Формула 1 двигатель

     Формула 1

В марте 2007 F1 Racing опубликовала ежегодные оценки расходов на Formula One команд. Общая сумма расходов из всех одиннадцати команд в 2006 году оценивалась в $ 2,9 млрд $.
Финансовые расходы каждой команды F1.
Toyota $ 418 500 000
Ferrari $ 406,5
McLaren $ 402
Honda $ 380,5
BMW Sauber $ 355
Renault $ 324
Red Bull $ 252
Уильямс $ 195,5
Midland F1 / Spyker-MF1 $ 120
Toro Rosso $ 75
Super Aguri $ 57 млн
Переход с V12 3 литра на V6 1.5 турбо произошел в 1981 году
Переход с V6 1.5 литра турбо на V12 3.5 литра произошел в 1989 году
Переход с V12 3.5 литра на V10 3 литра произошел в 1996 году
Переход с V10 3 литра на V8 2.4 литра произошел в 2006 году
Переход с V8 2.4 литра на V6 1.6 литра произошел в 2014 году

Знаете ли вы, что в конце 70-х и начале 80-х с участием в формуле один шинного производителя Michelin, ширина резины задних колес болидов доходила до 68 см.
Передние антикрылья на болиде ф1 обеспечивают в среднем 25% всей прижимной силы.

На длинных прямых, трубы выпускных коллектоов разогреваются до 1000 градусов Цельсия, а иногда и выше.
Расход топлива болида формулы один 2014 составляет 100 килограмм на всю гонку или 305 км трассы. 100 килограмм приравнивается к 125 литрам бензина, соответственно расход на 100 км составляет в среднем 41 литр горючего
Формулы один прошлых лет, имели расход до 90 литров на 100 км.
Топливо заправляемое в болид охлаждают до 10 градусов Цельсия.
Перегрузки пилота формулы один.
При старте с места перегрузки пилота доходят до 4-5 G
При разгоне в ходе гонки, после прохождения поворота доходят до 2,5 G
При жестких торможениях в конце длинных прямых, когда прижимная сила максимальна, перегрузки начинаются с 4-6 G, по мере сброса скорости пилоту приходится попускать педаль тормоза, чтоб не сорвать колеса в юз, так как прижимная сила уменьшается.
Боковые перегрузки на скоростных поворотах, когда прижимная сила болида максимальна, доходят до 5 G

Двигатели V10 F1 применявшиеся в период 1996-2005 г имели холостой ход около 8000 оборотов в минуту.
Любой болид начиная с конца 70-х годов сможет ехать по потолку, если его скорость превышает 200 км/час, так как уже на этих скоростях, прижимная сила становится больше массы самого болида формулы один.
На 300 км/час, прижимная сила может втрое превосходить вес болида ф1
При движении по треку со скоростью 50 км/час болид весит 700 кг разогнавшись же до 320 км/час он может весить 2700 килограмм!

Двигатель болида формулы один не имеет маховика, его роль выполняет коленвал и миниатюрное сцепление, которое весит не больше килограмма.
В зависимости от трассы, КПП Формулы один, переключает передачи от 3000 до 4000 раз за одну гонку.
Сцепление современной формулы один используется только при старте гонки, и трогании с пит-стопов. Передачи переключаются без его помощи.

Коробка передач формулы один выдает до 5000 н/м крутящего момента на привода задних колес.
Переключение передач происходит за время меньшее чем 0.05 секунды, при этом болид формулы один успевает проехать на скорости 250 км/час около 3.5 метров.

В 2014 году, впервые применили непосредственный впрыск топлива в цилиндры двигателя формулы один, с высоким давлением в 500 бар !
В системе охлаждения двигателя формулы один применяется обычная дистиллированная вода.
Двигатель болида формулы один 2013, потребляет до 3.5 литров топлива в минуту, на полной мощности.
Ускорение поршней около 9000G на 19000 об/мин
Топливная эффективность двигателей ф 1 2014 увеличилась на 35-40% по сравнению с прошлым сезоном.

> Сравнение звука двигателей F1 разных эпох

Техника ›
Турбореволюция! Как устроены моторы Формулы-1 2014 года

Леонид Попов, 24 января 2014. Фото и иллюстрации: Renault, Mercedes-Benz

Рекуперация энергии появилась в Формуле-1 ещё в 2009 году. Но новый этап внедрения гибридных технологий столь радикальный, что повлиял даже на официальный язык: в документах вместо слова Engine появилось сочетание Power Unit. На фото показан такой «юнит» от Renault под названием Sport Energy F1-2014.

С сезона 2014 года в Формуле-1 уходит эпоха атмосферных моторов V8 2.4, трудившихся с 2006 года. По новому регламенту на болидах появятся турбомоторы объёмом всего 1,6 л. Звучит знакомо. Но если в обычной жизни это рядные «четвёрки», то в спорте — малолитражные V-образные «шестёрки» с высокопроизводительным одиночным турбонаддувом (давление не регламентировано). Да и частота вращения коленвала внушительна — лимитатор по правилам будет срабатывать на 15 000 об/мин. А ещё на этих движках стоит система двойной рекуперации, способная утилизировать не только кинетическую энергию автомобиля во время торможения, как было в недавнем прошлом, но и энергию выхлопных газов. Да-да, в формульном моторе турбина соединена с генератором — как на заправской электростанции! Потому буковка К (kinetic) из общего наименования системы пропала, теперь это просто ERS (Energy Recovery System).

Предыдущие моторы в Формуле-1 (V8 2.4) развивали приблизительно 760 л.с. (точные числа, понятно, не разглашаются). Новые будут выдавать порядка 600 л.с., утверждает компания Renault, и ещё 160 «лошадок» с копейками будет добавлять на разгонах система ERS. Суммарная отдача установки окажется сопоставима с прошлогодней, а то и выше. На снимке — наддувные V-образные «шестёрки» Renault 1980 и 2014 года. Рабочий объём почти одинаков (34 года назад он составлял 1,5 литра), но насколько различны размеры.

С сезона 2014 года мгновенный расход у двигателя внутреннего сгорания на Формуле-1 не должен выходить за рамки 100 кг/час, и 100 килограммами ограничен общий запас топлива на одну гонку. Ранее пиковый расход не регламентировался (а по факту был на 40% выше). Что до суммарного запаса топлива, то его не ограничивали (нельзя было только дозаправиться), но типично в бак помещалось около 160 кг горючего. Так что теперь инженерам команд будет весьма непросто настраивать системы рекуперации на гонку и выбирать стратегию в данной части.

У Мерседеса мотор PU106A Hybrid по общему виду похож на «собратьев». Характерная черта — единственный турбокомпрессор, расположенный позади блока цилиндров. Эта компоновка продиктована правилами: если раньше на болиде были разрешены два выхлопных патрубка, то теперь только один, причём так, чтобы поток газов не создавал аэродинамического эффекта. С той же целью запрещено располагать какие-то дополнительные элементы кузова за выхлопом, чтобы они не направляли поток газов.

Если раньше от системы KERS разрешено было получать максимальную добавочную мощность 60 кВт (81 л.с.) в течение 6,7 секунды за один круг, то теперь лимит повышен до 120 кВт (162 л.с.), и такую мощность можно будет развивать по 33 секунды на каждом круге. Ещё французские инженеры указывают, что если в прошлом году поломка «керса» стоила гонщику лишних 0,3 с на круг, то теперь выход из строя гибридной составляющей болида Формулы-1 фактически оставляет машину за пределами хоть какой-то борьбы.

Снова немецкий двигатель. Обратите внимание на огромный колпак сверху. Так выглядит одна из важнейших проблем, над которой пришлось поломать головы всем компаниям: под сравнительно небольшой кузов болида Формулы-1 теперь нужно втиснуть солидный интеркулер для охлаждения воздуха на впуске. Вообще инженеры говорят, что в новых болидах суммарная площадь различных радиаторов существенно вырастет и их правильное размещение, а также хорошая эффективность окажутся одним из ключей к успеху.

В сезоне 2014 года 11 команд будут использовать двигатели всего от трёх поставщиков. Red Bull, Lotus, Toro Rosso и Caterham возьмут на вооружение мотор Renault Sport Energy F1-2014. Команды Mercedes, McLaren, Force India и Williams возложили свои надежды на агрегат Mercedes-Benz PU106A Hybrid. Наконец, болиды Ferrari увлекать вперёд призваны двигатели Ferrari 059/3, и они же оживят болиды Marussia и Sauber. Творение итальянцев «живьём» пока не показывали, но о нём кое-что уже известно, как и о моторе Mercedes. Однако наиболее детальные сведения о новом двигателе предоставила французская компания.

Ключевые элементы нового формульного мотора Renault. Особого рассказа требуют системы MGU-K и MGU-H.

В новой установке есть два мотор-генератора, способных как вырабатывать ток, так и действовать в роли электродвигателя. Первый называется MGU-K (Motor-Generator Unit-Kinetic). Он соединён с коленвалом ДВС и собирает энергию на торможении, отдавая её высоковольтному накопителю. При разгоне MGU-K добавляет свою мощность к мощности основного агрегата. Эта добавка как раз лимитирована по регламенту 120 киловаттами. Ещё есть ограничение по количеству энергии, которую можно собрать на одном круге (два мегаджоуля), и энергии, которую можно использовать для разгона на одном круге (четыре мегаджоуля), что, к слову, в десять раз больше, чем разрешено было в 2013 году для старого «керса».

У «юнита» Mercedes-Benz PU106A Hybrid две системы рекуперации также именуются MGU-K и MGU-H, и размещены они в целом похоже на компоновку этих агрегатов у Renault.

Устройство MGU-H (Motor-Generator Unit-Heat) — самое интересное в новой Формуле. Это электрическая машина, сидящая на валу турбокомпрессора. И работать она может в обе стороны: извлекать энергию из выхлопных газов и раскручивать турбокомпрессор для сокращения турболага. Причём, в отличие от MGU-K, величина потоков энергии (выработка в качестве генератора и работа как электромотора) правилами не ограничена. Это даёт инженерам мощный рычаг для управления балансом энергии в машине. Если учесть работу ДВС и MGU-K, в сумме энергия в болиде может перекачиваться по семи направлениям.

Типовой круг в представлении Renault и типовые способы взаимодействия систем. При торможении блок MGU-K перекачивает энергию от колёс в аккумуляторную батарею. Кстати, вес её лимитирован снизу и сверху (от 20 до 25 кг), так что создателям установок потребовалось нечто очень мощное, развивающее порядка 6 кВт на каждый килограмм веса. Судя по всему, здесь будут стоять суперконденсаторы. Следующая фаза — выход из зоны торможения. Тут батарея отдаёт энергию блоку MGU-H, который быстро выводит турбокомпрессор на предельные обороты (100 тысяч об/мин). Далее — ситуация обгона. Здесь и батарея, и MGU-H поставляют ток для MGU-K, который развивает пиковую мощность, ускоряя болид. Наконец, при обычном ускорении запас в батарее не меняется, но происходит передача энергии от MGU-H к MGU-K.

В этой презентации силовая установка Ferrari 059/3 предстаёт только в виде анимации, но можно убедиться, что она в общих чертах повторяет агрегаты Мерседеса и Рено. В том числе и в части двойной рекуперации. Инженеры Ferrari тут выступают вместе со специалистами Shell. Они не раз повторяют: новые двигатели не только должны приблизиться к гражданским по аппетиту, но и по надёжности, и по долговечности. Хоть на шаг. Ведь по новому регламенту одному гонщику за сезон будет разрешено использовать лишь пять моторов вместо восьми ранее.

Вспомним, что обычный «керс» вводился под соусом помощи мира Формулы-1 массовой автомобильной индустрии в деле сохранения окружающей среды. Мол, в Королеве автоспорта будут проверяться идеи и технологии, которые далее могут в том или ином виде найти свой путь к обычным автомобилям. Новый регламент — заметный шаг в этом направлении. Болиды в 2014 году просто вынуждены стать экономичнее, а ключ к экономичности — хитроумная гибридная система. Вполне вероятно, что мы скоро увидим что-то похожее на серийных автомобилях. Собственно, это уже происходит. Вспомним опыты Audi c электрическим приводом компрессора. От него недалеко до утилизации энергии выхлопа (такие турбогенераторы тоже предлагались в разное время, но развития не получили) и объединения подобных устройств в единый комплекс.

Электромеханические и механические системы KERS

Механическая система рекуперации энергии KERS Flybrid состояла из блока накопления энергии KERS, основанного на раскрутке маховика массой 5 кг до высоких оборотов (64500 об/мин) Энергия торможения через многоступенчатый редуктор уходила на раскрутку маховика в вакууме через быстродействующий вариатор Torotrak CVT.
Тороидальный вариатор Torotrak CVT обеспечивает передачу потока мощности от силовой установки на маховик и обратно с минимальными потерями энергии. Всего за 50 миллисекунд он способен изменить передаточное отношение с 6:1 до 1:1
Стальной, либо карбоновый маховик, массой 5 кг, диаметром 240 мм, раскрученный до 64500 об/мин, развивал необходимые 400 кДж, что в перещете на мощность составляло 80 лс с длительностью 6.75 секунд на каждом круге гонки. Вся система имела вес в 24 кг и занимала объем 13 литров.
Электромеханические системы имели маховик насыщенный магнито-заряженными материалами, в результате он становился ротором двигателя и мог вырабатывать, на неподвижном статоре электроэнергию, которую можно было аккумулировать в батареях с последующим ее использованием. Причем использовать можно, как отдельно, так и совместно с раскрученным маховиком.
Существовало несколько разновидностей электромеханических систем KERS, но всех их объединял принцип накопления энергии не в аккумуляторных батареях, а в раскрутке небольшого маховика до огромных оборотов. Причем система основанная на механическом аккумулировании энергии обладала лучшим КПД, по сравнению с электрическими KERS. Маховиковая KERS усваивала до 70% энергии торможения против 35% систем основанных на мотор-генераторе.
К концу 2013 года самые совершенные KERS системы укладывались по массе в диапазон 20-25 кг.

