Формула-1: наука, техника и инновации, стоящие за скоростью

Морио/Викисклад

Подписываясь, вы соглашаетесь с нашими Условиями использования и политикой. Вы можете отказаться от подписки в любое время.

Каждый год двадцать гонщиков и десять команд соревнуются за звание чемпиона мира. Это гонки Формулы-1, выраженные в одной строке.

Формула-1, или F1, — это мировая сенсация. Миллионы людей со всего мира смотрят этот вид спорта по многим причинам. Одна из самых захватывающих особенностей этого вида спорта — скорость и маневренность автомобилей Формулы-1. Гоночные автомобили могут развивать скорость до 220 миль в час (350 км/ч)!

Хотя наблюдать за тем, как гонщики соревнуются друг с другом за победную позицию, забавно, наука, техника и инновации, лежащие в основе конструкции автомобиля, не менее увлекательны (если не более!).

Здесь мы пытаемся понять различные инженерные факторы, влияющие на скорость автомобилей Формулы-1, включая аэродинамику, мощность двигателя и другие инновационные инженерные технологии. Каждая команда Формулы-1 стремится оптимизировать характеристики своих автомобилей в этих областях, чтобы получить конкурентное преимущество над соперниками.

Так что давайте застрять!

Oracle Red Bull Racing через GIPHY

Воздушный поток играет решающую роль в конструкции автомобилей Формулы-1, учитывая высокие скорости, которые они достигают. Поэтому аэродинамика болида Формулы-1 так же важна, как и двигатель (о котором мы поговорим в следующем разделе).

Аэродинамика помогает в трех основных задачах: уменьшении сопротивления, создании прижимной силы и минимизации подъемной силы. Это достигается путем управления конструкцией аэродинамических элементов, таких как передние и задние крылья, борта и диффузоры.

Сопротивление — это тип сопротивления воздуха, который снижает скорость автомобиля при движении. Он действует противоположно относительному движению транспортного средства относительно воздуха. Подумайте о птицах; у них обтекаемые тела, которые уменьшают сопротивление и позволяют им летать более эффективно. То же самое и с автомобилями Формулы-1.

Кузов автомобиля обтекается за счет сглаживания контуров кузова, минимизации острых кромок и уменьшения лобовой площади автомобиля, что помогает уменьшить турбулентность и сопротивление.

Анк Кумар / Wikimedia Commons

Аэродинамические характеристики также помогают минимизировать подъемную силу, то есть направленную вверх силу, действующую на автомобиль во время его движения. Он измеряет разницу давления над и под автомобилем при его движении в окружающем воздухе. Величина подъемной силы зависит главным образом от формы и ориентации кузова автомобиля.

Передние и задние крылья работают в тандеме с диффузорами под автомобилем, создавая зону низкого давления, генерируя прижимную силу. Прижимная сила противодействует подъемной силе, увеличивая сцепление с дорогой и устойчивость автомобиля, позволяя водителю поворачивать на более высоких скоростях, не теряя управления.

Команды используют аэродинамические трубы для испытаний различных форм и конструкций кузовов с целью минимизации сопротивления и максимального увеличения прижимной силы (хотя скорость, используемая при испытаниях в аэродинамической трубе, ограничена максимум 180 км/ч, что не позволяет им тестировать все аспекты автомобиля). производительность в полной мере, и существуют ограничения на количество времени, которое можно провести в аэродинамической трубе, в зависимости от того, какое место команда заняла в прошлом сезоне).

Эти испытания в аэродинамической трубе помогают командам оптимизировать аэродинамические характеристики автомобиля, чтобы улучшить его характеристики на трассе перед каждым гоночным сезоном.

Двигатели, используемые в Формуле-1, представляют собой очень сложное оборудование и, очевидно, играют огромную роль в скорости и характеристиках автомобиля.

Сварупварма/Викисклад

Правила Формулы-1 устанавливают характеристики двигателя. С 2014 года двигатели Формулы-1 должны быть четырехтактными гибридными двигателями V6 с рабочим объемом 1,6 литра и турбокомпрессором для повышения выходной мощности (с диаметром цилиндра 80 мм и ходом поршня 53 мм). Турбокомпрессор нагнетает в двигатель больше воздуха, что приводит к увеличению мощности. Это достигается за счет использования выхлопных газов для вращения турбины, которая приводит в действие компрессор, который нагнетает больше воздуха в двигатель.

Мощность двигателя Формулы-1 зависит от скорости его вращения, и с 2021 года она ограничена 15 000 оборотов в минуту (об/мин). Для сравнения: дорожный автомобиль подобных размеров обычно работает со скоростью около 6000 об/мин, что вдвое меньше, чем у болида Формулы-1!