همه چیز درباره خودروهای فرمول ۱/موتور،گیربکس،فرمان،ترمز اتومبیل های (F1)

همه چیز درباره خودروهای فرمول ۱ یا (F1) ،مشخصات ماشین های فرمول یک ،قیمت ماشین های فرمول یک ،ماشین فرمول ۲ ،قوانین مسابقات فرمول یک ،فرمول ۱ در ایران ،ماشین فرمول ۱ ،رانندگان فرمول یک ،عمر موتور فرمول یک

آیرودینامیک

یک اتومبیل فرمول یک به همان میزانی که به خودروهای معمولی شبیه است، شباهت هایی با جنگنده های جت دارد. آیرودینامیک به یکی از عوامل کلیدی موفقیت در این ورزش تبدیل شده است .
در سال های پایانی ۱۹۶۰، برخی از تیم ها فعالیت و تجربه بر روی باله هایی را آغاز کردند که امروزه بسیار آشنا هستند. باله های اتومبیل مسابقه دقیقاً بر اساس کارکرد بال های هواپیما، اما در جهت عکس عمل می کنند. هوا در دو سمت باله، با سرعت های متفاوتی جریان می یابد (چرا که فاصله های مختلفی را در پیرامون این دو سمت طی می کند) و این امر موجب ایجاد تفاوت در فشار می شود، که در فیزیک به نام اصل برنولی شناخته می شود. از آنجا که این فشار تمایل به تعادل دارد، باله به سمت فشار کمتر متمایل می شود. بال های هواپیما برای بالا بردن آن هستند، در حالی که در اتومبیل مسابقه، باله ها برای ایجاد نیروی رو به پایین به کار می روند. یک اتومبیل فرمول یک جدید با استفاده از نیروی رو به پایین آیرودینامیک می تواند تا g3.5 نیروی پیچ جانبی تولید کند (سه و نیم برابر وزن خود). به لحاظ نظری یعنی این اتومبیل در سرعت بالا می تواند وارونه حرکت کند.

بیشتر این نوآوری ها نیز در قوانین باز هم محدود کننده تر فدراسیون بین المللی اتومبیلرانی در سال ۲۰۰۹ ، عملاً غیرقانونی اعلام شدند. تغییرات جدید در قوانین به شکلی بودند که تعقیب اتومبیل ها را به دنبال هم و از فاصله کمتر، سهل تر می کرد و به این ترتیب در پی تشویق رانندگان به سبقت گرفتن بیشتر از یکدیگر بودند. این قوانین جدید اتومبیل ها را وارد دوره جدیدی کردند. باله های جلو کم ارتفاع تر و پهن تر شدند، باله های عقب بلندتر و باریک تر شدند، و در کل طراحی بدنه “تمیزتر” شد. با این حال شاید جالب ترین تغییر، ورود “آیرودینامیک متحرک” باشد که راننده را قادر می سازد در طول مسابقه و از داخل کابین خود، تنظیمات محدودی را روی باله جلو اعمال کند.

ترمزها

زمانی که صحبت از کاهش سرعت است، اتومبیل های فرمول یک به شکل غافلگیر کننده ای به پسر عموهای خود روی جاده شبیه هستند. البته استفاده از سیستم های ضد قفل ترمز و ضد لغزش در مسابقات فرمول یک ممنوع است و بیشتر خودروهای جدید روی جاده ها می توانند مدعی باشند که در این مبحث جلوتر هستند.

اصل ترمز گرفتن ساده است: کاهش سرعت یک شیء با گرفتن انرژی جنبشی آن. اتومبیل های فرمول یک به ترمزهای دیسک مجهز هستند (مانند بیشتر خودروهای روی جاده) و دیسک های گردان (که به چرخ متصل هستند) به واسطه عملکرد کالیپرهای هیدرولیک، در میان کفشک های ترمز تحت فشار قرار می گیرند. این فرآیند موجب می شود انرژی حرکتی اتومبیل به مقادیر بسیار زیادی گرما و نور تبدیل شود – به دیسک های ترمز اتومبیل های فرمول یک دقت کنید که برافروخته می شوند و به رنگ زرد پر حرارتی درمی آیند.

قوانین فنی همچنین مقرر می دارد که هر اتومبیلی باید به مدار هیدرولیک دوگانه سیستم ترمز با دو مخزن جداگانه برای چرخ های جلو و عقب مجهز باشد. به این ترتیب اگر یک مدار به طور کامل دچار نقص شود، مدار دوم امکان استفاده از ترمز را همچنان در اختیار راننده قرار می دهد.

