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.....
Гибридные технологии пришли в формулу один в 2009 году с появлением системы KERS (Kinetic energy recovery system) система кинетической рекуперации энергии. Основной принцип работы данной системы заключается в накоплении энергии торможения, с последующим ее использованием, с целью добавить мощности двигателю болида F1. По правилам максимальная добавка мощности не должна была превышать 60 кВт (около 80 лс) в течении 6.75 секунд, причем пилот имел выбор использовать все отведенное время сразу, либо использовать циклично по необходимости. KERS активировалась нажатием кнопки BOOST находящейся на руле болида.Описание KERS систем, устанавливаемых на болиды Formula 1
Полностью электрическая система KERSМотор генератор, установленный на переднем валу двигателя, при торможении болида ф1 переключается в режим генератора и накапливает электроэнергию в литий ионной аккумуляторной батарее. При необходимости прибавки мощности, пилот нажимает кнопку BOOST на руле и электроэнергия подается на мотор генератор, переключаемый в режим электро-двигателя мощностью 80 лс, которая прибавляется соответственно к основному (ДВС) Батареи сильно грелись и требовали дополнительного охлаждения. В связи с этим вместо аккумуляторной батареи, некоторые команды применяли супер-конденсаторы лишенные этого недостатка.
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. |
zero-100.ru
Наступление новой турбо эры в Формуле одинС 2014 года произошло очередное изменение технического регламента, касающегося, кардинального изменения технических характеристик и конструкции двигателя Формулы один. Самым главным изменением стало введение обязательного использования турбонаддува. Максимальный объем двигателя не должен превышать 1.6 литров. Схема двигателя - V-образная шестерка. Так же одним из главных составляющих двигательной установки, стала интегрированная система рекуперации потраченной на торможение и выхлоп энергии. Двигатель F1 нельзя теперь рассматривать как отдельный элемент болида, так как он тесно переплетен с окружающими его гибридными системами и огромным турбонаддувом с интеркуллером. Силовая установка теперь имеет "развитое" устройство, которое должно соответствовать габаритам и конструкции определенного шасси. В связи с этим гораздо выгоднее стало использовать свой собственный силовой агрегат, спроектированный и интегрированный с специально изготовленным под него шасси, чем купить на стороне и перекраивать его под имеющееся шасси, либо шасси проектировать под силовой агрегат. Покупка двигателей у команд конкурентов является обычной практикой среди участников Формулы один. Но с появлением столь крупного и сложного силового агрегата, командам покупающим его на стороне, будет очень сложно, гармонично интегрировать двигатель в болид.Системы рекуперации энергии (ERS) 2014Системы рекуперации энергии (ERS) должны быть неотъемлемой 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 высвободившуюся тепловую энергию выхлопа, которую можно собрать с крыльчатки турбокомпрессора. Стоит заметить, что правилами всячески поощряется сохранение и 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. 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 энергий 2014 года ERS двигателя "renault energy f1" команды Рено
Двигатели болидов формулы один прошлых лет
1.6 литровый двигатель болида формулы одинВся двигательная установка теперь состоит из:1. 6 цилиндрового, V образного, турбированного 1.6 л. двигателя внутреннего сгорания, мощностью около 600 лс, максимальные обороты которого не должны превышать 15000 об/мин Турбонаддув должен быть одноступенчатым и обороты вращения турбины не должны превышать 125000 об/мин. Какое либо регулирование потока газов крыльчатки турбины строго запрещено. Максимальное давление наддува не ограничено и в среднем составляет 3.5 бар. Количество клапанов - 4 клапана на цилиндр. Форсунки непосредственного впрыска в цилиндры двигателя, должны развивать давление, не более 500 бар.
Система рекуперации кинетической энергии MGU-KСистема рекуперации кинетической энергии торможения MGU-K. Представляет собой подобие ранее применяемой системы KERS, электромеханического 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 одинВ 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-HФункция 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.
ES электро батарея - накопитель энергии болида формулы один 2014В качестве накопителя энергии может использоваться любой источник, если его масса лежит в пределах 20-25 кг. Так одни команды используют литий ионные или литий полимерные элементы, другие планируют поставить на свои болиды супер-конденсаторы, у всех батарей есть свои достоинства и недостатки.Источник накопления энергии объединяет обе системы рекуперации MGU-H и MGU-К в единое целое, и по средством распределения потоков энергий, происходит согласованная работа всего комплекса устройств, для достижения максимально возможной эффективности, получения большой мощности при достаточной экономичности, чтоб иметь возможность закончить гонку на 100 кг топлива. Турбонаддув он же мотор-генераторРазвивает давление наддува 3-4 бар и при этом турбина спроектирована так, что создается большой избыток крутящего момента на валу крыльчатки. 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 системойВ 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, минимальный вес болида вместе с гонщиком и полными баком 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! Формула 1Гибридные технологии Mercedes двигателя PU106AГибридные технологии болидов формулы один |
zero-100.ru
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.
Вся двигательная установка теперь состоит из:
