» » Технические требования к автомобилям Формула 1

Технические требования к автомобилям Формула 1

Технические требования к автомобилям Формула 1Все технические требования к автомобилям Формула 1 заключаются в основном в двигателе самого спорт-кара.  От его мощности зависит скорость и динамика Формулы, от его надежности - шансы на успех в гонке, его звук заставляет петь сердце и болеть уши, а его облик притягивает взгляд сильнее многих красавиц. Но его и труднее всего рассмотреть под обтекателем F1.

 

Попробуем приподнять этот покров тайны. А она действительно "имеет место", т.к. производители моторов никогда не вскрывают и не разбирают их даже во время тренинга. В депо делается только замена двигателя и регулировки, остальной ремонт проводится уже "дома", у фирмы.

 

Посмотрим сначала снаружи на двигатели Формула 1 и на их технические параметры.

Большинство - десятицилиндровые. Это число стабильно превалирует уже несколько лет, как логический результат долгой борьбы двух концепций: 8-цилиндровых Cosworth и подобных, и 12-цилиндровых Ferrari. Вторые развивали больше оборотов и мощности, но не всегда поддавались настройке, бывали проблемы и с надежностью.

 

Великий Лауда: "Жаль, что 12-цилиндровки так капризны и таинственны - один раз едут прекрасно, на другой - нет, и никто не знает, почему". Первые были попроще и послабей, но обычно предсказуемы и настраиваемы без особых сюрпризов. Компромисс висел в воздухе и материализовался у Honda и Renault в конце 80-х в среднее арифметическое - 10 цилиндров. С тех пор дела их пошли в гору. Материализация дала успешный плод с ожидаемыми свойствами: высокая мощность, хорошая надежность (помним, однако, что все относительно), прогнозируемая настройка и меньшие масса и габариты двигателя! Те соперники, что не смогли во время реализовать новый код - "10", резко отстали. В настоящее время применяется V-образная компоновка, как дающая более узкий мотор и меньшую лобовую площадь машины по сравнению с boxer, несмотря на его низкий центр тяжести и врожденную уравновешенность, то есть отсутствие вибраций.

 

Мощности достигли 750 л.с. у Peugeot и Mercedes. Самый слабый мотор - 630 л.с. у Ford V8, 120 л.с. - таков разрыв мощностей в Плетоне, что и видно в ходе гонок и квалификаций. Однако ситуация не остается стабильной в течении сезона, так как команды постоянно работают над доводкой двигателей и тестами новых вариантов. Обороты при максимальной мощности достигают 17000 в мин! Выше бывают только у кольцевых мотоциклов и  турбин. При этом размеры (длина не превышает 625 мм) и масса этих моторов (от 130 кг у Ferrari и Ford V8 до 105 кг у Yamaha) меньше многих легковых автомобилей.

 

Такие параметры можно обеспечить только применяя специальные конструкции, материалы и технологии. В первую очередь конструкция и расчет гарантируют минимальные размеры и массы всех деталей и механизмов двигателя, несмотря на очень высокие нагрузки на них при предельных оборотах и максимальной мощности. Ведь эти нагрузки, как и ускорения возвратно-поступательно движущихся масс зависят от числа оборотов в квадрате. Уменьшению этих нагрузок способствует "короткоходность" двигателя, то есть, отношение хода поршня к диаметру цилиндра, достигающее 0,576. Уменьшенный ход поршня ослабляет инерционные нагрузки шатунных подшипников. При этом благодаря уменьшению радиуса кривошипа, соответственно уменьшается длина шатуна, его масса, что также уменьшает нагрузку шатунных подшипников и высоту всего двигателя, а так же снижает отношение радиуса кривошипа к длине шатуна. Это уменьшает боковое давление поршня на стенки цилиндра и потери на трение. Кроме того увеличивается жесткость коленчатого вала, что снижает его торсионные вибрации. Увеличение диаметра цилиндра позволяет увеличить диаметры клапанов и их проходные сечения, что приводит к улучшению наполнения цилиндров свежей смесью и очистку от выхлопных газов.

 

Двигатель формула 1 состоит из более 6000 отдельных компонентов. У Mercedes это потребовало 689 чертежей узлов, полностью сконструированных на компьютере в системе CAD. Число клапанов на цилиндр остановилось на четырех. При 10 цилиндрах это составляет 40 клапанов на двигатель. Ими управляют по 2 распредвала в каждой головке цилиндров посредством тонкостенных цилиндрических толкателей и пневматических или гидравлических "пружин". То, что Renault применил еще в турбомоторах, сегодня стало техническим требованием к автомобилям Формула 1.

Привод распредвалов -шестернями. Угол между осями клапанов - около 25". Для изготовления клапанов применяется керамика и металлокерамические композиты на базе окислов алюминия, магния, циркония и кремния, армированные волокнами и нитевидными кристаллами, повышающими их прочность до 100 раз! Они обеспечивают высокую термопрочность и снижают массу клапана на 60%, а также уменьшают потери на трение в направляющих в среднем на 3%. Керамика применяется также в покрытиях днищ поршней, камер сгорания и выхлопных каналов в головках цилиндров для уменьшения нагрева деталей и снижения потерь тепла в системе охлаждения.

 

Технологии таких покрытий часто разрабатывались для космической промышленности, поэтому являются now-how и стоят недешево, однако надежда на победу в гонках стоит этих расходов. Металлокерамические композиты пытаются применять и для шатунов, где традиционные материалы - сталь и титан. Замена стальных шатунов титановыми из сплава TiAI5Sn2,5 снизило массу каждого на 152 г, колебательные массы двигателя - на 13,5%, вращающиеся массы - на 22%. Керамические материалы дают еще больший выигрыш по всем параметрам.

 

Коленвалы куют из самых высококачественных сталей, на какие способна металлургия Европы и Японии. Это очень механически напряженная деталь двигателя. По технологии Mercedes, коленвал проходит 44 стадии обработки от стабилизации до фрезерования и сверления. Процесс занимает 7 недель! Только азотирование длится неделю. Выдерживает такой коленвал 3500 км гоночного пробега до полного списания в металлолом. Те кто заказывают коленвалы у поставщиков, должны ждать около полугода.

Блоки двигателей отливаются под давлением из алюминиевых или магниевых сплавов, процесс обработки которых еще сложнее из-за склонности таких объемных деталей к температурным деформациям в течение длительного времени.

Для отдельных деталей двигателей используют углеродные и кевларовые волокна и пластики. Это - крышки распределения, впускные горловины и их корпуса, и пр.

Поршни для Формулы 1 поставляет фирма Mahle. Они очень короткие, кованые из деформируемых алюминиевых сплавов, обычно с одним тонким компрессионным и одним маслосъемным кольцом, так как при очень высоких рабочих оборотах, времени на утечки газов в зазорах мало, а лишнее кольцо увеличило бы потери на трение.

 

Конструкция поршня должна обеспечивать прочность, жесткость и достаточные сечения для отвода потока теплоты к стенкам цилиндра. Поршни охлаждаются маслом снизу. Собственные поршни делают только у Ford и в английском филиале Mercedes в Brixworth, где и производят формульные двигатели одноименной конюшни формулы 1. Этим занято 296 человек под руководством главного инженера Марио Иллиен. Масса их поршня - почти 280 граммов. Свечи зажигания имеют резьбу М10 с конической посадочной поверхностью, без прокладки. Между четырьмя клапанами в камере сгорания помещается только одна свеча.

Смазка для гоночного двигателя - вопрос жизни и смерти. Системы смазки должны обеспечить не только циркуляцию масла по всем трущимся поверхностям, но и отвод тепла от них. Масло уносит до 85% теплоты от трения в подшипниках, охлаждает снизу гильзы, поршни, шатуны и клапанный механизм. Емкость масляной системы - несколько литров. Применяются системы смазки с "сухим картером", когда кривошипная камера не содержит масляной ванны. Масло откачивается оттуда и из полостей распределительного механизма через радиатор в масляный бак отдельными насосами шестеренчатого или лопастного типа. Нагнетающий насос обычно один, тоже шестеренчатый или эпициклоидный. Производительность насосов - около 50 литров в минуту. Фильтры - полнопоточные.

 

Каковы же плоды этой технической роскоши? На сезон в формуле 1 производится в разных "конюшнях" от десятка-другого до 183 моторов у Ferrari! Каждый мотор перебирается через 450 км. Заменяются поршни с кольцами, клапаны, вкладыши и сальники. В 1996 году у Mercedes на "службе долга" навсегда лишились жизни 16 моторов: перед началом сезона повреждения поршней разрушили 7 двигателей, на тренинге моторы глохли 4 раза. Виновники - шатун, дефектные уплотнения водяной помпы, сбой в пневматической "пружине" клапана и течь воды, из-за которой перегретый двигатель заклинивал. На гонках черный список таков: два неисправных гидравлических клапана Moog, одно повреждение поршня, одна течь в гидравлике и неисправный привод одного насоса. Бывает и хуже. Конструкторы работают дальше. Гонки продолжаются.

10-05-2010, 14:44 | Гончаренко Игорь
 
 
 
Ваше Имя*:
Ваш E-Mail:
  • winkwinkedsmileam
    belayfeelfellowlaughing
    lollovenorecourse
    requestsadtonguewassat
    cryingwhatbullyangry
Защита от спама: