O mașină cu roți deschise ( monopost , single car ) este un tip de mașină de curse , care este o singură [1] mașină cu roțile scoase de pe caroserie . Acest tip, care a apărut la începutul secolului al XX-lea , este acum unul dintre cele mai comune tipuri de mașini de curse.
Acest tip are două denumiri care indică caracteristicile sale de design - în America, denumirea de mașină cu roți deschise a prins rădăcini - o mașină cu roți deschise, în timp ce în Europa indică designul său cu un singur loc - monopost ( engleză single seater , germană monoposto , italiană monoposto , monopost ceh ). În America, cerințele tehnice pentru astfel de mașini au început să se reducă la documente speciale, numite „formule”. Treptat, cuvântul „formulă” a început să apară în numele majorității campionatelor și serii de monoposturi, începând cu Formula 1 , -2 și -3 , ceea ce a dat motive să se numească astfel de curse „curse de tip formulă”. În Rusia, cuvântul „formulă” este aplicat din ce în ce mai mult mașinilor care participă la astfel de curse. Tot în Europa de Vest , termenul „mașină de formulă” devine din ce în ce mai răspândit.
Primele mașini de acest tip au apărut în SUA la începutul secolului al XX-lea și la început nu erau deloc cu un singur loc, un mecanic a participat la cursa cu șoferul , deoarece distanțele erau lungi și fiabilitatea mașinile erau scăzute. Treptat, cursele s-au mutat pe piste închise de lungime relativ scurtă, iar fiabilitatea mașinilor a crescut, după care mecanicul s-a mutat pe marginea drumului , iar mai târziu într-o zonă specială de întreținere. Rezultatele curselor pe „mașini mari” au început să intre într-o compensare specială, care a fost deținută de Asociația Americană de Automobile. Astfel a luat naștere primul campionat . Cerințele tehnice au început să se reducă la documente speciale, numite „formule”.
În Europa, cursele pe mașini cu roți deschise au început să aibă loc în anii 20. Noile mașini au fost numite monoposturi și au început să participe la prestigioase curse de Grand Prix . Din 1930, rezultatele unor Grand Prix au început să fie înregistrate de către AIACR într-un offset separat, creând un campionat european personal , iar în 1946 a fost creată FIA , care a definit principalele clase de monoposturi - Formula 1, -2 și -3. În 1950, a fost organizat Campionatul Mondial , care se desfășoară anual pe mașini de F1 (cu excepția rară a anilor 1952-53, când s-a desfășurat pe mașini de F2).
Conform numelui, roțile mașinilor ar trebui să fie în afara carenei. Au existat însă și excepții - în 1954, echipa Mercedes F1 , profitând de lacunele din regulament, a montat mașini cu roți acoperite cu caroserie ușoară pentru unele curse, mai ales cele de mare viteză. Pe viitor, regulamentele F1 au fost revizuite pentru a exclude astfel de cazuri.
Tot in afara caroseriei sunt si cateva elemente de suspensie . Acum este un braț dublu cu tijă de împingere sau de tragere (tijă de împingere și, respectiv, tijă de trage).
Numărul de roți, de regulă, nu depășește 4, deși au existat cazuri de utilizare a mașinilor cu 6 roți - aceasta a apărut pentru prima dată în 1948 în Campionatul Național AAA , în 1976, echipa Tyrrell F1 a introdus și o mașină cu șase roți, totuși, o încercare a echipei Williams F1 în 1982 de a pune la îndemână o mașină cu șase roți a intrat într-o interdicție. De atunci, toate mașinile cu roți deschise nu au mai mult de patru [2] .
Amplasarea roților în afara caroseriei face relativ ușoară organizarea alimentării cu aer de răcire a sistemelor de frânare (precum și eliminarea aerului încălzit), ceea ce duce la creșterea eficienței acestora.
Motorul a stat mult timp în fața călărețului, antrenând puntea spate prin intermediul unui arbore de elice , într-un sens sau altul trecând prin cabină. O aranjare diferită a motorului - în spatele cabinei, dar în interiorul ampatamentului - a fost propusă în anii 1920. de Benz & Cie. cu un ochi pe modelul Rumpler Tropfenwagen car și implementat în metal pe modelul Benz-Tropfenwagen 1923 . Ulterior, această schemă a fost dezvoltată pe mașinile de curse Auto Union , unde liderii și designerii care lucraseră anterior la Benz & Cie erau în rolurile principale. [3] [4] [5] [6] . Dar cel de -al Doilea Război Mondial și- a suspendat evoluția, iar după război nu a mai fost folosit de ceva timp. Din nou, această schemă a fost aplicată deja în anii 1950. Ashley Cooper. În 1961, mașinile cu motor central au debutat în SUA, au câștigat Indy 500 în 1965 , iar de atunci aspectul cu motor din spate a devenit standardul pentru mașinile cu roți deschise, cu excepția mașinilor de sprint utilizate pentru curse pe ovale de murdărie .
Motoarele în sine sunt aproape exclusiv cu piston în patru timpi cu ciclu Otto , aspirate natural sau supraalimentate . În primii ani de existență ai curselor, motoarele erau complet atmosferice, ajungând uneori la cilindree uriașe , până la 20-30 de litri. După Primul Război Mondial, când au fost testate compresoare mecanice , conduse de motorul însuși, apoi, după ce s-au mutat pe pistele de curse, au provocat o scădere semnificativă a volumelor de lucru (și, prin urmare, a masei) la 1,5-2 litri în Europa și 3. litri în America de Nord. În timpul celui de-al Doilea Război Mondial, constructorii de motoare au stăpânit producția de turbocompresoare , acționate de turbine cu gaze de eșapament , dar nu și-au găsit imediat drumul spre pistele de curse. Turbocompresoarele aveau un turbolag - o întârziere în spin-up când s-au schimbat modurile de funcționare a motorului, ceea ce a făcut dificilă controlul lor, a redus fiabilitatea acestora. Motoarele rotative cu aspirație naturală sunt din nou utilizate pe scară largă. Cu toate acestea, constructorii de motoare au făcut față turbolagului, mai întâi în SUA, unde cursele ovale nu au impus cerințe mari privind răspunsul motorului , iar apoi în Europa - din 1977, echipa Renault a început să folosească în mod activ turbocompresoare, care nu erau de încredere la început. Dar apoi, datorită, printre altele, motoarelor cu turbocompresoare, a câștigat mai întâi titlul în echipă (în 1982 , de către echipa Ferrari ), și apoi în competiția individuală (în 1983 , de către echipa Brabham cu motoare BMW), punând începutul așa-numitei „ere turbo” în Formula 1, care a durat până la sfârșitul deceniului, când turboalimentarea a fost interzisă ca parte a luptei pentru îmbunătățirea siguranței și reducerea costurilor de participare pentru echipe [7] . În America de Nord , CART a folosit motoare turbo până la sfârșitul existenței sale, în 2008. La începutul secolului al XXI -lea, progresele tehnologice și creșterea prețului petrolului au condus la o creștere a cererii de motoare cu turbo care erau mai ieftine și mai eficiente din punct de vedere al consumului de combustibil decât modelele anterioare.
În campionatul american s-au efectuat experimente cu motoare diesel (cursele lungi ovale favorizează dieselurile cu intervalul lor de funcționare îngust și consumul specific de combustibil mai mic ), Fred Agabashian a câștigat chiar pole position în Indy 500 din 1952 [8] . Tot în America și Europa au existat încercări de utilizare a turbinelor cu gaz. În același timp, dacă turbina și-a demonstrat toate calitățile pozitive pe ovale americane - mașina cu turbină aproape că a câștigat Indy 500 din 1967, după care turbina a fost interzisă - atunci pe rutele europene, cu accelerare și decelerare frecventă, turbo lag sa dovedit. a fi un dezavantaj ineradicabil [9] .
Combustibilul pentru o lungă perioadă de timp (în Formula 1 până în 1958 [10] ) nu a fost reglementat în niciun fel, ceea ce a dus la utilizarea unor amestecuri alcoolice complexe , uneori atât de toxice încât a fost necesară o scurgere completă la finalul calificării, altfel următorul ziua motorul a fost avariat iremediabil. Cu toate acestea, astfel de amestecuri au fost interzise universal, făcând loc benzinei „comerciale” (s-a presupus că în vânzările comerciale se găsește benzina cu o valoare octanică de 100), la care era permisă o anumită cantitate de aditivi (până la 1%). . În SUA, benzina în anii 1960 a făcut loc metanolului mai puțin exploziv , iar în anii 2000 a fost înlocuit, la rândul său, de etanol , ca parte a luptei pentru protecția mediului și siguranță (metanolul arde cu o flacără aproape incoloră și, prin urmare, stingerea unui incendiu poate fi pornită cu o întârziere ).
Sursele de energie suplimentare au fost pe ordinea de zi la sfârșitul anilor 90, când echipa de F1 McLaren a început să dezvolte recuperarea energiei de frânare , dar FIA a interzis-o rapid, dar zece ani mai târziu, din cauza creșterii tehnologiei și a prețurilor la benzină, astfel de sisteme au fost din nou permise, deși utilizarea lor, datorită costului lor ridicat, este limitată doar la seriale de nivel superior, precum F1.
În 2012, a fost creată prima serie de mașini electrice cu roți deschise, Formula E , cu primul sezon de curse în 2014. În ciuda utilizării celor mai moderne tehnologii, caracteristicile energetice ale noilor monoposturi sunt încă mult inferioare seriei de nivel superior, fiind la nivelul „formulelor” de tineret.
La începutul secolului al XX-lea, aerodinamica nu i-a preocupat prea mult pe designerii de mașini produse în serie, care nu dezvoltaseră încă viteze mari. Proiectele de curse din acei ani au atins deja viteze la care influența naturii fluxului de aer din jurul caroseriei mașinii a devenit vizibilă, cu toate acestea, designerii lor au avut o idee destul de vagă despre aerodinamică: de exemplu, caroseria a fost dată. contururi în formă de trabuc, și apoi instalat pe un cadru unghiular complet deschis , care a redus întregul efect obținut datorită raționalizării unui astfel de corp este anulat.
Primul Război Mondial a dat un impuls cercetării aerodinamice, iar odată cu reluarea curselor de Grand Prix în anii 1920, unii ingineri (cum ar fi Ferdinand Porsche) au decis să folosească caroserii echitabile în formă de lacrimă cu roțile închise. Între timp, cea mai mare parte a mașinilor de curse din această perioadă aveau încă roțile deschise. Creatorii lor au pornit de la o premisă falsă - ei credeau că reducerea rezistenței aerului din cauza scăderii zonei frontale ( secțiunea mijlocie ) a unei mașini cu roți deschise ar putea fi mai semnificativă decât avantajul de a avea o zonă de secțiune mediană vizibil mare de o caroserie care acoperă complet șasiul în raționalizare. Cercetările ulterioare au arătat imaginea opusă - la începutul anilor cincizeci a devenit clar că perfecțiunea aerodinamică a formei corpului este mult mai importantă decât dimensiunea zonei sale frontale. După aceea, mașinile cu roți deschise ies în sfârșit într-o clasă separată, iar caroseriile care acoperă complet șasiul sunt furnizate în principal cu mașini de curse record, concepute să nu concureze între ele, ci să atingă cele mai bune caracteristici de viteză în termeni absoluti.
De la mijlocul anilor 1950 - 1960, cerințele aerodinamicii au fost din ce în ce mai luate în considerare la crearea mașinilor de curse, designerii încearcă să obțină nu numai o scădere a rezistenței, ca înainte, ci și o creștere a forței aerodinamice - mașinile ușoare nu și-au putut da seama. puterea maximă a motoarelor lor datorită alunecării în viraje. Monoposturile încep să dobândească unul sau altul dispozitiv aerodinamic. Cele mai comune aripi față și spate , apăsând partea din față și, respectiv, din spate a mașinii pe drum. La început, în 1968-1969, aripile au fost atașate direct la suspensie pe rafturi înalte și au fost echipate cu echipamente de mecanizare, cu toate acestea, nefiabilitatea unor astfel de structuri ( vibrațiile au fost transmise direct la aripă) a dus la mai multe accidente grave, după ce care aripile erau limitate ca dimensiune, design și metoda de atașare la corp [11] [12] .
În 1977, echipa Lotus a introdus o nouă soluție - efectul de sol, care constă în restricționarea accesului aerului sub fund, printr-o formă specială a carenei și fuste elastice de protecție pe laterale. Această soluție a venit în America de Nord chiar anul următor, pe mașinile Chapparal . La începutul anilor 1980, mașinile de F1 nu mai aveau aripi față, forța de apăsare era atât de mare încât a deteriorat jantele [13] și lateral g -i obligă pe piloti să rămână inconștient. Cunoașterea puțină a efectului de sol a dus la funcționarea sa instabilă - mașina a oscilat într-un plan vertical. Pentru a combate acest fenomen, au fost folosite setări mai rigide ale suspensiei, ceea ce a dus la o călătorie foarte incomodă. Drept urmare, în 1982, efectul de sol în Formula 1 a fost interzis din motive de siguranță - necesita o poziție strict fixă a caroseriei, ceea ce era imposibil de asigurat atunci când mașina a sărit peste obstacole și pe o pistă denivelată. În aceste momente, s-a produs o străpungere de aer sub fund, cu dispariția completă a forței aerodinamice, separarea mașinii de pistă și deplasarea necontrolată a acestuia (inclusiv apropierea) în linie dreaptă, în garduri. În CART, efectul de sol a durat mai mult, datorită naturii pistelor ovale, care nu au necesitat atacuri de bordură cu săritura ulterioară a mașinii, și cu o suprafață mult mai netedă. Acum, efectul de sol în forma sa pură este interzis aproape peste tot, iar forța de apăsare (principalul contribuție la aerodinamica monoposturilor) este creată de un difuzor - o jumătate de țeavă în formă de U conică deschisă, situată în partea din spate a fundului, accelerând aer care curge sub fundul profilat ( efect Venturi ). Cu toate acestea, utilizarea efectului de sol este în continuare considerată o soluție promițătoare, cu condiția ca acesta să fie implementat la un nou nivel tehnic. Acest lucru ar ajuta la asigurarea unei mai mari stabilități aerodinamice a mașinilor atunci când urmăresc un adversar - sarcina aerodinamică mare a monostâlpilor generează un nivel ridicat de perturbări aerodinamice, ceea ce duce la imposibilitatea urmăririi strânse și a depășirii. Din 2018, Indycars a folosit din nou pe scară largă efectul de sol [14] .
Roțile deschise sunt un element aerodinamic important - au o lățime mare, iar marginea lor superioară se deplasează spre fluxul care se apropie. Ca urmare, ele produc turbulențe de aer serioase, care afectează foarte mult eficiența aerodinamică a mașinii ( coeficientul de rezistență ajunge la 0,65-0,85 [15] ) și, astfel, nu pot fi comparate cu prototipurile sportive , la care roțile sunt închise (coeficientul de rezistență). 0, 3-0,4). Diverse încercări de a închide roțile din fluxul care se apropie sunt suprimate de autoritățile de reglementare.
Monoposturile de putere redusă, precum și mașinile de sprint (folosite pentru cursele pe ovale de pământ) pot să nu aibă deloc elemente aerodinamice - ele dezvoltă viteze nu sunt atât de mari, aderența mecanică este asigurată complet de anvelope (în cazul mașinilor de sprint, foarte larg).
