Секреты Формулы 1: некоторые малоизвестные факты о Формуле 1

Болид Формулы 1 отличается от обычного серийного автомобиля не меньше, чем самолет отличается от дельтоплана. Как же так могло произойти, спросите вы? Предлагаем ответы на некоторые вопросы, которые иногда возникают у всех, кто видел Формулу 1 хотя бы раз в жизни. Parabolik.ru перевели некоторые вопросы и ответы, которые подготовил эксперт финского телеканала MTV3 Осси Ойкаринен, в послужном списке которого работа инженером в формульных командах Ferrari, Toyota и BMW.

Можно ли хитрить с охлаждением топлива в баке?
Известно, что плотность топлива изменяется в зависимости от температуры. Согласно правилам, горючее не может быть прохладнее окружающей среды более чем на 10 градусов. Команды всегда стремятся охладить бензин до разрешенного максимума, ведь чем ниже его температура, тем больше энергии можно извлечь из заданного объема топлива.

Сколько топлива потребляет нынешний двигатель V6 Turbo и насколько он экономичнее старого V8?
Современные гибридные установки гораздо экономичнее атмосферных моторов. V8 потреблял 60–70 литров на 100 километров, тогда как V6 – 44 литра. Учитывая, что время прохождения круга почти не изменилось, это существенное улучшение.

Каково давление наддува современной силовой установки? И каково соотношение смеси бензина и воздуха?
А что же с системой подачи горючего? Мы бы с радостью написали точные цифры давление наддува и соотношения смеси, но производители не публикуют такую информацию, так как по этому показателю конкуренты смогли бы узнать многое о самом двигателе. А вот соотношение топливоздушной смеси точно меньше 14:1, и при высоких оборотах смесь будет еще более бедной.

Справка: для двигателей внутреннего сгорания с искровым зажиганием, стехиометрическим (идеальным с точки зрения полноты сгорания) считается соотношение воздух / топливо, равное 14,7:1.

Как долго продержится огнеупорный комбинезон пилота при пожаре?
В Формуле 1 всякое случалось: пилоты попадали в аварии, взрывались бензобаки, или же просто была неисправна заправочная машина, из-за чего разливалось и загоралось толиво. Чтобы обезопасить пилотов и механиков, были созданы специальные костюмы, которые в первую очередь защищают их от воздействия огня. Изготовлены комбинезоны из номекса – материала, который на протяжении 11 секунд выдерживает воздействие температуры 840 градусов, то есть достаточно термостойкий для экипировки человека, поэтому идеально подходит для обеспечения пожарной безопасности гонщиков и людей, находящихся на пит-стопе.

Есть ли в болидах гидроусилитель руля и насколько он продвинутый?
В болидах Формулы 1 используется гораздо более мощный усилитель, нежели на дорожных автомобилях. В свое время он управлялся с помощью электроники, но теперь электроника запрещена, поэтому высокотехнологичные решения, которые применяются на многих современных серийных автомобилях (например те же адаптивные усилители, производительность которых зависит от скорости движения) не применяются, а на болидах устанавливаются самые обычные гидроусилители. Поэтому на высокой скорости руль болида ведет себя точно так же, как на малой.

Какие технические неисправности можно исправить с командного мостика во время гонки?
Никакие. Если телеметрия показывает наличие какого-то сломанного датчика, тогда по тим-радио инженеры могут подсказать, какие настройки необходимо изменить, чтобы обойти неисправный измерительный прибор. Подключиться к болиду во время гонки невозможно. Некоторые настройки механики могут изменить во время пит-стопа: например, отрегулировать углы атаки антикрыльев или заменить носовой обтекатель в случае его поломки.

Почему у болидов плоское днище?
Такая конструкция дна была введена для уменьшения «граунд-эффекта», который впервые начали применять на болидах Lotus в 1978 году. Тогда сочетание профилированного днища и специальных «юбок» по бокам машины создавало прижимную силу, которая буквально присасывала болид к поверхности трассы и увеличивала скорость. Но на неровных трассах «юбки» не обеспечивали плотное прилегание машины к дорожному полотну и она становилась неуправляемой, что привело к множеству серьезных аварий.

Днище SF-70H, Гран-при Японии 2017г.

Расстояние от нижней точки днища до поверхности земли — клиренс — контролируется с помощью титановой планки, которая прикреплена к днищу. Эта высота строго контролируется и должна быть не меньше 100 мм. Еще эта планка высекает эффектные искры, когда болид задевает асфальт на неровностях.

Насколько чувствительны педали на болиде Формулы 1 и какой у них ход?
Педаль газа не очень чувствительная и чтобы ее нажать, требуются определеные усилия. Команды могут настроить ответ двигателя болида на нажатие педали газа в зависимости от особенностей гоночного стиля конкретного гонщика. Ход может быть в пределах от 1 мм до 5 см, а у педали тормоза ход и того меньше — он не превышает 10 мм. Стоит отметить, что педаль газа на болидах Формулы 1 электронная, как и на современных дорожных автомобилях — она не связана напрямую с дроссельной заслонкой, а всего лишь дает команду управляющему компьютеру. Привод тормоза остается механическим лишь частично: педаль связана только с тормозными механизмами передних колес, а задние тормоза управляются электроникой в рамках системы brake-by-wire.

Есть ли задержка при срабатывании тормозов?
Тормозная система в современной Формуле 1 очень чувствительная. Все трубопроводы изготовлены из металла, в отличие от дорожных машин, где часть трубок из резины. Если поднять ногу с педали тормоза, то тормозные суппорты реагируют мгновенно, задержка близка к нулю. Конечно, существует небольшая задержка из-за физических явлений, какое-то время тратится на перемещение жидкости и увеличение давления, но в конечном итоге тормозная система проектируется максимально жесткой, и потому реагирует мгновенно.

Может ли команда спроектировать разные болиды для своих гонщиков, в зависимости от их стиля пилотирования?
Теоретически могут, но они не делают этого — обе машины строятся идентично, с одинаковой аэродинамикой и геометрией. Обычно индивидуально под пилота могут быть изменены только некоторые настройки: жесткость пружин и амортизаторов в подвеске, расположение крыльев — вот практически все, что команда может настроить под конкретного гонщика.
Возможно, в текущем сезоне болиды Ferrari имеют немного больше отличий между собой, чем раньше. Маурицио Арривабене, руководитель Ferrari, сообщил прессе, что лично просил инженеров команды приспособить один из болидов под стиль пилотирования Райкконена. «Кими нравится чувствовать переднюю часть машины. Поэтому я в декабре попросил работать днем и ночью, но за три месяца сместить центр тяжести машины вперед. Я рад, что им удалось это сделать», — признался Арривабене журналистам после Гран-при Бахрейна, где Кими завоевал серебро.
По слухам, нечто подобное могут сделать перед 2018 годом и в Mercedes для Валттери Ботатса.

Есть ли в двигателях Формулы 1 керамические детали?
На некоторых элементах двигателей используется керамическое напыление, детали полностью изготовленные из этого материала запрещены из-за высокой стоимости. В Формуле 1 были попытки использовать керамические подшипники, но также были запрещены.

Используют ли роботов для производства болидов?
Многие работы, например, сварка выхлопа и системы охлаждения делается исключительно вручную. Но для производства болидов используется станки с ЧПУ (числовым программным управлением) — это современный многофункциональный комплекс, управляющий станочным парком. Если их назвать роботами, то тогда ответ положительный.

Сколько людей занимается проектированием болида?
На самом деле это зависит от самой команды, но в любом случае проектировщиков достаточно много, и в основном их количество исчисляется десятками, а в больших командах их может быть более ста. Есть главный конструктор, который отвечает за процесс разработки, при этом не занимается непосредственно проектированием, но может быть задействован также в качестве архитектора. Каждый из его подчиненных занят подготовкой какой-то отдельной части болида.

Насколько лобовое сопротивление формульного автомобиля отличается от дорожного?
Коэффициент аэродинамического сопротивления машины Формулы 1 достаточно высок из-за антикрыльев. Известен факт: если убрать ногу с педали газа формульного болида на высокой скорости, то замедление от сопротивления воздуха будет таким, какого можно достичь на дорожном автомобиле, нажав педаль тормоза «в пол».

Почему формульная конструкция подвески не используется на серийных авто?
Потому что такая подвеска и ее обслуживание — дорогое удовольствие. Конструкция подвески в Формуле 1 использует тяги или толкатели, так как пружину и амортизатор необходимо спрятать от воздушного потока. В обычных автомобилях таких ухищрений не требуется, поскольку детали подвески скрыты кузовными панелями.

Приводит ли увеличение прижимной силы к повышенному износу шин?
Необязательно. Если машина страдает от недостаточной поворачиваемости, при увеличении прижимной силы за счет переднего антикрыла износ покрышек может даже уменьшиться. Аналогичным образом, если прижимную силу увеличить с помощью заднего крыла, то износ шин также может снизиться за счет меньшего количества заносов и пробуксовки задних колес.

Почему пилоты переключают передачу, не раскручивая двигатель до максимально разрешенных оборотов?
Благодаря телевизионным трансляциям зрители могут видеть некоторые данные телеметрии, и у многих из них возникает вопрос, связанный с тем, что на экране они видят переключение передачи на 12000–14000 оборотах в минуту: это экономия топлива или же неточности синхронизации телевизионной трансляции с данными телеметрии?
С телевизионной картинкой все в порядке, а гонщики действительно переключают передачи раньше, поскольку на оборотах выше 12 500 лишнее топливо расходуется практически впустую. Теперь в Формуле 1 действует ограничение максимальной скорости подачи топлива 100 кг/час, и в таких условиях раскручивать двигатель до максимальных оборотов не имеет никакого смысла.

Влияет ли топливный бак на баланс автомобиля? Можно ли с помощью двух баков регулировать развесовку?
Топливный бак в автомобиле Формулы 1 может быть только один и располагается он за спиной у пилота. Его нельзя использовать для изменения баланса просто потому, что расположен он очень близко к центру масс машины. В хорошо спроектированном болиде инженеры добиваются того, чтобы правильно размещенный топливный бак не оказывал негативного влияния на баланс.

Зачем в сухих условиях на болиде мигает красный сигнал?
Это сделано в целях безопасности. Согласно правилам сигнал должен мигать, если пилот экономит топливо или включается режим накопления энергии. Таким образом, остальные гонщики предупреждаются о том, что пилот в конце прямой замедляется, но не тормозит.
Сигнал также может быть зеленым, но только в том случае, если за рулем сидит пилот без суперлицензии, а такое бывает не часто: в основном, во время тестов.

Как можно проследить за соблюдением запрета на тесты по ходу сезона?
Возможность тайно поработать с болидом Формулы 1 практически отсутствует, потому что для его обслуживания необходима целая армия инженеров. Кроме того, для тестов необходимы шины Pirelli, которые придется «контрабандой» доставить к месту секретных тестов. А это нереально.

Какие типы балласта используют в болидах Формулы 1?
Согласно техническому регламенту, в 2015 году минимальный вес незаправленного болида с гонщиком должен составлять 702 кг. В зависимости от веса пилота и деталей, на болиде устанавливаются дополнительные утяжелители весом 5–15 кг. Эти элементы изготавливаются из очень плотного металла, например, тантала, плотность которого составляет 16,65 г/куб.см.
Расположение утяжелителей очень индивидуально и определяется особенностями строения болида и весом пилота. Обычно они размещаются под шасси, перед водительским сиденьем максимально близко к асфальту, чтобы обеспечить оптимальный центр тяжести. Иногда небольшая часть балласта располагается в переднем крыле. При использовании дополнительных утяжелителей существует важный запрет: во время движения они не могут перемещаться ни при каких условиях.

Сколько бы проиграл чемпионский болид 1982 года современному эквиваленту, если бы они ехали на одной трассе?
Такое сравнение усложнено, прежде всего, тем фактом, что с 1982 года все трассы Формулы 1 очень сильно изменились. Меньше всех трансформировалась Монца — длина ее трека стала на 7 метров короче, поэтому именно этот автодром и возьмем для сравнения.
Во время квалификации Гран-при Италии будущий чемпион 1982 года Кеке Росберг показал результат 1.31,834. Сравнение мы проведем по результату сына чемпиона мира на Гран-при Италии 2014 года — Нико Росберга. Свой лучший круг на Монце в прошлом году пилот Mercedes проехал с результатом 1.25,493, завоевав второе место на стартовой решетке. Поэтому, получается,что современный болид на 6 секунд быстрее гоночного автомобиля 1982 года.

