| Validamar |
| Добавлено: 18.08.2011 20:56:18 | #1 |
|
|
Как работает машина Ф1 - Аэродинамика, шасси. Shell - на правах рекламы.
От NewLink.ru:
Эта статья была отсканирована с вырезкок журнала F1 Racing за май, июнь и июль 2006 г. Shell - на правах рекламы. Все права на эту статью принадлежат журналу F1 Racing. Размещение данной электронной статьи на данном ресурсе не носит коммерческий характер, а предназначено исключительно для ознакомления. Причина, по которой эта статья оказалась здесь, очень проста. Статья очень интересная, а многие по разным причинам не смогли ее прочитать или даже просто не знали о ее существовании. А так как повторения этого материала в журнале, скорее всего, не будет, было бы жалко его просто потерять и забыть. Если мы забыли кого-то упомянуть или ущемили чьи-то права, просим сообщить об этом по электронной почте. Желаем приятного просмотра!!!
1. Аэродинамика, шасси
2. Электроника, гидравлика, тормоза
3. Двигатель, коробка передач
Как работает машина Ф1 - Аэродинамика, шасси
Что делает машину Ф1 уникальной? Создание самых быстрых машин в мире требует исключительно сложных инженерных решений. Расходы на испытания в аэродинамической трубе составляет наибольшую долю в расходной части бюджета команд, а от конструкции шасси в значительной степени зависят как безопасность, так и скорость.
Характеристики аэродинамики и шасси играют жизненно важную роль в современноой машине Формулы 1. На создание эффективно работающей аэродинамики ежегодно затрачиваются миллионы долларов, но это помогает сэкономить полсекунды на каждом круге. В свою очередь, появление шасси из композитных материалов произвело революцию в гоночном спорте. Перед вами самые передовые технологии Формулы 1...
С моторами V8 время круга на некоторых трассах возросло на 2 с. Отчасти эти потери можно отыграть за счет аэродинамики.
АЭРОДИНАМИКА
У аэродинамики две основные функции: она помогает удержать машину на трассе и снизить противодействующее ее движению сопротивление воздуха. При этом в отличие от первых машин Ф1, подвергшихся экспериментам с антикрыльями в 60-х, корпуса их современных наследниц спроектированы так, чтобы работал каждый сантиметр поверхности. 3десь важно все - от рычагов передней подвески до зеркал и заднего крыла. В целомтза счет аэродинамики на скорости 200 км/ч обеспечиваются прижимная сила примерно в 1 тонну и возможность проходить повороты с боковым ускорением до 3,5 g. Если крылья развернуть, эти машины вполне могли бы летать...
ДИФФУЗОР
Диффузоры - направляющие в хвостовой части машины, выводящие поток воздуха из-под ее днища. Они помогают за счет разрежения увеличить скорость движения потока.
ЗАВИХРЕНИЯ
При движении на большой скорости поток воздуха, обтекающий машину, становится турбулентным, или «грязным». Именно поэтому, попадая на крылья следующей сзади машины, он вызывает значительное падение прижимной силы. Вот почему комментаторы любят повторять: «Одно дело догнать, совсем другое - обогнать».
ЧТО ДАЕТ ТРУБА
Аэродинамическая труба занимает заметное место в инфраструктуре команды. У некоторых их даже две. Как правило, в них продуваются масштабные модели, но Ferrari может испытывать и полноразмерный вариант. Выгоды очевидны: в трубе можно с предельной точностью воссоздать условия гонки, не выводя машину на трассу. Но прежде чем какие-либо разработки попадут в трубу, их изучат с помощью компьютеров, оснащенных системами проектирования. Аэродинамисты имитируют воздействие потока воздуха на элементы конструкции, моделируя гидродинамические процессы, что позволяет сполна оценить их эффективность. После этого они решают, есть ли смыслделать макет для проведения продувок. Труба - впечатляющее сооружение. Мощный вентилятор с лопастями 2,5 м в диаметре разгоняет воздух до 200 км/ч, а объекты продувки можно ycтанавливать в ней под разными углами. Благодаря этому можно всесторонне имитировать поведение машины на трассе.
