19. Передача вниз
20. Уменьшение оборотов двигателя
21. Уменьшение дифференциала
22. Нейтральная передача
23. Выбор режимов меню дисплея.