 ترمز اتومبیل های فرمول یک به شکل چشمگیری کارآمد هستند. این ترمزها در کنار ترکیبات جدید و پیشرفته تایرها، مسافت توقف را به شکل قابل توجهی کاهش داده اند. مسافت توقف یک اتومبیل فرمول یک که با سرعت ۱۶۰ کیلومتر در ساعت حرکت می کند، به مقدار چشمگیری کمتر از یک خودروی معمولی است که با سرعت ۱۰۰ کیلومتر در ساعت در حرکت می باشد. این ترمزها به قدری کارآمد هستند که قوانین حاکم بر مسابقات به شکل عامدانه و با ایجاد محدودیت های جدید در استفاده از مواد اولیه و طراحی، پیشرفت بیشتر در ساخت این ترمزها را عملاً متوقف می کنند، تا به این ترتیب فواصل توقف کوتاه تر نشده و سبقت های بیشتری در مسابقه انجام شود.

از سال ۲۰۰۹ تیم ها این امکان را پیدا کردند تا انرژی تلف شده از فرآیند ترمز را مهار کنند و با استفاده از یک سیستم بازیافت انرژی جنبشی (KERS)، این انرژی را مجدداً و برای تقویت نیروی موتور مورد استفاده قرار دهند.

سیستم بازیافت انرژی جنبشی

KERS چیست؟
واژه KERS اختصار سیستم بازیافت انژری جنبشی است.این سیستم اصولاً به دو روش کار می کند – باتری (برقی) و فلایویل یا چرخ لنگر (مکانیکی). در سیستم های الکتریکی، یک موتور – ژنراتور در سیستم انتقال نیروی اتومبیل نصب شده است که انرژی مکانیکی را به انرژی الکتریکی و بر عکس تبدیل می کند. زمانی که انرژی مهار می شود، در داخل یک باتری ذخیره شده و در زمان مورد نیاز آزاد می شود.
در سیستم های مکانیکی، انرژی ترمز برای به گردش درآوردن یک فلایویل (چرخ لنگر) کوچک به کار گرفته می شود که می تواند تا ۸۰.۰۰۰ دور در دقیقه سرعت بگیرد. زمانی که نیاز به توان اضافی باشد، این فلایویل به چرخ های عقب اتومبیل وصل می شود. انرژی مکانیکی بر خلاف سیستم الکتریکی، دچار تغییر حالت نمی شود و به این ترتیب کارآیی بهتری دارد.
روش دیگری نیز وجود دارد که KERS هیدرولیکی است. در این روش انرژی ترمز برای بارگذاری فشار هیدرولیک مورد استفاده قرار می گیرد که این فشار هیدرولیک در زمان مورد نیاز به چرخ ها منتقل می شود.
در حال حاضر قوانین به این گونه سیستم ها اجازه ارسال حداکثر ۶۰ کیلووات توان (حدود ۸۰ اسب بخار) را می دهند، و ظرفیت ذخیره انرژی نیز در حد ۴۰۰ کیلوژول محدود شده است. به این معنی که این ۸۰ اسب بخار در هر دور، تنها تا ۶.۶۷ ثانیه در اختیار راننده می باشد که می تواند آن را در یک نوبت مورد استفاده قرار دهد و یا به تفکیک و در نقاط مختلف پیست از آن استفاده نماید .
جالب اینکه یک سیستم KERS عادی حدود ۳۵ کیلوگرم وزن دارد. اتومبیل های فرمول یک باید حداقل ۶۲۰ کیلوگرم وزن داشته باشند (با احتساب راننده)، اما تیم ها به شکل سنتی اتومبیل خود را به شکل قابل توجهی سبک تر از این مقدار می سازند و برای رسیدن به این حد نصاب وزنی، از وزنه های تعادل شنی با وزن تا ۷۰ کیلوگرم استفاده می کنند. به این ترتیب تیم هایی که از سیستم KERS استفاده می کنند، از وزنه های شنی سبکتری استفاده می کنند که البته آزادی عمل کمتری هم برای توزیع وزن اتومبیل دارند. رانندگان سنگین وزن تر به همین دلیل از امتیاز کمتری برخوردار هستند، و برای برطرف کردن این مساله، قوانین در فصل ۲۰۱۰ ، حداقل وزن اتومبیل را ۱۵ کیلوگرم افزایش داده اند.

موتور

نیروی خروجی موتور اتومبیل های مسابقه فرمول یک همچنین بینش افسون کننده ای از پیشرفت های این ورزش می دهد. اتومبیل های فرمول یک در سال های ۱۹۵۰ تنها توان ثابتی در حدود ۱۰۰ اسب بخار / لیتر تولید می کردند (تقریباً معادل توان تولیدی اتومبیل های کارآمد امروزی). این کارآیی به طور یکنواختی در حال افزایش بود تا “دوره توربو” و حضور موتورهای ۱.۵ لیتر توربو رسید، که برخی از این موتورها توانی تا ۷۵۰ اسب بخار / لیتر تولید می کردند. اما با بازگشت قوانین این ورزش به سیستم تنفس عادی در سال ۱۹۸۹، این اعداد رو به کاهش گذاردند و پس از آن به طور مداوم بهبود یافتند. “مبازره قدرت” در چند سال اخیر شاهد افزایش مجدد توان تولیدی موتورها تا مرز ۱۰۰۰ اسب بخار بوده است، و برخی از تیم ها در سال ۲۰۰۵ که آخرین سال موتورهای ۳ لیتری V10 بوده است، موفق به تولید توانی بیش از ۳۰۰ اسب بخار / لیتر شدند. از سال ۲۰۰۶ و بر اساس قوانین جدید، موتورهای ۲.۴ لیتری V8 مورد تصویب قرار گرفتند و توان خروجی نیز حدود ۲۰ درصد کاهش یافت.

یک موتور فرمول یک جدید که تا ۱۸ هزار دور در دقیقه سرعت می گیرد، در هر ثانیه نیاز شگفت انگیزی به ۶۵۰ لیتر هوا دارد، و مصرف سوخت مسابقه این موتورها نیز حدود ۷۵ لیتر در یکصد کیلومتر می باشد .افزایش سرعت به چنین دور بالایی یعنی وارد شدن نیروی شتابی نزدیک به ۹۰۰۰ برابر شتاب ثقل بر روی پیستون ها. به همین دلیل نیز نقص ها و نارسایی های مربوط به موتور، یکی از شایع ترین دلایل خروج اتومبیل ها از مسابقه می باشد. موتور یک قطعه تنیده شده در داخل اتومبیل می باشد که به بستر فیبر کربن پیچ شده و سیستم انتقال نیرو و تعلیق عقب نیز به نوبه خود به آن پیچ شده اند. به همین دلیل این موتور باید بسیار مستحکم باشد.
گیربکس

گیربکس های اتومبیل های فرمول یک جدید نیز در حد بالایی خودکار عمل می کنند و راننده با کمک دستگیره های تعویض دنده که در پشت فرمان اتومبیل نصب شده، دنده مورد نظر خود را انتخاب می کند. گیربکس های “ترتیبی” که مورد استفاده قرار می گیرند، از اصولی شبیه به گیربکس های موتورسیکلت پیروی می کنند که تعویض آن بسیار سریعتر از سیستم تعویض H سنتی می باشد و انتخاب کننده گیربکس از عملکرد برقی برخوردار است. با وجود این فن آوری بسیار پیشرفته، استفاده از سیستم های انتقال تمام اتوماتیک، و سیستم های جادویی مربوط به گیربکس همچون سیستم کنترل آغاز حرکت، غیر قانونی می باشد – به بهانه پایین نگاه داشتن هزینه ها و تأکید بیشتر بر روی مهارت راننده. سیستم های انتقال نیرو – که بیشتر تیم ها از گیربکس هفت دنده استفاده می کنند – مستقیماً بر روی بخش عقب موتور پیچ می شوند.

فرمان

رانندگان فرمول یک فرصتی برای تمرکز بر روی کلیدهای کنترل پر دردسر یا جستجو برای یافتن عقربه های مخفی ندارند. به همین دلیل کنترل ها و ابزارهای سنجش یک اتومبیل فرمول یک جدید تقریباً تمامی به روی فرمان اتومبیل نقل مکان کرده اند – رابط حیاتی بین راننده و اتومبیل.

فرمان اتومبیل های اولیه فرمول یک مستقیماً از روی خودروهای عادی گرفته شده بودند، به طور معمول از جنس چوب ساخته می شدند (که استفاده از دستکش رانندگی را اقتضا می کرد)، و چون محدودیتی در فضای داخلی وجود نداشت، قطر این فرمان ها در بزرگترین حد ممکن بود تا به تلاش کمتری برای چرخیدن نیاز داشته باشد. اما با پیشرفت های سریع در طراحی و کاهش ارتفاع اتومبیل و تنگ تر شدن کابین راننده در سال های ۱۹۶۰ و ۱۹۷۰، فرمان ها کوچک تر شدند تا در فضای محدود و جمع و جور کابین قرار گیرند.

در اکثر اتومبیل های فرمول یک، به استثنای پدال های گاز و ترمز، تمامی کنترل ها بر روی فرمان قرار دارند. کلیدها بیشتر عملکرد “روشن/خاموش” دارند، همچون سیستم محدود کننده سرعت در خط پیت یا پیت استپ، در عین حال کلیدهای کنترل چرخشی، عملکردهای با تنظیم چندگانه را بر عهده دارند، همچون برنامه کنترل کشش موتور، ترکیب سوخت و حتی توزیع نیروی ترمز از چرخ های جلو به عقب – تمامی عملکردهایی که راننده برای تغییر شرایط در طول مسابقه نیاز دارد، بر روی فرمان متمرکز شده اند. از آخرین افزوده های این مجموعه، “کلید افزایش توان” است که نیروی اضافی و موقت را در اتومبیل های مجهز به سیستم KERS مهیا می کند و کلیدهای کنترل باله متحرک جلو.

فرمان اتومبیل های فرمول یک در محدوده سه چهارم یک دور حرکت می چرخند، بنابراین نیازی به شکل کامل دایره ندارند و تنها شامل دو بریدگی می باشند که برای استقرار دستان راننده پیش بینی شده اند. فرمان یک اتومبیل فرمول یک عادی قطری حدود نصف فرمان خودروهای عادی دارد.

تایرها

یک اتومبیل فرمول یک جدید، یک شاهکار فنی محسوب می شود.به تجربه ثابت شده است که یک اتومبیل معمولی با تایرهای خوب می تواند عملکرد خوب و حتی بسیار خوبی داشته باشد، اما با تایرهای بد، حتی بهترین اتومبیل ها هم شانسی برای کسب نتیجه ندارند.
با وجود پیشرفت های فنی و اصیلی که در این زمینه به دست آمده، تایرهای مسابقه و تایرهای عادی روی جاده، در بهترین حالت نیز تفاوت های زیادی با هم ندارند. تایر یک خودروی معمولی از لایه های شعاعی با کمربندی از مفتول های سخت فولادی ساخته شده است که از دوام بالایی برخوردار است – معمولاً با عمر ۱۶.۰۰۰ کیلومتر یا بیشتر. تایر یک اتومبیل فرمول یک تنها برای استقامت در مسافتی نهایتاً ۲۰۰ کیلومتری طراحی و ساخته شده است تا در حد ممکن سبک و توانمند باشد. به این ترتیب در این تایرها از یک لایه زیرین نایلون و پلی استر استفاده شده است که ساختار و بافت بسیار پیچیده ای دارد و توان تحمل نیروی بسیار بالاتری از تایرهای خودروهای معمولی دارد. در فرمول یک این نیرو ممکن است تا میزان یک تن نیروی رو به پایین، g4 بار جانبی و g5 بار طولی نیز برسد.

تایر مسابقه از ترکیب لاستیکی بسیار نرمی ساخته شده که بهترین چسبندگی ممکن را روی بافت سطح پیست مسابقه داشته باشد، اما در زمان عمل، خیلی زود فرسوده و ساییده می شود. با نگاهی به پیست های مسابقه عادی، شاهد تعداد زیادی خطوط باقیمانده از آثار لاستیک می باشیم که در بیرون از خط مسابقه بر جای مانده اند . تمامی تایرهای مسابقه در حرارت نسبتاً بالا، بهترین عملکرد را دارند. به عنوان نمونه، تایرهای “دندانه ای” که تا همین چندی پیش مورد استفاده بودند، به طور معمول برای حرارت ۹۰ درجه سانتیگراد تا ۱۱۰ درجه سانتیگراد طراحی و ساخته می شدند.
اتومبیل های فرمول یک تا سال ۱۹۹۸ از تایرهای صاف استفاده می کردند. در این سال و با تغییر قوانین، استانداردهای جدیدی برای تایر مقرر شد تا با کاهش سرعت فرمول یک در سر پیچ ها، بر میزان جذابیت بصری آن افزوده شود.

به این ترتیب تایرهای “دندانه ای” وارد صحنه شدند و بر مبنای قوانین، تمامی تایرها می باید چهار شیار طولی ممتد با عمق حداقل ۲.۵ میلیمتر و با فواصل ۵۰ میلیمتر از هم می داشتند.
در فصل ۲۰۰۹ و با اصلاح قوانین، تایرهای صاف محبوب به صحنه بازگشتند. تایرهای اینترمدیت و آب و هوای بارانی از بافت کامل برخوردارند تا در زمان مسابقه در هوای بارانی، آب روی مسیر را به بیرون هدایت کنند. هوای مورد استفاده برای پر کردن تایرهای فرمول یک معمولاً ترکیب خاصی غنی از نیتروژن می باشد تا میزان تغییر فشار باد تایر را که ناشی از تغییر حرارت می باشد، به حداقل برساند. این ترکیب همچنین فشار خود را برای مدت زمان بیشتری نسبت به هوای معمولی حفظ می کند.