Болид Формулы-1– максимум достижений мирового автопрома
Суперкары, наматывающие круги по самым технологичным трассам Королевских гонок, поражают техническими возможностями. Инженеры команд Формулы-1 с каждым сезоном совершенствуют болиды, следуя при этом жесткому регламенту FIA. Как и в любом автомобиле, в болиде можно выделить основные составляющие: шасси, двигатель, трансмиссия, кузов и электроника.
Общие данные
Для сборки болида для Формулы-1 требуется около 80 тысяч деталей. И каждая из них важна в конструкции автомобиля. Чтобы уложиться в правила FIA и добиться лучшего результата в гонке конструкторы используют каждый грамм веса болида.
Некоторые данные хранятся командами в секрете, и даже на официальных страницах можно узнать не всю информацию. Основные параметры заданы регламентом. Согласно им ширина машины не превышает 2000 мм, высота – 970 мм, а вес вместе с пилотом и всеми смазочными и охлаждающими жидкостями не должен быть меньше 795 кг.
Длина гоночных автомобилей ограничена не так жестко. Этот параметр зависит от конфигурации аэродинамических элементов и составляет немногим менее 5 метров. В течение сезона длина болида может меняться в зависимости от устанавливаемых антикрыльев спереди и сзади.
Цена собранных воедино десятков тысяч деталей достигает 15 миллионов долларов.
Основа болидов F-1
Основой шасси всех болидов Формулы-1 является монокок. Именно с изготовления этого элемента начинается сборка машины. Монокок должен обеспечивать безопасность пилота, при этом от него зависят и аэродинамические характеристики. Для изготовления монокока всеми командами используется сотовый углепластик и самые современные композитные материалы. Формирование корпуса происходит в несколько этапов и занимает до четырех недель. Готовая конструкция при весе лишь 35 кг выдерживает боковой удар до 3 тонн.
Ходовая часть
Несущий монокок при помощи подвески соединен с колесами болида. Все элементы подвески разрабатываются с учетом аэродинамики. Во внимание принимаются и сильнейшие нагрузки на конструкции во время гонок. Рычаги подвески изготавливаются из углепластика, стойки амортизаторов могут быть выполнены из титана или алюминиевого сплава. Задняя и передняя подвески взаимосвязаны между собой при помощи гидравлики. Это облегчает пилотирование во время гонки. При увеличении скорости рычаги максимально прижимают нос монокока к асфальту, обеспечивая устойчивость при прохождении поворотов.
К подвеске крепятся два задних ведущих и два передних ведомых колеса. С 2022 года регламент гонок изменил требования к колесам. На смену 13-дюймовым пришли диски радиусом 18 дюймов. Литые диски в этом сезоне впервые одинаковы у всех команд. Единственным поставщиком колес для болидов стала немецкая компания BBS. До 2011 года BBS снабжала дисками команду Феррари, на этих дисках становился чемпионом Михаэль Шумахер.
Диски изготавливаются из магниевого сплава по технологии Flow Forming. Это двухэтапный процесс изготовления колес, в ходе которого уже отлитый диск прессуется в специальной форме. Дополнительно каждая спица обрабатывается фрезой для снятия лишнего сплава и снижения веса колеса.
Комплектация болидов Формулы-1 шинами также осуществляется одним производителем. В сезон 2022 года все команды устанавливают на машины продукцию Pirelli. Характеристики новых шин достойны отдельного материала. Достаточно сказать, что прежде чем запустить в серию новые Pirelli P Zero F1 было протестировано более 70 прототипов. Размерность передних покрышек 305/720, задних – 405/720. С учетом нового регламента FIA изменены прогревочные температуры для новых шин. Разработаны варианты для сухих и мокрых условий гонки. За сезон каждая команда сжигает 720 шин стоимостью около 800 долларов каждая!
Принцип работы тормозной системы болидов практически не отличается от таковой на обычных автомобилях. От тормозных цилиндров по магистралям давление передается на прижимные механизмы колодок. Главное отличие – в материале, из которого изготавливаются тормозные диски и колодки. При торможении с 300 км\ч колодки разогреваются до 750 градусов Цельсия. Только жаропрочный карбон способен выдержать такие нагрузки, он и является основным материалом для изготовления дисков и колодок. Дополняют эффективность торможения свойства шин и аэродинамического обвеса. Полная остановка с 300 км\ч до нуля происходит за 4 секунды.
Двигатель - сердце болида
Агрегат, приводящий в движение болиды Формулы-1, сложно назвать просто двигателем. Это сложнейшая силовая установка, в которой двигатель внутреннего сгорания – лишь часть системы. Силовая установка, помимо классического ДВС, включает в себя тепловой и кинетический мотор-генераторы, турбину, управляющую электронику и литий-ионную батарею.