Cистема рекуперации энергии KERS Flybrid

Тороидальный вариатор Torotrak CVT

Сцепление связи маховика с вариатором. Диски сцепления имеют столь малый диаметр, так как им не приходиться передавать огромный крутящий момент, максимум 18 н/м. При 60000 об в минуту не нужен большой крутящий момент, чтоб получить 80 лс мощности. При дальнейшем понижении рабочих оборотов крутящий момент возрастает, а обороты падают, до привычных нам величин.

Системы рекуперации энергии (ERS) 2014

Системы рекуперации энергии (ERS) должны быть неотъемлимой частью всех болидов формулы один 2014 года. существенным отличием от систем KERS прошлых годов, является наличие двух систем сбора дополнительной энергии. Так как гоночные болиды ф1 опять стали турбированными, то теперь стало возможным собирать дополнительную энергию, не только высвободившуюся при торможении, но и тепловую энергию выхлопа, которую можно собрать с крыльчатки турбокомпрессора. Стоит заметить что правилами всячески поощряется накопление тепловой энергии выхлопа, так как развитие данных технологий позволит значительно повысить экономичность, как болидов Ф1 так и гражданских автомобилей, на которых будут установлены подобные системы. Стоит заметить что экономичность в формуле один теперь является ключевым фактором, так как на одну гонку в 2014 году выдается всего 100 кг гоночного топлива, в то время как в прошлом году, разрешенная масса топлива, составляла 150 кг.

Современный комплекс систем рекуперации энегий 2014 года ERS двигателя «renault energy f1» команды Рено

Двигатели болидов формулы один прошлых лет
Вся двигательная установка теперь состоит из:

Система рекуперации кинетической энергии MGU-K

Система рекуперации кинетической энергии торможения MGU-K. Представляет собой подобие ранее применяемой системы KERS, электронного типа. Электродвигатель-генератор является центральным местом в системе. Одной из его функций является накопление энергии в аккумуляторную батарею при торможении болида F1. Другой и основной функцией, является включение в режим электродвигателя. Именно он выдает дополнительные 160 лошадиных сил, разрешенных правилами FIA на 2014 год. Добавку мощности в 160 лс можно использовать в течении 33.3 сек на каждом круге гонки, что составляет 4 мегаджоуля энергии и это в 10 раз выше, ранее применяемых систем KERS. 160 лс максимально возможная разрешенная дополнительная мощность, но возможны варианты использования меньшей мощности, но более длительное время. Например 80 лс в течении 66.6 секунд. Разрешены и другие комбинации начиная с 1 лошадиной силы, главное не переступить барьер в 4 МДж. Система MGU-K связана с трансмиссией, аккумулятором и электронным блоком управления, который регулирует все потоки энергий, в том числе и энергию поступающую от системы MGU-H. По правилам, ограничивающим свободы конструкторов болидов ф1, мотор-генератор MGU-K не может иметь обороты больше чем 50.000 об/мин

Система MGU-H двигателя формулы один

В системе MGU-H, как и в MGU-K применяется мотор-генератор, способный, как выдавать электроэнергию, так и превращать ее в механическую работу. Основная функция системы, преобразовывать остаточную тепловую энергию турбины в электрическую энергию подзаряжающую аккумулятор. Турбонаддув использует далеко не всю тепловую энергию для создания наддува ДВС. Находясь на одном валу с турбиной, вал генератора системы MGU-H может раскручиваться до разрешенных 125.000 об/мин, при этом, количество запасаемой им энергии не регламентировано и некоторые устройства успешно вырабатывают до 90 kBt. Что интересно эта полезная энергия, просто вылетела бы в трубу, не будь столь полезной системы MGU-H
Функция электродвигателя используется для раскручивания турбины до рабочих оборотов, чтоб уменьшить эффект турбо лаг на переходных режимах. MGU-H позволяет значительно увеличить КПД двигателя, что положительно сказывается на топливной экономичности. Без экономной силовой установки далеко не уедешь, так как в 2014 году, на одну гонку выдается всего 100 кг топлива. Помимо вышеперечисленных функций, применение MGU-H может распространяться для питания энергоемких систем двигателя, таких как маслонасос, бензонасос, помпа охлаждения двигателя итд. Команды по своему усмотрению, могут использовать данную возможность, заменив узлы на электрические и запитав их с помощью MGU-H, можно высвободить несколько дополнительных лошадей с ДВС.
Примечание: Стоит заметить что мотор-генераторы, при столь высокой мощности, имеют весьма компактные размеры. Все дело в том, что они работают на очень высоких оборотах вращения.
Чем выше обороты вала двигателя, тем с меньшим крутящим моментом достигается одна и та-же мощность. Страшно представить, какой массой и размерами обладает з-х фазный электродвигатель мощностью 120 кВт (160 лс) имеющий рабочие обороты 3000 об/мин. Масса таких электромоторов лежит в пределах 350-600 кг, сравните с мотор-генераторами F1 весящими 15-20 кг при той же мощности.

Турбонаддув он же мотор-генератор

Развивает давление наддува 3-4 бар и при этом турбина спроектирована так, что создается большой избыток крутящего момента на валу крыльчатке. В обычных турбомоторах избыточная энергия никак не задействуется и просто вылетает в выхлопную трубу. Здесь же на валу установлен мотор — генератор который составляет часть гибридной системы MGU-H. В режиме генератора он вырабатывает электроэнергию, аккумулируемую в батарее, тем самым сильно повышая КПД двигателя, что очень сильно сказывается на экономичности. Так как на F1 установлен очень большой турбокомпрессор, то вероятно он обладал бы очень значительным турбо лагом. Поэтому, в переходных режимах, когда мощность потока выхлопа не может обеспечить раскрутку вала турбонаддува, до обеспечения оборотов оптимального давления наддува, подключается электродвигатель, помогающий раскрутке турбины.
Особенностью и отличием некоторых турбонаддувов F1 2014 является наличие двух впускных патрубков на улитке турбины. Данное решение позволяет эффективно использовать один турбонаддув в V образном двигателе, с двумя выпускными коллекторами. Любые средства регулирования турбины, westgate итд. запрещены регламентом FIA.


Управление гибридной системой

В отличии от KERS, когда всплеск дополнительной мощности, происходил в момент нажатия пилотом кнопки boost на руле болида Ф1, прибавка мощности в новых двигателях, осуществляется автоматически, при нажатии на педаль газа. В этом процессе используется очень сложная электроника и на нее завязано управление и контроль двигателя и всех дополнительных устройств участвующих в гибридной системе ERS Формулы один.
Так как на гонку выдается ограниченное количество топлива и минимальный вес болида вместе с гонщиком и полными баками топлива, также строго регламентирован 690 килограммами, появляется уникальная возможность, облегчить болид F1 за счет неполного заполнения топливного бака горючим, перед стартом. Правда в этом случае, придется сильно улучшить экономичность силовой установки, иначе есть риск, не доехать до финиша.

Прохождение гонки на столь скромном запасе гоночного топлива, да еще с возможностью использования еще меньшего его количества, может быть возможно, только за счет применения высокотехнологичных, точно настроенных гибридных систем. Вы только вдумайтесь, современные F1 используют дополнительные 160 лс в течении 33 секунд на круге! Часть мощности из которых могла быть безвозвратно потеряна при торможении, другая часть просто вылетела в выхлопную трубу!

Так, что будущее за гибридными технологиями

Список профильных ссылок:
Цены устройство тех характеристики болидов ф1 2000 годов
Руль F1 Все кнопки болида
Ferrari F1 керамический тормозной диск CER 2012
Технологии формулы один покрытие для подогрева шин
GP2 и IndyCar и Формула один сравнение гоночных серий
Гибридные технологии F1 Mercedes 2014 воплощенные в PU106A
Технические характеристики всех болидов Ferrari F1 с 1950 года по 2014

С одной турбиной и без MGU-H: представлена новая концепция моторов Ф1

Во вторник, 31 октября, в Париже прошла встреча с участием команд Формулы 1, FIA, автопроизводителей, а также владельцев чемпионата Liberty Media. На этой встрече была презентована концепция нового поколения силовых установок Формулы 1, которые будут использоваться с 2021 года.

Концепция является предложением – особенности нового двигателя будут прорабатываться еще год.

Согласно отчету о встрече, который опубликовала FIA, будущие моторы сохранят объем (1,6 литра), количество цилиндров (6) и турбин (одна) на нынешнем уровне. При этом обороты будут повышены на 3000 в минуту – это объясняется попыткой повысить громкость звука (сейчас обороты не превышают 15000 в минуту).

Ради сохранения средств решено отказаться от дорогого мотор-генератора MGU-H. К стандартным деталям добавится накопитель энергии – он будет единым для всех производителей. Также команды продолжат пользоваться единым блоком электронного управления.

Помимо этого часть параметров силовой установки, которые раньше производители задавали самостоятельно, станут едиными. О каких именно параметрах идет речь, в сообщении FIA не сказано.

Мотор-генератор MGU-K предложено сделать более мощным, при этом гонщики смогут самостоятельно использовать его энергию (по крайней мере, частично), как это было с KERS. Кроме того, пилоты смогут эту энергию экономить – использовать ее на каждом круге не обязательно, – чтобы потом прибегать к ней в зависимости от ситуации.

