Samochody Formuły 1

Obecne samochody Formuły 1 to jednomiejscowe pojazdy wyścigowe o otwartym nadwoziu, kołach wystających poza profil kokpitu i skrzydłach z przodu oraz z tyłu, budowane ściśle według regulacji Międzynarodowej Federacji Samochodowej (FIA) - w związku z czym ich budowa jest zbliżona.

Koszt projektowania i budowy bolidu wymaga olbrzymich zasobów finansowych, przekraczających 100 milionów dolarów. Na rok 2007 budżet stajni BMW Sauber wynosił 355 milionów dolarów. Wysokie fundusze pochłania rozwój, badania i testy w tunelu aerodynamicznym.

Silnik

Silnik stanowi integralną część struktury bolidu, co oznacza, że z przodu jest do niego podłączony kokpit, a z tyłu skrzynia biegów z tylnym zawieszeniem i strukturą zderzeniową.

Obecnie silniki o pojemności 2400 cm³ w układzie V8 zostały wprowadzone w sezonie 2006 zastępując jednostki V10 o pojemności 3000 cm³ (wprowadzone w 1995 r. kiedy to również zmniejszono pojemność z 3500 cm³ aby zwiększyć bezpieczeństwo kierowców).

Moc silników wynosi ok. 750 KM (stare jednostki V10 miały moc bliską 1000 KM, są to jednak dane nieoficjalne - żaden z producentów nigdy nie określił dokładnej mocy silnika). W sezonie 2006 obroty silników z łatwością przekraczały 21 tys. obr./min., obecnie ilość ta została ograniczona przez FIA do 19 tys.

Silnik wydziela ok. 1758 kW ciepła, które musi być odprowadzone, do atmosfery, poprzez radiatory, umieszczone po bokach samochodu. Przez radiatory przepływa około 650 litrów powietrza na minutę, zakazane jest chłodzenie płynami.

Obecnie dostarczaniem silników do Formuły 1 zajmują się głównie zespoły fabryczne: BMW, Renault, Ferrari, Toyota oraz Honda. Łącznie zaopatrują one 10 zespołów w stawce. Wyjątkiem jest zespół McLaren, który korzysta z silników firmy Mercedes-Benz HPE.

FIA dążąc do spowolnienia bolidów od kilku sezonów wprowadza przepisy zwiększające żywotność silników. W sezonie 2004 dozwolona była wymiana silnika co każde Grand Prix, ale obowiązywał zakaz zmieniania silnika w trakcie jednego weekendu (obejmującego treningi, kwalifikacje i wyścig). Zgodnie ze zmianami wprowadzonymi od sezonu 2005 jeden silnik jest stosowany przez co najmniej dwa kolejne Grand Prix. W przypadku zmiany silnika w tym czasie pozycja startowa kierowcy zostaje obniżona o 10 pozycji w stosunku do wyników kwalifikacji do danego wyścigu. W sezonie 2007 przepisy zostały zmodyfikowane i zezwoliły na używanie dowolnej liczby jednostek podczas dwóch pierwszych treningów przed wyścigiem bez konsekwencji. Nie może jednak zostać użyta jednostka wykorzystywana w Grand Prix.

Skrzynia biegów

Samochody Formuły 1 używają półautomatycznych, sekwencyjnych skrzyń biegów z maksymalnie siedmioma biegami do przodu i jednym do tyłu (obowiązkowym). Kierowca daje sygnał zmiany biegów używając łopatek umieszczonych za kierownicą. Dzięki takiemu rozwiązaniu kierowca ma możliwość zmiany biegów bez odrywania rąk od kierownicy.

System elektryczno-hydrauliczny umożliwia zmianę biegów nawet w ciągu kilkudziesięciu milisekund, co jest rozwiązaniem dużo wydajniejszym niż w konwencjonalnych przekładniach. W samochodach osobowych najszybsi zmieniają bieg w około pół sekundy.

Od sezonu 2008 wprowadzony został przepis, który wymusił na producentach zwiększenie niezawodności skrzyni biegów. Zgodnie z nim skrzynia musi wytrzymać cztery wyścigi Grand Prix.

Aerodynamika

Aerodynamika samochodów jest projektowana tak, aby uzyskać jak najlepszy docisk do podłoża (zmniejsza poślizg kół i zwiększa efektywność transmisji mocy z kół na podłoże) przy jak najmniejszej utracie na prędkości i przyspieszenia. Każda część nadwozia jest projektowana właśnie z tą myślą.

Dobrze ustawiona aerodynamika może mieć większe znaczenie niż opony, wg ekspertów aż 80% przyczepności pochodzi z aerodynamiki, a tylko 20% z opon. Sekretem dobrego ustawienia jest kompromis pomiędzy jak największą siłą docisku i jak najmniejszym oporem. Najłatwiejszym i najszybszym sposobem regulacji jest ustawianie kąta w przednich i tylnych skrzydłach, które są dosyć długo już stosowanym elementem aerodynamicznym, generującym spory udział w oddziaływaniu powierzchnia-bolid. Wbrew pozorom, największy udział w docisku bolidu do podłoża (40%) ma tak zwany dyfuzor, który znajduje się pod bolidem. Część ta, wręcz przysysa bolid do nawierzchni toru. Obecnie, jednym z najbardziej nurtujących problemów jest uporządkowanie przepływu powietrza wokół kół. Rozmaite drobne elementy aerodynamiczne (skrzydełka, płaty, kominy) umieszczane są na przednim skrzydle i osłonach chłodnic aby zniwelować negatywny wpływ kół na przepływ powietrza.

Aerodynamika jest jednym z najważniejszych elementów przy projektowaniu samochodu F1. Chociaż niektóre zespoły coraz częściej do rozwoju aerodynamiki stosują potężne komputery, w dzisiejszych czasach jej rozwój wciąż nie jest praktycznie możliwy bez specjalnych tuneli aerodynamicznych.

W tunelach testuje się nie tylko nowe elementy nadwozia, ale także np. wpływ zmiennych podmuchów wiatru na stabilność samochodu. Tunel zespołu Williams, który wyposażony jest w 60-tonowy wiatrak i silnik o mocy 4000 KM, jest w stanie symulować huragany!

Konstrukcja

Samochody są budowane z włókien węglowych i podobnych ultralekkich (i drogich w produkcji) materiałów, z drugiej strony, współczesnym konstrukcjom nie obce są odważniki ze zwykłej stali. Zgodnie z regulaminem FIA, waga bolidu wraz z kierowcą, płynami, gaśnicami i kamerami pokładowymi nie może być mniejsza niż 605 kg, stajnie często muszą dodawać balast, aby osiągnąć minimalną dozwoloną wagę. Zarówno kierowcy i bolidy są ważone po każdym wyścigu. Dodatkową zaletą balastu jest to, że dzięki niemu można efektywnie wyważyć samochód, i obniżyć środek ciężkości, balast można umieścić w wielu miejscach w samochodzie.

Paliwo

W F1 używa się paliwa zbliżonego do tego ze stacji benzynowych, jest ono jednak specjalnie przygotowywane dla F1 pod kątem danego toru. Paliwo to jest jednakowe dla wszystkich zespołów. Stajnie nie mogą na własną rękę go ulepszać. Aby uniknąć wszelkich wątpliwości, paliwo to jest dystrybuowane i tankowane pod ścisłą kontrolą sędziów. Od czasu do czasu są też przeprowadzane kontrole próbek paliwa, pobieranego bezpośrednio przed startem z baków bolidów.

Zbiornik paliwa, wykonany z odpornej na przecieki gumy i pokryty Kevlarem, umieszczany jest jak najniżej w kadłubie tuż za fotelem kierowcy. Podczas tankowania paliwo dostarczane jest przez wąż tankujący z szybkością ok. 12 l/s, warunkiem jest prawidłowe umieszczenie końcówki węża we wlewie do baku. Zużycie paliwa podczas wyścigu wynosi około 75 litrów na 100 kilometrów, jednak jest ono uzależnione od charakterystyki toru.

Opony

Zgodnie z przepisami, opony muszą mieć w części stykającej się z podłożem minimum cztery ciągłe rowki równoległe do kierunku jazdy, co redukuje nieco osiągane prędkości. Opony całkowicie gładkie, tzw. sliki, mają najlepszą przyczepność do podłoża w suchych warunkach atmosferycznych, ale zostały zakazane od sezonu 1997. Opony nie mogą być szersze niż 355 mm na przodzie i 380 mm z tyłu samochodu. Opony stosowane w Formule 1 mogą wytrzymać dystans do 200 km. Dla porównania, opona radialna produkowana przez "Michelin" używana w samochodach osobowych jest w stanie wytrzymać około 80 000 km, a opona motocyklowa 15 000 km. Taka różnica w wytrzymałości spowodowana jest tym, że opony F1 są wykonywane z innych znacznie bardziej miękkich i szybciej ścierających się gatunków gumy, niż te stosowane w oponach użytkowych. Stosowanie miękkiej gumy zdecydowanie zwiększa przyczepność opon do podłoża, a pompowanie ich azotem zmniejsza możliwość pożaru.

Optymalna temperatura, w której pracują opony w Formule 1 to 95°C. Do rozgrzewania opon przed jazdą służą specjalne elektrycznie ogrzewane pokrowce, które doprowadzają je do temperatury 90°C. Różnica w temperaturze jest o tyle ważna, że jest bardzo powiązana z przyczepnością, zawieszeniem i prześwitem. W przypadku zmniejszenia temperatury opon, spada ciśnienie gazu i zmniejsza się przyczepność. Problem występuje najczęściej podczas wolnej jazdy np. za samochodem bezpieczeństwa. W celu zachowania odpowiedniej temperatury opon kierowcy jadą w charakterystyczny zygzakowaty sposób.

Obecnie w Formule 1 obecny jest tylko jeden dostawca opon - firma Bridgestone. Jest ona zobowiązana do dostarczania identycznych specyfikacji opon dla wszystkich zespołów uczestniczących w mistrzostwach.

Hamulce

Tarcze hamulcowe wykonane są z włókien węglowych. Ich grubość nie może być mniejsza niż 28 mm, a średnica nie może być większa niż 278 mm. Dozwolone jest używanie dwóch klocków hamulcowych. Podczas hamowania rozgrzewają się do temperatury 1000°C w niespełna sekundę. Hamulce nie są elementem trwałym i wymieniane są według potrzeb. Hamulce są w stanie zatrzymać bolid ze 100 km/h na odcinku 17m.

Kokpit

Kokpit bolidu F1 jest bardzo ciasnym i niewygodnym miejscem. Montuje się w nim fotel kierowcy i kierownicę, która stanowi centrum sterowania bolidem. Cała kabina wykonana jest z włókien węglowych, które zapewniają jej niebywałą wytrzymałość. Kokpit ma zapewnić kierowcy zarówno komfort jazdy jak i przetrwanie w razie wypadku. Ta część bolidu poddawana jest wielu rygorystycznym testom i jest jedną z nielicznych części, która ze względu na swoją wytrzymałość może być używana przez cały sezon. To właśnie kokpit uratował życie Robertowi Kubicy. Na 27 okrążeniu wyścigu o Grand Prix Kanady 2007 Kubica uderzył w betonową ścianę, jadąc z prędkością 272 km/h, osiągając przeciążenie 75 G. Podczas zderzenia z dwoma betonowymi ścianami i bariery amortyzującej uderzenie. Robert miał na szczęście tylko zwichniętą kostkę.

Fotel

Kierowca jest przypięty do fotela sześcio-punktowymi pasami bezpieczeństwa. Sam fotel nie może być przymocowany do kokpitu na stałe, mocuje się go za pomocą maksymalnie dwóch poziomych sworzni. Mocowanie jest ujednolicone i w każdym bolidzie fotel może być wyciągnięty za pomocą jednego, standardowego narzędzia, w które wyposażone są wszystkie zespoły ratownicze. Fotel podobnie jak cały kombinezon kierowcy musi być wykonany z materiałów niepalnych.

Kierownica

Kierownica w bolidzie F1 stanowi centrum zarządzania pracą samochodu. Może się na niej znajdować nawet 20 przycisków. Koszt budowy jednego egzemplarza wynosi średnio około 35 000 €.Kierownicę można wyjąć z bolidu w każdej chwili, ponieważ nie jest ona zamontowana stałe. Służy do tego specjalny przycisk, aby w razie niebezpieczeństwa kierowca szybko wydostał się z bolidu. Zajmuje mu to mniej niż 5 sekund. W trakcie sezonu na jednego kierowcę przypadają około cztery kierownice.

Osiągi

Dzięki coraz bardziej rozwiniętej technologii, bolidy Formuły 1 osiągają oszałamiające szybkości i przyspieszenie.

W trakcie demonstracji na torze Silverstone w Wielkiej Brytanii, kierowca McLarena, David Coulthard startując siedemdziesiąt sekund po parze dwóch zwykłych samochodów marki Mercedes-Benz ze startu stojącego, był w stanie bez trudu wyprzedzić je przed linią mety już w pierwszym okrążeniu. Przejazd całego okrążenia na torze Silverstone zajmuje nie więcej niż 3 minuty.

Większość współczesnych bolidów ma następujące osiągi:

• 0-96 km/h w 2,6 sek.

• 0-160 km/h w 3,6 sek.

Aby zredukować szybkość i zwiększyć bezpieczeństwo kierowców, FIA wprowadziła przepis dla konstruktorów, który ograniczył użycie komputerów do kontroli pracy silnika. Mimo wprowadzenia zmian, konstruktorzy dalej poprawiają osiągi swoich samochodów, zwiększając moc silników i efektywność aerodynamiki. Nowe przepisy na sezon 2005 zredukowały siłę docisku o ok. 25%, z czego prawie wszystko odzyskano.