HISTORICKÝ P EHLED VÝVOJE PODVOZK A MOTOR FORMULE 1 HISTORICAL OVERVIEW OF F1CHASSIS AND ENGINES EVOLUTION

VYSOKÉ UýENÍ TECHNICKÉ V BRNċ BRNO UNIVERSITY OF TECHNOLOGY

FAKULTA STROJNÍHO INŽENÝRSTVÍ FACULTY OF MECHANICAL ENGINEERING

HISTORICKÝ PěEHLED VÝVOJE PODVOZKģ A MOTORģ FORMULE 1 HISTORICAL OVERVIEW OF F1CHASSIS AND ENGINES EVOLUTION

BAKALÁěSKÁ PRÁCE BACHELOR´S THESIS

AUTOR PRÁCE

JAN HRUDÍK

AUTHOR

VEDOUCÍ PRÁCE SUPERVISOR

BRNO 2008

ING. RADIM DUNDÁLEK, PH.D.

Anotace Tato bakaláĜská práce se zabývá pĜehledem hlavních milníkĤ v oblasti vývoje konstrukce závodního vozu. Pozornost je vČnována vozĤm formule 1, které jezdí v závodech od roku 1950. PĜed samotným popisem technických Ĝešení vozu formule 1 je zaĜazena þást, která struþnČ osvČtluje postupné smČĜování k formuli 1. V následující kapitole jsou v pĜehledné tabulce zpracovány technické omezení a pĜedpisy pro konstrukci vozĤ Velkých cen. Tabulka je uspoĜádaná vzestupnČ podle jednotlivých let. Další þást se vČnuje aktuální sezónČ 2008 svČtového šampionátu. Je zde uveden výtah z technických regulí a také pĜehled všech týmĤ, jezdcĤ a vozĤ v této sezónČ. Jeden z týmĤ je v samostatné þásti popsán podrobnČji vþetnČ nČkolika obrázkĤ. Poslední oddíl má za cíl doplnit historii vývoje o konstrukþní zvláštnosti a experimenty.

Klíþová slova Formule 1, motor, kompresor, turbodmychadlo, šampionát, Velká cena, FIA, legislativa, pĜítlak, výkon, konstrukce, experiment, vývoj

Annotation This thesis is focused on the overwiev of main periods in the area of race car construction development. In the first chapter, main attention is dedicated to Formula One cars, attending races since 1950. In spite of this, there is briefly noted the technological development before FIA Formula One Championship. Next chapter is dealing with technical restrictions and regulations restraining construction of Formula One car. Data are situated in the table, ascending sequenced according to the year. Next part refers to the actual Fia Formula One Championship season 2008. There is abstract of technical regulations and the list of actual Formula One teams, their cars and drivers. There is some pages acting with one of the Formula One team. In the last chapter some of technological experiments are presented.

Key words Formula 1, engine, supercharger, turbo blower, championship, Grand Prix, FIA, legislation, thrust, performance, construction, trial, evolution

Bibliografická citace Hrudík, J.: Historický pĜehled vývoje podvozkĤ a motorĤ formule 1. Brno: Vysoké uþení technické v BrnČ, Fakulta strojního inženýrství, 2008. 62 str. Vedoucí bakaláĜské práce Ing. Radim Dundálek, Ph.D.

ýESTNÉ PROHLÁŠENÍ Prohlašuji, že tuto bakaláĜskou práci Historický pĜehled vývoje podvozkĤ a motorĤ formule 1 jsem napsal samostatnČ pod vedením Ing. Radima Dundálka, Ph.D. s použitím uvedených zdrojĤ literatury.

V BrnČ !"#………$ 2008

…………………………… Podpis autora

PODċKOVÁNÍ Na tomto místČ bych rád podČkoval vedoucímu mé bakaláĜské práce Ing. Radimu Dundálkovi Ph.D. za jeho odborné vedení pĜi tvorbČ této bakaláĜské práce, za jeho rady a cenné pĜipomínky. Díky také patĜí mým rodiþĤm: Ing. IrenČ Hrudíkové a Ing. JiĜímu Hrudíkovi za podporu ve studiu a v neposlední ĜadČ kamarádĤm, kteĜí toto nároþné studium ulehþují.