В заявлении FIA сказано, что до конца 2018 года совместно с командами будут разработаны ограничения на тесты и разработку новых моторов – они будут еще одним средством экономии расходов.

По словам спортивного директора Формулы 1 Росса Брауна, которые приводятся в заявлении FIA, предложение основано на идеях не только действующих, но и потенциальных производителей Формулы 1, а также на пожеланиях болельщиков.

>
IT News

Устройство гоночного болида «Формула 1»

  • E-mail

Дата Категория: Транспорт

Картинка кликабельна

Гоночный автомобиль «Формулы-1» получил свое название по особому рецепту топлива, которое в нем используется. У такого автомобиля двигатель намного мощнее, чем у обычной легковушки. Рост мощности достигается за счет увеличения объема двигателя, то есть полного объема камер сгорания в его цилиндрах.

Двигатель средней мощности для легкового автомобиля имеет объем не более 61 кубического дюйма. «Формула-1» может иметь в три раза больший объем двигателя и развивать мощность в 500 лошадиных сил (л.с), что вчетверо и даже впятеро превосходит мощность обычного легкового автомобиля.

Чтобы полнее использовать огромную мощность двигателя, корпуса гоночных автомобилей имеют специальную аэродинамическую форму, призванную обеспечить минимальное сопротивление воздуха. Шины их колес делаются сверхширокими — для лучшего сцепления с дорогой и, следовательно, более безопасного движения. Особая подвеска обеспечивает устойчивость и противодействует заносу автомобиля даже тогда, когда он совершает крутые виражи на большой скорости.

Гоночный автомобиль «Формула-1»

Автогонщику достаточно одного взгляда на приборный щиток в кабине, чтобы знать, какой в автомобиле запас топлива, температура воды, давление масла и другие параметры.

Сверхмощные дисковые тормоза из углеродного волокна (ниже) должны выдерживать огромную тепловую нагрузку при работе на гоночных скоростях.

Кузов для быстрой езды

Низкие, широкие корпуса гоночных автомобилей отлиты из легкого, но прочного углеродного волокна. Форма их кузова такова, что помогает автомобилю использовать воздушный поток, который образуется при высоких скоростях. Скошенный передний край (ниже, слева) и задние обтекатели — спойлеры заставляют воздух давить на автомобиль вниз и не дают ему оторваться от земли.

Шины гоночного болида

Шины должны соответствовать дорожным условиям. Шины гоночных автомобилей шире обычных и могут быть почти гладкими — для сухих треков. Или иметь специальный протектор на случай дождя.

Двигатель гоночного болида

Чтобы двигатель был одновременно мощным и экономичным, в гоночных машинах на него устанавливают (рисунок ниже) компьютерную систему впрыска топлива и электронные регуляторы частоты вращения двигателя, температуры воды и масла и других важных параметров.

Десять цилиндров придают мощность этому специальному двигателю, предназначенному для гоночных автомобилей.

Гоночный автомобиль «Формулы-1» (на верхнем рисунке) мчится намного живее легкового автомобиля и выделяет куда больше тепла. Чтобы снять избыточное тепло, радиатор автомобиля охлаждается воздушным потоком (рисунок ниже), когда гоночная машина с ревом мчится по треку со скоростью, близкой к 180 миль в час.

Особая подвеска гоночной машины

Подвеска гоночных автомобилей должна обеспечивать надежное сцепление колес с дорожным полотном на поворотах при большой скорости.

«Королева автоспорта» — так называют гоночную серию Формула 1. И не зря, ведь в этом виде гонок соревнуются лучшие в мире пилоты на самых быстрых машинах. Что же делает болиды Формулы 1 такими быстрыми? Естественно, что мелочей в автоспорте не бывает, и на успех гоночных машин влияют все компоненты, но главным элементом является «сердце» болида – его двигатель. За долгую историю Формулы 1 требования к силовым установкам очень сильно изменились. Конструкция современных «формульных» двигателей жестко регламентирована и основные ее параметры должны соответствовать четко указанным значениям. Рабочий объем должен не превышать 1,6 литра, максимальная частота вращения – не более 15000 оборотов в минуту, минимальная масса силовой установки 145 килограммов. Максимальный массовый расход топлива не должен превышать 100 кг/час, запас топлива на гонку 105 кг. Установлены допустимые значения диаметра цилиндра и хода поршня, диаметров коренных и шатунных шеек, массы шатуна, коленчатого вала и поршневого комплекта.

На сегодняшний день в Формуле 1 используют гибридные энергетические установки, которые состоят из турбированного 6-ти цилиндрового V-образного бензинового двигателя с непосредственным впрыском и двух систем рекуперации энергии. Первая система (обозначается MGU-K) накапливает кинетическую энергию при торможении, а вторая (MGU-H) преобразует теплоту отработавших газов в электрическую энергию и использует при ускорении болида.

