اتومبیل های فرمول 1 - هر آنچه که باید در مورد آنها بدانید

خودروهای فرمول 1 تجسم فیزیکی آخرین پیشرفت های صنعت خودرو هستند. تماشای مسابقات به خودی خود دوز مناسبی از هیجان را فراهم می کند، اما طرفداران واقعی می دانند که مهم ترین چیزها خارج از پیست اتفاق می افتد. نوآوری، آزمایش، تلاش مهندسی برای افزایش سرعت خودرو حتی 1 کیلومتر در ساعت.

همه اینها به این معنی است که مسابقه تنها بخش کوچکی از فرمول 1 است.

و شما؟ آیا تا به حال به این فکر کرده اید که یک ماشین فرمول 1 چگونه ساخته می شود؟ چه ویژگی هایی دارد و چرا به چنین سرعت فوق العاده ای دست می یابد؟ اگر چنین است، پس شما به جای درست آمده اید.

در مورد همه چیز از مقاله یاد خواهید گرفت.

ماشین فرمول 1 - عناصر ساختاری اساسی

فرمول 1 حول چند عنصر کلیدی ساخته شده است. بیایید هر یک از آنها را جداگانه در نظر بگیریم.

مونوکوک و شاسی بلند

طراحان ماشین همه عناصر را به قسمت اصلی آن - شاسی که عنصر مرکزی آن به اصطلاح مونوکوک است، جا داده اند. اگر یک ماشین فرمول 1 قلب داشت، اینجا بود.

وزن مونوکوک تقریباً 35 کیلوگرم است و یکی از مهمترین وظایف را انجام می دهد - محافظت از سلامت و زندگی راننده. بنابراین، طراحان تمام تلاش خود را می کنند تا حتی در برابر برخوردهای بحرانی مقاومت کنند.

همچنین در این قسمت از خودرو یک باک بنزین و یک باتری وجود دارد.

با این حال، مونوکوک به دلیل دیگری در قلب خودرو قرار دارد. در آنجا است که طراحان عناصر اساسی ماشین را جمع آوری می کنند، مانند:

• واحد درایو،
• جعبه دنده ،
• مناطق سنگ زنی استاندارد،
• سیستم تعلیق جلو).

حالا بیایید به سؤالات اصلی برویم: مونوکوک از چه چیزی تشکیل شده است؟ چگونه کار می کند؟

پایه یک قاب آلومینیومی است، یعنی. مش، شکل کمی متفاوت از لانه زنبوری. سپس طراحان این قاب را با حداقل 60 لایه فیبر کربن انعطاف پذیر می پوشانند.

این تازه شروع کار است، زیرا پس از آن مونوکوک از طریق لمینیت (600 بار!)، مکش هوا در خلاء (30 بار) و پخت نهایی در یک اجاق مخصوص - اتوکلاو (10 بار) می گذرد.

علاوه بر این، طراحان توجه زیادی به مناطق مچاله جانبی دارند. در این مکان ها، خودروی فرمول 1 به ویژه در برابر برخورد و تصادفات مختلف آسیب پذیر است و به همین دلیل نیاز به حفاظت بیشتری دارد. هنوز در سطح مونوکوک است و دارای یک لایه 6 میلی متری اضافی از فیبر کربن و نایلون است.

ماده دوم را می توان در زره بدن نیز یافت. این ویژگی جذب نیروی جنبشی دارد، بنابراین برای فرمول 1 نیز عالی است. همچنین در جاهای دیگر خودرو (به عنوان مثال، در پشت سری که از سر راننده محافظت می کند) یافت می شود.

داشبورد

عکس توسط دیوید پرزیوس / ویکی مدیا / CC BY 2.0

همانطور که مونوکوک مرکز کل خودرو است، کابین خلبان نیز مرکز مونوکوک است. البته اینجا مکانی است که راننده وسیله نقلیه را از آنجا می راند. بنابراین، سه چیز در کابین خلبان وجود دارد:

• صندلی راحتی،
• فرمان،
• پدال ها

یکی دیگر از ویژگی های مهم این عنصر سفتی است. در بالا، کابین 52 سانتی متر عرض دارد - به اندازه ای که زیر بازوهای راننده قرار بگیرد. با این حال، هر چه پایین تر باشد، باریک تر است. در ارتفاع پا، کابین خلبان تنها 32 سانتی متر عرض دارد.

چرا چنین پروژه ای؟

به دو دلیل بسیار مهم. اول از همه، کابین تنگ ایمنی و محافظت بسیار بیشتری را در برابر بارهای اضافه برای راننده فراهم می کند. دوم اینکه خودرو را آیرودینامیک تر می کند و وزن را بهتر تقسیم می کند.

در نهایت باید اضافه کرد که خودروی F1 عملا مستعد هدایت است. راننده روی شیبی می نشیند و پاها بالاتر از باسن هستند.

فرمان

اگر احساس می کنید که فرمان فرمول 1 تفاوت چندانی با فرمان یک خودروی استاندارد ندارد، در اشتباهید. این فقط در مورد فرم نیست، بلکه در مورد دکمه های عملکرد و چیزهای مهم دیگر است.

اول از همه، طراحان یک فرمان به صورت جداگانه برای یک راننده خاص ایجاد می کنند. از دستان گره کرده او گچ می گیرند و سپس بر این اساس و با در نظر گرفتن پیشنهادات راننده رالی، محصول نهایی را تهیه می کنند.

از نظر ظاهری، فرمان یک ماشین شبیه یک نسخه ساده شده از داشبورد هواپیما است. دلیل آن این است که دکمه ها و دستگیره های زیادی دارد که راننده برای کنترل عملکردهای مختلف وسیله نقلیه از آنها استفاده می کند. علاوه بر این، در قسمت مرکزی آن یک نمایشگر LED و در طرفین نیز دستگیره هایی تعبیه شده است که البته نمی توان آن را از دست داد.

جالب اینجاست که قسمت عقب فرمان نیز کاربردی است. شیفترهای کلاچ و پدال معمولاً در اینجا قرار می گیرند، اما برخی از رانندگان نیز از این فضا برای دکمه های عملکرد اضافی استفاده می کنند.

هاله

این یک اختراع نسبتاً جدید در فرمول 1 است زیرا تنها در سال 2018 ظاهر شد. چی؟ سیستم Halo وظیفه محافظت از سر راننده در هنگام تصادف را بر عهده دارد. وزن آن تقریباً 7 کیلوگرم است و از دو قسمت تشکیل شده است:

• یک قاب تیتانیومی که سر سوار را احاطه کرده است.
• یک جزئیات اضافی که از کل ساختار پشتیبانی می کند.

در حالی که توضیحات قابل توجه نیست، Halo در واقع بسیار قابل اعتماد است. این می تواند فشار تا 12 تن را تحمل کند. برای مثال، این وزن برای یک و نیم اتوبوس (بسته به نوع) یکسان است.

اتومبیل های فرمول 1 - عناصر رانندگی

شما قبلاً اجزای سازنده یک ماشین را می شناسید. اکنون زمان آن رسیده است که مبحث اجزای کاری را بررسی کنیم، یعنی:

• آویز،
• تایرها
• ترمز

بیایید هر یک از آنها را جداگانه در نظر بگیریم.

براکت تعلیق

عکس توسط Morio / Wikimedia Commons / CC BY-SA 3.0

در خودروهای فرمول 1، الزامات تعلیق کمی متفاوت از خودروهای موجود در جاده های معمولی است. اول از همه، برای ایجاد راحتی رانندگی طراحی نشده است. در عوض، قرار است این کار را انجام دهد:

• ماشین قابل پیش بینی بود
• کار لاستیک ها مناسب بود،
• آیرودینامیک در بالاترین سطح بود (ما در ادامه مقاله در مورد آیرودینامیک صحبت خواهیم کرد).

علاوه بر این، دوام یکی از ویژگی های مهم سیستم تعلیق F1 است. این به این دلیل است که در طول حرکت آنها در معرض نیروهای عظیمی قرار می گیرند که باید بر آنها غلبه کنند.

سه نوع اصلی از اجزای تعلیق وجود دارد:

• داخلی (از جمله فنرها، کمک فنرها، تثبیت کننده ها)؛
• خارجی (از جمله محورها، یاتاقان ها، تکیه گاه چرخ)؛
• آیرودینامیک (بازوهای راکر و چرخ دنده فرمان) - آنها کمی با موارد قبلی متفاوت هستند، زیرا علاوه بر عملکرد مکانیکی، فشار ایجاد می کنند.

اساساً از دو ماده برای ساخت سیستم تعلیق استفاده می شود: فلز برای اجزای داخلی و فیبر کربن برای اجزای خارجی. به این ترتیب طراحان دوام هر چیزی را افزایش می دهند.

سیستم تعلیق در فرمول 1 موضوع بسیار پیچیده ای است، زیرا به دلیل خطر بالای شکستگی، باید استانداردهای سختگیرانه FIA را رعایت کند. با این حال، در اینجا به تفصیل به آنها نمی پردازیم.

شینا

ما به یکی از ساده ترین مشکلات در مسابقات فرمول 1 رسیده ایم - تایرها. این یک موضوع نسبتاً گسترده است، حتی اگر فقط بر مهمترین موضوعات تمرکز کنیم.

به عنوان مثال، فصل 2020 را در نظر بگیرید. برگزارکنندگان 5 نوع لاستیک برای مسیرهای خشک و 2 نوع برای پیست مرطوب داشتند. تفاوت در چیست؟ خوب، لاستیک های مسیر خشک آج ندارند (نام دیگر آنها اسلیک است). بسته به مخلوط، سازنده آنها را با نمادهایی از C1 (سخت ترین) تا C5 (نرم ترین) برچسب گذاری می کند.

بعداً، تامین کننده رسمی تایر پیرلی، 5 نوع از مجموعه 3 ترکیبی موجود را انتخاب می کند که در طول مسابقه در اختیار تیم ها قرار می گیرد. آنها را با رنگ های زیر مشخص می کند:

• قرمز (نرم)،
• زرد (متوسط)
• سفید (سخت).

از علم فیزیک مشخص است که هر چه مخلوط نرم تر باشد، چسبندگی بهتری دارد. این امر به ویژه هنگام پیچیدن بسیار مهم است زیرا به راننده اجازه می دهد سریعتر حرکت کند. از سوی دیگر، مزیت یک لاستیک سفت تر، دوام است، به این معنی که خودرو مجبور نیست به سرعت داخل جعبه شود.

وقتی صحبت از لاستیک های خیس می شود، دو نوع لاستیک موجود در درجه اول در ظرفیت زهکشی متفاوت هستند. آنها رنگ دارند:

• سبز (با باران ملایم) - مصرف تا 30 لیتر در ثانیه در 300 کیلومتر در ساعت؛
• آبی (برای باران شدید) - مصرف تا 65 لیتر در ثانیه در 300 کیلومتر در ساعت.

همچنین الزامات خاصی برای استفاده از لاستیک وجود دارد. برای مثال، اگر راننده ای به دور سوم مقدماتی (Q3) راه پیدا کند، باید با لاستیک هایی با بهترین زمان در دور قبلی (Q2) شروع کند. شرط دیگر این است که هر تیم باید حداقل از 2 ترکیب تایر در هر مسابقه استفاده کند.

با این حال، این شرایط فقط برای لاستیک های مسیر خشک اعمال می شود. وقتی باران می بارد کار نمی کنند.

ترمز

در سرعت های سرسام آور، سیستم های ترمز با مقدار نیروی مناسب نیز مورد نیاز است. چقدر بزرگ است؟ به حدی که فشار دادن پدال ترمز باعث اضافه بار تا 5G می شود.

علاوه بر این، خودروها از دیسک ترمز کربنی استفاده می کنند که تفاوت دیگری با خودروهای سنتی است. دیسک های ساخته شده از این ماده بسیار کم دوام هستند (به اندازه کافی برای حدود 800 کیلومتر)، اما همچنین سبک تر هستند (وزن حدود 1,2 کیلوگرم).

ویژگی اضافی، اما نه کمتر مهم آنها، 1400 سوراخ تهویه است که به دلیل حذف دماهای بحرانی ضروری است. هنگامی که توسط چرخ ها ترمز می شوند، می توانند تا 1000 درجه سانتیگراد برسند.

فرمول 1 - موتور و ویژگی های آن

زمان آن رسیده است که ببرها چه چیزی را بیشتر دوست دارند، موتور فرمول 1. بیایید ببینیم از چه چیزی تشکیل شده و چگونه کار می کند.

خوب، چند سالی است که خودروها از موتورهای 6 لیتری V1,6 هیبریدی توربوشارژر استفاده می کنند. آنها از چند بخش اصلی تشکیل شده اند:

• موتور احتراق داخلی،
• دو موتور الکتریکی (MGU-K و MGU-X)
• توربوشارژرها،
• باتری

فرمول 1 چند اسب دارد؟

حجم موتور کم است، اما فریب آن را نخورید. این درایو قدرتی در حدود 1000 اسب بخار دارد. موتور احتراقی توربوشارژ 700 اسب بخار و 300 اسب بخار اضافی تولید می کند. تولید شده توسط دو سیستم الکتریکی

همه اینها درست در پشت مونوکوک قرار گرفته اند و علاوه بر نقش بارز درایو، بخشی سازنده نیز هستند. به این معنا که مکانیک ها سیستم تعلیق عقب، چرخ ها و گیربکس را به موتور متصل می کنند.

آخرین عنصر مهمی که واحد نیرو نمی تواند بدون آن انجام دهد رادیاتورها است. سه نفر از آنها در ماشین هستند: دو تای بزرگ در کناره ها و یکی کوچکتر بلافاصله پشت راننده.

احتراق

در حالی که اندازه یک موتور فرمول 1 محجوب است، مصرف سوخت موضوع دیگری است. خودروها این روزها حدود 40 لیتر در 100 کیلومتر می سوزند. برای افراد عادی، این رقم بسیار بزرگ به نظر می رسد، اما در مقایسه با نتایج تاریخی، بسیار کم است. اولین خودروهای فرمول 1 حتی 190 لیتر در 100 کیلومتر مصرف کردند!

کاهش این نتیجه شرم آور تا حدی به دلیل توسعه فناوری و بخشی به دلیل محدودیت ها است.

قوانین FIA می گوید که یک خودروی F1 می تواند حداکثر 145 لیتر سوخت در یک مسابقه مصرف کند. یک کنجکاوی اضافی این واقعیت است که از سال 2020، هر خودرو دارای دو جریان سنج است که میزان سوخت را کنترل می کند.

فراری تا حدودی کمک کرد. طبق گزارش ها، فرمول 1 تیم از مناطق خاکستری استفاده کرده و بنابراین محدودیت ها را دور زده است.

در آخر به مخزن سوخت اشاره می کنیم زیرا با نمونه استاندارد متفاوت است. کدام؟ اول از همه، مواد. سازنده تانک را طوری می سازد که انگار این کار را برای صنعت نظامی انجام می دهد. این یکی دیگر از عوامل ایمنی است زیرا نشتی به حداقل می رسد.

انتقال

عکس توسط دیوید پرزیوس / ویکی مدیا / CC BY 2.0

موضوع درایو ارتباط نزدیکی با گیربکس دارد. فناوری آن همزمان با شروع استفاده از موتورهای هیبریدی F1 تغییر کرد.

چه چیزی برای او معمولی است؟

این 8 سرعته، نیمه اتوماتیک و ترتیبی است. به علاوه بالاترین سطح توسعه را در جهان دارد. راننده در چند میلی ثانیه دنده را عوض می کند! برای مقایسه، همین عملیات برای سریع ترین صاحبان خودروهای معمولی حداقل چند ثانیه طول می کشد.

اگر اهل این موضوع باشید، حتما این جمله را شنیده اید که در خودروها دنده عقب وجود ندارد. درست است؟

نه

هر درایو F1 یک دنده عقب دارد. علاوه بر این، حضور وی مطابق با قوانین FIA الزامی است.

فرمول 1 - نیروهای g و آیرودینامیک

ما قبلاً به اضافه بارهای ترمز اشاره کردیم، اما با توسعه مبحث آیرودینامیک به آنها باز خواهیم گشت.

سوال اصلی که از همان ابتدا کمی اوضاع را روشن می کند، اصل مونتاژ خودرو است. خوب، کل ساختار مانند یک بال هواپیمای معکوس عمل می کند. به این معنا که به جای بلند کردن ماشین، تمام اجزای سازنده نیروی رو به پایین ایجاد می کنند. علاوه بر این، آنها، البته، مقاومت هوا را در طول حرکت به حداقل می رساند.

Downforce یک پارامتر بسیار مهم در مسابقات است زیرا به اصطلاح کشش آیرودینامیکی را فراهم می کند که پیچیدن را آسان تر می کند. هرچه بزرگتر باشد، راننده سریعتر از پیچ عبور می کند.

و چه زمانی رانش آیرودینامیکی افزایش می یابد؟ وقتی سرعت افزایش می یابد.

در عمل، اگر روی گاز رانندگی می‌کنید، دور زدن از پیچ برایتان راحت‌تر از احتیاط و گاز دادن است. به نظر خلاف واقع می رسد، اما در بیشتر موارد اینطور است. در حداکثر سرعت، نیروی رو به پایین به 2,5 تن می رسد که به طور قابل توجهی خطر لغزش و سایر شگفتی ها را در هنگام پیچیدن کاهش می دهد.

از سوی دیگر، آیرودینامیک خودرو دارای یک جنبه منفی است - عناصر فردی مقاومت ایجاد می کنند که سرعت آن کاهش می یابد (به ویژه در بخش های مستقیم مسیر).

عناصر کلیدی طراحی آیرودینامیک

در حالی که طراحان سخت کار می کنند تا کل خودروی فرمول یک را با آیرودینامیک اولیه مطابقت دهند، برخی از عناصر طراحی فقط برای ایجاد نیروی رو به پایین وجود دارند. این در مورد:

• بال جلو - این اولین در تماس با جریان هوا است، بنابراین مهمترین چیز. کل مفهوم با او شروع می شود، زیرا او تمام مقاومت ها را بین بقیه ماشین سازماندهی و توزیع می کند.
• عناصر جانبی - آنها سخت ترین کار را انجام می دهند، زیرا آنها هوای آشفته را از چرخ های جلو جمع آوری و سازماندهی می کنند. سپس آنها را به ورودی های خنک کننده و به عقب ماشین می فرستند.
• بال عقب - جت های هوا را از عناصر قبلی جمع آوری می کند و از آنها برای ایجاد نیروی رو به پایین در محور عقب استفاده می کند. علاوه بر این (به لطف سیستم DRS) باعث کاهش کشش در بخش های مستقیم می شود.
• کف و دیفیوزر - طراحی شده به گونه ای که با کمک جریان هوا در زیر ماشین فشار ایجاد کند.

توسعه فکر فنی و اضافه بار

آیرودینامیک بهبود یافته نه تنها عملکرد خودرو را افزایش می دهد، بلکه استرس راننده را نیز افزایش می دهد. لازم نیست در فیزیک متخصص باشید تا بدانید که هر چه ماشین سریعتر به گوشه ای بپیچد، نیروی وارد بر آن بیشتر است.

در مورد فردی که در ماشین نشسته است نیز همینطور است.

در مسیرهایی با شیب دارترین پیچ ها، نیروهای G به 6G می رسند. خیلی است؟ تصور کنید فردی با نیروی 50 کیلوگرمی روی سر شما فشار می آورد و عضلات گردن شما مجبور به مقابله با آن هستند. این همان چیزی است که اتومبیلرانی با آن روبرو هستند.

همانطور که می بینید، اضافه بار را نمی توان ساده گرفت.

تغییرات در راه است؟

نشانه های زیادی وجود دارد که نشان می دهد انقلابی در آیرودینامیک خودروها در سال های آینده رخ خواهد داد. از سال 2022، فناوری جدید در مسیرهای F1 با استفاده از اثر مکش به جای فشار ظاهر می شود. اگر این کار انجام شود، دیگر به طراحی آیرودینامیکی بهبود یافته نیازی نیست و ظاهر خودروها به طرز چشمگیری تغییر خواهد کرد.

اما آیا واقعا اینطور خواهد بود؟ زمان همه چیز را مشخص میکند.

وزن فرمول 1 چقدر است؟

شما از قبل همه مهم ترین قسمت های یک ماشین را می دانید و احتمالاً می خواهید بدانید که وزن آنها با هم چقدر است. طبق آخرین مقررات حداقل وزن مجاز خودرو 752 کیلوگرم (با احتساب راننده) است.

فرمول 1 - داده های فنی، یعنی خلاصه

چه راهی بهتر از مجموعه ای از مهم ترین داده های فنی برای خلاصه کردن یک مقاله F1 اتومبیل؟ در انتها مشخص می کنند که دستگاه چه توانایی هایی دارد.

در اینجا همه چیزهایی که باید در مورد یک خودروی F1 بدانید آمده است:

• موتور - هیبریدی V6 توربوشارژ؛
• ظرفیت - 1,6 لیتر؛
• قدرت موتور - تقریبا 1000 اسب بخار؛
• شتاب تا 100 کیلومتر در ساعت - حدود 1,7 ثانیه؛
• حداکثر سرعت - بستگی دارد.

چرا «بستگی به شرایط دارد»؟

زیرا در مورد آخرین پارامتر دو نتیجه داریم که فرمول 1 به دست آورده است.حداکثر سرعت در اولی 378 کیلومتر بر ساعت بوده است.این رکورد در سال 2016 در یک خط مستقیم توسط Valtteri Bottas ثبت شده است.

با این حال، آزمایش دیگری نیز وجود داشت که در آن خودرو با رانندگی ون در مروه، سد 400 کیلومتر در ساعت را شکست و متأسفانه این رکورد به دلیل عدم کسب آن در دو گرما (بالا و مخالف باد) به رسمیت شناخته نشد.

ما مقاله را در هزینه ماشین خلاصه می کنیم، زیرا این نیز یک کنجکاوی جالب است. معجزه صنعت خودروسازی مدرن (از نظر تک تک قطعات) چیزی بیش از 13 میلیون دلار هزینه دارد. با این حال، به خاطر داشته باشید که این قیمت بدون در نظر گرفتن هزینه توسعه فناوری است و نوآوری بیشترین ارزش را دارد.

مبلغی که برای تحقیق صرف می شود به میلیاردها دلار می رسد.

اتومبیل های فرمول 1 را به تنهایی تجربه کنید

آیا می خواهید تجربه کنید که نشستن پشت فرمان ماشین و احساس قدرت آن چگونه است؟ حالا شما می توانید آن را انجام دهید!

پیشنهاد ما را که به شما امکان می دهد راننده F1 شوید را بررسی کنید:

https://go-racing.pl/jazda/361-zostan-kierowca-formuly-f1-szwecja.html