Jaké je zrychlení vozů Formule 1?

Rekuperace energie se ve Formuli 1 objevila již v roce 2009. Nová etapa zavádění hybridních technologií je ale tak radikální, že ovlivnila i oficiální jazyk: v dokumentech se místo slova Engine objevilo spojení Power Unit. Na fotografii je taková „jednotka“ od Renaultu s názvem Sport Energy F1-2014.

Se sezónou 2014 ve Formuli 1 končí éra atmosféricky plněných motorů V8 2.4, které se používají od roku 2006. Podle nových předpisů se na vozech objeví turbomotory o objemu pouze 1,6 litru. Zní to povědomě. Ale pokud jsou to v běžném životě řadové „čtyřky“, tak ve sportu jsou to maloobjemové „šestky“ ve tvaru V s vysoce výkonným jedním turbodmychadlem (tlak není regulován). A rychlost otáčení klikového hřídele je působivá – podle pravidel bude omezovač fungovat při 15 000 otáčkách za minutu. A tyto motory mají také dvojitý rekuperační systém, schopný využívat nejen kinetickou energii vozu při brzdění, jako tomu bylo v nedávné minulosti, ale také energii výfukových plynů. Ano, ano, ve formulovém motoru je turbína spojena s generátorem – stejně jako ve skutečné elektrárně! Z obecného názvu systému proto zmizelo písmeno K (kinetický), nyní je to prostě ERS (Energy Recovery System).

Předchozí motory ve Formuli 1 (V8 2.4) vyvíjely přibližně 760 koní. (přesná čísla samozřejmě nejsou zveřejněna). Nové budou produkovat asi 600 koní, říká Renault, a dalších 160 „koní“ přidá systém ERS během zrychlení. Celkový výkon instalace bude srovnatelný s loňským rokem, případně i vyšší. Na obrázku jsou přeplňované šestky Renault 1980 a 2014 ve tvaru V. Zdvihový objem je téměř stejný (před 34 lety to bylo 1,5 litru), ale jak rozdílné jsou rozměry.

Od sezóny 2014 nesmí okamžitá spotřeba spalovacího motoru ve formuli 1 překročit 100 kg/hod a celková rezerva paliva na jeden závod je omezena na 100 kilogramů. Dříve nebyl špičkový průtok regulován (a ve skutečnosti byl o 40 % vyšší). Co se týče celkové zásoby paliva, ta nebyla omezena (pouze nebylo možné natankovat), ale v nádrži bylo běžně umístěno cca 160 kg paliva. Nyní tedy bude pro týmové inženýry velmi obtížné nastavit zotavovací systémy pro závod a zvolit strategii v této části.

Motor Mercedes PU106A Hybrid je svým „bratrům“ obecně podobný. Výrazným prvkem je jediné turbodmychadlo umístěné za blokem válců. Toto uspořádání je diktováno pravidly: pokud byly dříve na autě povoleny dvě výfukové trubky, nyní je pouze jedna, takže proudění plynů nevytváří aerodynamický efekt. Za stejným účelem je zakázáno umisťovat jakékoli další prvky karoserie za výfuk, aby nesměrovaly proudění plynů.

Jestliže dříve bylo možné získat maximální dodatečný výkon 60 kW (81 k) ze systému KERS po dobu 6,7 sekundy na kolo, nyní byl limit zvýšen na 120 kW (162 k) a takový výkon bude možné vyvinout 33 sekund v každém kole. Francouzští inženýři také poukazují na to, že pokud loni porucha Kearse stála jezdce 0,3 sekundy na kolo navíc, nyní porucha hybridní součásti vozu Formule 1 skutečně opustí vůz mimo alespoň nějaký druh boje.

Opět německý motor. Všimněte si velké čepice nahoře. To je jeden z nejdůležitějších problémů, nad kterým si musely všechny společnosti lámat hlavu: pod relativně malou karoserií vozu Formule 1 nyní potřebují vtěsnat pevný mezichladič, aby ochladil nasávaný vzduch. Inženýři obecně říkají, že u nových vozů se celková plocha různých chladičů výrazně zvětší a jejich správné umístění, stejně jako dobrá účinnost, bude jedním z klíčů k úspěchu.

V sezóně 2014 bude 11 týmů používat motory pouze od tří dodavatelů. Red Bull, Lotus, Toro Rosso a Caterham budou používat motor Renault Sport Energy F1-2014. Týmy Mercedes, McLaren, Force India a Williams vložily své naděje do hybridní jednotky Mercedes-Benz PU106A. A konečně motory Ferrari 059/3 jsou určeny k tomu, aby vozily vozy Ferrari vpřed a oživí i vozy Marussia a Sauber. Italský výtvor se ještě naživo neukázal, ale něco se o něm už ví, stejně jako o motoru Mercedesu. Nejpodrobnější informace o novém motoru však poskytla francouzská společnost.

Klíčové prvky nového formulového motoru Renault. Systémy MGU-K a MGU-H vyžadují speciální příběh.

Nová instalace má dva motorgenerátory schopné jak generovat proud, tak fungovat jako elektromotor. První z nich se nazývá MGU-K (Motor-Generator Unit-Kinetic). Je připojen ke klikovému hřídeli spalovacího motoru a shromažďuje energii při brzdění a předává ji vysokonapěťovému zásobníku. Při přetaktování MGU-K přidává svůj výkon k výkonu hlavní jednotky. Toto aditivum je regulací omezeno na 120 kilowattů. Existuje také limit na množství energie, které lze nasbírat v jednom kole (dva megajouly) a energii, kterou lze použít ke zrychlení v jednom kole (čtyři megajoule), což je mimochodem desetkrát více než kolik bylo povoleno v roce 2013 pro starý Kers.

Hybridní „jednotka“ Mercedes-Benz PU106A má dva záchranné systémy, nazývané také MGU-K a MGU-H, a jsou umístěny obecně podobně jako uspořádání těchto jednotek v Renaultu.

Zařízení MGU-H (Motor-Generator Unit-Heat) je to nejzajímavější na nové Formuli. Jedná se o elektrický stroj sedící na hřídeli turbodmychadla. A může pracovat v obou směrech: extrahovat energii z výfukových plynů a roztočit turbodmychadlo, aby se snížilo zpoždění turba. Navíc na rozdíl od MGU-K není množství toků energie (výroba jako generátor a provoz jako elektromotor) omezeno pravidly. To poskytuje inženýrům výkonnou páku pro ovládání energetické bilance ve voze. Pokud vezmeme v úvahu provoz spalovacího motoru a MGU-K, celkem lze energii v autě čerpat do sedmi směrů.

Typický kruh v podání Renaultu a typické způsoby interakce systémů. Při brzdění čerpá MGU-K energii z kol do baterie. Mimochodem, jeho hmotnost je dole a nahoře omezena (od 20 do 25 kg), takže tvůrci instalací potřebovali něco velmi výkonného, ​​vyvíjejícího asi 6 kW na každý kilogram hmotnosti. Podle všeho zde budou umístěny superkondenzátory. Další fází je opuštění brzdné zóny. Zde baterie dodává energii jednotce MGU-H, která rychle uvede turbodmychadlo na maximální otáčky (100 tisíc ot./min.). Další je situace předjíždění. Zde jak baterie, tak MGU-H dodávají proud do MGU-K, který produkuje špičkový výkon pro akceleraci vozu. Konečně při běžné akceleraci se rezerva baterie nemění, ale dochází k přenosu energie z MGU-H do MGU-K.

V této prezentaci se elektrárna Ferrari 059/3 objevuje pouze ve formě animace, ale je vidět, že široce navazuje na jednotky Mercedesu a Renaultu. Včetně z hlediska dvojího vymáhání. Inženýři Ferrari zde vystupují společně se specialisty Shell. Nejednou se opakují: nové motory by se civilním neměly přiblížit jen apetitem, ale také spolehlivostí a životností. Alespoň jeden krok. Podle nových předpisů bude skutečně jeden jezdec moci používat pouze pět motorů za sezónu namísto dosavadních osmi.

Připomeňme, že pravidelné „Kers“ byly představeny pod rouškou pomoci světovému masovému automobilovému průmyslu Formule 1 při ochraně životního prostředí. Říká se, že v královně motorsportu se budou testovat nápady a technologie, které si pak v té či oné podobě mohou najít cestu do běžných aut. Nové předpisy jsou významným krokem tímto směrem. Auta v roce 2014 jsou prostě nucena stát se hospodárnějšími a klíčem k efektivitě je chytrý hybridní systém. Je pravděpodobné, že něco podobného brzy uvidíme i na sériových autech. Ve skutečnosti se to již děje. Vzpomeňme na pokusy Audi s elektrickým pohonem kompresoru. Nemá daleko k využití energie výfukových plynů (takové turbogenerátory byly také navrhovány v různých dobách, ale nebyly vyvinuty) a integraci podobných zařízení do jednoho komplexu.

Jak brzdy vozu F1 dokážou auto rychle zastavit

Nejvýkonnější brzdy na světě: jak jsou brzdy vozů Formule 1 schopny zastavit vůz z rychlosti 320 km/h za méně než 4 sekundy?

Brzdy na vozech Formule 1 jsou právem považovány za lídry mezi všemi brzdovými systémy, které kdy byly ve světové historii vynalezeny, a to nejen v automobilovém průmyslu. Dokážou během několika sekund zastavit vůz jedoucí rychlostí více než 300 km/h na nulu a přitom vytvořit g-síly pro pilota při zpomalení až 5g, tedy pětinásobek zrychlení volného pádu.

Pro srovnání: Během sestupu kapsle kosmické lodi zažijí astronauti nižší přetížení – rovnající se 3-4 g a řidiči Bugatti Veyron nebudou moci překročit zrychlení volného pádu 1.5krát, při zpomalení ze 100 km/h na zastávka za 2.3 sekundy:

Jak fungují brzdy ve vozech F1 a jaká technická řešení stojí za jedním z nejproduktivnějších a technologicky nejpokročilejších brzdových systémů na světě?

Scott Mansell z YouTube kanálu Driver61 dostal do rukou sadu brzdových dílů z vozu F1 a po pochopení nuancí každé části mechanismu vysvětlil, proč jsou brzdy vozů Formule 1 tak účinné.

Hned poznamenejme, že brzdový systém závodních vozů F1 není nic neobvyklého, vezmeme-li v úvahu brzdový systém jako celek. Jak však pochopíme níže, brzdy automobilů se extrémně výrazně liší v nuancích. A maličkosti, jak víme, mohou být někdy nesmírně důležité, včetně situací, kdy souvisí s technologií.

Video převzato z kanálu YouTube „Driver61“

Rozdíly mezi brzdami Formule 1 a brzdami na jiných vozech

1. Brzdový systém F1 nemá jeden (jako u běžných vozů), ale dva hlavní válce

Brzdové válce F1

Hlavní brzdové válce ve vozech Formule 1 fungují odděleně na přední a zadní nápravě a rozdělují sílu na přední a zadní brzdu. Jsou namontovány na otočné vidlici, která slouží k nastavení vyvážení brzd.

Na první pohled běžné GTZ

2. Brzdové vedení

Zajímavé je, že brzdové potrubí v takových autech se neliší od těch v běžných autech. Jsou gumové. Pokud není použita výztuž ve formě kovového opletu.

3. Jedinečný design třmenu pro vozy Royal Racing

Třmen, i přes svůj podobný design jako třmeny běžných automobilů, má své vlastní jedinečné vlastnosti.

Mechanismy přímé brzdy, které přitlačují destičky ke kotoučům (třmenům), mají několik jedinečných konstrukčních prvků, díky kterým jsou mimořádně účinné.

viz též

Pokud se na ně podíváte pozorně, ukáže se, že písty uvnitř mají různé velikosti. Jejich průměr se zvětšuje ve směru pohybu (rotace) disku a má to svůj dobrý důvod. Pokud by byly všechny písty stejné velikosti (jako u konvenčních automobilů), pak by se destička při velkém zatížení opotřebovala více na jednom konci a méně na druhém, což by zkrátilo její životnost a snížilo účinnost brzdění a také zvýšilo nevyváženost při brzdění. kola při brzdění.

4. Umístění brzdového třmenu dole

U vozů Formule 1 nejsou třmeny umístěny za brzdovým kotoučem (svisle), ale blíže ke spodní části kola. Tímto způsobem se inženýrům daří umístit těžiště vozu co nejníže.

5. Další nastavení pro snížení možnosti sebemenšího vzduchu v brzdách

Dodatečné expresní nastavení pro čerpání

Závod je týmová práce. Proto je tak důležité sledovat všechny systémy a parametry vozu. K tomuto účelu mají brzdové třmeny další nastavení pro rychlé odvzdušnění brzd.

6. Materiály brzdových kotoučů a destiček

Možná jedna z nejdůležitějších částí zvyšování brzdné síly. Brzdové kotouče a destičky jsou vyrobeny z kompozitního materiálu uhlík-uhlík (dvě slova „karbon“), protože tento materiál obsahuje dva druhy uhlíku. Extrémně odolný, lehký a tepelně odolný materiál.

Průměr kotouče je 270 milimetrů, tloušťka – 32 mm. Hmotnost – pouze 1.5 kg.

Pneumatiky a aerodynamická karoserie přitom hrají aktivní roli při brzdění, vytvářejí maximální přítlak, čímž přitlačují pneumatiky k povrchu vozovky.

viz téžCo je to monoblokový brzdový třmen?

Jedině spojením všech nuancí dosáhnou konstruktéři nakonec tak vysokých výsledků, prakticky nepřekonatelných ve všech dopravních oblastech – od vlaků, letectví a kosmonautiky (příklady: opakovaně použitelné dopravní kosmické lodě „Shuttle“ a „Buran“).

Foto: YouTube kanál „Driver61“