Ústav automobilního a dopravního inženýrství

HISTORICKÝ PěEHLED VÝVOJE a dopravního inženýrstvíFORMULE 1 PODVOZKģ A MOTORģ

Jan Hrudík

Obsah 1 2

3 4 5

6 7 8 9

Úvod……………………………………………………………........................ Historický vývoj základních technických komponent závodních vozĤ od poþátkĤ k formuli 1…………………................

10

Seznam obrázkĤ a tabulek……………………………………………… Seznam použitých zkratek a symbolĤ……………………………… Seznam použitých zdrojĤ a literatury…………………….................

59

11 2.1 Motory………………………………………………………………….. 11 2.1.1 Období pĜed formulí 1 - éra kompresorĤ ………………………… 11 2.1.2 Období formule 1………………………………………………… 12 2.1.2.1 Éra atmosférických motorĤ …………………………….. 14 2.1.2.2 Éra pĜeplĖovaných motorĤ………………………………. 17 2.1.2.3 Motory souþasných vozĤ - éra „elektronických pomocníkĤ“………………………………………………. 19 2.2 Podvozky……………………………………………………………… 20 2.2.1 PĜehled vývoje podvozkĤ……………………………………….. 20 2.2.2 Podvozky souþasných vozĤ formule 1……………….................. 21 2.2.2.1 ZavČšení kol …………………………………………… 21 2.2.2.2 Tlumiþe …………………………………………… 26 2.2.2.3 Konstrukþní materiály podvozkĤ….. ……………………. 27 Základní technické pĜedpisy pro vozy formule 1……………… 28 3.1 Pravidla v prĤbČhu let 1950 - 2008……………………………….. 29 3.2 Pravidla pro aktuální sezónu 2008………………………………… 37 Vozy formule 1 v aktuální sezónČ 2008…………………………… 39 4.1 PĜehled týmĤ ………………………………………………………….. 39 4.2 PĜedstavení aktuálního vozu………………………………………… 41 Konstrukþní experimenty a zvláštnosti ………………………….… 44 5.1 Experimenty s pĜítlaþnými plochami……………………………… 44 5.2 Pohon všech kol………………………………………………………. 47 5.3 Turbínový pohon……………………………………………………... 50 5.4 Dvoukotouþové brzdy……………………………………………….. 53 5.5 Vzduchem chlazený motor………………………………………….. 54 5.6 Chladiþe po bocích vozu ……………………………………………. 55 5.7 Šestikolová formule………………………………………………….. 57 ZávČr…………………………………………………………………………… 58

Brno, 2008

60 61

9

Jan Hrudík

1

HISTORICKÝ PěEHLED VÝVOJE PODVOZKģ A MOTORģ FORMULE 1


Úvod

Tato bakaláĜská práce má za cíl dát þtenáĜi pĜedstavu o vývoji techniky ve vozech formule 1 od prvního šampionátu v roce 1950 až po souþasnost. V první þásti druhé kapitoly je pozornost vČnována technickému vývoji, který umožnil vznik svČtového šampionátu formule 1. Tato þást dává jen struþný pĜehled, jelikož hlavní pozornost práce je vČnována šampionátu formule 1, datující svĤj vznik do roku 1950. RozšíĜeným konstrukþním Ĝešením bylo v této dobČ použití kompresoru, jehož þinnost je zde popsána podrobnČji. V druhé þásti druhé kapitoly je pojednáno o jednotlivých érách v prĤbČhu samotného šampionátu formule 1. Jde o éru atmosférických motorĤ, pĜeplĖovaných motorĤ a éru „elektronických pomocníkĤ“. PĜi použití technických výrazĤ jsou tyto vysvČtleny buć pĜímo v textu, resp. pod þarou jako poznámka. VysvČtlení je provedeno formou textovou a prostĜednictvím matematických vztahĤ vþetnČ názvĤ použitých veliþin. Následuje pĜehled vývoje hlavních podvozkových komponent a jejich detailní popis pro aktuální sezónu. Dále je pozornost vČnována legislativním omezením. V obsáhlé tabulce lze podle konkrétního roku zjistit max./min. hmotnost vozu (vþetnČ jezdce a jeho výstroje), poþet válcĤ motoru, objem všech válcĤ pro pĜípad motoru s pĜeplĖováním a motoru atmosférického, bodové hodnocení jezdcĤ dle poĜadí dokonþení závodu. V poznámce jsou uvedeny rĤzné dĤležité a zajímavé události, pokud se v dané sezónČ udály. V následující þásti jsou podrobnČji rozebrány technické omezení pro aktuální sezónu 2008. Následující kapitola dává pĜedstavu o souþasném vozu formule 1, vþetnČ nČkolika informací o týmu. Je zde struþnČ popsána technická konstrukce vozu. Pro tento úþel byl vybrán vĤz R28 stáje Renault. Kapitola je doplnČna o pĜehled týmĤ v této sezónČ, který je zpracován ve formČ tabulky podle názvĤ týmu a abecedním poĜadí. U každého týmu je pĜipojen vzhled a oznaþení jejich monopostu, typ motoru, jména hlavních jezdcĤ vþetnČ jejich národnosti. V páté kapitole je ukázka nČkolika zajímavých technických Ĝešení a inovací. Jde napĜ. o experimenty s pĜítlaþnými plochami, pohon všech kol, pohon turbínovým motorem, dvoukotouþové brzdy, vzduchem chlazený motor, chladiþe po bocích vozu, šestikolovou formuli. NČkteré nápady se ujaly a staly se nedílnou souþástí dnešních závodních vozĤ. Jiné lze považovat pouze za zajímavý experiment.

10

Brno 2008


2


Jan Hrudík

Historický vývoj základních technických komponent závodních vozĤ od poþátkĤ k formuli 1

Základní lidská vlastnost - soutČživost a srovnání svých výkon a sil v jakékoli oblasti zapíinila, že se automobilové závody zaaly poádat již krátce po vynálezu automobilu. Nejprve šlo o vozy na parní pohon, od roku 1894 o pohon spalovacím motorem. Tyto motory mly velmi malý výkon (kolem 2 kW). Teorie zmny konstrukce spalovacích a sacích prostor ješt nebyla penesitelná do praxe, a tak se konstruktéi snažili zvýšit výkon zvtšením objemu válc (až 18 litr). Civilní vývoj techniky se zastavil v prbhu 1.svtové války( 1914-1918). Po jejím skonení tžili konstruktéi závodních motor (asto to byli ti samí, jako ve válce) z válených leteckých motor. Ironií osudu každého válení je, že pomže posunout civilní konstrukce o velký kus kupedu. Nárstu výkonu bylo docíleno zvýšením plnícího tlaku smsi do válc použitím kompresor.

2.1

Motory

2.1.1 Období pĜed formulí 1 - éra kompresorĤ Kompresor je zaízení, které stlauje pracovní plyn. Má dva otvory, jedním je vstup, odkud si bere vzduch z atmosféry, druhým je výstup, kudy proudí vzduch pod tlakem. Píklad kompresoru vycházejícího z válených zkušeností je na obrázku 1, výrobce Mercedes. Je vybaven rotujícími písty (obr. 1a) ) Roots se dvmi (obr. 1c) ) resp. temi lopatkami (obr. 1b) ). Názorná ukázka vzhledu souasného kompresoru je na obr.2. Je mechanicky pohánný emenem od klikového hídele, s pevodem do rychla, pevodový pomr 1,5 až 4. Díky tomu je minimalizováno zpoždní nárstu plnícího tlaku, reaguje již od nízkých otáek motoru. Na rozdíl od atmosférických motor je pi použití kompresoru (kdy do válce jde sms vzduchu a paliva o vyšším tlaku a teploty) nutné snížit kompresní pomr, aby nedošlo k samovznícení smsi z dvodu pílišného stlaení (motor nezaíná stlaovat sms z podtlaku, ale již z uritého kladného tlaku).