Corpul monopostului are o secțiune transversală minimă pentru a acoperi doar pilotul. Din 1962, echipa Lotus F1 (modelul 25) a adoptat un nou design de carenă folosind monococi , structuri spațiale rigide care sunt mai rezistente la torsiune și șocuri. În același timp, pilotul și-a schimbat poziția în cockpit - nu a mai stat mai mult sau mai puțin drept, ci a luat o poziție aproape înclinată. Acest lucru nu numai că a redus rezistența, ci și a îmbunătățit toleranța la suprasarcină [16] . În prima jumătate a anilor 1980 , monococurile din fibră de carbon au apărut în Formula 1 , care s-au răspândit apoi pe scară largă în toate celelalte serii. Un cockpit este amplasat în monococă - un cockpit deschis (deși s-au făcut și continuă să se facă diverse încercări de închidere a pilotului [17] , iar în cazul utilizării cadrelor spațiale tubulare, pilotul este amplasat într-o capsulă specială de siguranță ( roll-cage )). Imediat în spatele cockpitului există un arc de siguranță , conceput pentru a primi lovituri atunci când mașina se răsturnează, adesea arcul este integrat în priza de aer superioară situată deasupra capului pilotului pentru a asigura motorului un flux de aer netulburat, precum și dinamic amplificarea motorului [18] . Suspensia față și elementele aerodinamice față sunt atașate la monococă din față, motorul la care este atașată cutia de viteze în spate, iar suspensia spate și elementele aerodinamice spate la aceasta. Cu toate acestea, centrala nu este întotdeauna inclusă în structura de putere a caroseriei, există și opțiuni cu un motor în cadru la care sunt atașate suspensia spate și elementele aerodinamice. Din 1970, echipa Lotus F1 a amplasat radiatoare în pontoanele laterale , ceea ce a făcut posibilă conferirea nasului mașinii cea mai eficientă formă aerodinamică, în cazul efectului de sol, acolo sunt amplasate și prizele de aer ale motorului, ceea ce permite aripa din spate să lucreze într-un flux de aer netulburat. Roadsterele cu motor frontal utilizate în campionatele americane au un design asimetric, cauzat de caracteristicile curselor ovale, cu viraj doar la stânga - în special, unele sau toate unitățile sunt deplasate spre babord pentru a compensa încărcăturile asimetrice din anvelope.
Conducerea, indiferent de locația motorului, se făcea cel mai adesea în spate, deși în seria Indycar au existat încercări de a folosi mașini cu tracțiune față (pentru a reduce centrul de greutate ) și s- a folosit tracțiunea pe patru roți. atât în Indycar, cât și în Formula 1. Schimbarea vitezelor este întotdeauna manuală, deși în cea din urmă. În același timp, , cu butoane de comutare pe volan și palete de schimbare [19]în 1989cutiile de viteze secvențiale semi-automate .
Mașinile cu roți deschise au de obicei cea mai ușoară greutate dintre toate mașinile de curse din clasa lor de performanță și cea mai mare concentrație de putere dintre mașinile cu greutatea lor. Masele monoposturilor sunt în intervalul 455-700 de kilograme , iar puterea poate ajunge și depăși 1.000 de cai putere . Acest lucru, împreună cu aerodinamica ridicată, îi face cei mai capabili să accelereze în viraje și îi face cei mai rapidi dintre orice mașină de curse.
Prototipurile, în principiu, diferă doar în roțile închise și, prin urmare, teoretic pot obține și o astfel de performanță dinamică, dar în prezent astfel de mașini sunt folosite doar în cursele de anduranță și, prin urmare, nu pot fi comparate cu monoposturile în viteză [20] . În același timp, este posibil să construiți un prototip dintr-un monopost instalând o caroserie ușoară care acoperă roțile pe acesta - așa au fost construite prototipurile Can-Am în a doua jumătate a anilor '70.
Caracteristicile dinamice ridicate ale monoposturilor impun cerințe sporite pregătirii fizice a piloților. De asemenea, o mașină cu roți deschise oferă un ușor avantaj, deoarece este mai ușor pentru pilot să construiască o traiectorie de mișcare datorită faptului că poate vedea roțile mașinii. În plus, pilotarea necesită mai multă atenție, monoposturile sunt practic incapabile să transporte contacte fără deteriorare, iar contactul roată la roată este foarte periculos datorită faptului că una dintre mașini poate decola și se poate răsturna.
Concursii cu roți deschise le pot construi singuri (ca în Campionatul Mondial de Formula 1) sau le pot cumpăra de la un producător terț (în majoritatea celorlalte cazuri). Producători moderni de monoposturi:
Mașinile cu roți deschise sunt folosite aproape exclusiv în circuitul de curse pe piste asfaltate - piste staționare, temporare sau de tip oval. Mașinile Sprint și midjet -urile sunt folosite în curse pe piste scurte de cenuşă. Dezafectate și din alte serii, monoposturile pot fi folosite în competițiile de alpinism .