Машина Формулы-1 или F1 — это одноместная гоночная машина с открытым кокпитом, открытыми колесами , солидными передними и задними крыльями и двигателем, расположенным позади водителя , предназначенная для участия в гонках Формулы-1 . Правила, регулирующие автомобили, уникальны для чемпионата и предусматривают, что автомобили должны быть построены самими гоночными командами, хотя проектирование и производство могут быть переданы на аутсорсинг. [1] Пилоты Формулы-1 испытывают пиковые силы на поворотах до шести боковых g. [2]
Современные болиды Формулы-1 изготавливаются из композитных материалов из углеродного волокна и подобных сверхлегких материалов. Минимально допустимый вес составляет 740 кг (1631 фунт) [3], включая водителя, но без топлива. Автомобили взвешиваются с установленными шинами для сухой погоды. [4] До сезона Формулы-1 2014 года автомобили часто весили меньше этого предела, поэтому команды добавляли балласт, чтобы увеличить вес автомобиля. Преимущество использования балласта заключается в том, что его можно разместить в любом месте автомобиля, чтобы обеспечить идеальное распределение веса. Это может помочь понизить центр тяжести автомобиля для улучшения устойчивости, а также позволяет команде точно настроить распределение веса автомобиля в соответствии с индивидуальными трассами.
В сезоне Формулы -1 2006 года Международная автомобильная федерация (FIA) представила новую на тот момент формулу двигателя, которая предписывала автомобилям быть оснащенными атмосферными двигателями объемом 2,4 л в конфигурации двигателя V8 с не более чем четырьмя клапанами на цилиндр. [5] Дополнительные технические ограничения, такие как запрет на изменяемые впускные трубы, также были введены с новой формулой 2,4 л V8, чтобы не дать командам слишком быстро достигать более высоких оборотов и мощности. Сезон 2009 года ограничил двигатели до 18 000 об/мин, чтобы повысить надежность двигателя и сократить расходы. [5]
В течение десятилетия автомобили F1 работали с 3,0-литровыми атмосферными двигателями, и к концу периода все команды остановились на компоновке V10 ; однако разработка привела к тому, что эти двигатели выдавали от 730 до 750 кВт (от 980 до 1000 л. с.), [6] а автомобили достигли максимальной скорости 375 км/ч (233 мили в час) (Жак Вильнёв с Sauber-Ferrari) на трассе в Монце . [7] В конце 1990-х годов команды начали использовать экзотические сплавы, что привело к запрету FIA на использование экзотических материалов в конструкции двигателей, при этом для поршней, цилиндров, шатунов и коленчатых валов разрешалось использовать только алюминиевые, титановые и железные сплавы. [5] FIA постоянно вводит ограничения на материалы и конструкцию, чтобы ограничить мощность. Даже с учетом ограничений двигатели V10 в сезоне 2005 года, как сообщается, развивали мощность 730 кВт (980 л. с.), уровень мощности, невиданный со времен запрета на двигатели с турбонаддувом в 1989 году. [6]
Команды с меньшим финансированием (бывшая команда Minardi потратила менее 50 миллионов, в то время как Ferrari тратила сотни миллионов евро в год на разработку своего автомобиля) имели возможность сохранить текущий V10 на еще один сезон, но с ограничителем оборотов , чтобы они могли конкурировать с самыми мощными двигателями V8. Единственной командой, которая воспользовалась этим вариантом, была команда Toro Rosso , которая была реформирована и перегруппирована в Minardi.
В 2012 году двигатели потребляли около 450 л (16 куб. футов) воздуха в секунду (при пределе оборотов 2012 года в 18 000 об/мин); [8] норма расхода топлива в гонке обычно составляла около 75 л/100 км (3,8 миль на галлон — имп ; 3,1 миль на галлон — США ). [8]
У всех автомобилей двигатель расположен между водителем и задней осью. В большинстве автомобилей двигатели являются напряженным элементом, то есть двигатель является частью структурной опорной рамы, прикрученной к кабине спереди, а трансмиссия и задняя подвеска — сзади.
В чемпионате 2004 года двигатели должны были работать в течение полных гоночных выходных. В чемпионате 2005 года они должны были работать в течение двух полных гоночных выходных, и если команда меняла двигатель между двумя гонками, она подвергалась штрафу в размере 10 позиций на стартовой решетке. В 2007 году это правило было немного изменено, и двигатель должен был работать только в течение субботнего и воскресного заездов. Это было сделано для того, чтобы способствовать заезду в пятницу. В сезоне 2008 года двигатели должны были работать в течение двух полных гоночных выходных; то же правило, что и в сезоне 2006 года. Однако в сезоне 2009 года гонщикам разрешалось использовать максимум 8 двигателей на человека в течение сезона, что означало, что пара двигателей должна была работать в течение трех гоночных выходных. Этот метод ограничения затрат на двигатели также увеличил важность тактики, поскольку командам приходилось выбирать, в каких гонках использовать новый или уже используемый двигатель.
Начиная с сезона 2014 года все автомобили F1 оснащались турбированными двигателями V6 объемом 1,6 л. Ранее турбокомпрессоры были запрещены с 1989 года. Это изменение может дать улучшение топливной эффективности до 29%. [9] Одной из многих причин, по которым Mercedes доминировал в начале сезона, было размещение компрессора турбокомпрессора с одной стороны двигателя, а турбины — с другой; затем оба были связаны валом, проходящим через V-образный развал двигателя. Преимущество заключалось в том, что воздух не проходил через столько трубопроводов, что в свою очередь уменьшало турболаг и увеличивало эффективность автомобиля. Кроме того, это означало, что воздух, проходящий через компрессор, был намного холоднее, так как он находился дальше от горячей секции турбины. [10]
![BMW M12/13, 4-цилиндровый 1,5-литровый турбированный двигатель для автомобилей Brabham-BMW в 1980-х годах, развивал мощность 1400 л.с. во время квалификации.[11]](http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/2/25/BMW_M12-13_BMW-Museum.JPG/1280px-BMW_M12-13_BMW-Museum.JPG)
В автомобилях Формулы-1 используются высокоавтоматизированные полуавтоматические секвентальные коробки передач с подрулевыми переключателями, при этом правила гласят, что необходимо использовать 8 передач переднего хода (увеличено с 7 с сезона 2014 года ) [12] и 1 передачу заднего хода с задним приводом . [13] Коробка передач изготовлена из углеродистого титана, поскольку рассеивание тепла является критической проблемой, и крепится болтами к задней части двигателя. [14] Полностью автоматические коробки передач и такие системы, как управление запуском и контроль тяги , были запрещены с 2004 и 2008 годов соответственно, чтобы сохранить мастерство водителя и его участие в управлении автомобилем, а также гарантировать, что ни одна команда не использует эти системы незаконно для получения конкурентного преимущества, а также для снижения расходов. [14] [15] [16] Водитель инициирует переключение передач с помощью лепестков, установленных на задней части рулевого колеса , а усовершенствованные электрические соленоиды , гидравлические приводы и датчики выполняют фактическое переключение, а также электронное управление дроссельной заслонкой . Управление сцеплением также выполняется электрогидравлически, за исключением момента трогания с места (т. е. неподвижного, нейтрального) на первую передачу, когда водитель вручную управляет сцеплением с помощью рычага, установленного на задней части рулевого колеса. [17] Последний автомобиль F1, оснащенный обычной механической коробкой передач , Forti FG01 , участвовал в гонках в 1995 году . [18]
Современное сцепление F1 представляет собой многодисковую карбоновую конструкцию диаметром менее 100 мм (3,9 дюйма), [17] весом менее 1 кг (2,2 фунта) и мощностью около 540 кВт (720 л. с.). [6] Начиная с [update]гоночного сезона 2009 года все команды используют трансмиссии с бесшовным переключением передач , которые позволяют практически мгновенно переключать передачи с минимальной потерей привода. Время переключения передач для современных автомобилей Формулы-1 составляет около 2–3 мс . [19] Чтобы сохранить низкие затраты в Формуле-1, коробки передач должны выдерживать пять последовательных этапов, а с 2015 года передаточные числа коробок передач будут фиксированными для каждого сезона (в 2014 году их можно будет изменить только один раз). Замена коробки передач до истечения разрешенного времени повлечет за собой штраф в виде понижения на пять позиций на стартовой решетке для первого этапа, в котором используется новая коробка передач. [20]
Аэродинамика стала ключом к успеху в этом виде спорта, и команды ежегодно тратят десятки миллионов долларов на исследования и разработки в этой области.
Перед проектировщиком аэродинамики стоят две основные задачи: создание прижимной силы, которая поможет вытолкнуть шины автомобиля на трассу и улучшить прохождение поворотов, а также минимизация сопротивления, вызванного турбулентностью, которая замедляет автомобиль.
Несколько команд начали экспериментировать с ныне знакомыми крыльями в конце 1960-х годов. Крылья гоночных автомобилей работают по тому же принципу, что и крылья самолетов, но настроены так, чтобы вызывать направленную вниз силу, а не вверх. Современный автомобиль Формулы-1 способен развивать 6 G боковой силы поворота [21] за счет аэродинамической прижимной силы. Аэродинамическая прижимная сила, позволяющая это, обычно больше веса автомобиля. Это означает, что теоретически на высоких скоростях они могли бы ездить по перевернутой поверхности подходящей конструкции, например, по потолку .
Использование аэродинамики для увеличения сцепления автомобилей с дорогой было впервые применено в Формуле-1 в сезоне 1968 года Lotus , Ferrari и Brabham . Сначала Lotus представила скромные передние крылья и спойлер на Lotus 49 B Грэма Хилла на Гран-при Монако 1968 года ; затем Brabham и Ferrari пошли дальше на Гран-при Бельгии 1968 года с полноразмерными крыльями, установленными на стойках высоко над водителем.
Ранние эксперименты с подвижными крыльями и высокими креплениями привели к нескольким впечатляющим авариям, и для сезона 1970 года были введены правила, ограничивающие размер и расположение крыльев. Развиваясь с течением времени, подобные правила используются и сегодня.
В конце 1960-х годов Джим Холл из Chaparral впервые представил прижимную силу « эффекта земли » в автогонках. В середине 1970-х годов инженеры Lotus обнаружили, что весь автомобиль можно заставить работать как гигантское крыло, создав аэродинамическую поверхность на его нижней стороне, которая заставит воздух, движущийся относительно автомобиля, толкать его к дороге. Применив еще одну идею Джима Холла из его спортивного гоночного автомобиля Chaparral 2J, Гордон Мюррей спроектировал Brabham BT46B , у которого был вентилятор радиатора, который также отводил воздух из области юбки под автомобилем, создавая огромную прижимную силу. После технических проблем со стороны других команд он был снят после одной гонки. Затем последовали изменения в правилах, чтобы ограничить преимущества «эффекта земли» — сначала запрет на юбки, используемые для сдерживания области низкого давления, позже требование для «ступенчатого пола».
Несмотря на полноразмерные аэродинамические трубы и огромную вычислительную мощность, используемую аэродинамическими отделами большинства команд, основные принципы аэродинамики Формулы-1 по-прежнему применимы: создавать максимальное количество прижимной силы при минимальном сопротивлении. Основные крылья, установленные спереди и сзади, оснащены различными профилями в зависимости от требований к прижимной силе конкретной трассы. Узкие, медленные трассы, такие как Монако, требуют очень агрессивных профилей крыльев — автомобили используют два отдельных «лезвия» «элементов» на задних крыльях (максимально допустимое количество — два). Напротив, на высокоскоростных трассах, таких как Монца, автомобили лишаются как можно большей части крыльев, чтобы уменьшить сопротивление и увеличить скорость на длинных прямых.
Каждая поверхность современного болида Формулы-1, от формы рычагов подвески до шлема водителя, учитывает свои аэродинамические эффекты. Разорванный воздух, где поток «отделяется» от тела, создает турбулентность, которая создает сопротивление, которое замедляет автомобиль. Почти столько же усилий было потрачено на уменьшение сопротивления, сколько и на увеличение прижимной силы — от вертикальных концевых пластин, установленных на крыльях для предотвращения образования вихрей, до диффузорных пластин, установленных низко сзади, что помогает повторно уравновешивать давление более быстрого потока воздуха, который прошел под автомобилем и в противном случае создал бы «воздушный шар» низкого давления, тянущийся сзади. Несмотря на это, конструкторы не могут сделать свои машины слишком «скользкими», поскольку необходимо обеспечить хороший приток воздуха, чтобы помочь рассеять огромное количество тепла, вырабатываемого двигателем и тормозами.
В последние годы большинство команд Формулы-1 пытались подражать дизайну Ferrari «узкая талия», где задняя часть автомобиля сделана максимально узкой и низкой. Это уменьшает сопротивление и максимизирует количество воздуха, доступного для заднего крыла. «Баржевые доски», установленные по бокам автомобилей, также помогли сформировать поток воздуха и минимизировать количество турбулентности.
Пересмотренные правила, введенные в 2005 году, заставили аэродинамиков быть еще более изобретательными. В попытке снизить скорость FIA уменьшила прижимную силу, подняв переднее крыло, выдвинув заднее крыло вперед и изменив профиль заднего диффузора. Дизайнеры быстро восполнили большую часть этой потери с помощью множества сложных и новых решений, таких как крылышки «рога», впервые появившиеся на McLaren MP4-20 . Большинство этих инноваций были фактически запрещены еще более строгими аэродинамическими правилами, введенными FIA в 2009 году. Изменения были разработаны для поощрения обгонов, упрощая для автомобиля близкое следование за другим. Новые правила перенесли автомобили в другую новую эру с более низкими и широкими передними крыльями, более высокими и узкими задними крыльями и, в целом, гораздо более «чистым» кузовом. Однако, возможно, самым интересным изменением стало введение «подвижной аэродинамики», когда водитель мог вносить ограниченные корректировки в переднее крыло из кабины во время гонки.
Новая система заднего крыла DRS (Drag Reduction System), представленная в 2011 году, узурпировала предыдущую систему. Она также позволяет водителям вносить коррективы, но доступность системы регулируется электроникой — изначально ее можно было использовать в любое время на практике и квалификации (если только водитель не использует шины для мокрой погоды), но во время гонки ее можно было активировать только тогда, когда водитель отставал от другого автомобиля менее чем на одну секунду в заранее определенных точках на трассе. (С 2013 года DRS доступна только в заранее определенных точках во время всех сессий). Затем система отключается, как только водитель тормозит. Система «задерживает» заднее крыло, открывая заслонку, которая оставляет горизонтальный зазор в крыле размером 50 мм, тем самым уменьшая сопротивление и позволяя развивать более высокую максимальную скорость. Однако это также снижает прижимную силу, поэтому ее обычно используют на длинных прямых участках трассы или участках, не требующих высокой прижимной силы.
Система была введена для поощрения большего количества обгонов и часто является причиной обгона на прямых или в конце прямых, где обгон поощряется в следующем повороте(ах). Однако восприятие системы DRS различается среди водителей, болельщиков и специалистов. Вернувшийся гонщик Формулы-1 Роберт Кубица заявил, что он «не видел никаких обгонов в Формуле-1 в течение двух лет», [ требуется цитата ] предполагая, что DRS — это неестественный способ обгона автомобилей на трассе, поскольку на самом деле не требует водительских навыков для успешного обгона соперника, поэтому это не будет обгоном.
Ранние конструкции напрямую соединяли крылья с подвеской, но несколько аварий привели к правилам, согласно которым крылья должны быть жестко закреплены на шасси. Аэродинамика автомобилей разработана для обеспечения максимальной прижимной силы при минимальном сопротивлении ; каждая часть кузова спроектирована с учетом этой цели. Как и большинство автомобилей с открытыми колесами, они оснащены большими передними и задними аэродинамическими крыльями , но они гораздо более развиты, чем американские гоночные автомобили с открытыми колесами, которые больше зависят от настройки подвески; например, нос поднят над центром переднего аэродинамического крыла, что позволяет всей его ширине обеспечивать прижимную силу. Передние и задние крылья имеют высокую скульптурность и чрезвычайно тонко «настроены», как и остальная часть кузова, такая как поворотные лопатки под носом, боковые щитки , боковые понтоны, днище и задний диффузор . Они также оснащены аэродинамическими выступами, которые направляют поток воздуха. Такой экстремальный уровень аэродинамического развития означает, что автомобиль F1 производит гораздо больше прижимной силы, чем любая другая формула с открытыми колесами; Например, автомобили Indycar создают прижимную силу, равную их весу (то есть соотношение прижимной силы и веса составляет 1:1) на скорости 190 км/ч (118 миль/ч), в то время как болид F1 достигает того же результата на скорости 125–130 км/ч (78–81 миль/ч), а на скорости 190 км/ч (118 миль/ч) соотношение составляет примерно 2:1. [22]
В частности, боковые ограждения спроектированы, сформированы, настроены, отрегулированы и размещены не для создания прижимной силы напрямую, как в случае с обычным крылом или нижней трубкой Вентури, а для создания вихрей из-за утечки воздуха по их краям. Использование вихрей является важной особенностью последних поколений автомобилей F1. Поскольку вихрь представляет собой вращающуюся жидкость, которая создает зону низкого давления в своем центре, создание вихрей снижает общее локальное давление воздуха. Поскольку низкое давление — это то, что требуется под автомобилем, поскольку оно позволяет нормальному атмосферному давлению прижимать автомобиль сверху; создавая вихри, прижимную силу можно увеличить, оставаясь при этом в рамках правил, запрещающих влияние земли . [ сомнительно – обсудить ]
Автомобили F1 сезона 2009 года подверглись большому количеству вопросов из-за конструкции задних диффузоров автомобилей Williams, Toyota и Brawn GP, на которых гонялись Дженсон Баттон и Рубенс Баррикелло, получивших название двойных диффузоров . Апелляции многих команд были услышаны FIA, которая встретилась в Париже перед Гран-при Китая 2009 года , и использование таких диффузоров было признано законным. Руководитель Brawn GP Росс Браун заявил, что конструкция двойного диффузора является «инновационным подходом к существующей идее». Впоследствии они были запрещены в сезоне 2011 года. Еще одним спорным моментом сезонов 2010 и 2011 годов стало переднее крыло автомобилей Red Bull. Несколько команд выступили с протестом, заявив, что крыло нарушает правила. Кадры с высокоскоростных участков трасс показали, что переднее крыло Red Bull изгибается по внешней стороне, что впоследствии создает большую прижимную силу. Были проведены испытания переднего крыла Red Bull, и FIA не смогла найти никаких признаков нарушения им каких-либо правил.
С начала сезона 2011 года автомобилям разрешено ездить с регулируемым задним крылом, более известным как DRS (система снижения сопротивления), системой для борьбы с проблемой турбулентного воздуха при обгоне. На прямых участках трассы водители могут задействовать DRS, которая открывает заднее крыло, снижает сопротивление автомобиля, позволяя ему двигаться быстрее. Как только водитель касается тормоза, заднее крыло снова закрывается. В свободных заездах и квалификации водитель может использовать его, когда пожелает, но в гонке его можно использовать только в том случае, если водитель находится на 1 секунду или меньше позади другого водителя в зоне обнаружения DRS на гоночной трассе, после чего он может быть активирован в зоне активации, пока водитель не затормозит.
Носовой короб или, чаще, носовые конусы выполняют три основные функции:
Носовые боксы — это полые конструкции из углеродного волокна. Они поглощают удар во время столкновения, предотвращая травмы водителя.
Сразу за кабиной водителя находится конструкция, называемая Air Box. Air Box выполняет две функции. Он принимает высокоскоростной движущийся воздух и подает его во впускной коллектор двигателя. Этот высокоскоростной воздух находится под давлением и, следовательно, сжимается из-за эффекта набегающего потока. Этот воздух высокого давления, подаваемый в двигатель, увеличивает его мощность. Кроме того, подаваемый в него воздух является высокотурбулентным, поскольку он проходит над шлемом водителя. Airbox поглощает этот турбулентный воздух, не давая ему нарушать ламинарный поток воздуха вместе с другими частями. Второе преимущество air box — его большой размер, что обеспечивает большое пространство для рекламы, в свою очередь, предоставляя возможности для дополнительного дохода от рекламы.
Правила F1 сильно ограничивают использование аэродинамики эффекта земли , которая является высокоэффективным средством создания прижимной силы с небольшим штрафом за сопротивление. Нижняя часть автомобиля, поддон, должна быть плоской между осями. Деревянная планка толщиной 10 мм (по состоянию на 2008 год) или блок салазок [23] проходит по центру автомобиля, чтобы не дать автомобилям ехать достаточно низко, чтобы соприкасаться с поверхностью трассы; этот блок салазок измеряется до и после гонки. Если после гонки толщина доски будет менее 9 мм, автомобиль дисквалифицируется. Изменение правил 2022 года позволило командам использовать трубы Вентури для создания гораздо большего эффекта земли, чем разрешалось в предыдущих сезонах. Это изменение, наряду с огромным упрощением аэродинамики над корпусом, было сделано с намерением создать более тесные гонки за счет уменьшения вихрей, создаваемых сложными крыльями. [24]
Значительное количество прижимной силы обеспечивается за счет использования заднего диффузора , который поднимается от днища на задней оси к фактической задней части кузова. Правила F1 сильно ограничивали использование эффекта земли до изменения правил 2022 года, которые являются высокоэффективным средством создания прижимной силы с небольшим штрафом за сопротивление. До 2022 года нижняя часть автомобиля, днище, должна была быть плоской между осями. [25] Ограниченный размер крыльев (требующий использования при больших углах атаки для создания достаточной прижимной силы) и вихри, создаваемые открытыми колесами, приводят к высокому коэффициенту аэродинамического сопротивления (около 1 по словам технического директора Minardi Габриэле Тредози ; [26] по сравнению со средним современным автомобилем , у которого значение C d составляет от 0,25 до 0,35), так что, несмотря на огромную выходную мощность двигателей, максимальная скорость этих автомобилей меньше, чем у винтажных гоночных автомобилей Mercedes-Benz и Auto Union Silver Arrows времен Второй мировой войны . Однако это сопротивление более чем компенсируется способностью проходить повороты на чрезвычайно высокой скорости. Аэродинамика подстраивается под каждую трассу; с конфигурацией низкого сопротивления для трасс, где важна высокая скорость, например, Autodromo Nazionale Monza , и конфигурацией высокого сцепления для трасс, где важна прохождение поворотов, например, Circuit de Monaco .
С правилами 2009 года FIA избавила автомобили F1 от небольших крылышек и других частей автомобиля (за исключением переднего и заднего крыла), используемых для управления потоком воздуха автомобиля с целью уменьшения сопротивления и увеличения прижимной силы. В настоящее время переднее крыло имеет специальную форму, чтобы подталкивать воздух ко всем крылышкам и боковым щиткам , чтобы поток воздуха был плавным. Если их удалить, различные части автомобиля будут вызывать большое сопротивление, когда переднее крыло не сможет формировать воздух мимо корпуса автомобиля. Правила, вступившие в силу в 2009 году, уменьшили ширину заднего крыла на 25 см и стандартизировали центральную часть переднего крыла, чтобы помешать командам разрабатывать переднее крыло. Автомобили претерпели серьезные изменения в 2017 году, разрешив более широкие передние и задние крылья, а также более широкие шины . [27]
.jpg/1280px-2022_Formula_One_car_at_the_2021_British_Grand_Prix_(51350002179).jpg)
На протяжении большей части эпохи турбогибридов водители отмечали, что следование за другими автомобилями, особенно при попытке обгона, значительно затруднялось из-за большого количества турбулентности или «грязного воздуха» от ведущего автомобиля, что снижало аэродинамические характеристики следующего автомобиля. Таким образом, для сезона 2022 года FIA внесла технические изменения в аэродинамические характеристики автомобилей, чтобы уменьшить количество этого «грязного воздуха» и облегчить обгон. Переднее крыло, боковые стручки и заднее крыло были переработаны, чтобы перенаправить аэродинамическую турбулентность вверх, а более крупные шины с 18-дюймовыми колесами были приняты в попытке ограничить разрушительные вихри, создаваемые их вращением. [28]
Водитель имеет возможность точно настраивать многие элементы гоночного автомобиля изнутри машины с помощью рулевого колеса. Руль можно использовать для переключения передач, применения ограничителя оборотов, регулировки смеси топлива и воздуха, изменения баланса тормозов, управления дифференциалом, силовым агрегатом, торможением двигателем и вызова радио. Такие данные, как обороты двигателя, время круга, температура шин, температура тормозов, скорость и передача отображаются на ЖК-экране. Ступица колеса также будет включать подрулевые переключатели передач и ряд светодиодных ламп переключения передач . Одно только колесо может стоить около 50 000 долларов [29] и с конструкцией из углеродного волокна весит 1,3 килограмма. В сезоне 2014 года некоторые команды, такие как Mercedes, решили использовать более крупные ЖК-дисплеи на своих колесах, которые позволяют водителю видеть дополнительную информацию, такую как расход топлива и подача крутящего момента. Они также более настраиваемы благодаря возможности использования совершенно другого программного обеспечения.
Топливо , используемое в болидах Формулы-1, довольно похоже на обычный (премиальный) бензин , хотя и с гораздо более строго контролируемой смесью. Топливо Формулы-1 подпадает под категорию высокооктанового премиум-топлива для дорог с октановым числом от 95 до 102. Начиная с сезона 1992 года все болиды Формулы-1 должны в обязательном порядке использовать неэтилированный гоночный бензин.
Смеси F1 настроены на максимальную производительность в заданных погодных условиях или на разных трассах. В период, когда команды были ограничены определенным объемом топлива во время гонки, использовались экзотические смеси топлива высокой плотности, которые на самом деле были плотнее воды, поскольку энергосодержание топлива зависит от его массовой плотности.
Чтобы убедиться, что команды и поставщики топлива не нарушают правила по топливу, FIA требует, чтобы Elf, Shell, Mobil, Petronas и другие топливные команды предоставляли образец топлива, которое они предоставляют для гонки. В любое время инспекторы FIA могут запросить образец с заправочной станции, чтобы сравнить «отпечатки пальцев» того, что находится в машине во время гонки, с тем, что было предоставлено. Обычно команды придерживаются этого правила, но в 1997 году Мика Хаккинен был лишен третьего места на трассе Спа-Франкоршам в Бельгии после того, как FIA определила, что его топливо не соответствовало правильной формуле, а в 1976 году автомобили McLaren и Penske были вынуждены сойти с дистанции Гран-при Италии после того, как октановое число смеси оказалось слишком высоким.
В сезоне 2009 года шины-слики были вновь введены в эксплуатацию вместо шин с канавками, использовавшихся с 1998 по 2008 год .
Шины не могут быть шире 405 мм (15,9 дюйма) сзади, ширина передней шины увеличена с 245 мм до 305 мм в сезоне 2017 года. В отличие от топлива, шины имеют лишь поверхностное сходство с обычной дорожной шиной. В то время как дорожная автомобильная шина имеет срок службы до 80 000 км (50 000 миль), шина Формулы-1 даже не выдерживает всю дистанцию гонки (чуть более 300 км (190 миль)); обычно их меняют один или два раза за гонку, в зависимости от трассы. Это результат стремления максимизировать сцепление с дорогой, что привело к использованию очень мягких составов (чтобы гарантировать, что поверхность шины максимально точно соответствует поверхности дороги).
С начала сезона 2007 года у F1 был единственный поставщик шин. С 2007 по 2010 год это была Bridgestone, но в 2011 году Pirelli вернулась в спорт после ухода Bridgestone. Существует семь составов шин F1; 5 из них предназначены для сухой погоды (обозначаются как C1–C5), а 2 — для мокрой погоды (промежуточные для влажных поверхностей без стоячей воды и полностью мокрые для поверхностей со стоячей водой). Три состава для сухой погоды (обычно более жесткий и более мягкий состав) привозятся на каждую гонку, а также оба состава для мокрой погоды. Более жесткие шины более долговечны, но обеспечивают меньшее сцепление, а более мягкие — наоборот. В 2009 году слики вернулись в рамках пересмотра правил на сезон 2009 года; слики не имеют канавок и обеспечивают на 18% больше контакта с трассой. В годы Bridgestone зеленая полоса на боковине более мягкого состава была нарисована, чтобы зрители могли различать, на какой шине гонщик. Начиная с 2019 года Pirelli отказалась от системы наименования шин, так что на каждом Гран-при шины будут обозначаться независимо как жесткие, средние и мягкие с белыми, желтыми и красными боковинами соответственно, а не иметь отдельное название и цвет для каждой из пяти шин. Изменение было внесено для того, чтобы обычные болельщики могли лучше понять систему шин. Как правило, три сухих состава, привезенные на трассу, имеют последовательные спецификации.
Дисковые тормоза состоят из ротора и суппорта на каждом колесе. Углеродные композитные роторы (представленные командой Brabham в 1976 году ) используются вместо стальных или чугунных из-за их превосходных фрикционных, термических и противоизносных свойств, а также значительной экономии веса. Эти тормоза спроектированы и изготовлены для работы в экстремальных температурах, до 1000 градусов по Цельсию (1800 °F). Водитель может контролировать распределение тормозного усилия вперед и назад, чтобы компенсировать изменения состояния трассы или топливной нагрузки. Правила указывают, что это управление должно быть механическим, а не электронным, поэтому оно обычно управляется рычагом внутри кабины, а не управлением на рулевом колесе.
Средний автомобиль F1 может замедлиться со 100 до 0 км/ч (с 62 до 0 миль/ч) примерно за 15 метров (48 футов), по сравнению с BMW M3 2009 года, которому требуется 31 метр (102 фута). При торможении с более высоких скоростей аэродинамическая прижимная сила обеспечивает колоссальное замедление: от 4,5 g до 5,0 g (от 44 до 49 м/с 2 ), и до 5,5 g (54 м/с 2 ) на высокоскоростных трассах, таких как Circuit Gilles Villeneuve (канадский Гран-при) и Autodromo Nazionale Monza (итальянский Гран-при). Это контрастирует с 1,0 g до 1,5 g (от 10 до 15 м/с 2 ) для спортивных автомобилей ( Bugatti Veyron , как утверждается, может тормозить при 1,3 g). Автомобиль Формулы-1 может затормозить со скорости 200 км/ч (124 мили/ч) до полной остановки всего за 2,9 секунды, используя всего 65 метров (213 футов). [30]
В настоящее время Brembo вместе со своими дочерними брендами AP Racing и Hitco являются производителями тормозов для Формулы-1.
Каждый автомобиль Формулы-1 способен разогнаться от 0 до 160 км/ч (от 0 до 99 миль в час) и вернуться к 0 менее чем за пять секунд.
Во время показательных заездов на трассе Сильверстоун в Великобритании автомобиль F1 McLaren-Mercedes под управлением Дэвида Култхарда дал паре уличных автомобилей Mercedes-Benz фору в семьдесят секунд и смог опередить их на финишной прямой с места, преодолев расстояние всего в 5,2 км (3,2 мили). [31]
Помимо скорости на прямой, автомобили Формулы-1 обладают большей способностью проходить повороты. Автомобили Гран-при могут проходить повороты на значительно более высоких скоростях, чем другие гоночные автомобили, благодаря уровню сцепления и прижимной силы. Скорость прохождения поворотов настолько высока, что у гонщиков Формулы-1 есть программы силовых тренировок только для мышц шеи. Бывший гонщик Формулы-1 Хуан Пабло Монтойя утверждал, что может выполнить 300 повторений подъема 23 кг (50 фунтов) своей шеей.
Сочетание небольшого веса (642 кг в гоночной комплектации 2013 года), мощности (670–750 кВт (900–1000 л. с.) с 3,0-литровым V10, 582 кВт (780 л. с.) с 2,4-литровым V8 по регламенту 2007 года, 710 кВт (950 л. с.) с 1,6-литровым V6 с турбонаддувом 2016 года), [32] аэродинамики и сверхвысокопроизводительных шин — вот что обеспечивает болиду Формулы-1 его высокие показатели производительности. Главным фактором для конструкторов Формулы-1 является ускорение , а не просто максимальная скорость. Для оценки производительности автомобиля можно рассматривать три типа ускорения:
Все три ускорения должны быть максимизированы. Способ получения этих трех ускорений и их значения следующие:
Автомобили F1 2016 года имеют отношение мощности к весу 1400 л. с. / т (1,05 кВт / кг ; 1270 л. с. / тонна США ; 0,635 л. с. / фунт ). Теоретически это позволило бы автомобилю достичь 100 км / ч (62 мили / ч) менее чем за 1 секунду. Однако мощность не может быть преобразована в движение на низких скоростях из-за потери тяги, и обычная цифра составляет 2,5 секунды для достижения 100 км / ч (62 мили / ч). Примерно после 130 км / ч (80 миль / ч) потеря тяги минимальна из-за совокупного эффекта движения автомобиля быстрее и прижимной силы, следовательно, продолжая ускорять автомобиль с очень высокой скоростью. Цифры таковы (для Mercedes W07 2016 года ): [33] [34]
Значение ускорения обычно составляет 1,45 g (14,2 м/с2 ) на скорости до 200 км/ч (124 миль/ч), что означает, что водитель прижимается сиденьем с силой, ускорение которой в 1,45 раза превышает ускорение силы тяжести Земли.
Существуют также системы наддува, известные как системы рекуперации кинетической энергии (KERS). Эти устройства восстанавливают кинетическую энергию, создаваемую в процессе торможения автомобиля. Они сохраняют эту энергию и преобразуют ее в мощность, которая может быть использована для ускорения. KERS обычно добавляет 80 л. с. (60 кВт) и весит 35 кг (77 фунтов). Существует два основных типа систем: электрическая и маховик. Электрические системы используют мотор-генератор, встроенный в трансмиссию автомобиля, который преобразует механическую энергию в электрическую и наоборот. После того, как энергия была использована, она хранится в аккумуляторе и высвобождается по желанию. Механические системы улавливают энергию торможения и используют ее для вращения небольшого маховика, который может вращаться со скоростью до 80 000 об/мин. Когда требуется дополнительная мощность, маховик подключается к задним колесам автомобиля. В отличие от электрической KERS, механическая энергия не меняет своего состояния и, следовательно, более эффективна. Существует еще один доступный вариант — гидравлическая KERS, где энергия торможения используется для накопления гидравлического давления, которое затем при необходимости передается на колеса.
Углеродные тормоза в сочетании с технологией шин и аэродинамикой автомобиля создают действительно замечательные тормозные силы. Сила замедления при торможении обычно составляет 4 g (39 м/с 2 ), и может достигать 5–6 g [35] при торможении с экстремальных скоростей, например, на трассе Жиля Вильнева или в Индианаполисе. В 2007 году Мартин Брандл , бывший гонщик Гран-при, тестировал автомобиль Формулы-1 Williams Toyota FW29 и заявил, что при резком торможении он чувствовал, как его легкие ударяются о внутреннюю часть грудной клетки, заставляя его непроизвольно выдыхать. Здесь аэродинамическое сопротивление на самом деле помогает и может вносить до 1,0 g торможения, что эквивалентно тормозам большинства дорожных спортивных автомобилей. Другими словами, если отпустить педаль газа, автомобиль Формулы-1 будет замедляться под действием сопротивления с той же скоростью, что и большинство спортивных автомобилей при торможении, по крайней мере на скоростях выше 250 км/ч (160 миль/ч).
Тормоза для Формулы-1 производят три компании. Это Hitco (базируется в США, входит в SGL Carbon Group), Brembo в Италии и Carbone Industrie из Франции. Hitco производит свой собственный карбон/карбон, Brembo закупает его у Honeywell, а Carbone Industrie закупает свой карбон у Messier Bugatti.
Углерод/углерод — это сокращенное название для углеродного волокна, армированного углеродом. Это означает, что углеродные волокна укрепляют матрицу углерода, которая добавляется к волокнам путем осаждения матрицы ( CVI или CVD ) или путем пиролиза связующего вещества из смолы.
Тормоза F1 имеют диаметр 278 мм (10,9 дюйма) и максимальную толщину 32 мм (1,3 дюйма). Углерод/углеродные тормозные колодки приводятся в действие 6-поршневыми оппозитными суппортами, поставляемыми Akebono, AP Racing или Brembo . Суппорты имеют корпус из алюминиевого сплава с титановыми поршнями. Правила ограничивают модуль материала суппорта до 80 ГПа, чтобы не допустить использования командами экзотических материалов с высокой удельной жесткостью, например, бериллия. Титановые поршни экономят вес, а также имеют низкую теплопроводность, что снижает поток тепла в тормозную жидкость.
Аэродинамические силы болида Формулы-1 могут производить прижимную силу, в три раза превышающую вес автомобиля. Фактически, на скорости всего 130 км/ч (81 миль/ч) прижимная сила равна по величине весу автомобиля. На низких скоростях автомобиль может поворачивать с 2,0 g. На скорости 210 км/ч (130 миль/ч) боковая сила уже составляет 3,0 g, о чем свидетельствуют повороты (повороты 3 и 4) на трассе Сузука. Более скоростные повороты, такие как Blanchimont ( Circuit de Spa-Francorchamps ) и Copse ( Circuit Silverstone ) проходятся с ускорением более 5,0 g, а в повороте 130-R на трассе Сузука было зафиксировано 6,0 g. [36] Это контрастирует с максимальным значением для высокопроизводительных дорожных автомобилей, таких как Enzo Ferrari, равным 1,5 g или Koenigsegg One:1 , превышающим 1,7 g для трассы Спа-Франкоршам. [37]
Поскольку сила, создающая боковое ускорение, в значительной степени является трением, а трение пропорционально нормальной приложенной силе , большая прижимная сила позволяет болиду F1 проходить повороты на очень высоких скоростях. В качестве примера экстремальных скоростей прохождения поворотов, повороты Blanchimont и Eau Rouge в Спа-Франкоршам проходятся на полной скорости выше 300 км/ч (190 миль/ч), тогда как гоночные автомобили Touring могут проходить их только на скорости 150–160 км/ч (обратите внимание, что боковая сила увеличивается пропорционально квадрату скорости). Более новым и, возможно, даже более экстремальным примером является поворот 8 на трассе Istanbul Park , относительно узкий поворот с четырьмя вершинами в 190°, в котором машины поддерживают скорость от 265 до 285 км/ч (от 165 до 177 миль/ч) (в 2006 году) и испытывают перегрузки от 4,5 g до 5,5 g в течение 7 секунд — самый продолжительный устойчивый жесткий поворот в Формуле 1.
Максимальная скорость на практике ограничена самой длинной прямой на трассе и необходимостью сбалансировать аэродинамическую конфигурацию автомобиля между высокой скоростью на прямой (низкое аэродинамическое сопротивление) и высокой скоростью на поворотах (высокая прижимная сила) для достижения наилучшего времени круга. [38] В сезоне 2006 года максимальная скорость автомобилей Формулы-1 была немного выше 300 км/ч (185 миль/ч) на трассах с высокой прижимной силой, таких как Альберт-парк, Австралия и Сепанг, Малайзия. Эти скорости были ниже примерно на 10 км/ч (6 миль/ч) по сравнению со скоростями 2005 года и на 15 км/ч (9 миль/ч) по сравнению со скоростями 2004 года из-за недавних ограничений производительности (см. ниже). На трассах с низкой прижимной силой были зарегистрированы более высокие максимальные скорости: в Жиле-Вильневе (Канада) 325 км/ч (203 мили/ч), в Индианаполисе (США) 335 км/ч (210 миль/ч) и в Монце (Италия) 360 км/ч (225 миль/ч). На тестировании за месяц до Гран-при Италии 2005 года Хуан Пабло Монтойя из команды McLaren-Mercedes F1 зафиксировал рекордную максимальную скорость 372,6 км/ч (231,5 миль/ч), [39] что было официально признано FIA как самая высокая скорость, когда-либо достигнутая автомобилем F1, хотя она не была установлена во время официально санкционированной сессии во время гоночного уик-энда. В Гран-при Италии 2005 года Кими Райкконен из McLaren-Mercedes показал скорость 370,1 км/ч (229,9 миль/ч). Этот рекорд был побит на Гран-при Мексики 2016 года гонщиком Williams Валттери Боттасом, чья максимальная скорость в условиях гонки составила 372,54 км/ч (231,48 миль/ч). [40] [41] Однако, несмотря на то, что эта информация была показана на официальных мониторах FIA, FIA еще не приняла ее в качестве официального рекорда. Ранее Боттас установил еще более высокий рекорд максимальной скорости во время квалификации на Гран-при Европы 2016 года , зафиксировав скорость 378,035 км/ч (234,9 миль/ч), хотя и с помощью драфтинга слипстримом. Эта максимальная скорость еще не подтверждена каким-либо официальным методом, поскольку в настоящее время единственным источником этой информации является пост команды Williams в Twitter, [42] в то время как официальные данные FIA о скорости измеряли скорость Боттаса на уровне 366,1 км/ч в том случае. [43] На данный момент скорость Монтойи в 372,6 км/ч (231,5 миль/ч) по-прежнему считается официальным рекордом, хотя она и не была установлена во время санкционированной сессии.
За пределами трассы команда BAR Honda использовала модифицированный автомобиль BAR 007 , который, по их утверждениям, соответствовал регламенту FIA Formula One, чтобы установить неофициальный рекорд скорости в 413 км/ч (257 миль/ч) на одностороннем прямолинейном заезде 6 ноября 2005 года во время шейкдауна перед попыткой установить рекорд Bonneville 400. Автомобиль был оптимизирован для максимальной скорости с прижимной силой, достаточной только для того, чтобы не дать ему оторваться от земли. Автомобиль, получивший марку Honda после поглощения BAR в конце 2005 года, установил ратифицированный FIA рекорд в 400 км/ч (249 миль/ч) на одностороннем заезде 21 июля 2006 года на Bonneville Speedway . [44] В этом случае автомобиль не полностью соответствовал правилам FIA Формулы-1, поскольку он использовал подвижный аэродинамический руль для контроля устойчивости, нарушая статью 3.15 технического регламента Формулы-1 2006 года, которая гласит, что любая конкретная часть автомобиля, влияющая на его аэродинамические характеристики, должна быть жестко закреплена. [45]
Стремясь снизить скорость и повысить безопасность гонщиков, FIA с 1980-х годов постоянно вводит новые правила для конструкторов Формулы-1.
Эти правила включали запрет таких идей, как «автомобиль-крыло» ( эффект земли ) в 1983 году (введен повторно в 2022 году ); турбокомпрессор в 1989 году (они были введены повторно в 2014 году ); активная подвеска и ABS в 1994 году ; слики в 1998 году (они были введены повторно в 2009 году ); меньшие передние и задние крылья и сокращение объема двигателя с 3,5 до 3,0 литров в 1995 году ; уменьшение ширины автомобилей с более чем 2 метров до примерно 1,8 метра в 1998 году ; снова сокращение объема двигателя с 3,0 до 2,4 литров в 2006 году ; управление запуском и контроль тяги в 1994 году , а также в 2004 и 2008 годах , наряду с торможением двигателем , после того как в 2001 году были введены электронные системы помощи водителю . Тем не менее, несмотря на эти изменения, конструкторы продолжали извлекать выгоду из производительности за счет увеличения мощности и аэродинамической эффективности. В результате скорость поул-позиции на многих трассах в сопоставимых погодных условиях упала между 1,5 и 3 секундами в 2004 году по сравнению с предыдущим годом. Аэродинамические ограничения, введенные в 2005 году, были призваны уменьшить прижимную силу примерно на 30%, однако большинство команд смогли успешно сократить это до потери прижимной силы всего на 5-10%. В 2006 году мощность двигателя была снижена с 710 до 560 кВт (с 950 до 750 л. с.) путем перехода от 3,0-литровых V10, использовавшихся в течение десятилетия, к 2,4-литровым V8. Некоторые из этих новых двигателей были способны достигать 20 000 об/мин в течение 2006 года , хотя в сезоне 2007 года разработка двигателей была заморожена, и FIA ограничила все двигатели до 19 000 об/мин для повышения надежности и контроля при увеличении оборотов двигателя.
В 2008 году FIA еще больше усилила меры по сокращению расходов, заявив, что коробки передач должны выдерживать 4 уикенда Гран-при, в дополнение к правилу о двигателе на 2 гоночных уикенда. Кроме того, все команды должны были использовать стандартизированный ECU, поставляемый MES ( McLaren Electronic Systems ), созданный совместно с Microsoft. Эти ECU наложили ограничения на использование электронных вспомогательных средств водителя, таких как контроль тяги, контроль запуска и торможение двигателем, и помечены для предотвращения модификации. Акцент делается на снижении расходов, а также на возвращении фокуса на навыки водителя, а не на так называемые «электронные штуковины», в основном управляющие автомобилями.
Изменения были внесены в сезон 2009 года, чтобы увеличить зависимость от механического сцепления и создать возможности для обгона, что привело к возвращению к гладким шинам, более широкому и низкому переднему крылу со стандартизированной центральной секцией, более узкому и высокому заднему крылу, а также диффузору, перемещенному назад и сделанному выше, но менее эффективным в создании прижимной силы. Общее аэродинамическое сцепление было значительно снижено с запретом сложных придатков, таких как крылышки, баржборды и другие аэродинамические устройства, которые ранее использовались для лучшего направления воздушного потока над и под автомобилями. Максимальная скорость двигателя была снижена до 18 000 об/мин, чтобы еще больше повысить надежность и соответствовать требованиям срока службы двигателя.
Из-за растущего давления на окружающую среду со стороны лоббистских групп и тому подобного многие поставили под сомнение актуальность Формулы 1 как инновационной силы для будущих технологических достижений (особенно тех, которые касаются эффективных автомобилей). FIA попросили рассмотреть, как она может убедить спорт двигаться по более экологичному пути. Поэтому, в дополнение к вышеуказанным изменениям, изложенным для сезона 2009 года, командам было предложено сконструировать устройство KERS, охватывающее определенные типы систем рекуперативного торможения , которые будут установлены на автомобилях к сезону 2009 года. Система направлена на сокращение количества кинетической энергии, преобразуемой в отработанное тепло при торможении, преобразуя ее вместо этого в полезную форму (такую как электрическая энергия или энергия в маховике), чтобы позже возвращаться через двигатель для создания прироста мощности. Однако, в отличие от систем дорожных автомобилей, которые автоматически хранят и высвобождают энергию, энергия высвобождается только тогда, когда водитель нажимает кнопку, и полезна в течение 6,5 секунд, давая дополнительные 60 кВт (80 л. с.) и 400 кДж. Она эффективно имитирует кнопку « нажать, чтобы пройти » из серий IndyCar и A1GP . KERS не была замечена в чемпионате 2010 года — хотя она не была технически запрещена, FOTA коллективно согласилась не использовать ее. Однако она вернулась в сезоне 2011 года , и все команды, кроме HRT , Virgin и Lotus, использовали это устройство.
Правила сезона 2014 года ограничивают максимальный расход топлива в двигателе до 100 кг/ч, что снижает максимальную выходную мощность с 550 кВт до примерно 450 кВт. Правила также удваивают предел мощности электродвигателя до 120 кВт как для ускорения, так и для рекуперации энергии, а также увеличивают максимальное количество энергии, разрешенное для использования KERS, до 4 МДж за круг, с ограничением зарядки до 2 МДж за круг. К турбокомпрессору может быть подключен дополнительный блок электродвигателя-генератора.
Спортивные правила, статья 28.6