ДЕФЛЕКТОРЫ
Успокаивают поток воздуха, обтекающий машину. Направляют чистый поток с переднего крыла к понтонам.
V
ВРЕМЯ РЕШАТЬ
Гонщики настраивают аэродинамику перед каждой гонкой с учетом того, насколько технична трасса. При этом по мере уменьшения количества топлива в баке значительно меняются вес и управляемость машины - и это отражается на эффективности аэродинамики.
«Настройки всегда представляют собой компромисс между управляемостью и сцепными свойствами, - говорит инженер Shell в Формуле 1 Майк Копсон. - Пилот выходит на гонку с настройками, подобранными для успешного проведения квалификации, - и из кокпита ничего изменить уже не может. Вот почему он должен заранее предвидеть, как с течением времени будет меняться поведение его машины».
РАССЕКАТЕЛЬ
Его назначение - направить поток воздуха под днище и отчасти - к системам охлаждения.
О ПОЛЬЗЕ БАЛАНСА
Согласно золотому правилу аэродинамики чем выше скорость, тем ниже давление воздуха. Антикрылья проектируются так, чтобы под днищем воздух двигался быстрее, чем на поверхности корпуса. Когда поток попадает на крыло, он стремится уравнять давление, и это создает прижимную силу. Но ее повышение связано с ростом сопротивления воздуха, и конструкторы вынуждены искать такие варианты, когда с увеличением прижимной силы сопротивление возрастает незначительно.
ЗАДНЕЕ КРЫЛО
Заднее крыло имеет две плоскости. Верхняя обеспечива-ет основной объем прижимной силы, и ее настройки меняются от гонки к гонке. Нижняя меньше по размерам и создает под крылом область пониженного давления, помогая диффузору развивать прижимную силу под днищем машины.
ПЕРЕДНЕЕ КРЫЛО
Переднее крыло представляет собой плоскость, подвешенную под носовым обтекателем. Она с обеих сторон оснащена регулируемыми закрылками, а по бокам на ней смонтированы торцевые пластины, назначение которых - направлять поток воздуха мимо колес в сторону шасси.
РЫЧАГИ ПОДВЕСКИ
Согласно требованиям регламента рычаги подвески не должны генерировать прижимную силу, но они имеют аэродинамический профиль, помогающий снизить сопротивление воздуха и направить чистый поток к воздухозаборникам.
ОХЛАЖДЕНИЕ
С переходом на менее мощные моторы V8 значение аэродинамики возрастает еще больше. Зимой многие команды, включая Ferrari, немало сил вложили в ее разработку, одним из результатов которой - как можно заметить на разных машинах - стали понтоны и воздухозаборники уменьшенных размеров. Это стало возможно потому, что V8 не требуют столь эффективной системы охлаждения, которая нужна моторам V10.
ШАССИ
Современные шасси Формулы 1 жестче и легче, чем в прошлые годы. 50 лет назад машины собирали на основе трубчатых рам, на которые надевались корпуса из алюминиевых панелей. Сегодня основой гоночных машин стали монококи, изготовленные из углепластика, - они легче и прочнее прежних вариантов. Карбон позволяет вылепить корпус таким, какой нужен конструкторам, благодаря чему с точки зрения аэродинамики корпуса более эффективны. Мотор и подвеска крепятся непосредственно к шасси. |
| |
|
| Validamar |
| Добавлено: 18.08.2011 21:04:31 | #2 |
|
|
Как работает машина Ф1 - Электроника, гидравлика, тормоза
Современные машины Формулы 1 - уникальное произведение инженерного искусства, а особенно заметное влияние на гонки оказало внедрение электроники и гидравлики, которые управляют большей частью систем машины. Другим важнейшим шагом вперед стало появление карбоновых тормозных дисков...
Машины Формулы 1 принадлежат к числу самых передовых механизмов на планете. Каждая из них оснащена электронной системой, показания которой постоянно отслеживаются в боксах с помощью телеметрии. А многими операциями - от обеспечения работы усилителя руля до открывания лючка топливного бака - управляет сложнейшая гидросистема. Но если обе системы служат для того, чтобы машина двигалась, то мощнейшие тормоза нужны, чтобы ее остановить. Давайте же посмотрим, как все это работает...
ЭЛЕКТРОНИКА
Cовременныe машины Ф1 укомплектованы сложнейшими электронными системами, управляющими большей частью ее функций - включая настройку баланса тормозов, регулировку состава топливной смеси и переключение передач. Чтобы все это четко работало, в любой машине уложены километры кабелей, связывающих около сотни датчиков и приводов, контролирующих и отслеживающих работу различных узлов.
ECU
Электронный блок управления (ECU) следит за тем, чтобы различные системы машины работали максимально эффективно. В Монако ECU делает первую часть нажатия на педали более чувствительной, а вторую - менее, и это облегчает работу в бесконечных поворотах.
ДИФФЕРЕНЦИАЛ
ECU контролирует работу электронного дифференциала, который отслеживает разницу в скорости вращения задних колес на входе в повороты и на выходе из них.
ДВИГАТЕЛЬ
Настройки (маппинг) двигателя могут полностью меняться в зависимости от того, на какой трассе предстоит выступать: техничной или скоростной. К примеру, в Монако система помогает гонщику точнее дозировать подачу топлива, делая педаль газа более чувствительной в первой фазе нажатия и менее - во второй. Благодаря этому гонщик точнее работает газом в бесконечных поворотах. А вот в Монце, наоборот, газ, выходя из шикан, нужно прибавлять резко, и акселератор отрегулирован так, чтобы даже при малом ходе педали газа двигатель набирал полные обороты.
Прямой связи между педалью газа и мотором ныне не существует. Датчик «чувствует» положение педали и передает сигнал системе управления двигателем, а она делает все остальное. Кроме педали газа, ECU контролирует момент открытия впускного клапана, систему впрыска топлива и некоторые другие элементы мотора, обеспечивая максимальный крутящий момент.
ТРАНСМИССИЯ
ECU контролирует работу сцепления и КП. Гонщик включает сцепление только один раз - когда стартует. После этого все делает электроника. При переключении передач вверх она позволяет гонщику не снимать ногу с педали газа, а при понижении передачи уменьшает подачу газа, следя за тем, чтобы скорости вращения валов двигателя и трансмиссии были одинаковыми и не было «прихвата».
РУЛЕВОЕ УПРАВЛЕНИЕ
1) Многофункциональные кнопки - на дисплее видно, какая именно операция производится
2) На дисплее отображается масса информации, включая число оборотов двигателя, время сектора и круга
3) Нажатием на кнопку "N" включается нейтральная передача
4) Нажатием на кнопку "L" включается ограничитель скорости
5) Кнопка "radio" предназначена для включений радиосвязи между гонщиком и боксами
6) Этот переключатель служит для регулировки усилителя руля
7) Синий переключатель - для изменения состава топливнои смеси
8) С помощью этих рычажков переключаются передачи. Еще один рычажок включает сцепление на старте
9) Кнопка внизу позволяет гонщику регулировать баланс тормозов
10)Три кнопки справа служат для настройки мотора
ТЕЛЕМЕТРИЯ
Когда машина находится на трассе, из боксов можно следить за изменением любых ее параметров: за скоростью, температурой двигателя и тормозов, работой подвески, клиренсом, уровнем нажатия педалей, нагрузками. Намашинах Ф1 стоят системы двух типов: микроволновая и работающая в режиме реального времени.
МИКРОВОЛНОВАЯ
Всякий раз, когда машина проезжает мимо боксов, на компьютеры команды «вплескивается» порция данных. Это до 4 МБ информации, позволяющей инженерам оценить состояние машины. Еще 40 МБ скачиваются непосредственно на лаптоп, когда машина возвращается в боксы.
В РЕАЛЬНОМ ВРЕМЕНИ
Пока машина находится на трассе, эта система небольшими порциями постоянно передает в боксы информацию - например о положении машины на трассе.
ГИДРАВЛИКА
Гидравлика играет очень важную роль в любой машине Ф1. Как и на обычном легковом автомобиле, в Ф1l она обеспечивает работу рулевого управления и сцепления. Машина Ф1l испытывает такие огромные нагрузки, что работать рулем без вспомогательных устройств невероятно трудно. Именно гидравлика и облегчает гонщику управление. Ну а поскольку элементы гидравлики легче электрических, она помогает и на других направлениях - в том числе при переключении передач или открывании лючка топливного бака.
КАК РАБОТАЕТ ГИДРОСИСТЕМА
Майк Копсон, технический менеджер Shell в Ф1, рассказывает об основных принципах работы гидросистемы. «Назначение гидравлической жидкости - обеспечивать надежную "связь" между двумя точками - в этом она похожа на электрокабель. Жидкость в отличие от воздуха нельзя сжать, и потому при нажатии на кнопку или педаль гидросистема обеспечивает мгновенную обратную связь. Это все равно что тяга, соединяющая две точки: между командой и ее исполнением не бывает "провалов", благодаря чему система работает надежнее и быстрее. На машине Ф1 гидравлика работает при повышенных температурах, поэтому она усовершенствована таким образом, чтобы гарантировать стабильную работу в широком диапазоне температур». Ferrari использует гидравлическую жидкость марки Shell Donax S-L0864. Она сжата до 200 бар и отличается высочайшей степенью очистки, благодаря чему обеспечена надежная «связь" с высокоточными исполнительными механизмами.
ТОРМОЗА
Поведение машин Ф1 при торможении впечатляет намного больше, чем при разгоне. Разогнаться с места до 250 км/ч она может примерно за пять секунд, тогда как остановиться со скорости в 300 км/ч - всего за 4 с! При таких торможениях гонщик испытывает горизонтальные перегрузки до 5,2 g. Эти невероятные характеристики обеспечивают тормоза с дисками из карбона, способные работать при высочайших температурах. При торможении перед поворотами диски с 400°С раскаляются до 1000°С. Они выдерживают до 800 циклов нагрева за гонку. Согласно регламенту FIA толщина диска не должна превышать 28 мм, а диаметр - 278 мм. Каждый из них весит менее килограмма.
КАК РАБОТАЮТ ТОРМОЗА
Карбоновые тормозные диски вращаются с той же скороаъю, что и колесо. Когда гонщик нажимает на педаль тормоза, накладки «хватают» диски. Тормозная жидкость подается в тормозные цилиндры, чтобы обеспечить необходимое усилие. Диски часто делают полыми, чтобы воздух мог проходить через выполненные в них отверстия, охлаждая тормоза. Тормозная жидкость находится в двух главных цилиндрах, расположенных в носовой части машины. Системы передних и задних тормозов разделены, так что если одна откажет, скорость машины можно сбросить с помощью второй. |
| |
|
| Validamar |
| Добавлено: 18.08.2011 21:13:12 | #3 |
|
|
Как работает машина Ф1 - Двигатель, Коробка передач.
Двигатель - это то, что в первую очередь определяет характеристики машины Ф1, а коробка передач обеспечивает эффективное использование его мощности. В последнем выпуске серии, позволяющей заглянуть за кулисы автоспорта, Shell рассказывает о сложном и изменчивом мире моторов Ф1.
Ни один механизм не аккумулирует в таком ограниченном пространстве столь высокую мощность, как машина Ф1. Располагая более чем 700 л.с., позволяющими разогнаться до 250 км/ч всего за 5 с, гонщики должны максимально использовать эту мощь - и при этом пройти всю дистанцию, в чем им помогает электрогидравлическая система переключения передач.
ДВИГАТЕЛЬ
Возможно, новые V8 не столь мощны, как их предшественники, но силенок и у них предостаточно. На то чтобы разогнаться до 250 км/ч, а потом остановиться, гоночной машине требуется меньше времени, чем легковушке для того, чтобы достичь разрешенной скорости. В такие моменты гонщика вжимает в сиденье с нагрузкой в 1,4 g - и эти перегрузки обеспечивает именно мотор. Но для побед одной скорости мало. Чтобы финишировать первым, сначала надо финишировать - а для этого нужна надежность. Моторы должны выдерживать более одного гоночного уикенда, и это заставляет инженеров искать компромисс между мощностью и надежностью. Двигатели Формулы 1 раскручиваются до 18000 об/мин - что в три раза больше, чем моторы легковых машин, при этом поршни совершают 300 движений в секунду.
ВО ИМЯ МОЩНОСТИ
Двигатель Ф1 - апофеоз автомобильной инженерии. 2,4-литровый мотор развивает около 750 л. с. - более 300 л.с. на литр. Даже лучшие легковые автомобили развивают не более 100 л. с. на литр - пример того, сколь непростые задачи решают разработчики гоночной техники. Двигатели Формулы 1 раскручиваются до 18 000 об/мин - что в три раза больше, чем моторы легковых машин, при зтом поршни совершают 300 движений в секунду. Двигатель крепится к монококу и работает как часть несущей конструкции машины. Соединенный в один блок с трансмиссией и задней подвеской, двигатель должен обладать большой прочностью, но не слишком увеличивать вес и габариты машины. Также очень важно, чтобы его центр масс находился как можно ближе к земле - благодаря этому центр тяжести машины будет расположен ниже, а задняя часть получится предельно компактной.
ПОРШНИ
Цилиндры, поршни и клапаны мотора Ф1 внешне похожи на своих легковых собратьев, но на деле значительно отличаются от них. Чтобы понять, каким образом достигается потрясающая мощность мотора Ф1, нужно взглянуть на его конструкцию и размеры элементов. Наиболее показательным является поршень. Ход поршня (расстояние, на которое он смещается за один цикл) составляетоколо 45 мм, что равно примерно половине его диаметра. Столь малый ход позволяет двигателю раскручиваться до невероятных скоростей, около 19 000 об/мин, благодаря чему к топливу поступает большее количество воздуха - это и есть причина потрясающей мощности мотора.
Для сравнения: у серийных автомобилей ход поршня примерно равен его диаметру. Малый ход поршня означает, что крутящий момент двигателя Ф1 не столь велик по сравнению с его мощностью, но благодаря небольшому весу машины и семиступенчатой коробке передач гонщик может с максимальной эффективностью использовать мощность и разгонные характеристики мотора.
МАСЛА И СМАЗКИ
Жизнь внутри двигателя Ф1 нелегкая. Нагрузка на поршни достигает почти 9000 g. В условиях экстремальных температур и давления любое трение может иметь разрушительный эффект, поэтому очень важен правильный выбор масел. Для Ferrari эти проблемы решает Shell. Будучи техническим партнером самой успешной команды в истории автоспорта, Shell разрабатывает масла специально для ее моторов. Еще в мае 2005 года Shell приступила к работе над маслами для Ferrari V8, глубоко вникая во все характеристики двигателя.
ТОПЛИВНАЯ НАУКА
Топливо, применяемое в Ф1, мало отличается от бензина, который продается на АЗС. «В баки Ferrari F248 можно залить бензин Shell V-Power - и она поедет, - говорит Майк Копсон, технический менеджер Shell в Ф1. - Точно так же топливом Shell для Ф1 можно заправлять легковые машины». Между тем при разработке топлива Shell для Ferrari учитываются пожелания команды. Его химический состав нередко меняется от гонки к гонке. «Можно менять химсостав, вводя в него, к примеру, дополнительные воспламеняющие составляющие, чтобы сделать его более "отзывчивым" к работе педали газа, - говорит Копсон. - Такое топливо создается для трасс вроде Монако и Венгрии, требующих сравнительно малой мощности. А для трасс типа Монцы топливо дорабатывается, чтобы обеспечить большую мощность». В среднем моторы Ф1 расходуют 70 литров на 100 км, Но команда заливает в баки ровно столько топлива, сколько необходимо, и потому Копсон и его помощники тесно сотрудничают со стратегом Ferrari Россом Броном, помогая выбрать нужное топливо на каждую гонку.
КОРОБКА ПЕРЕДАЧ
Коробка передач предназначена для того, чтобы как можно более плавно и эффективно передавать мощность от двигателя, позади которого она расположена, к задним колесам. Времена тросиков и ручного переключения передач миновали. Современные коробки Ф1 приводятся в действие дистанционно, а переключение производится с помощью рычажков, размещенных под рулевым колесом. Когда гонщик выбирает передачу, сложная электрогидравлическая система выполняет переключение, контролируя уровень газа, пока нажата педаль акселератора. Семиступенчатая коробка работает не как на автомобилях (по классической схеме «Н»), а как на мотоциклах: передачи по порядку переключаются либо вверх, либо вниз. Это облегчает и ускоряет процесс переключения. Когда сцепление включено, все выполняется автоматически. Современные сцепления Ф1l многодисковые, изготовлены из карбона, имеют менее 100 мм в диаметре и весят меньше 1 кг. Коробки передач, как и сцепление, изготавливаются целиком из углепластика.
ПЕРЕКЛЮЧЕНИЕ ПЕРЕДАЧ
Во время гоночного уикенда каждая шестеренка коробки передач заменяется, чтобы исключить малейшую вероятность отказа. Передаточное число (или «размер») подбираются к каждой гонке исходя из того, какое ускорение и максимальная скоростьтребуются гонщику. Команды начинают настройку с верхней передачи (7-й), и в квалификации машина достигает максимальных оборотов в конце главной прямой. Однако в гонке число оборотов будет меньше предельного - чтобы их можно было увеличить, когда гонщик будет атаковать соперника слипстримом. Затем подбирается низшая передача. Она должна обеспечить максимальный разгон из самых медленных поворотов трассы. Остальные отношения выставляются через равные промежутки между верхней и нижней передачами. В боксах на смену семи пар шестерен уходит около 40 минут.
ЖИДКОСТИ
Shell играет важнейшую роль в обеспечении безотказной работы не только мотора, но и коробки передач Ferrari. В гонке выполняются тысячи переключений, температура внутри коробки превышает 1000°, и поэтому очень важна правильная смазка всех деталей. "И для мотора, и для коробки передач приходится искать компромис между эффективностью масла и его защитными свойствами, - говорит технический директор Shell в Ф1 Майк Копсон. - Мы всегда ищем способы уменьшения трения (между движущимися частями), потому что трение - враг мощности. Переключение передач в Ф1 очень жесткое; одно переключение занимает около 20 миллисекунд, благодаря чему гонщик меняет передачи очень быстро. Одна из самых губительных трасс для коробки - Монако. Гонщик переключает передачи каждые две секунды, а за гонку - около 3000 раз. Маслу здесь приходится очень непросто. Не только потому, что оно постоянно разбрызгивается шестернями, но и потому, что очень трудно смазывать две трущиеся друг об друга поверхности. Вот почему к маслам для коробок предъявляются более высокие требования, чем к моторным. Вдобавок машины в Монако едут достаточно медленно, из-за чего механизмы охлаждаются хуже - масло работает в наиболее неблагоприятных условиях. И поэтому при проиводстве масла для этой гонки защита от износа выходит на первый план".
В гонке, где передачи переключаются 3000 раз, выигрыш одной миллисекунды на каждом переключении оборачивается выигрышем, 3 с за ГП. В 2006-м в Имоле Ferrari победила с преимуществом в 2,096 секунды.
ПОХОДНАЯ ЛАБОРАТОРИЯ
На каждой гонке работает передвижная лаборатория Shell, постоянно анализирующая топливо и масла, используемые Feггaгi. «Это неотъемлемая часть боксов Feггari, - говорит Майк Копсон. - По ходу каждой гонки и при подготовке к ней мы все время проверяем топливо и смазки на соответствие требованиям и следим за чистотой топлива. За один уикенд мы берем около 40 проб. Топливо состоит из 200-250 различных химических веществ, и у каждого есть минимальные и максимальные показатели. Мы тестируем их, - нагревая пробы на газовом хроматографе, который выдает линейный график. У FIA есть такой же прибор, и оба графика должны совпасть. В лаборатории работают трое: я, специалист по топливу и специалист по смазкам». |
| |
|
|
