Техническая эволюция. Часть 20. Заключительная.
О современных болидах уже написано множество материала, потому я вкратце собрал основные сведенья. Объемная статья вышла, но я уже не хотел растягивать её на еще один пост об эволюции.
На 2017й года FIA анонсировала очередные изменения технического регламента. И впервые с 1966 года они были направлены на увеличение скорости болидов Ф1! Изменения коснулись всего, что только можно. Болиды 2017 года прибавили с 1800 до 2000 мм в ширину. Переднее антикрыло выросло с 1650 до 1800 мм, а заднее крыло стало на 150 мм шире, на 150 мм ниже и расположено на 200 мм дальше, что в комплексе с увеличенным задним диффузором вызвало солидную прибавку прижимной силы. Таких больших машин в Формуле-1 еще не было!
Поменялись и покрышки. Ширина передних покрышек выросла с 245 мм до 305 мм, а задних с 325 мм до 405 мм, высота профиля возросла на 5 мм, диаметр колесных дисков остался без изменений – 13''. За счет более широких шин Pirelli увеличилось и механическое сцепление с трассой. Новый регламент позволил сделать самые тяжелые машины в истории Ф-1 (минимально разрешенная масса составляет 728 кг) самыми быстрыми. Во всех квалификациях, проходивших на сухой трассе, были поставлены абсолютные рекорды круга, некоторые из которых держались еще со времен 605-килограмовых машин с V10 мощностью более 900 л.с. Весной, на первом же этапе в Мельбурне, новые машины поехали на 1,5 сек. с круга быстрее, чем прошлогодние. Осенью, на Гран-При Японии, эта разница составляла уже 3,3 сек.
Конструктивно шасси не менялись вот уже два десятка лет: основа – углепластиковый монокок; двигатель и продольная коробка передач в качестве несущих элементов; независимая подвеска на двойных поперечных рычагах с торсионами, гидравлическими амортизаторами, третьим элементом и стабилизаторами поперечной устойчивости; углепластиковые вентилируемые тормозные диски и колодки. Достаточно взглянуть на лучшие машины сезона, Mercedes-Benz AMG W08 Hybrid и Ferrari SF70H, чтобы понять, что основные различия современных автомобилей Ф-1 заключаются в аэродинамике.
Аэродинамическая философия современных автомобилей Ф1 отталкивается от такого показателя, как рейк (англ. – rake), что есть угол наклона днища относительно трассы. Выражаясь морской терминологией, все машины Ф-1 имеют дифферент на нос – спереди дорожный просвет ниже, чем сзади. Ferrari, как и подавляющее большинство команд в пелетоне использовали концепцию с большим рейком. В случае с SF70H он составляет 1,55°, примерно на уровне Red Bull RB13 (1.58°), Williams FW40 (1,52°) и Renault RS17 (1,50°). Показатели Toro Rosso STR12 и Sauber C36 ниже (в обоих случаях 1,35°), Force India VJM10 больше (1,80°), а рекордсменом является шасси McLaren MCL32 – 2,05°. Мода на большую разницу в дорожном просвете спереди и сзади была задана во времена выдувного диффузора, когда угол наклона корпуса Red Bull был виден невооруженным глазом. Выдувной диффузор давно запрещен, но машины до сих пор не избавились от рейка. Так как скорость потока воздуха, попадающего в узкое пространство между днищем и трассой, увеличивается (тем сильнее, чем больше рейк), то давление воздуха под днищем автомобиля падает и создается разрежение (привет, граунд-эффект!). Кроме того воздух быстрее попадает из диффузора за заднее антикрыло, создавая разницу давлений и там.
Единственной машиной в пелетоне, рейк которой не превышает одного градуса, являлся Mercedes-Benz W08. Здесь этот показатель 0,9°.
Другой важный показатель – размер колесной базы. Здесь позиция Ferrari так же совпала с большинством – 3595 мм. Восемь болидов в сезоне 2017 года имели базу в пределах 80 мм (самые низкие показатели у шасси Toro Rosso и Red Bull – 3538 мм). В то же время размер колесной базы Mercedes составлял 3738 мм. Между «серебряными стрелами» и остальными машинами расположилась Force India – 3698 мм, сказалась длинная коробка передач «Mercedes-Benz». Длинная база отчасти помогает компенсировать потерю граунд-эффекта под днищем за счет большей площади самого днища, но ведет к увеличению массы машины. В Mercedes приблизились к минимальному весовому лимиту лишь начиная с Гран-При Испании, а в Ferrari для соответствия правилам использовали 7 кг балласта, что позволяло корректировать распределение веса по осям.
Соотношение сил между короткобазной Ferrari SF70H с высоким рейком и длиннобазного Mercedes W08 Hybrid с низким рейком менялось от трассы к трассе, в зависимости от составов резины и погоды. Аэродинамический отдел у немцев больше внимания уделял движению потоков в передней части машины, чтобы увеличить их скорость перед попаданием под днище и максимально эффективно использовать их в дальнейшем. Их коллеги из Скудерии, напротив, делали ставку на получение максимально возможной, так называемой, «грязной» прижимной силы в задней части. Общий уровень прижимной силы Ferrari был выше, поэтому в Монако, Венгрии и Сингапуре алые болиды «Скудерии» были быстрее. С другой стороны, у Mercedes выше аэродинамическая эффективность шасси. Благодаря меньшему аэродинамическому сопротивлению (за счет меньшей лобовой площади) «серебряные стрелы» брали свое на скоростных трассах – Спа, Монце и Сузуке.