Гибридной составляющей силовой установки является мотор-генератор постоянного тока с водяным охлаждением. Модуль рекуперации кинетической энергии накапливает энергию от вращения коленчатого вала при торможении и преобразует ее в крутящий момент при разгоне. Во всех двигателях этот модуль устанавливают под выпускным коллектором и соединяют с коленчатым валом через шестеренчатую передачу. Модуль рекуперации теплоты отработавших газов накапливает энергию вращения турбокомпрессора и частично компенсирует провалы мощности на некоторых режимах за счет раскручивания турбонагнетателя.

Несмотря на то, что все гоночные команды строят свои двигатели по одним правилам, результат у них получается разным. Много чего зависит от оптимальной компоновки двигателя внутреннего сгорания, турбонагнетателя и гибридных элементов. Наибольших успехов в построении гоночного двигателя добилась команда Mercedes, став абсолютным лидером в последних нескольких сезонах Формулы 1.

Большого преимущества над своими конкурентами команда Mercedes добилась благодаря использованию в двигателях турбулентной реактивной системы зажигания. Принцип работы этой системы чем то напоминает работу дизелей с форкамерной камерой сгорания. Система работает следующим образом: небольшое количество топлива, которое поступает в цилиндр под действием давления наддува поступает в специальную камеру, которая отделена от цилиндра двигателя кольцом с отверстиями малого диаметра. В этой камере смесь топлива с воздухом воспламеняется свечей зажигания и направляется в цилиндр, где поджигает оставшееся топливо. Основная смесь воспламеняется возле стенок цилиндра в нескольких местах одновременно и фронт пламени направляется к центру, что обеспечивает более полное сгорание. Применение такой системы позволяет поднять степень сжатия до уровня дизелей — от 16,5:1 до 18:1 без риска возникновения детонации. По словам экспертов благодаря системе турбулентного реактивного зажигания удалось повысить мощность двигателя на 30 – 50 лошадиных сил.

На сегодняшний день мощность силовых установок болидов Формулы 1 достигает 900 лошадиных сил, из них около 750 развивает двигатель внутреннего сгорания. Стоит отметить, что раньше использовали атмосферные V8 объемом 2,4 литра развивающие 750 – 775 л.с. при частоте вращения 18000 оборотов в минуту. При этом крутящий момент был гораздо меньше, чем у современных двигателях. Термический КПД новейших двигателей превысил 50 %, что ранее было просто недостижимо.

Несмотря на высокие показатели новых «формульных» двигателей у них появилось много критиков. Одним из моментов, который никому не нравится, является звук новых моторов, напоминающий звук старого пылесоса. Также многие критикуют новые двигатели за их сложность и дороговизну. Сейчас уже не встретишь «гаражную» команду Формулы 1. Бюджет даже самых бедных команд составляет не менее 100 млн. долларов. Абсолютное лидерство команды Mercedes, имеющей лучшие в мире двигатели, раздражает не только их конкурентов, но и болельщиков. По этой причине имеется много сторонников снятия ограничений для двигателей Формулы.

Как бы там не было, но технический прогресс не остановить и Формулу 1, как и весь автомобильный мир в целом ждет еще много инноваций.