Еще один способ установить разницу по скорости между болидами 1982 года и современности, это сравнить время пилотов, стартовавших первыми. Поул с результатом 1.28,473 на Гран-при Италии 1982 года выиграл Марио Андретти. Напомним, что поул Хэмилтона в прошлом году (в этом году квалификация была дождевой) составил 1.21.135. В этом случае, разница будет составлять чуть более 7 секунд.
Однако, и это сравнение очень условное. Монца — трасса, где используется максимальная мощность двигателя, а на других автодромах результат может быть значительно выше, из-за больших изменений в аэродинамике болида.

Какой тип дифференциала используется в Формуле 1?
В Формуле 1 используются блокирующиеся дифференциалы. В отличие от простого неблокирующегося дифференциала, эта конструкция существенно повышает сцепление при разгоне, но это преимущество проявляется только когда под правым и левым ведущим колесом оказывается разное покрытие.
В «формульных» дифференциалах используется гидравлический механизм блокировки, управляемый электроникой. Уровень блокировки определяется «картой» в зависимости от множества переменных: скорости вращения, силы нажатия на акселератор и т.д.
В правилах особо сказано, что дифференциал не может быть активным — то есть текущая настройка может устанавливаться только вручную.

Можно ли менять очередность использования двигателей в текущем сезоне? Или четыре мотора необходимо использовать последовательно?

Правила не устанавливают ограничений на этот счет. Можно использовать один двигатель в течение нескольких гонок, затем заменить его на другой, а потом снова вернуться к первому. Однако, по ходу сезона можно дорабатывать только новые двигатели, поэтому команды практически всегда используют двигатели последовательно. Исклчением можно назвать разве что ситуацию с Mercedes в этом году, когда они омологировали 4ю силовую установку до того, как 3я отходила свой ресурс.

Какая коробка передач установлена на болидах Формулы 1?
На болидах Формулы 1 установлены полуавтоматические коробки передач без синхронизатора. Для переключения передач пилот не использует сцепление, а нажимает небольшие рычаги, расположенные с обратной стороны руля. Благодаря гидравлической системе, которая активизируется электросигналом, переключение происходит за 1–2 сотые доли секунды.
Раньше команды настраивали передаточные числа для каждой трассы. В частности, благодаря настройкам последней передачи, болид достигал максимальной скорости только в момент окончания самой длинной прямой. Первая же передача отвечает за нужное ускорение на старте, а вторая — за комфортное прохождение медленных поворотов. Полная настройка коробки передач занимала приблизительно 40 минут.
По новым правилам передаточные числа нельзя менять между гонками, поэтому команды вынуждены в начала сезона выбрать универсальные настройки для всех трасс. Поэтому, например, 8 передача настраивается для трасс с длинными прямыми, и на более коротких и медленных автодромах она может не использоваться вообще.
На болидах Формулы 1 существует и задняя передача. Регламент требует ее присутствия, поэтому конструкторы делают ее максимально облегченной, и потому ненадежной. Часто команды устанавливают модуль задней передачи рядом с основной коробкой, что бы понизить вес второй.
Ее включение занимает много времени, передача может не включиться вообще, поэтому пилоты избегают использовать заднюю передачу кроме случаев, когда этл необходимо для продолжения гонки.
Включать заднюю передачу на пит-лейн строго запрещено.

Какая максимальная продолжительность пит-стопа, установленная правилами?
Такого ограничения в правилах Формулы 1 нет. В подтверждение этому, на фоне супер-скоростных остановок в боксах особо выделяется пит-стоп Такума Сато на Гран-при Канады 2005 года: 30 минут 51.763 секунды. На болиде японца возникли проблемы с коробкой передач. Механики BAR приняли решение починить неисправность и, заменив всю заднюю часть автомобиля, выпустили болид в гонку с отставанием в 23 круга от лидера. До финиша Такумо Сато не доехал из-за проблем с тормозными дисками.

По материалам