Новые машины выглядели очень эффектно. Но все же перед началом сезона один элемент аэродинамики вызвал споры. Это так называемые «плавники» на обтекателе мотора, запрещенные с 2009 года, но в 2017 вернулись вновь, да еще и с T-образным крылом. Первоначально «плавники» должны были остаться и на следующий год, якобы для большей рекламной площади, но представители McLaren в последний момент не проголосовали за это решение.
А вот силовые установки не претерпели столь значительных изменений. Они как и до этого представляют из себя V-образные 6-цилиндровые бензиновые двигатели внутреннего сгорания рабочим объемом до 1600 см³ с одним турбонагнетателем, непосредственным впрыском топлива и двойной системой рекуперации энергии: кинетической (MGU-K, запасающей энергию от торможения) и тепловой (MGU-H, от выхлопных газов). Основные параметры ДВС строго регламентированы: максимальные обороты ограничены 15000 об/мин, угол развала блока – 90°, число клапанов – 24, диаметр цилиндра и ход поршня – 80 × 53 мм и даже такие вещи, как минимальные размеры шеек коленчатого вала (43,95 мм – для коренных и 37,95 мм – для шатунных), минимальные массы поршня (300 г в сборе с кольцами, поршневым пальцем и стопорными клипсами), шатуна (300 г вместе с вкладышами и болтами) и коленчатого вала (5,3 кг). Минимальная масса силовой установки в сборе без батарей — 145 кг. Ограничены так же давление распыла форсунки – 500 бар при одной форсунке на цилиндр, массовый расход топлива – 100 кг/ч и запас топлива на гонку – 105 кг (до 2017 года – 100 кг). При этом на давление наддува нет никаких ограничений, но с оглядкой на расход топлива оно не превышает 3,5 бара. В 2017 году можно было использовать не более четырех основных компонентов СУ (ДВС, турбина, MGU-K и MGU-H) на сезон, поэтому теоретический пробег одного мотора может запросто превышать несколько тысяч километров.
В основе гибридной составляющей лежат мотор-генераторы постоянного тока, имеющие водяное охлаждение. Кинетический модуль запасает свободную энергию вращения коленчатого вала на торможении и отдает ее в виде дополнительного момента при разгоне – аналог системы KERS, применявшийся ранее. Во всех силовых установках он установлен сбоку от блока под выпускным коллектором и соединен с коленвалом посредством шестеренчатых передач. Тепловой модуль запасает энергию вращения турбины и помогает компенсировать турбояму, раскручивая вал турбонагнетателя.
Даже в условиях столь жестких ограничений регламента, конструкторы смогли создать двигатели, отличающиеся друг от друга. В первую очередь речь идет о размещении турбокомпрессора и гибридных составляющих. Изначально инженеры, проектировавшие СУ Mercedes, выбрали отличающуюся от Ferrari и Renault концепцию. Они разместили компрессор со стороны свободного конца коленвала, турбину – со стороны маховика, а модуль MGU-H – в развале блока V6 на валу, соединяющим обе части турбонагнетателя. В Ferrari и Renault использовали классическую схему с турбиной и компрессором, расположенными рядом на общем коротком валу. В таком случае узел размещается со стороны маховика, а MGU-H в развале блока за компрессором. Правда, в 2016 году инженеры Скудерии поставили тепловой мотор-генератор между турбиной и компрессором, но весь узел в сборе по-прежнему остался за блоком цилиндров.
Мощность силовых установок составляет около 900 л.с., где на долю ДВС приходится в районе 750 л.с. Предыдущее поколение двигателей, атмосферные 2,4-литровык V8 с частотой вращения коленвала в 18000 об/мин имели мощность в пределах 750 – 775 л.с. без учета KERS, но куда меньший крутящий момент. Коробки передач 8-ступенчатые (плюс одна задняя) полуавтоматические с сухим двухдисковым углепластиковым сцеплением. Mercedes, Ferrari, Red Bull, Williams, Renault и McLaren строят КПП самостоятельно, Toro Rosso использует коробки Xtrac с картером собственного производства, а Force India, Haas и Sauber покупают их вместе с СУ. При этом большинство предпочитает строить картер коробки передач из углепластика, исключение составляют Williams (алюминиевый сплав) и Renault (титановый сплав).
И все же в Федерации автоспорта не забывали и о безопасности. В 2018 году инженерам пришлось решить еще одну «проблему» навешанную FIA – интеграцию в болид защитного элемента кокпита Halo. Это прибавило машинам порядка 14 кг к массе попутно подняв центр тяжести. Вызвавшая столько споров и нареканий в начале сезона-2108 Halo тем не менее справилась со свой задачей, минимум дважды за сезон.
Также в 2019 года были внесены изменения в аэродинамический пакет, позволивший пилотам улучшить управляемость болида, когда он вплотную преследует соперника. Еще расширили переднее крыло, упростили воздухозаборники, заднее антикрыло стало шире и выше, убрали торцевые пластины и маленькие закрылки, вырос эффект от DRS. У болидов 2019 года лимит на потребление топлива увеличился со 105 до 110 кг. Минимальный вес болида поднят с 733 до 740 кг. Из них как минимум 80 кг отводятся пилоту и сиденью; если легче — балласт нужно размещать только в кабине.
Но этого оказалось мало. Новый регламент FIA уже анонсировала на 2021 год, но в связи с пандемией коронавируса в мире его введение было отложено на 22й год. Вполне возможно, что и это не окончательная дата. Так что когда же это все-таки случиться, достоверно неизвестно.
Одно можно сказать точно - об этом мы узнаем в будущем...