Устанавливаемый в сезоне 2022 года на болиды V-образный шестицилиндровый двигатель при объеме в 1,6 литра крутит вал со скоростью до 15000 оборотов в минуту. Мощность двигателя – один из секретов производителей. По оценкам экспертов, новый Mercedes AMG F1 E13 способен выдавать до 850 л.с. Вес двигателя при этом составляет всего 150 кг. За один сезон силовую установку команды меняют трижды.
Экологические требования к ДВС ужесточаются, и Формула-1 не является исключением. С целью снижения вреда экологии и повышения мощности двигатель дополнен системами рекуперации (восстановления) энергии.
Эти системы представляют собой мини-электростанции, способные как забирать энергию от двигателя, так и добавлять ему мощности. Для рекуперации задействована как кинетическая, так и тепловая энергия, выдаваемая двигателем болида.
Кинетический мотор-генератор, или MGU-K, забирает высвобождаемую мощность при торможении, а при разгоне передает ее обратно на двигатель. Эта система способна дать дополнительно 161 л.с. мощности. Тепловой мотор-генератор извлекает энергию из выхлопных газов и использует ее для раскручивания турбины компрессора. Таким образом энергия внутри силовой установки распределяется по семи направлениям в зависимости от режима управления болидом.
Аппетит силовой установки нельзя назвать скромным. На максимальных нагрузках болид потребляет до 100 кг топлива в час. Высокооктановое топливо заливается со скоростью 12 литров в секунду в топливный бак переменного объема. Бак болидов изготавливается из резины с усилением из кевлара и вмещает до 200 литров бензина.
Трансмиссия
Коробка передач в болиде Формулы-1 – это один из самых сложных и дорогостоящих элементов. В современных машинах используются 8-ступенчатые полуавтоматические коробки передач с автоблокирующимся дифференциалом. Управление передачами осуществляется компьютером. Сцепления в кокпите пилота нет, лишь один рычажок задает нужную передачу. В течение 20-40 миллисекунд электроника переключает скорость. Это обеспечивает динамику болида: до 100 км\ч машина разгоняется за 1,7 секунды, а порог в 300 км\ч преодолевает за 3,8 сек.
Коробка передач в Формуле-1 не только переключает скорости, но и является формирующим элементом машины, а также частью комплекса безопасности. В частности, к корпусу при помощи тросов дополнительно крепятся задние колеса болида.
Аэродинамический пакет
Главная часть экипировки гоночного болида – аэродинамический обвес. Именно он обеспечивает впечатляющие возможности машины на трассе.
Видимые глазу элементы – большие спойлеры спереди и сзади автомобиля. Их главное назначение – создание прижимной силы для удержания болида на трассе. Весь комплекс создает до 3 тонн прижимной силы, что вчетверо превосходит массу машины. В последние годы было уделено внимание и безопасности этих элементов – прежние конструкции создавали мощные турбулентные потоки. Это было опасно для идущих сзади пилотов. Новые спойлеры имеют меньшую площадь и меньшую прижимную силу.
Для компенсации потерь инженеры значительно изменили диффузоры в днище монокока и боковые понтоны. Общая конструкция всех элементов работает как одно целое, распределяя воздушные потоки с максимальной эффективностью.
Рабочее место пилота
Аварии на трассах, после которых мир лишился таких пилотов, как Сенна и Бьянки, заставляют команды работать над безопасностью машин. В наше время пилот находится в сверхпрочной капсуле-кокпите. Конструкция кокпита во многом аналогична кабинам в воздушных истребителях. С 2017 года FIA дополнила болиды титановым «ореолом» над головой пилота. Судя по записям с гонок, это новшество уже спасло не одного пилота.
Отдельным устройством болида можно назвать руль. Не существует двух одинаковых рулей в Формуле-1. Каждый из них создается с учетом индивидуальных анатомических особенностей пилота. Все элементы управления системами болида и приборная панель расположены исключительно на руле. Для обработки всех данных задействованы процессы Intel. Цена этого элемента сопоставима с ценой внедорожника премиум-класса.
Кресло пилота тоже заслуживает отдельного упоминания. Как и руль, оно создается индивидуально для каждого гонщика. Система ремней предотвращает возможные травмы пилота. В случае серьезной аварии гонщик извлекается из кокпита вместе с сиденьем.
Динамика болидов
Все системы болидов Формулы-1 направлены на достижение максимальных скоростей, обеспечивающих победу в гонке. Можно сказать, что каждая гонка – это экзамен для инженеров, разработчиков и пилотов команды.
В последнее десятилетие из-за изменений в техническом регламенте скорость гоночных машин немного снизилась. Увеличение массы и новые требования к двигателям отразились на динамике болидов. В течение любого Гран-при средняя скорость пилотирования составляет 200-210 км\ч при разгонах на прямых участках до 320-340 км\ч.
Официально зарегистрированный рекорд был установлен в 2016 году Кими Райконеном на Williams FW38. Скорость достигла 372,54 км\ч.
Таким образом, Формула-1 не является самой скоростной гонкой. Но зрелищность достигается благодаря динамике разгона и торможения болидов, о которой говорилось выше.
Читайте также:
