Bolidy Formuły 1 to fizyczna reprezentacja najnowszych osiągnięć w dziedzinie motoryzacji. Już samo oglądanie wyścigów dostarcza odpowiedniej dozy emocji, ale prawdziwi fani wiedzą, że najważniejsze rzeczy dzieją się poza torem. Wynajdywanie innowacji, testy, zmagania inżynierów, aby dodać bolidowi zdolność jazdy chociaż o 1 km/h szybciej.
To wszystko sprawia, że wyścigi to tylko mała część całości, którą jest Formuła 1.
A ty? Zastanawiałeś się kiedykolwiek, jak zbudowany jest samochód Formuły 1? Jakie ma osiągi i dzięki czemu uzyskuje tak ogromną prędkość? Jeśli tak, jesteś we właściwym miejscu.
O wszystkim dowiesz się z artykułu.
Contents
Samochód Formuły 1 — podstawowe elementy konstrukcyjne
Konstrukcja Formuły 1 składa się z kilku kluczowych elementów. Przyjrzyjmy się każdemu z nich z osobna.
Monokok i podwozie
Projektanci bolidu dostosowują wszystkie elementy do jego głównej części, czyli podwozia, którego centralnym elementem jest tzw. monokok. Jeśli pojazd Formuły 1 miałby serce, znajdowałoby się właśnie tu.
Monokok waży mniej więcej 35 kg i ma jedno najważniejsze zadanie, którym jest ochrona zdrowia i życia kierowcy. Dlatego projektanci dokładają wszelkich starań, aby wytrzymał nawet krytyczne zderzenia.
W tym miejscu bolidu znajduje się także zbiornik paliwa i bateria.
Jednak monokok jest sercem bolidu z jeszcze jednego powodu. To właśnie do niego konstruktorzy montują główne elementy pojazdu, czyli m.in.:
- jednostkę napędową,
- skrzynię biegów,
- standardowe strefy zgniotu,
- zawieszenie (przednie).
A teraz przejdźmy do pytań podstawowych: z czego składa się monokok? Jak jest zbudowany?
Podstawą jest aluminiowy szkielet, czyli siatka, która kształtem niewiele różni się od plastra miodu. Następnie ów szkielet konstruktorzy powlekają minimum 60 warstwami giętkiego włókna węglowego.
To wciąż dopiero początek pracy, bo później monokok przechodzi laminację (600 razy!), odsysanie powietrza w próżni (30 razy) i finalnie utwardzanie w specjalnym piecu — autoklawie (10 razy).
Ponadto konstruktorzy poświęcają sporo uwagi bocznym strefom zgniotu. W tych miejscach auto Formuły 1 jest szczególnie narażone na zderzenia i różne wypadki, dlatego wymaga dodatkowego zabezpieczenia. Znajduje się ono jeszcze na poziomie monokoku i przybiera formę uzupełniającej 6mm warstwy z włókna węglowego oraz Zylonu.
Drugi materiał znajdziesz także w kamizelkach kuloodpornych. Wykazuje właściwości absorbujące siłę kinetyczną, więc świetnie sprawdza się również w Formule 1. Występuje także w innych miejscach bolidu (np. w zagłówku, który chroni głowę kierowcy).
Kokpit
Tak jak monokok jest centralnym elementem całego bolidu, tak kokpit to centrum monokoku. Oczywiście jest również miejscem, z którego kierowca steruje pojazdem. Dlatego w kokpicie obecne są trzy rzeczy:
- fotel,
- kierownica,
- pedały.
Kolejną istotną cechą tego elementu jest ciasnota. U szczytu kokpit ma szerokość 52 cm — akurat tyle, żeby zmieściły się w nim ramiona kierowcy. Jednak im niżej, tym bardziej wąsko. Na wysokości stóp kokpit ma zaledwie 32 cm szerokości.
Dlaczego taki projekt?
Z dwóch wyjątkowo ważnych powodów. Po pierwsze — ciasny kokpit zapewnia kierowcy dużo większe bezpieczeństwo i ochronę przed przeciążeniami. Po drugie — sprawia, że bolid jest bardziej aerodynamiczny i lepiej rozkłada ciężar.
Na koniec warto dodać, że pojazd F1 prowadzi się w pozycji prawie leżącej. Kierowca siedzi odchylony, a jego stopy znajdują się wyżej, niż biodra.
Kierownica
Jeśli wydaje ci się, że kierownica Formuły 1 niewiele różni się od tej w standardowym samochodzie, jesteś w ogromnym błędzie. Nie chodzi tylko o kształt, ale także przyciski funkcyjne i inne istotne elementy.
Przede wszystkim projektanci tworzą kierownicę indywidualnie pod danego kierowcę. Pobierają odlew jego zaciśniętych dłoni, a następnie na tej podstawie i z uwzględnieniem sugestii rajdowca przygotowują finalny produkt.
Z wyglądu kierownica bolidu przypomina nieco uproszczoną wersję tablicy rozdzielczej w samolocie. To dlatego, że posiada mnóstwo przycisków i pokręteł, którymi kierowca reguluje różne funkcje bolidu. Oprócz tego w jej centralnej części znajduje się wyświetlacz LED, a po bokach uchwyty, których oczywiście nie mogłoby zabraknąć.
Co ciekawe, tył kierownicy również jest funkcjonalny. Najczęściej projektanci umieszczają tam łopatki sprzęgła i zmiany biegów, ale niektórzy kierowcy wykorzystują to miejsce również na dodatkowe przyciski funkcyjne.
Halo
To stosunkowo nowy wynalazek w Formule 1, bo pojawił się dopiero w 2018 roku. Czym jest? System Halo odpowiada za ochronę głowy kierowcy podczas wypadku. Waży ok. 7 kg i zasadniczo składa się z dwóch elementów:
- tytanowej ramy, która okala głowę rajdowca;
- dodatkowej części, która podtrzymuje całą konstrukcję.
Mimo że opis nie robi wrażenia, w rzeczywistości Halo jest wyjątkowo wytrzymały. Zniesie nacisk rzędu 12 ton. Dla zobrazowania — tyle samo waży ok. półtora autobusu (w zależności od rodzaju).
Bolidy Formuły 1 — elementy jezdne
Znasz już podstawowe elementy konstrukcji bolidu. Teraz przyszła pora, abyśmy zgłębili temat elementów jezdnych, czyli:
- zawieszenia,
- opon,
- hamulców.
Przyjrzyjmy się każdemu z nich z osobna.
Zawieszenie
W pojeździe Formuły 1 zawieszenie spełnia nieco inne wymagania, niż w przypadku samochodów, którymi poruszamy się po normalnych drogach. Przede wszystkim nie ma na celu dbania o komfort jazdy. Zamiast tego ma sprawić, żeby:
- bolid był przewidywalny,
- praca opon była odpowiednia,
- aerodynamika była na najwyższym poziomie (o samej aerodynamice powiemy sobie więcej w dalszej części artykułu).
Oprócz tego istotną cechą zawieszenia F1 jest wytrzymałość. To dlatego, że podczas jazdy oddziałują na nie ogromne siły, którym musi sprostać.
Jeśli chodzi o elementy zawieszenia, wyróżniamy trzy główne rodzaje:
- wewnętrzne (m.in. sprężyny, amortyzatory, stabilizatory);
- zewnętrzne (m.in. osie, łożyska, mocowania kół);
- aerodynamiczne (struktury wahaczy i układu kierowniczego) — te nieco różnią się od poprzednich, ponieważ oprócz funkcji mechanicznej generują docisk.
Generalnie do produkcji zawieszenia służą dwa materiały: metal dla wewnętrznych elementów i włókno węglowe dla zewnętrznych. W ten sposób konstruktorzy zwiększają wytrzymałość całości.
Zawieszenie w F1 to dość skomplikowany temat, ponieważ z racji ogromnego ryzyka uszkodzenia musi spełniać rygorystyczne normy FIA. Jednak tutaj nie będziemy się nimi szczegółowo zajmować.
Opony
Przechodzimy do jednego z najprostszych zagadnień w wyścigach F1, czyli do opon. To dość obszerny temat, nawet jeśli trzymamy się wyłącznie najważniejszych kwestii.
Weźmy na przykład sezon z 2020 roku. Organizatorzy dysponowali 5 rodzajami opon na suchy oraz 2 na mokry tor. Jaka jest różnica? Otóż opony na suchy tor nie posiadają bieżnika (ich inna nazwa to slicki). W zależności od mieszanki producent oznacza je symbolami od C1 (najtwardsze) do C5 (najmiększe).
Później oficjalny dostawca opon, firma Pirelli, wybiera z dostępnej puli 5-ciu mieszanek 3 rodzaje, które będą dostępne dla zespołów podczas wyścigu. Oznacza je następującymi kolorami:
- czerwony (miękkie),
- żółty (średnie),
- biały (twarde).
Z fizyki wiemy, że im miększa mieszanka, tym lepsza przyczepność. Ma to znaczenie szczególnie na zakrętach, bo pozwala kierowcy na jazdę z większą prędkością. Natomiast plusem twardszej opony jest wytrzymałość, dzięki czemu bolid nie musi zjeżdżać tak szybko do boxu.
Jeśli zaś chodzi o opony na mokry tor, dwa dostępne rodzaje różnią się przede wszystkim zdolnością odprowadzania wody. Mają kolory:
- zielony (na lekki deszcz) — odprowadzają do 30 l/s przy 300 km/h;
- niebieski (na silny deszcz) — odprowadzają do 65 l/s przy 300 km/h.
Istnieją też pewne wymogi co do stosowania opon. Jeśli np. kierowca wejdzie do trzeciej rundy kwalifikacji (Q3), ma obowiązek startu w oponach, w których wykręcił najlepszy czas w poprzedniej rundzie (Q2). Kolejnym wymogiem jest to, że każdy zespół musi skorzystać przynajmniej z 2 mieszanek opon na wyścig.
Jednak warunki te dotyczą jedynie ogumienia na suchy tor. Podczas deszczu nie obowiązują.
Hamulce
Przy zawrotnych prędkościach niezbędne są również systemy hamowania o odpowiedniej sile. Jak dużej? Na tyle, że wciśnięcie pedału hamulca wywołuje przeciążenia sięgające 5G.
Ponadto bolidy korzystają z karbonowych tarcz hamulcowych, co jest kolejnym odstępstwem od tradycyjnych aut. Tarcze z tego materiału są o wiele mniej wytrzymałe (wystarczą na ok. 800 km), ale również lżejsze (waga to ok. 1,2 kg).
Ich dodatkową, ale niemniej ważną cechą są otwory wentylacyjne w liczbie 1400. Są niezbędne, bo odprowadzają krytyczne temperatury. Podczas hamowania przy kołach sięgają one nawet 1000°C.
Formuła 1 — silnik i jego charakterystyka
Przyszła pora na to, co tygrysy lubią najbardziej, czyli silnik formuły 1. Sprawdźmy, z czego się składa i jak działa.
Otóż od paru ładnych lat bolidy napędzają silniki hybrydowe V6 z turbodoładowaniem o pojemności 1,6 litra. Składają się z kilku kluczowych części:
- silnika spalinowego,
- dwóch silników elektrycznych (MGU-K i MGU-H),
- turbosprężarki,
- baterii.
Ile koni ma Formuła 1?
Pojemność silnika jest niewielka, ale niech cię nie zwiedzie. Jednostka napędowa osiąga moc ok. 1000 KM. Za 700 KM odpowiada silnik spalinowy wespół z turbosprężarką, a dodatkowe 300 KM generują dwa systemy elektryczne.
Całość znajduje się tuż za monokokiem i — oprócz oczywistej roli napędu — służy również za część konstrukcyjną. W tym sensie, że mechanicy montują do silnika tylne zawieszenie, koła i skrzynię biegów.
Ostatnim istotnym elementem, bez którego jednostka napędowa nie mogłaby się obyć, są chłodnice. Bolid posiada ich aż trzy: dwie pokaźne po bokach i jedną mniejszą tuż za kierowcą.
Spalanie
Mimo że pojemność silnika Formuły 1 nie rzuca się w oczy, pobór paliwa to zupełnie inna sprawa. Współcześnie bolidy spalają ok. 40 l/100 km. Dla laika taka liczba wydaje się ogromna, ale jeśli porównamy ją do historycznych wyników, wypada raczej skromnie. Pierwsze bolidy Formuły 1 spalały nawet 190 l/100 km!
Spadek tego niechlubnego wyniku częściowo zawdzięczamy rozwojowi technologii, a częściowo restrykcjom.
Regulamin FIA mówi, że pojazd F1 w jednym wyścigu może zużyć maksymalnie 145 litrów paliwa. Dodatkową ciekawostką jest fakt, że od 2020 roku w każdym bolidzie znalazły się dwa przepływomierze, które kontrolują ilość paliwa.
Częściowo przyczyniło się do tego Ferrari. Formuła 1 tego zespołu podobno eksploatowała szare strefy i w ten sposób obchodziła restrykcje.
Na koniec wspomnimy o baku paliwa, bo różni się on od standardowego. Czym? Przede wszystkim materiałem. Producent wykonuje zbiornik tak, jakby robił to dla przemysłu militarnego. To kolejny element, który wpływa na bezpieczeństwo, bo wycieki są ograniczone do minimum.
Skrzynia biegów
Temat napędu ściśle łączy się ze skrzynią biegów. Jej technologia uległa zmianie w tym samym czasie, w którym F1 zaczęło wykorzystywać silniki hybrydowe.
Czym się charakteryzuje?
Jest 8-biegowa, półautomatyczna i sekwencyjna. Ponadto wyróżnia się najwyższym światowym poziomem zaawansowania. Kierowca zmienia biegi w ciągu milisekund! Dla porównania — ta sama czynność u najszybszych posiadaczy regularnych samochodów zajmuje przynajmniej kilka sekund.
Jeśli interesujesz się tematem, prawdopodobnie obiło ci się o uszy stwierdzenie, że bolidy nie mają biegu wstecznego. Czy to prawda?
Nie.
W każdym napędzie F1 jest bieg wsteczny. Ponadto jego obecność to wymóg wedle regulaminu FIA.
Formuła 1 — przeciążenia i aerodynamika
O przeciążeniach już wspominaliśmy przy okazji hamulców, ale powrócimy do nich w miarę rozwoju tematu aerodynamiki.
Podstawową kwestią, która już na starcie nieco rozjaśni ci sytuację, jest zasada budowy bolidu. Otóż cały projekt działa jak odwrócone skrzydło samolotu. W tym sensie, że zamiast unosić bolid, wszystkie elementy budowy wytwarzają docisk. Poza tym oczywiście minimalizują opór powietrza podczas jazdy.
Docisk to bardzo istotny parametr w wyścigu, ponieważ dba o tzw. aerodynamiczną przyczepność, która ułatwia pokonywanie zakrętów. Im jest większa, tym szybciej kierowca pokona łuk.
A kiedy aerodynamiczna przyczepność rośnie? Gdy zwiększa się prędkość.
W praktyce wygląda to tak, że jadąc bolidem z gazem do dechy łatwiej pokonasz zakręt, niż gdybyś postawił na ostrożność i zwolnił gaz. Wydaje się to nieintuicyjne, ale w większości przypadków właśnie tak to wygląda. Przy maksymalnej prędkości docisk sięga 2,5 tony, co znacznie ogranicza ryzyko poślizgu i innych niespodzianek na zakrętach.
Z drugiej strony aerodynamika bolidu ma pewien minus — jej poszczególne elementy generują opór, a ten spowalnia (szczególnie na prostych odcinkach toru).
Kluczowe elementy konstrukcji aerodynamicznej
Mimo że projektanci dokładają wszelkich starań, by cały samochód F1 sprzyjał głównej myśli aerodynamicznej, niektóre elementy konstrukcji istnieją tylko po to, aby generować docisk. Chodzi tutaj o:
- przednie skrzydło — ono jako pierwsze wchodzi w kontakt ze strugą powietrza, dlatego też jest najważniejsze. Cała koncepcja rozpoczyna się właśnie od niego, ponieważ porządkuje i rozprowadza cały opór na dalsze części bolidu;
- elementy boczne — wykonują najtrudniejszą robotę, bo zbierają i porządkują chaotyczne powietrze z przednich kół. Następnie wysyłają je dalej — do wlotów chłodzących i na tył pojazdu;
- tylne skrzydło — odbiera strugi powietrza z wcześniejszych elementów i wykorzystuje je, aby generować docisk na tylną oś. Ponadto (dzięki systemowi DRS) zmniejsza opór na prostych;
- podłoga i dyfuzor — są skonstruowane w taki sposób, aby wytworzyć docisk za pomocą powietrza, które przelatuje pod bolidem.
Rozwój myśli technicznej i przeciążenia
Coraz bardziej zaawansowana aerodynamika zwiększa nie tylko osiągi bolidów, ale również przeciążenia, których doświadczają kierowcy. Nie trzeba być specem od fizyki, żeby wiedzieć, że z im większą prędkością samochód wejdzie w zakręt, tym większe siły na niego oddziałują.
To samo tyczy się człowieka, który w tym pojeździe siedzi.
Na torach z najbardziej ekstremalnymi zakrętami przeciążenia sięgają 6G. Czy to dużo? Wyobraź sobie, że ktoś napiera na twoją głowę z siłą 50 kg, a mięśnie szyi muszą temu sprostać. Właśnie z taką sytuacją mierzą się rajdowcy.
Jak widzisz, przeciążeń nie można lekceważyć.
Nadchodzi zmiana?
Wiele wskazuje na to, że aerodynamika bolidów ulegnie rewolucji w najbliższych latach. Od 2022 roku na torach F1 pojawi się nowa technologia, która zamiast docisku wykorzystuje efekt przyssania. Jeśli się sprawdzi, zaawansowana konstrukcja aerodynamiczna nie będzie już potrzebna, a wygląd bolidów drastycznie się zmieni.
Jednak czy tak będzie w istocie? Czas pokaże.
Ile waży Formuła 1?
Znasz już wszystkie najważniejsze elementy bolidu i pewnie teraz chcesz wiedzieć, ile ważą złożone w całość. Otóż wedle najnowszego regulaminu minimalna dozwolona masa bolidu wynosi 752 kg (wliczając kierowcę).
Formuła 1 — dane techniczne, czyli podsumowanie
Czy można lepiej podsumować artykuł o bolidach F1, niż za pomocą zestawienia najistotniejszych danych technicznych? Koniec końców to właśnie one jasno określają, co potrafi ten pojazd.
Przypomnijmy sobie wszystko, co warto wiedzieć o bolidzie F1:
- silnik — turbodoładowany hybrydowy V6;
- pojemność — 1,6 l;
- moc silnika — ok. 1000 KM;
- przyspieszenie do 100 km/h — ok. 1,7 s;
- prędkość maksymalna — to zależy.
Dlaczego „to zależy”?
Ponieważ w przypadku ostatniego parametru dysponujemy dwoma wynikami, które osiągnęła Formuła 1. Prędkość maksymalna w pierwszym z nich wyniosła 378 km/h. Rekord ów w 2016 roku ustanowił na prostej Valtteri Bottas.
Jednak była także inna próba, podczas której sterowany przez van der Merwe’a bolid przekroczył barierę 400 km/h. Niestety rekord nie został uznany, bo nie udało się tego dokonać w dwóch przejazdach (z wiatrem i pod wiatr).
Artykuł podsumujemy ceną bolidu, bo to również interesująca ciekawostka. Cudo współczesnej motoryzacji (jeśli chodzi o poszczególne części) kosztuje nieco ponad 13 milionów dolarów. Jednak weź pod uwagę, że to cena bez uwzględnienia wydatków na rozwój technologii, a to właśnie innowacje kosztują najwięcej.
Kwoty wydane na badania sięgają wielu miliardów dolarów.
Przetestuj bolidy Formuły 1 samodzielnie
Chcesz na własnej skórze poczuć, jak to jest zasiąść za sterami bolidu i poczuć jego moc? Teraz możesz to zrobić!
Sprawdź naszą ofertę, która pozwoli ci stać się kierowcą F1:
https://go-racing.pl/jazda/361-zostan-kierowca-formuly-f1-szwecja.html
