Умопомрачительные данные и характеристики болидов Формулы-1…
Для многих не секрет, что болиды Формулы-1 являются наиболее совершеными в мире автоспорта. Сам я являюсь поклонником этого спорта.
Цель этой записи — дать общее представление и описать различные конструкции, технологии, цены и детали используемые в болидах Формулы-1…
ф-1
Разгон с места до 100км/ч 1.7 сек.
Разгон с места до 200км/ч 3.8 сек.
Разгон с места до 300км/ч 8.6 сек.
Максимальная скорость около 340 км/ч
Торможение со 100км/ч 1.4 сек и 17 метров дистанции.
Торможение с 200 км/ч 2.9 сек и 55 метров дистанции.
Торможение с 300 км/ч 4 сек
Перегрузка пилота при торможении около 5G.
Прижимная сила равная весу болида достигается на скорости около 180 км/ч.
Максимальная прижимная сила (настройка максимум) при 300+ км/ч около 3000 кг.
Расход топлива в режиме соревнований около 75 л/100км
Стоимость каждого пройденного километра около 500$
Главной особенностью болида Формулы-1 один несомненно является наличие огромной прижимной силы. Именно она позволяет проходить повороты на скоростях, недостижимых любым другим спортивным автомобилям. Здесь есть один интересный момент: многие повороты пилотам просто необходимо проходить на очень высокой скорости, когда прижимная сила позволяет держать болид на трассе, если же скорость сбросить то можно вылететь с трассы так как прижимная сила будет недостаточна!
Прижимную силу создает набор аэродинамических элементов таких как: заднее антикрыло, переднее антикрыло, диффузор, итд. Переднее антикрыло, состоит из углеродного волокна и создает прижимную силу до 25% от всего болида формулы один. Ориентировочная стоимость одной штуки 19000$
перед
Заднее антикрыло при собственном весе около 7 кг создает до 1000кг прижимной силы на высокой скорости, это около 35% всей прижимной силы болида F1. Изготовлено из карбона, стоимость каждого около 20000$
зад…
Двигатель…
В разные времена на болидах формулы-1 использовался различный объем двигателя, присутствовал и отсутствовал наддув, ограничения по оборотам и масса других ограничений, объединяло их лишь одно, огромная мощность до 1500 л/с на больших оборотах, до 22500 об/мин. В последнее время регламент поддерживает, путем различных ограничений, максимальную мощность около 850 л.с и обороты порядка 19500 об/мин Стоимость таких моторов около 600000 $
двиглоооо… 
поршенёк
Выхлопная система…
Каждой команде формулы один необходим некоторый запас различных коллекторов выпускной системы для перенастройки двигателя под различные трассы. Стоимость одного комплекта около 26000 $
выпуск 
на моторе
Радиаторы:
Радиаторы болида выполнены из алюминия стоимость комплекта до 11000$
Трансмиссия…
Коробка передач болида Формулы-1 самым непосредственным образом соединена со сцеплением, выполненым из карбона. Сцепления выпускают две компании, AP racing и Sachs, которые создают их таким образом, что они могут выдерживать температуры близкие к 500 градусам. Сцепления являются электрогидравлическими элементами и имеют вес от 1.5кг. Каждое переключение скорости выполняется за 20-40 милисекуд и регулируется компьютером. Пилоты болидов не пользуются сцеплением вручную, теряя тем самым время и позволяя двигателю совершать холостые обороты(как это в обычных машинах, без автоматической кообки передач), а просто нажимают рычажок за рулем, для перехода к следующей скорости, сам же процесс полностью лежит на компьютере. Коробки передач создаются так, чтобы механики могли легко менять настройки. Так полная перестройка передаточных чисел коробки передач занимает около 40 минут в боксах.
Стоимость одной семискоростной полуавтоматической коробки передач свыше 130 000$. Рассчитана на пробег 6000 км.
КПП
Шины и диски…
Диски весят около 4 килограмм и сделаны из магниевого сплава, каждый стоит около 10000 $
Дорожный размер передних шин: 245/55R13;
Диаметр передних: 655 мм;
Ширина передних: 325 мм;
Дорожный размер задних шин: 325/45R13;
Диаметр задних: 655 мм;
Ширина задних: 375 мм;
Рабочая температура около 130 градусов
Стоимость одной шины около 800$
На сезон нужно 720 штук.
диск 
резя
Диски тормозов уже многие годы изготовляют из углеродного волокна, на производство одного диска может затрачиваться до 5 месяцев.
Стоимость всего узла (суппорт, диск, колодки) около 6000 $
Температурный режим до 1000 цельсия
тормозилки…
Рычаги передней подвески:
Изготовлены из титана и углепластика. Стоимость около 100 000$.
Рычаги задней подвески:
Изготавливаются из титана и углепластика, каждый комплект стоит 120 000$
ходвка
Монокок …
Монокок — это основа болида F1, на которую крепятся все его части и детали. 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 и как и большинство деталей стоит недешево 115000$
Сиденье пилота:
Выполняется по индивидуальным меркам гонщика из углеволокна. В случаи аварии может быть удалено из кокпита вместе с пилотом. цена 2000$
Ну и на сладкое…
руль
Руль болида формулы один совмещает в себе приборную панель (дисплей по центру), органы управления, также позволяет изменять многие настройки болида прямо по ходу движения. Выполнен из углеродного волокна, для каждого пилота индивидуально по анатомическому строению. Стоимость около 40000$-100000$
кнопки
Раскладка всех кнопочек, рычажков и переключателей съемного рулевого "колеса" современного болида Формулы-1
1. Управление составом топливовоздушной смеси
2. Регулятор ограничитель максимальных оборотов
3. Назначение неизвестно
4. Колёсико выбора комплексных общих настроек силового агрегата
5. Активация системы KERS
6. Кнопка радиостанции
7. Многофункциональный информационный дисплей и клавиши для изменения его параметров
8. Лимитатор
9. Изменение угла переднего антикрыла в большом диапазоне (используется непосредственно в гонке при совершении маневров)
10. Колёсико плавного изменения угла переднего антикрыла (плавное увеличение прижимной силы для компенсации износа шин)
11–13. Управление дифференциалом: установка «преднатяга», изменение степени блокировки на торможении и под тягой
14. Переключатель режимов цифрового контроллера
15. «Горячие» программируемые клавиши, на которые можно вывести две запрограммированные функции (у Петрова одна из них отвечает за режим, в котором двигатель делает более длительную перегазовку при переключении вниз на входе в поворот, чтобы сделать смену передач более плавной и избежать срыва в занос под тягой)
16. Лепестки переключения роботизированной коробки передач
17. Лепестки сцепления (используются или синхронно, или в разных комбинациях, в зависимости от текущей программы). Например, при старте сначала отпускается один лепесток, а второй, выжатый наполовину, — только спустя секунду. Всё это, по-видимому, как-то хитро управляет проскальзыванием сцепления и блокировкой дифференциала. При этом от гонщика требуется держать дроссель открытым ровно на 75%. Малейший перебор — начнётся пробуксовка, недобор — двигатель заглохнет. И только со второй передачи можно открывать полный газ. До запрещения лонч-контроля пилотам было, похоже, проще управлять болидом.
Эволюция в Формуле-1: от «полуавтоматов» до «бесшовных» КПП
В 1989 году в Формуле-1 произошла техническая революция: команда Ferrari представила полуавтоматическую КПП. Прежде в Формуле-1 всегда использовали обычные коробки передач.
Джон Барнард
Главный конструктор Скудерии, установил на последовательную КПП, аналогичную мотоциклетной, электрогидравлический привод переключения передач. Кстати, во многом благодаря этому английскому конструктору, Формула-1 обрела тот вид, в каком мы ее знаем сейчас. Ведь именно Барнард первым применил карбоновый монокок и полуавтоматическую КПП.
Нужно отметить, что впервые такую трансмиссию испытали еще в далеком 1979 году. И это опять была Ferrari. Тогда эту систему разработал Мауро Форгьери. На испытаниях экспериментальная конструкция отработала 100 кругов, а показанное время было чуть лучше, чем с обычной коробкой передач. Но до применения в гонках дело не дошло. Во-первых, коробка Форгьери была слишком тяжёлой. Во-вторых, она не понравилась Жилю Вильневу:
Ferrari 640. Фото: Youtube.com
Проект отложили в долгий ящик на десять лет, после чего нечто подобное было реализовано Джоном Барнардом. У полуавтоматической коробки передач было три основных преимущества над классическими конструкциями.
- ?Во-первых, сокращение времени на переключение передачи.
- ?Во-вторых, теперь гонщик всегда мог держать руль двумя руками, что в отсутствии гидроусилителя руля значительно облегчало пилотаж.
- ?И в-третьих, теперь можно было переключать передачи в поворотах!
Конечно были у «полуавтомата» и недостатки. Самым главным было отсутствие надежности. Несмотря на то, что команде Ferrari удалось выиграть с такой КПП в первой же гонке, позже они столкнулись с массой проблем — инновационная коробка слишком часто ломалась. Из 32 стартов (16 этапов х 2 болида) КПП отказала 23 раза!
И это не была «проблема итальянского менталитета»! С похожими проблемами через пару лет столкнулись в команде Williams, а позже и в McLaren.
Williams FW14 Renault. Фото: Youtube.com
По окончании сезона 1991 года, складывалось впечатление, что Айртон Сенна стал чемпионом мира благодаря… КПП конкурентов! Многочисленные технические отказы лишили лидера команды Williams, Найджела Мэнселла, нужных очков. Отсюда возникло меткое прозвище для этого девайса: «shitbox», то есть «коробка с сюрпризом».
В 1991 году в Чемпионате мира последний раз победил болид с «ручной» КПП — все последующие титулы достанутся пилотам выступающим с полуавтоматическими трансмиссиями. Также это был последний раз, когда чемпионом стал гонщик выступавший на болиде с двигателем V12. Последняя победа с «ручной коробкой» была одержана в 1992 году, на Гран-при Бельгии.
Михаэль Шумахер. Бельгия 1992. Фото: Youtube.com
Клиноременный вариатор
В 1993 году команда Williams построила экспериментальный болид с трансмиссией CVT. На тестах вариатор производил неоднозначное впечатление. С одной стороны оснащенная им машина ехала быстрее, чем с полуавтоматической коробкой. Но с другой — вой двигателя Renault V10, зависающего при разгоне на одной ноте, то есть на 13800 об/мин, сводил с ума окружающих в самом буквальном смысле!
FIA поспешила объявить бесступенчатые трансмиссии вне закона, прописав в Техническом регламенте, что болид Формулы-1 обязан иметь минимум четыре и максимум семь фиксированных передач для движения вперед.
В середине девяностых полуавтоматические коробки передач вышли на пик своей производительности: время переключения с одной передачи на другую составляло всего 25 миллисекунд (0.025 сек.). Для сравнения, время требуемое для переключения передачи в механической КПП составляло 0,25 секунды.
BAR-Honda Дженсона Баттона. Фото: Youtube.com
Казалось что ничего нового в этой сфере придумать уже невозможно, но в 2005 году произошла «тихая революция» — в команде BAR-Honda изобрели КПП с «бесшовным переключением передач»: SSG, или «seamless gearbox». Первым болидом примерявшим новинку стал BAR-007. Бесшовность работы этой КПП достигалась за счёт одновременного включения двух передач.
— Атуши Мано, главный инженер Honda R&D.
Следуя законам жанра, здесь я должен был рассказать про «собачьи кольца», «пули», про «синие и красные кольца». Но ничего этого не будет, потому что коробка передач BAR-007 Honda устроена иначе! Согласно «Honda R&D Technical Review», в ней использовался «внутривальный» механизм переключения.
Как это работает
Включение передач осуществлялось с помощью гидропривода, кулачками особого профиля — «коромыслами» — установленными под муфтой каждой отдельной шестерни. Вторичный вал выполнен полым, и через него проходила гидравлическая магистраль, открывавшая клапаны в определенной последовательности, тем самым обеспечивая подключение кулачков к муфте.
Руль болида Ф1. Фото: Youtube.com
Одновременно подключались кулачки на двух парах (четная и нечётная) шестерен. На текущей передаче кулачки входили в зацепление полностью, а на заранее подключенной лишь одной стороной. Тем самым для второй пары шестерен достигался эффект храповика, когда крутящий момент передается только в одном направлении, а значит повредить коробку было невозможно.
Пример из жизни: ключ-трещотка, передающий крутящий момент только в одну сторону. Вы сможете закрутить гайку, но открутить ее не сможете, пока не переключите храповик. Так же и с бесшовной КПП.
После того, как скорость вращения шестерен подключенной передачи превышала скорость текущей, кулачки «менялись местами» и происходила мгновенная смена передачи, без разрыва мощности. И так семь или восемь раз подряд, в зависимости от количества передач в КПП.
Теперь в момент смены передачи крутящий момент от двигателя не прерывался ни на мгновение, за счет чего время круга удалось сократить на 0.4 секунды, что по гоночным меркам очень много.
Как и в случаях с полуавтоматической коробкой передач Ferrari, или PDK от Porsche, на момент реализации эта конструкция не была новинкой, так как уже несколько лет пылилась на полке.
Модель типичной «бесшовной» КПП. Фото: Youtube.com
Коробка передач BAR-007 Honda основана на КПП Weismann Quickshift, впервые испытанной командой Williams еще в 1993 году. Её часто путают с вариаторной FW15-CVT, испытанным в том же сезоне, но это разные трансмиссии. Почему данная разработка сразу не попала на трассы — неизвестно.
По принципу работы система бесшовного переключения передач чем-то напоминает коробки с двумя сцеплениями типа PDK или DCT. Но в Формуле-1 подобные конструкции запрещены Техническим регламентом»: в Формуле-1 можно использовать только одно сцепление.
На самом деле для использования в гонках бесшовные коробки передач выглядят предпочтительнее, чем коробки типа «dual clutch». Как минимум из-за веса и размеров, что для гоночной техники имеет принципиальное значение.
С гоночной трассы, на дороги
Вслед за Формулой-1 подобные конструкции появились в мотогонках MotoGP, где пионером их применения вновь выступила японская марка Honda. В настоящее время КПП всех мотоциклов в этом классе оснащены бесшовным, или, как их еще называют, «безрывковым» механизмом смены передач.
А относительно недавно появилась информация, что такой КПП собираются оснастить дорожный мотоцикл Ducati Panigale V4.
Как это работает: Трансмиссия машин Формулы 1
Пэт Симондс: «Под трансмиссией мы всегда понимаем коробку передач, но на самом деле она выполняет намного больше функций, чем следует из самого термина. Посредством КПП, разумеется, изменяется крутящий момент и передаётся от силовой установки к ведущим колёсам, но также она формирует структуру задней части машины.
В этой связи ей приходится выдерживать колоссальные нагрузки, которые передаются через подвеску, а также воздействия аэродинамического усилия от заднего крыла. Также она входит в структуру безопасности машины, плюс к ней крепятся тросы, удерживающие задние колёса при аварии.
Кстати, если быть точным, то машину необязательно оснащать коробкой передач. Проблема в том, что у двигателя внутреннего сгорания неважные характеристики крутящего момента, поэтому нужно каким-то образом добиться, чтобы скорость вращения ведущих колёс была не такой, как скорость вращения коленчатого вала. Автомобили с газотурбинными двигателями или электромобили спокойно могут работать при фиксированном соотношении скорости вращения коленвала и ведущих колёс.
Современные гибридные силовые установки отличаются более гибкими динамическими характеристиками, чем прежние моторы V8, им в меньшей степени требуются многоступенчатые КПП, позволяющие нормально работать в узком диапазоне мощности. Почему же тогда в 2014 году в Формуле 1 появились 8-ступенчатые коробки с фиксированными передаточными соотношениями?
На первый взгляд это кажется нелогичным, если характеристики двигателей стали более гибкими, но дело в том, что теперь, выбрав передаточные соотношения, мы практически не можем менять их по ходу всего сезона. Нам приходится использовать одни и те же передаточные числа и на улицах Монако, и на скоростных трассах, вроде Монцы. Если бы не это ограничение, было бы достаточно пяти или шести передач.
Использование постоянных передаточных чисел в течение всего сезона продиктовано стремлением сократить расходы. Раньше в нашем распоряжении было примерно 70 различных комплектов шестерён, из которых мы выбирали нужные в зависимости от характеристик трассы, потом их число было ограничено регламентом, но всё равно первичные шестерни обходятся примерно в 2000 фунтов, и даже простая пара стоит порядка 700 фунтов. Так что имело смысл сократить их количество, увеличив ресурс.
При изготовлении коробки необязательно использовать дорогие экзотические материалы. Корпус обычно изготавливается из углепластика, хотя в ряде случаев можно применять титан или алюминий. Внутренние компоненты коробки в основном стальные – больше нигде в Формуле 1 этот материал не используется. Сталь должна быть высочайшего качества, она проходит двойную обработку в вакууме, чтобы добиться чистоты сплава. Подшипники должны выдерживать очень высокие нагрузки и работать на огромных скоростях, поэтому изготавливаются из очень дорогой керамики.
В гоночных коробках передач используются системы переключения, основанные на полых валах – схожим образом традиционно устроены мотоциклетные КПП. При такой конструкции передачи переключаются последовательно и исключена ошибка при выборе нужной.
Коробки передач в Формуле 1 – секвентальные, прежде системы управления позволяли осуществлять переключения буквально за доли секунды. И всё-таки при этом прерывалась передача крутящего момента, что сказывалось на динамике разгона. Теперь используется бесступенчатое переключение, при котором передача крутящего момента практически не прерывается, что позволило проезжать круги примерно на 0,3 секунды быстрее.
Современные коробки передач очень дороги. Даже сегодня, когда у них увеличен ресурс, они обходятся минимум в 4 млн. фунтов в год, если суммировать затраты на разработку, производство и обслуживание. Ремонтный комплект запасных частей для коробки стоит порядка 150 тысяч фунтов».
какая коробка передач на балидах «формула_1»
Сцепление закреплено между двигателем и коробкой передач и напрямую связано с двигателем. Сцепления используются при температуре свыше 500 градусов. Такие сцепления работают на электрогидравлических преобразователях и могут весить до 1,5 кг. Небольшой вес позволяет быстро переключать передачи за счёт низкой инерции. Гонщикам нет необходимости использовать сцепление вручную, за исключением момента старта. Когда им требуется сменить передачу, пилоты переключают рычажок, который находится за рулевым колесом. В этот момент бортовой компьютер автоматически снижает обороты двигателя, используя сцепление и изменяя передачу. Сцепления справа разработаны специально для болидов Формулы-1 и имеют всего 100 мм в диаметре.
Коробка передач в болидах последовательна, как на мотоциклах. Коробки передач в болидах отличаются от КПП обычных автомобилей тем, что у болидов они полуавтоматические и без синхронизатора. Нехватка синхронизатора заставляет бортовую компьютер сопоставлять скорость двигателя со скоростью КПП каждый раз при изменении передачи.
Каждая команда использует свою коробку передач. В большинстве болидов установлена шести ступенчатая коробка передач, хотя в современных болидах уже используется 7. Седьмая скорость разработана для двигателей узкой полосы мощности, что бы они могли расходовать эту мощность оптимально. Коробка передач крепится к двигателю сзади при помощи 4 или 6 прочных болтов. Коробка сверхпрочный элемент болида, и поэтому обычно она делается из магния.
Жесткий диффиренциал обеспечивает стабильность поведения болида и уменьшение изнашивания резины, .
В болидах Формулы-1 используются ограниченные дифференциалы, что бы избежать заносов, что отличает их от свободных дифференциалов легковых машин. Такая система ограниченных дифференциалов использует трение в отношении между двумя скоростями колёс. Электрогидравлическая система помогает удержать болид от заноса при заходе в поворот.