Это интересно. Факты и цифры о Формуле 1

Много ли вам известно о болидах, которые участвуют в соревнованиях Формулы 1? Да, это быстрые и мощные средства передвижения. Но что именно находится под капотом такой машинки? И сколько понадобится времени и денег, чтобы создать хотя бы один поистине настоящий болид? Предлагаем вам ознакомиться с конкретными деталями.
Монокок:
По номеру монокока идентифицируют автомобиль Формулы 1, поскольку все остальные узлы и агрегаты на нем съемные и заменяемые. За сезон гонщик меняет в среднем три монокока стоимостью примерно 115 000$ каждый. Итого за сезон только на монококи для одного пилота команды должны закладывать примерно 350 000$.
Средняя температура в кабине 50 °C
Двигатель:
Стоимость мотора — 163 148 $
Пробег не менее 1000 км. до переборки
Срок жизни мотора – 1600-2000 км
Каждую минуту мотор выделяет энергию в количестве 1750 кВт
Двигатель V8 объемом 2.4 литра
Развивает свыше 19 000 об/м. Средняя мощность около 850 л.с.
Стоимость двигателей на сезон — 2 000 000$
Коробка передач:
В машинах Формулы 1 использование автоматических коробок запрещено
Используются полуавтоматические последовательные коробки передач
Имеется 7 передних и 1 задняя передача
Пилот переключает передачу за 1/100 секунды
Стоимость одной семискоростной полуавтоматической коробки передач свыше 130 000$. Рассчитана на пробег 6000 км. На сезон хватает 10 коробок, включая тесты. В комплект входит несколько комплектов шестеренок.
Стоимость коробок на сезон — 1 300 000$
Материалы:
Стоимость материалов – 3 260 211 $
Болид состоит из 80 000 компонентов
Вес машины – 550 кг
Корпус сделан из карбона и сверх легких материалов
Топливный бак:
Изготавливается из прорезиненной ткани, подкрепленной кевларом
12 литровый бак наполняется за 1 секунду
Расход топлива – 75 л/100 км
Имеет объем свыше 200 литров .
20 000$
Колеса:
Стоимость колес – 40 010 $
На сезон требуется 40 комплектов колесных дисков
Передние диски (без шин) весят около 4 кг, задние – 4,5 кг.
Колесная гайка:
Алюминиевая, Стоимость каждой 110$, на сезон требуется примерно 500 штук.
55 000$
Дисковые тормоза:
Каждый узел включает в себя: суппорт, диски и колодки. Стоимость такого узла 6000$. В течение сезона требуется 180 таких узлов.
Температура на поверхности тормозных дисков достигает 1000 °C
При скорости в 100 км/час требуется 1.4 секунды и 17 метров, чтобы полностью остановить машину
1 050 000$
Рычаги передней подвески:
Изготовлены из титана и углепластика. На сезон требуется 20 комплектов по 100 000$.
2 000 000$
Сиденье пилота:
Выполняется по индивидуальным меркам гонщика из углеволокна. В случаи аварии может быть удалено из кокпита вместе с пилотом.
2000$
Рулевое колесо:
За сезон используется до 8 штук, стоимостью 40 000$ каждое. На рулевом колесе расположены клавиши переключения передач, а также прочие необходимые пилоту системы управления и контроля, кнопки бортовой радиосвязи и другие.
Имеет 23 кнопки
Контролирует более 120 разных функций
Весит 1,3 кг
Требуется 100 часов сборки на один руль.
Руль вынимают при посадки и высадки пилота из болида
320 000$
Встроенная видеокамера:
Камера вмонтирована в углепластиковый защитный корпус. Все расходы несет администрация Берни Эклстоуна, которой и принадлежит это оборудование.
140 000$
Выхлопная система:
Каждый болид снабжается двумя стальными системами выхлопа по 13 000$ на ГП. Замена выхлопной системы разной конфигурации является элементом перенастройки болида. На сезон необходимо 54 комплекта.
700 000$
Заднее антикрыло:
Изготавливается из углеволокна. За сезон расходуется около 15-ти таких узлов. Стоимость каждого 20 000$.
300 000$
Носовой обтекатель:
Носовой обтекатель в сборе с передним антикрылом. Стоимость примерно 19 000$ каждый. За сезон обычно расходуется до 10 комплектов.
190 000$
Шины:
Стоимость одной шины около 800$, на каждую гонку необходимо по 10 комплектов на машину, всего за сезон 760 штук.
Срок жизни шин от 90 до 200 км в зависимости от состава
Вместо воздуха, используется азот
Смена шин составляет 3 секунды
608 000 $
Зеркала заднего вида:
Зеркала изготавливаются из специального отражающего материала повышенной прочности Perspex, монтируются в корпус из углеволокна, поэтому их стоимость относительно мала, но на их аэродинамическую доводку тратятся тысячи долларов.
1200$
Радиаторы:
По одному новому комплекту алюминиевых радиаторов устанавливается на каждую гонку. Стоимость каждого 11 000. Всего требуется около 20 комплектов.
220 000$
Рычаги задней подвески:
Изготавливаются из титана и углепластика, каждый комплект стоит 120 000$. За сезон расходуется 20 таких комплектов.
2 400 000$
Электроника и электрооборудование:
Электрический кабель, длиной 1 км соединяет 100 сенсоров и датчиков
Все электронные системы болида.
4 000 000$
Днище:
Изготавливается из углеволокна, однако технический регламент также требует установки под днищем доски скольжения из прессованной древесины. На каждом ГП используется несколько днищ с разным размещением балласта в них.
30 000$
Аэродинамика:
Болид Формулы 1 имеет прижимную силу в 2500 кг
Это в 4 раза больше, чем вес самой машины
Разгон до 100 км/час – Зависит от настройки самого болида, поверхности трассы и погодных условий. Но большинство болидов Формулы 1 способны разогнаться до 100 км/час за 1.9 сек !!! Это самый быстрый показатель для автомобилей на механической тяге. Чтобы достигнуть большего разгона, придется использовать реактивную тягу
Максимальная скорость составляет 340 км/час
Примерная стоимость всех затрат лишь на болиды составляет: 15 миллионов долларов…..