Формула-1 — это вид спорта, в котором побеждает тот, кто быстрее всех решит физические задачи. Трансмиссия и аэродинамика — две опоры, на которых держится эта инженерная мысль. Одна передает мощность, другая управляет потоками воздуха. Ошибетесь в чем-то одном, и у вас получится просто очень дорогой подставка под бумаги.
Переход с шести на семь передач
Задача трансмиссии сурова своей простотой: взять мощность двигателя и направить ее на задние колеса. Она жестко крепится к задней части блока цилиндров. Внутри вы все еще узнаете знакомые компоненты. Коробка передач. Дифференциал. Приводной вал. Но правила диктуют конкретные детали.
Необходимо иметь как минимум четыре передние передачи. Максимум — семь. Долгое время стандартом были шестиступенчатые агрегаты. Затем спорт изменился. Теперь нормой стали семиступенчатые коробки передач. Есть также и задняя передача. Это кажется тривиальным, пока вы не пытаетесь задним ходом выехать из гравийной ловушки на скорости 200 км/ч.
Коробка передач соединяется с дифференциалом. Этот набор шестерен позволяет задним колесам вращаться с разной скоростью при повороте руля. Без него вы бы сорвали шины или сломали полуось. Затем дифференциал соединяется с приводным валом. Мощность передается на асфальт.
Переключение передач не похоже на то, что вы делаете в повседневном автомобиле. Здесь нет рычага с H-образной схемой. Пилоты используют лепестки за рулем. Левый лепесток — понижающая передача. Правый лепесток — повышающая. Это быстро. Это точно. Это механическая суть, даже если исполнение кажется электрическим.
Полностью автоматические трансмиссии легальны концептуально, но запрещены на практике. Системы контроля старта (launch control), автоматизирующие переключение, также незаконны. Почему? Контроль затрат и водительское мастерство. Если компьютер может идеально оптимизировать каждое переключение, пилот превращается в пассажира. Спорт хочет видеть водителя, который борется с машиной за каждую долю секунды.
Крылья, прижимающие к земле
Аэродинамика определяет болид Формулы-1 так же сильно, как и двигатель. На высокой скорости нужны две вещи: низкое аэродинамическое сопротивление и большая прижимная сила. Машины низкие и широкие, чтобы резать воздух. Но их также нужно прижать к земле.
Крылья выполняют эту работу. Они появились в 1960-х годах. Они работают по тем же принципам, что и крылья самолетов. За исключением того, что крылья самолетов создают подъемную силу, а крылья Формулы-1 создают прижимную силу. Эта сила удерживает машину на трассе в поворотах. Инженеры постоянно регулируют угол наклона передних и задних крыльев. Они ищут идеальный баланс. Меньшее сопротивление означает большую скорость на прямых. Больше прижимной силы означает лучшее сцепление в поворотах.
В 1970-х инженеры Lotus поняли, что сама машина может быть крылом. Они разработали днище, которое выкачивало воздух из-под автомобиля. Под днищем образовывалось низкое давление. Машину прижимало вниз. Это называлось «эффектом земли». Это было быстро. Это было также опасно. Машины прилипали к трассе. Пилоты теряли контроль. Спорт запретил эту технологию. В настоящее время строгие правила регулируют конструкцию днища.
Сегодня днище должно быть плоским от носового обтекателя до линии задней оси. После этой линии у инженеров больше свободы. Большинство используют диффузор. Это устройство, направленное вверх, расположенное под двигателем и коробкой передач. Оно направляет воздух вверх и выбрасывает его назад. Эффект — всасывание. Дополнительная прижимная сила бесплатно.
Управление воздушными потоками — это всё. Эндплейты (концевые пластины) расположены по краям передних крыльев. Они захватывают воздух и направляют его вдоль борта машины. Они предотвращают попадание турбулентного воздуха в центральную часть. Затем есть баргборды (воздушные каналы). Они расположены сразу за передними колесами. Они захватывают хаотичный воздух от шин. Ускоряют его. Очищают поток. Создают еще большую прижимную силу.
Результат ошеломляющий. Общая создаваемая прижимная сила составляет около 2500 килограммов. Или 5512 фунтов. Масса машины составляет около 750 килограммов. Прижимная сила более чем в четыре раза превышает вес самой машины. Вы можете проходить повороты на скоростях, которые заставили бы дорожный автомобиль сорваться с трассы.
Это только передача мощности и работа с воздухом. Подвеска должна выдерживать перегрузки. Тормоза должны останавливать вас на скорости, превышающей физические возможности. Шины должны обеспечивать сцепление. Мы рассмотрим их в следующий раз.
