Давление в шинах формула 1

Редакция:
как есть

Источник:
неизвестен

8.1. Трение между колесом и трассой

Мы определяем движение колеса по поверхности как результат трения (сцепки колеса с дорогой). Эта сила трения являет собой то, что не дает колесу крутится и оставаться на месте, как бы проскальзывая. Чем больше сила трения, тем лучше сцепка с дорогой. Если мы рассмотрим то как высчитывается эта сила трения, то мы увидим, что она не зависит от толщины шины в месте контакта с трассой.

F = u * N

Где: F = сила трения;
u = коэффициент трения;
N = контактное давление;

Мы можем менять коэффициент трения путем замены одного типа шины на другой. Но не стоит забывать о том, что шины, которые являются очень "цепкими", не пригодны для гонок, т.к. изнашиваются слишком быстро.

8.2. Угол бокового увода колеса.

Шина, не подверженная боковой силе, будет катится по прямой линии в плоскости колеса. В момент поворота колеса появляется сила, перпендикулярная шине, которая вызывает отклонение, ограничивая устойчивость колеса. Шины не абсолютно твердые, они немного деформируются под этой нагрузкой и это задает колесам несколько другое направление.

Боковой прогиб (деформация) под силой воздействия (F) означает, что место контакта колеса с трассой (на левом рис. т. A) больше не в одной плоскостью с колесом. А это в свою очередь означает, что с целью повернуть по какому-то определенному радиусу, колеса должны быть повернуты немного больше, чем рассчитывалось. Разница между направлениями шины и колеса известна как угол бокового увода колеса (см. правый рис.). Линия AB — это линия вдоль которой движется шина, F — сила, вызывающая боковой прогиб, а угол a — это тот самый угол бокового увода.

С целью найти подлинный путь, который проделывает машина с повернутыми колесами, мы должны рассматривать оба угла: угол передних колес и угол бокового увода. Во время поворота, изменение бокового угла увода повлечет за собой изменение угла поворота всей машины. Также не стоит забывать, что задние колеса подвергаются тому же эффекту деформации, соответственно имея свой угол, что тоже требутся учитывать.

Мы можем резюмировать, что угол бокового увода зависит от следующего:

1. Боковая сила. Чем меньше сила, тем меньше угол бокового увода и наоборот;
2. Давление в шинах. Чем меньше давление, тем более шины будут гибкими. В F1 шины заполняются азотом с атмосферным давлением в 1.3-1.4;
3. Масса машины. Шины разрабатываются под определенную массу. Любые изменения повлекут увеличение угла бокового увода;
4. Развал колес.

8.3. Тяговый круг

Справа вы видите графическое изображение так называемого тягового круга. Здесь: r — мера сцепления шины с дорогой. Она может рассматриваться как два компонента: Fl и Fp. Если вектор сложения этих сил располагается внутри круга, то поворот будет выполнен нормально, в противном случае мы будем наблюдать скольжение машины по дороге.

В центе рисунка мы видем саму шину. Ось Y (здесь вертикальная линия) на графике описывает силы, воздействующие на шину во время торможения и ускорения. Ось X (здесь горизонтальная линия) описывает силу, действующую на шину при повороте.

Исходя из графика, запишем формулу:

Fl 2 +Fp 2 = r 2

r = Ц (Fl 2 +Fp 2 )

8.4. Недостаточная реакция автомобиля на поворот руля (understeer) и избыточная поворачиваемость (oversteer)

Это как раз те самые две характеристики, на которые чаще всего и жалуются пилоты болидов. В случае, когда болид не справляется с углом поворота и вылетает на внешнюю сторону поворота трассы, мы наблюдаем недостаточную реакцию автомобиля на поворот руля. Если же на поворотах присутствует ощущение "потери" болида, то это избыточная поворачиваемость. Визуально это проявляется как большая устойчивость одного конца болида по отношению к другому, однако с физической точнки зрения это чуть сложнее.

Все дело в углах бокового увода колес и их отношений между передней и задней частью болида.

По существу, если передний угол бокового увода колес больше по значению, чем задний, то получается эффект недостаточной поворачиваемости. И наоборот, если задний угол бокового увода колес больше переднего, то получается эффект избыточной поворачиваемости.

Так, на первый взгляд может показаться, что максимальная характеристика поворачиваемости образуется в случае, если оба угла бокового увода передних и задних колес идентичны, но это не так. Хоть угол бокового увода и является главной величиной, воздействующей на сцепления колеса с дорогой, но существует еще и такое понятие как вес болида, приходящийся на шину. Давление на шину, которое оказывает болид своим весом не постоянно, увеличиваясь и уменьшаясь то в одной части, то в другой (в зависимости от проводимого маневра), так что оптимальные углы бокового увода тоже будут постоянно меняться в пропорциональной зависимости от веса.

8.5. Трение между шиной и трассой

Шины в F1 имеют очень длинную историю с неоднократными изменениями технологий и требований. Шина — самая "капризная" часть болида, за которой нужно постоянно следить. Все шины F1 на данный момент произодятся японской компанией Bridgestone. По правилам FIA, введенным еще в 1998 г. шина должна иметь 4 канавки для контроля скорости на поворотах. Bridgestone пока единственный поставщик шин, но было объявлено, что уже в 2001 г. будут так же использоваться шины компании Michelin

Трудно не заметить, что шины в гонках F1 играют одну из самых значительных ролей. В силу того, что их изготавливают из сверх мягкого каучука, шины быстро изнашиваются и требуют замены в процессе гонки(иногда даже и не один раз), но использование именно мягкого материала необходимо, т.к. в противном случае, шины будут ненадежными и не смогут выдерживать тех колосальных нагрузок, которые присуще гонкам F1. Самой главной характеристикой, однако, является температура. Диапазон температуры, в котором шины наиболее эффективно ведут себя, очень мал, где-то в пределах 90 и 110°С. Именно поэтому необходим прогревочный круг перед началом гонки. Так же температуру шин перед старотом поддерживают специальные прогревочные чехлы, давая возможность шинам не остывать ниже 80°С.
В таблице ниже указаны правила на канавки шин F1:

Читать дальше:  Топливная система хендай солярис

Все обычные (для сухой погоды) шины должны иметь 4 канавки;

Канавки должны иметь 14мм ширини, сужающуюся до 10мм и глубиной в 2.5мм;

Расстояние между самими канавками — 50мм.

Ниже приведена картинка, которая показывает само строение шин F1.

Многочисленные характеристики шин оговорены многочисленными правилами. В таблицах ниже вы найдете всю эту информацию:

Размеры шин:
+ Max. полная ширина переднего колеса: 355мм;
+ Max. полная ширина заднего колеса: 380мм (-1.0мм);
+ Max. полный диаметр колеса: 660мм (-0.4мм);
+ Min. полная ширина переднего колеса: 305мм;
+ Min. полная ширина заднего колеса: 365мм;
+ Диаметр бортового кольца: 330мм (+/- 2.5мм);
+ Max. ширина обода передней покрышки: 270мм;
+ Max. ширина обода задней покрышки: не оговорена.;

Технические характеристики:
+ Примерное давление: 20psi;
+ Blanket temperature: approx. 80 degrees C;
+ Max. срок службы: max. +/- 300 км. в завсимости от строения;
+ Применяемые материалы: сера, резина, карбон, хим. продукты и обшивка (покрытие);
+ Конструкция: Основной каркас, бортовое кольцо и протекторная резина;

Дождевая резина:
+ Пропрция канавок передних колес: более 25%;
+ Пропорция канавок задних колес: более 24%;

Это не полная информация по дождевой резине!

Установки обычной шины (для сухой погоды):
+ Каждая шина должна иметь канавки, по полной окружности, перпендикулярные оси колеса;
+ Кол-во канавок: 4;
+ Расстояние между канавками: 50мм (+/- 1.0мм);
+ Глубина каждой канавки: по крайней мере: 2.5мм;
+ Ширина каждой канавки: min. 14мм;

Кол-во шин за Weekend:
+ Шины для сух. погоды: 32 на один болид;
+ Дождевая резина: 28 на один болид;

Виды резины за GP:
+ Шины для сух. погоды: Max. два различных вида за Grand Prix;
+ Дождевая резина : Max. 3 различных вида за GP;

Размеры обычных (для сух. погоды) шин Bridgestone:

+ Нормальный размер передних шин: 265/55R13;
+ Диаметр передних: 655мм;
+ Ширина передних: 335мм;
+ Нормальный размер задних шин: 325/45R13;
+ Диаметр задних: 655мм;
+ Ширина задних: 375мм;

Размеры дождевой резины Bridgestone:
+ Нормальный размер передних шин: 245/55R13;
+ Диаметр передних: 655мм;
+ Ширина передних: 325мм;
+ Нормальный размер задних шин: 325/45R13;
+ Диаметр задних: 655мм;
+ Ширина задних: 375мм;

Как видно из таблицы, задние шины шире передних, это в первую очередь связано с действующим регламентом, а так же с тем, что это обеспечивает лучшее сцепление с трассой ведущих колес.

Содержание

Основные характеристики болидов [ править | править код ]

Характеристики болида определяются техническим регламентом, за соблюдением которого следят стюарды Международной федерации автоспорта.

Шасси [ править | править код ]

Болид Формулы-1 представляет собой углепластиковый монокок с четырьмя расположенными вне корпуса колёсами, из которых задние два являются ведущими. Ранее, допускалось использование 6 колёс. Пилот располагается в тесном кокпите в передней части болида и управляет им с помощью руля, педалей тормоза и газа.

Ширина автомобиля в целом не может превышать 200 см.

Максимальная высота шасси — 525мм.

Минимальный вес болида с Halo и без топлива — 733кг [1] .

Весовая нагрузка на передние и задние колёса не может быть меньше 333 и 393 килограммов соответственно.

Формула-1 не является самой быстрой автогоночной серией с точки зрения максимальной скорости: она составляет 363 км/ч. Основное же достоинство Формулы-1 — исключительно эффективные ускорение, аэродинамика и тормозная система, в совокупности позволяющие болидам проходить повороты на высокой скорости и именно за счёт этого достигать рекордного времени прохождения кольцевых трасс.

Начиная с 2014 года используется система Brake-by-Wire, автоматически распределяющая тормозное усилие на задних колёсах между тормозными дисками и системами рекуперации.

Мотор [ править | править код ]

В Формуле-1 используются четырёхтактные V-образные шестицилиндровые двигатели с турбонаддувом с углом развала цилиндров 90°. Объём двигателя не должен превышать 1,6 литра.

В период с 2006 по 2014 годы использовались атмосферные двигатели V8, объёмом 2,4 литра.

Однако поскольку переход на 8-цилиндровые двигатели произошёл довольно неожиданно и сопряжён с большими затратами, в 2006-м году малобюджетным командам было позволено использовать 10-цилиндровые моторы объёмом до 3,0 литров с ограничением оборотов и диаметра воздухозаборника.

Системы предварительного охлаждения воздуха запрещены. Также запрещено подавать в двигатель что-либо, кроме воздушно-бензиновой смеси. Впуск и выпуск изменяемой геометрии также запрещены. Каждый цилиндр может иметь только одну форсунку для впрыска топлива и только одну свечу зажигания. Также двигатель ограничен до 18 000 оборотов в минуту.

Блок цилиндров и картер двигателя должны быть выполнены из сплавов алюминия. Коленвал и распредвалы должны быть сделаны из стали или чугуна. Толкатели клапанов должны быть выполнены из сплавов алюминия, а сами клапаны — из сплавов на основе железа, никеля, кобальта или титана. Использование карбона и других композитных материалов при производстве блока цилиндров, головки блока и клапанов запрещено.

Для запуска двигателя на пит-лейн и на стартовой решётке используется внешний стартёр (отдельное переносное устройство, не устанавливаемое на машину).

С сезона 2014 года (с переходом на турбированные силовые установки) максимальное число оборотов снижено с 18000 до 15000 об/мин [2] . Кроме того, установлены ограничения на потребление топлива — не более 100 килограммов за гонку и не более 100 килограммов в час. Для увеличения громкости звука новых моторов в конфигурации выхлопной системы с 2016 года появляются отдельные трубы для потока отработанных газов, направляемых через перепускной клапан турбины; когда клапан закрыт, звук примерно на 14% громче, когда открыт – примерно на 20-25% [3] .

Безопасность [ править | править код ]

В Формуле-1 огромное внимание уделяется безопасности пилотов. Ни один болид не сможет выйти на старт гонки, если он не пройдёт всех необходимых проверок, в частности крэш-тестов. Особенно остро вопрос безопасности встал после трагической гибели Айртона Сенны в 1994 году, приведя к такому прогрессу в данном аспекте, что в современной Формуле-1 гонщик, как правило, не получает серьёзных повреждений даже при лобовом столкновении на довольно высокой скорости.

Для предохранения пилота при ударах сзади и переворотах позади кокпита расположены дуги безопасности. Также регламентировано, что в любой ситуации пилот должен иметь возможность покинуть болид не более чем за 5 секунд, для чего ему нужно лишь расстегнуть ремни безопасности и снять руль.

C 2016 года используются миниатюрные скоростные видеокамеры, фиксирующие движения головы пилота в случае аварии. Записи с камер будут анализироваться FIA, что поможет при разработке новых систем защиты [3] .

В 2018 году была введена система дополнительной защиты головы Halo, которая должна выдерживать кратковременную нагрузку в 125 килоньютонов. Система изготовлена из титанового сплава Ti6Al4V, вес системы — 7 кг. Система подверглась критике со стороны команд и пилотов, так как она портит внешний вид машины и ограничивает обзор.

Электроника [ править | править код ]

Как и любой продукт высоких технологий, автомобиль Формулы-1 наполнен электроникой, помогающей достичь наилучших результатов в гонке. Вся электронная начинка болида инспектируется FIA перед сезоном и не может меняться в течение него.

Хотя некоторые узлы болида имеют электронные составляющие, запрещены системы, явно помогающие управлять болидом (например системы контроля старта или телеметрия с обратной связью). В последнее время наблюдается тенденция к снижению количества электроники в болидах, что повышает роль гонщика в управлении машиной. В сезоне 2008 была запрещена антипробуксовочная система, что вызвало трудности у пилотов в прохождении поворотов и болидом стало управлять труднее.

С болида Формулы-1 непрерывно передаётся телеметрия — информация о состоянии и поведении машины. За телеметрией следит персонал команды. Обратная связь запрещена, то есть управлять болидом из боксов нельзя, однако инженеры команды посредством радиопереговоров могут подсказать пилоту в какое положение следует установить переключатели на руле.

Шины [ править | править код ]

ERS [ править | править код ]

Расшифровывается, как «система рекуперации энергии» (Energy Recovery Systems). Состоит из подсистем рекуперации кинетической и тепловой энергии. Энергия, запасаемая на торможениях, может быть вторично использована мотор-генератором MGU-K. Вторая система аккумулирует энергию выхлопных газов, которые используются в турбине при помощи тепловых генераторов MGU-H. На протяжении 33 секунд на круге система ERS позволит высвободить дополнительную суммарную мощность в 163 л.с.

DRS [ править | править код ]

Регулируемое заднее антикрыло — деталь автомобиля Формулы-1 с 2011 года, позволяющая путём изменения угла атаки плоскости заднего антикрыла уменьшать действующую на болид силу лобового сопротивления и тем самым увеличивать скорость на прямых.

На использование DRS налагается ряд ограничений. Так, активировать DRS в гонке разрешается только на заранее определённой FIA части трассы (DRS Zone) и только в случае, если время между ведущим и догоняющим болидами в момент прохождения контрольной точки (DRS Detect Point), расположенной на некотором расстоянии до зоны DRS, менее 1 секунды.

На различных трассах могут быть одна зона DRS, как например в Монако — это стартовая прямая или две зоны DRS с одной точкой детекции (например Hungaroring, Венгрия) и двумя точками детекции ( например Marina Bay Street Circuit, Сингапур).

Разрешение на использование DRS отдает дирекция гонки и может запретить её использование в случае ухудшения условий заезда (дождь, сильный боковой ветер).

DRS становится активным при следующих условиях :
— с момента старта гонки болиды проехали два полных круга
— при появлении машины безопасности после рестарта гонки болиды должны проехать два полных круга.
Крыло открывается при нажатии соответствующей кнопки на руле и закрывается при нажатии на педаль тормоза, или же автоматически после проезда точки окончания зоны DRS.

Характеристики болида формируются техническим регламентом, за соответствием которому следят стюарды Международной федерации автоспорта.

Автомобиль Формулы-1 представляет собою углепластиковый моноблок с 4-мя размещенными за пределами корпуса колёсами, из которых задние 2 являются приводными, а передние — ведомыми. Пилот размещается в узкой кабине (кокпите) в передней части болида и управляет им с помощью руля и педалей тормоза и газа.

Хоть машины Формулы-1 зачастую превосходят скорость 300 км/ч, согласно абсолютной скорости Формула-1 никак не может считаться самой быстрой автогоночной серией, так как почти все параметры двигателей в ней значительно урезаны (ограничен объём, воспрещён турбонаддув, и т. п.). Тем не менее, по средней скорости на круге из числа шоссейно-кольцевых автогонок (кроме т. н. «овалы») Формуле-1 не имеется равных. Это становится возможным вследствие весьма эффективной тормозной системе и аэродинамике. Тормозные усилители и антиблокировочная тормозная система воспрещены.

Мощь моторов 750—770 л.с. Системы предварительного охлаждения воздуха запрещены. Кроме того воспрещается подавать в мотор что-либо, помимо воздуха и горючего.

Начиная с сезона 2009 года в болидах Формулы-1 вводится система рекуперации кинетической энергии (KERS) — особое приспособление, позволяющее накапливать кинетическую энергию болида в местах торможения, передавая ее при разгоне. При этом конкретный принцип рекуперации никак не предписывается.

Шины обладают в Формуле-1 огромной значимостью.

В отличие от дорожных автомашин, шины для болидов Формулы-1 не рассчитаны на долговечность (1 набор рассчитан не больше, чем на 200 километров), главными особенностями считаются прочность, небольшой вес и сцепление с трассой. Ключевые составляющие шин — резина, нейлон и полиэстер. С целью изменения жёсткости резины регулируются соотношения добавляемых в неё частей: углерода, серы и нефти.

Размер передних и задних шин в процессе эволюции гоночных автомобилей Формулы постоянно изменялся, теперь передние и задние шины различные, величина передних шин ограничена по ширине от 305 до 355 мм, задних от 365 до 380 мм. При этом полный диаметр колеса не может превышать 660 мм для шин для сухой погоды и 670 мм для влажной. Замеры выполняют при давлении в шине равном 1.4 Бар. В соответствии с п. 12.7.1 Технического регламента Формулы-1, шины могут быть наполнены только лишь воздухом либо азотом.

Далее средние технические характеристики болида формулы 1:

Разгон с места до 100 км/ч: 1.7 сек.

Разгон с места до 200 км/ч: 3.8 сек.

Разгон с места до 300 км/ч: 8.6 сек.

Максимальная скорость: около 340 км/ч.

Торможение со 100 км/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: приблизительно 3000 килограмм.

Расход горючего в режиме соревнований: около 75 л/100км.

Стоимость каждого пройденного километра: около 500$.

Основной характерной чертой болида формулы 1 безусловно считается наличие большой прижимной силы. Именно она дает возможность проходить повороты на скоростях, недостижимых любым иным спортивным авто. Тут имеется один примечательный момент: почти все повороты пилотам просто необходимо проходить на весьма большой скорости, чтобы прижимная сила могла удерживать автомобиль на трассе, если же скорость скинуть то можно вылететь с трассы так как прижимная сила станет мала.

«>

Формула-1
Текущий сезон
Формула-1 в сезоне 2019
Статьи по теме
Списки
Пилоты
Рекорды
См. также

admin
/** * The template for displaying comments. * * The area of the page that contains both current comments * and the comment form. * * @package xMag * @since xMag 1.0 */ /* * If the current post is protected by a password and * the visitor has not yet entered the password we will * return early without loading the comments. */ if ( post_password_required() ) { return; } ?>

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *