Формула 1 какая трансмиссия

Формула 1 какая трансмиссия

Финальное разоблачение

Завершающая подборка фактов о Формуле 1

Мы заканчиваем рассказывать вам подробности из мира Формулы 1. Сегодня вы узнаете о самой долгой и короткой гонке, о типе коробки передач и о том, какие дополнительные утяжелители установлены на болидах Формулы 1. И не забудьте ознакомиться с предыдущими статьями нашей подборки.

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: 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.

Также можно сравнить результаты Кеке Росберга и чемпиона мира 2014 года Льюиса Хэмилтона в квалификациях Гран-при Италии. Результат Кеке мы знаем, а британец завоевал поул, проехав круг за 1.24,109. Итого разница составляет практически 8 секунд.

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 составил 1.24,109. В этом случае, разница будет составлять чуть более 4 секунд.

Однако, и это сравнение очень условное. Монца — трасса, где используется максимальная мощность двигателя. 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 человеком за рулем.

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 (с использованием лимитированного количества «токенов»), поэтому команды практически всегда используют двигатели последовательно.

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 гонка в истории Формулы 1 стала самой длинной?

Самой долгой гонкой стал Гран-при Канады в 2011 году. Общее время этапа составило 4 часа и 4 минуты. Гонка проходила во время дождя, поэтому на 25 круге она была остановлена и восстановлена спустя 2 часа. Победителем гонки в Монреале стал Дженсон Баттон. До этого рекорд самого долгого Гран-При удерживала гонка в Нюрбургринге в 1954 году, хронометражем 3 часа 45 минут. Этот этап проходил при сухой погоде, а столь продолжительным он стал по причине длины трассы: в 1954 году круг на Нюрбургринге был равен 22 км и 810 метрам. Пилоты на долгом Гран-при Германии проехали 22 круга, а победителем стал Хуан Мануэль Фанхио.

Самым коротким Гран-при считается этап в Австралии в 1991 году. Из-за проливного тропического дождя гонка была остановлена спустя 24 минуты и 35 секунд после старта. Лидер этапа, Айртон Сенна, проехал только 16 кругов.

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.

Ирина Лазурская
Постоянный автор и редактор ленты новостей Параболика. Мне 30 лет, по образованию и призванию — дизайнер. Влюбилась в Формулу 1 в 2000 году. Зашла в комнату, где папа смотрел автогонки, как раз тот момент, когда на Гран-при Бельгии Мика Хаккинен, обгоняя кругового Рикардо Зонту, обошел и Михаэля Шумахера. Тот обгон изменил мою жизнь, и я увлеклась Формулой 1. Люблю Королеву автоспорта за сочетание мужественности, скорости и высокого уровня безопасности.

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.

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.

Как это работает: Трансмиссия машин Формулы 1

На страницах британского F1 Racing руководитель технического департамента Williams Пэт Симондс рассказал об особенностях коробок передач на машинах 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».

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…

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$

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$

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 $

Выхлопная система…
Каждой команде формулы один необходим некоторый запас различных коллекторов выпускной системы для перенастройки двигателя под различные трассы. Стоимость одного комплекта около 26000 $

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.

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.

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

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$

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 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$-100000$

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.

Материалы взяты с сайта Разгон до 100

Все, что вы хотели знать о коробках передач машин Формулы 1

Среди множества новых правил, вступивших в силу с начала нынешнего сезона, одним из наименее заметных стало увеличение жизненного цикла коробок передач с четырех до пяти гонок. Кроме того, теперь в распоряжении команд есть всего 30 вариантов передаточных чисел, которые надо выбрать еще до старта чемпионата и в дальнейшем использовать по ходу всех 19 этапов – и в медленных шпильках Монако, и на длинных прямых Монцы, когда активировано подвижное крыло.

В Валенсии по ходу круга передачи меняются 64 раза, по этому показателю трасса Гран При Европы уступает только Сингапуру. Именно поэтому команда Mercedes GP предлагает побольше узнать о работе коробок передач в Формуле 1.

Почему на городской трассе в Валенсии коробки испытывают дополнительную нагрузку?
Поскольку на каждом круге в Валенсии передачи приходится переключать 64 раза (больше только в Сингапуре – 71 раз), то за гонку общее количество перемен составляет 3648, тогда как на остальных этапах – в среднем 3100. Таким образом выходит, что передачи меняются каждые 85 метров дистанции. Эту цифру можно сравнить с Монако (61 метр) и Спа (143 метра).

Насколько ресурс коробок вырос в 2011 году в сравнении с 2010-м?
В нынешнем сезоне они используются на протяжении пяти гонок подряд, тогда как в прошлом году – лишь четырёх. В 2010-м пробег каждой коробки составлял 2100-2500 км, сейчас, как ожидается, он возрастёт до 2600-3000 км. За пять Гран При общее количество перемен передач составит около 25000.

В какой гонке коробки передач испытывают наибольшую нагрузку?
В Монако, Сингапуре и Абу-Даби, где на одно переключение приходится 61, 71 и 82 метра дистанции соответственно. Главные факторы, определяющие нагрузку – величина крутящего момента и количество переключений: в Монако и Сингапуре их может быть до 4000. На медленных трассах передаточные отношения подбираются соответствующим образом, потому коробке приходится передавать больший крутящий момент на протяжении более длительного периода. Кроме того, машина дольше движется на низших передачах – это тоже повышает износ подшипников.

При каких температурах работает коробка, и какую величину крутящего момента ей приходится передавать?
Типичный режим – это 130 градусов и 5000 Ньютом-метров крутящего момента на выходном валу. При этом сама коробка весит менее 40 кг и состоит из 500 с лишним деталей. Кроме того, к ней крепятся элементы подвески, а также задняя структура безопасности и многие элементы гидравлической системы.

Как быстро происходят смены передач в современных коробках Ф1 с «бесступенчатым» переключением?
Если говорить о передаче крутящего момента, то он не прерывается даже на долю секунды. Механическим элементам требуется менее 0,05 секунды, чтобы изменить свое положение – чтобы моргнуть глазом, человеку нужно втрое больше времени. На скорости 250 км/ч машина успевает за время переключения преодолеть 3,5 метра, примерно две трети своей длины.

Статья 9.6.2 Технического регламента говорит, что все участники чемпионата имеют право по ходу сезона использовать всего 30 вариантов передаточных чисел, причем определить их нужно еще до старта чемпионата. Как они выбираются?
В правилах говорится, что в распоряжении команды будет 30 вариантов – но она вовсе не обязана использовать каждое из них. Учитывая характеристики трассы, где предстоит выступать, из имеющегося набора нужно выбрать подходящие.

Первоначальный выбор отношений делается, исходя из результатов предсезонных тестов и работы на симуляторе. Оба пилота имеют в своем распоряжении одни и те же 30 вариантов.

Как подбираются передаточные числа для каждого этапа?
Для начала нужно выбрать высшую передачу, для чего используется симуляция с различными углами атаки антикрыльев, а также сравнивается время прохождения круга с использованием и без использования подвижного крыла при использовании разных передаточных чисел. Если ориентироваться лишь на настройки с закрытым крылом, при его открытии мотор может слишком рано «упереться» в ограничитель оборотов. Но и обратный сценарий из-за слишком «длинных» передач может привести к потере времени.

На трассах, где требуется большая прижимная сила, использование крыла дает прибавку в максимальной скорости около 15 км/ч, в то же время почти на 1000 об/мин возрастает частота вращения коленвала.

Оставшиеся отношения подбираются при помощи симулятора. Они должны обеспечить достаточный крутящий момент на выходе из поворотов, но допуская при этом излишнего падения оборотов мотора. Однако, если передача слишком «короткая», пилоту будет сложно не допустить пробуксовки на разгоне, а на входе в повороте машина будет вести себя нервно.

После приезда на трассу передаточные отношения могут быть изменены с учетом конкретного уровня сцепления или направления ветра. В пределах имеющихся трёх десятков их можно свободно менять между первой и второй пятничными тренировками. После завершения второй сессии команда должна в течение двух часов выбрать окончательный набор, который и будет использоваться по ходу двух оставшихся дней уик-энда.

Читайте также: Пилот «Макларена» Дженсон Баттон поделился мнением о том, как новые болиды повлияют на пилотаж гонщиков в сезоне-2014. «Все дело в понимании того, как будет нужно работать с новыми двигателями, в том, как мы сможем усмирять эту мощь, ведь сделать это будет непросто. Нас ждет много работы на симуляторе, ведь никто из нас ни разу не сталкивался с двигателем со столь высокими показателями крутящего момента. Я выступаю в «Формуле-1» уже 14 лет и еще никогда не работал с таким крутящим моментом, так что это будет новым для меня опытом. На самом деле я думаю, что в реальности будет легче разобраться в особенностях поведения нового болида, чем на симуляторе. На симуляторе очень сложно почувствовать изначальную избыточную поворачиваемость – такие вещи можно ощутить, только оказавшись в кокпите реального болида. Так что с этим вопросом будет легче разобраться уже на трассе, хотя привыкнуть в любом случае будет непросто. Нынешние болиды обладают большой прижимной силой, и при этом небольшим крутящим моментом, поэтому, при прохождении скоростного поворота, ты можешь отловить машину, даже если немного ошибся с траекторией. Но если ты будешь действовать точно так же на машине 2014 года например в третьем повороте трассы в Барселоне, то просто потеряешь контроль над задними колесами и тебя развернет – поскольку показатели крутящего момента существенно изменятся. Так что проблема не в балансе машины, мы просто еще не работали с таким крутящим моментом. Мне не кажется, что пилотаж станет более захватывающим. Нам постоянно придется бороться с недостаточно сильным сцеплением машины с трассой, и я не думаю, что это можно считать.

Шкатулка, полная скоростей

Итальянцы, чьи конструкторы внесли большой вклад в развитие гоночных автомобилей, называли в начале века коробку передач Scatola dei velociti. С некоторой натяжкой это словосочетание можно перевести как шкатулка скоростей. В то время, точнее – до 1934 года, гоночные автомобили, которые сегодня мы приравняли бы по значению к машинам Формулы-1, были двухместными. Фактически, уже тогда это было пережитком, ибо с 1925 года правила запрещали механику находиться во время соревнований на борту машины.

Двухместные автомобили имели классическую компоновку: расположенный впереди двигатель в блоке с коробкой передач соединялся с задним ведущим мостом карданным валом. Этот вал проходил как раз между узкими сиденьями, подушки которых находились буквально на полу кузова. О конструкции коробки передач тогда инженеры задумывались мало, у них и без того хватало проблем. Долгое время она оставалась практически неизменной, чаще всего трехвальной с прямой высшей передачей. Основное внимание уделялось подбору передаточных чисел, повышению надежности и точности переключения. Этот ранний, достаточно примитивный период развития гоночных коробок передач закончился, когда на сцену вышли машины с кузовом «монопосто” – одноместные гоночные автомобили. Размещение сиденья гонщика над карданным валом означало увеличение лобовой площади. Довольно быстро появились компоновочные схемы, когда двигатель размещался впереди, но немного под углом к продольной оси автомобиля, так, чтобы карданный вал проходил сбоку от сиденья. Гонщик сидел буквально на полу кузова, а позади него поселилась коробка передач, потому что вошедшая в моду независимая подвеска колес не оставляла другого решения.
Чаще всего такие коробки передач приходилось объединять в одном картере с главной передачей. Наиболее выгодным конструкторы сочли поместить коробку так, чтобы ее валы располагались поперек машины. Тогда коническая прямозубая пара получала место на входе в коробку. На выходе из коробки вращение передавалось на цилиндрическую шестерню, объединенную с дифференциалом, от которого шли полуоси к независимо подвешенным задним ведущим колесам.
Коробки передач с поперечными валами имели несколько большие внутренние потери, чем коробки с продольными валами – большее количество валов и шестерен «взбивали” масло. Этот недостаток сводился к минимуму, если применялась система циркуляционной смазки с самостоятельными насосом и маслобаком. Однако при поперечных валах возникали трудности с быстрой заменой набора шестерен во время квалификационных заездов. Чаще всего заменяли пару шестерен, непосредственно связанных с дифференциалом.
Объединение с главной передачей коробки передач с продольными валами потенциально позволяло избавиться от трудоемкой замены шестерен, но никому из конструкторов второго периода, который господствовал до начала 60-х годов, оптимального решения в рамках данной схемы найти не удалось.
Когда в 1934 году увидели свет гоночные заднемоторные автомобили Auto Union, их силовой агрегат объединял последовательно двигатель, сцепление, главную передачу и коробку передач. Последняя физически представляла собой крайнюю заднюю оконечность машины. Это позволило так скомпоновать двухвальную коробку передач, чтобы можно было, сняв ее заднюю торцевую крышку, быстро демонтировать задние подшипники валов и заменить нанизанный на них комплект шестерен. Коническую пару при этом не трогали, и регулировка затяжки ее подшипников и зазоров шестерен главной передачи сохранялась.
Диапазон необходимых изменений передаточных чисел главной передачи равен 1,3–1,6. Можно скомплектовать несколько наборов сменных шестерен коробки, которые укладывались бы в этот диапазон. Для четырехступенчатой коробки в этом случае требовался комплект из полусотни сменных шестерен. Процесс замены занимал 25–30 минут. К подобной конструкции для любой коробки, сблокированной с главной передачей и имевшей продольные валы, пришли в начале 60-х годов.
Увлечение синхронизаторами, начавшееся в середине 30-х годов, оказалось полезным лишь для дорожных легковых машин. На гоночных синхронизаторы не только утяжеляли коробку, но и заметно замедляли процесс переключения. А вот другое новшество 30-х годов, не получившее широкого распространения на легковых машинах, на гоночных проявило свои немалые достоинства. Речь идет о так называемых преселективных коробках передач Wilson и Cotal. У них водитель заранее (предварительно) «взводит” рычажок переключения на нужную передачу – производит «предварительную селекцию” (преселекцию). Затем, в нужный момент нажатием на педаль сцепления включает ее. Процесс переключения заметно ускорялся, но сами преселективные коробки были более тяжелыми, чем традиционные.
Год от года гоночные двигатели становились все более форсированными, и рабочий диапазон их оборотов не только резко сужался, но и сдвигался все выше и выше. В конце концов диапазон передаточных чисел в коробках передач сузился до значения 2,1–2,2. Более того, для старта передаточное число низшей, первой передачи приходилось делать «оторванным” от других передач. Но и его значение было мало для уверенного троганья с места, чем и предопределилась манера старта – с плавной пробуксовкой ведущих колес. Надо заметить, что разрывы между соседними передачами по передаточным числам сделались столь малы, что стало возможным переключать передачи, чуть сбрасывая газ и не пользуясь сцеплением.
Все эти особенности относятся ко второму этапу развития коробок передач, который можно называть революционным. Следующий, третий этап охватывает период с 1960 по 1970 годы. Для него характерно полное доминирование заднемоторной компоновки по схеме: двигатель – главная передача – коробка с продольными валами. Именно в этот период было найдено оптимальное инженерное решение, позволявшее производить быструю замену шестерен. Произошло это почти случайно.
Небольшая английская фирма Hewland, которая изготовляла различные детали по заказам гоночных команд, имела технологическое оборудование для изготовления шестерен, шлицованных валов, зубчатых муфт переключения и их термообработки. Но литейным оборудованием она не располагала и решила использовать серийные картеры коробки передач, сблокированной с главной передачей. Выбор пал на очень жесткий картер коробки передач Volkswagen второго поколения. Отлитый из магниевого сплава, а поэтому очень легкий, он имел не продольную плоскость разъема, а поперечную. Та его часть, которая вмещала валы и шестерни, имела форму колокола, в поперечной стенке которого были зафиксированы подшипники с валами. На эти валы нанизывался любой набор шестерен. Таким образом, «фольксвагеновский” картер на много лет предопределил концепцию коробок Hewland. Эта фирма вплоть до начала 80-х годов практически оставалась монополистом в области коробок передач заднемоторных гоночных автомобилей, хотя заводы ZF (ФРГ) и Colotti (Италия) тоже работали в этой области.
Однако если в 1961–1965 годах на машинах Формулы-1 применялись двигатели рабочим объемом 1500 куб. см, то с 1966 года он вырос вдвое (до 3000 куб. см). Как следствие, вырос крутящий момент (с 200 до 350 Нм), которым нагружались подшипники, валы и шестерни в коробках передач этих машин. Межцентровое расстояние валов увеличилось с 65 до 89 мм, вес с 31 до 42 кг. Но, пожалуй, поворотным моментом в эволюции коробок передач стало создание в 1967 году… гоночного двигателя Ford Cosworth DFV. Дело в том, что этот мотор был задуман несущим. Его картер передним торцом жестко крепился к несущему корпусу машины. К заднему же торцу жестко пристыковывался картер трансмиссии (сцепления, главной передачи и коробки передач), который нес на себе приливы для присоединения рычагов, пружин и амортизаторов подвески задних колес. Следовательно, картеры двигателя и трансмиссии воспринимали добавочно не только все нагрузки от задней подвески, а также тяговые и тормозные реакции, но и должны были обеспечивать всей несущей системе балочную (в трех направлениях) и крутильную жесткости. Словом, картина нагружения картера трансмиссии и вся его конструкция кардинально менялись.
Хотя Hewland продолжал создавать новые модели семейств FGB и DGB, свои услуги начали предлагать другие фирмы – Weissmann, например. Так пришло время четвертого этапа – силовых картеров. Этот период характеризовался не только новым видом нагрузок. Наступила эра турбодвигателей, когда появились 1000-сильные моторы с крутящим моментом 550–650 Нм. Нагрузка столь возросла, что, например, шестерни первой передачи стали деталями «одноразового пользования” – на старте они нередко работали (пусть кратковременно!) за пределом текучести материала, а увеличение их размеров оказывалось нецелесообразным – увеличение веса всего узла и т.д. И еще одна особенность четвертого этапа эволюции – возросшее влияние аэродинамики на конструкцию гоночного автомобиля.
Прогресс в конструкции антикрыльев и других устройств, увеличивающих прижимную силу, привел к резкому (в 2,5–3 раза) улучшению сцепления с дорогой ведущих колес. Как следствие, при торможении двигателем детали трансмиссии нагружаются увеличившимся в той же пропорции тормозным моментом и должны быть сделаны более прочными и, отчасти, более тяжелыми. Стремление конструкторов придать диффузору в задней части машины более выгодные с точки зрения аэродинамики формы время от времени заставляло их обращаться к коробкам передач с поперечными валами. В качестве примера назовем 5-ступенчатую коробку передач на Ferrari 312Т 1975 года. За ней последовала «поперечная” коробка передач Williams 1988 года, интересная тем, что она размещалась не позади, а перед главной передачей. Она не только упрощала придание выгодной формы аэродинамическим дефлекторам в задней части автомобиля, но и создавала простор для размещения выпускных труб.
Наконец, небезынтересны усилия команды McLaren, которая уже в 1984 году отказалась заказывать валы и шестерни Hewland. Собственные зуборезное и термическое отделения открыли возможность не только оперативно изготовлять детали собственной конструкции, но и исключить поставку аналогичных шестерен и валов другим командам. Именно таким путем много лет идет команда Ferrari, пресекая утечку информации о конструкции трансмиссий своих автомобилей. Примеру лидеров последовали и другие «конюшни”.
McLaren, когда на ее автомобилях появились двигатели Honda-RА168Е с низко расположенным коленчатым валом, сконструировала очень легкую трехвальную (редкость в последние годы) коробку передач. Трехвальная коробка компактней и легче двухвальной. Примененная на McLaren, она зарекомендовала себя исключительно надежной. В том числе благодаря и этому в 1988 году MP4/4 выиграли 15 этапов чемпионата мира из 16.
Как видим, конструкция коробки передач является звеном в неразрывной цепи инженерных решений, из которых складывается гоночный автомобиль. В то же время она подчиняется определенным ограничениям, которые накладывают действующие технические требования к автомобилям Формулы-1. Они ограничивают наибольшее количество передач семью, допускают привод только на задние колеса, требуют обязательного наличия передачи заднего хода, разрешают применение только полуавтоматических трансмиссий.
Впервые коробка передач с полуавтоматическим переключением появилась в 1989 году на Ferrari 640. По существу, это преселективная коробка, где переключением, а также синхронизацией подачи газа и выжима сцепления управляет микропроцессор, а не сложная механическая система. Это такой же скачок, как переход от арифмометра к калькулятору.
Команда на переключение передач подается кнопками на руле или подрулевыми рычажками. Электрический сигнал управляет электрогидравлическими клапанами, которые распределяют жидкость, подаваемую под давлением к исполнительным гидроцилиндрам. Последние передвигают в коробке соответствующие штоки и вилки. Новая система переключения быстро нашла последователей: Williams в 1991 году, McLaren MP4/7A в 1992 году и другие. Время переключения сокращается в 2–2,5 раза (до 0,11 секунды) и, помимо этого, позволяет гонщику переключать передачи, не снимая рук с руля.
Внедрение электрогидравлического переключения передач знаменовало собой наступление пятого – «полуавтоматического” этапа развития коробок передач. Что же дальше?
Литровая мощность двигателей Формулы-1 поднялась до 280 л.с./л (и это для моторов без наддува!), а число оборотов для двигателей с рабочим объемом одного цилиндра в 300 куб. см уже перевалило за 17 000. Нетрудно предположить, что в ближайшие годы рабочий диапазон двигателей по оборотам станет еще уже и еще больше сдвинется вверх. В этой ситуации неизбежен приход бесступенчатых вариаторов. Скорее всего, это будут механизмы с раздвижными шкивами и «ремнями” из стале-керамических звеньев. Возможно, крутящий момент будет поступать к ведущим колесам двумя силовыми потоками; регулирование их распределения будет возложено на микропроцессор. При этом второй силовой поток будет использоваться при разгонах и будет направляться полуавтоматической коробкой передач традиционного ныне типа.

Источник: nevinka-info.ru