Obr.1 Kompresor Mercedes [5] a)rotující písty b) schéma uložení dvou rotujících pístĤ se tĜemi lopatkami c) schéma uložení dvou rotujících pístĤ se dvČmi lopatkami Brno, 2008

11

Jan Hrudík

HISTORICKÝ PEHLED VÝVOJE PODVOZK A MOTOR FORMULE 1


Obr.2 Souþasný kompresor [15] _________________________________________________________________________ Pozn.: Kompresní pomČr İ: - podíl þíselné hodnoty pracovního prostoru válce a minimálního objemu válce (pĜi nejvyšší poloze pístu – horní úvraĢ, viz obr.5). • •

Vk - objem kompresního prostoru (nejmenší prostor ve válci pĜi poloze pístu v horní úvrati) Vz – zdvihový objem (vzdálenost mezi horní a dolní úvratí pístu vynásobená plochou pístu)

_________________________________________________________________________

2.1.2 Období formule 1 Roku 1939 ze zaþalo znova válþit ve velkém. Druhá svČtová válka (1939-1945) zastavila veškerý civilní vývoj a automobilové soutČže. Po jejím skonþení se sice opČt zaþalo závodit, zatím však se starými modely. DĤvodem bylo, že rekonstrukce továren v rozbombardované EvropČ si vyžádaly delší þas. V roce 1946 vznikla FIA (fr. Federation Internationale De L'Automobile – cz.: mezinárodní automobilová federace reprezentující motoristické zájmy). Jde o nevýdČleþnou organizaci zahrnující 222 národních automobilových organizací ze 130 zemí svČta, sídlí v PaĜíži, administrativní centrum se nachází v ŽenevČ, Švýcarsko. Poprvé byl použit název Formule 1. Byly zavedeny pĜedpisy, které omezovaly a usmČrĖovaly konstrukce závodních speciálĤ. 12

Brno 2008



Jan Hrudík

Všechny týmy musí tato pravidla respektovat, jinak je þekají postihy – penČžité tresty, zákaz startu po urþitou dobu atd. První svČtový šampionát se uskuteþnil 13.kvČtna 1950 v anglickém Silverstone (oficiální propagaþní leták na obr.3). VítČzem se stal Nino Farina jezdící v týmu Alfa Romeo. Tohoto roku byly stále ještČ používány motory s pĜeplĖováním. Zvrat nastal roku 1951, kdy Ferrari pĜedstavilo v modelu 375 (obr.4) svĤj atmosférický dvanáctiválec s objemem 4,5 litru. UvČdomovalo si totiž, že pĜeplĖované motory vyžadují nepomČrnČ více paliva, než motory atmosférické. Je to zpĤsobeno tím, že u pĜeplĖovaných motorĤ se uskuteþĖuje dvojí stlaþení pracovní smČsi – v kompresoru a následnČ i v motoru, expanze se odehrává pouze v motoru a tím pádem je výfukovým ventilem odvádČn plyn stále pod velkým tlakem, který se nevyužije. Vysoká spotĜeba se musela kompenzovat buć vČtšími nádržemi s palivem nebo jedním až dvojím tankováním v prĤbČhu závodu. ObČ varianty byly neefektivní: buć z dĤvodu vČtší váhy vozu v prvním pĜípadČ, resp. þasových ztrát pĜi tankování v pĜípadČ druhém. Doposud nejlépe si stojící tým Alfa Romeo oznámil konec svého pĤsobení v mistrovství svČta a jedniþkou se stala stáj Ferrari, jehož jezdci obsadili následující sezónu všechny první tĜi pozice.

Obr.3 Oficiální leták první Velké ceny v Silverstone, 1950 [2]

Brno, 2008

13

Jan Hrudík



Obr.4 Ferrari 375 [8]

2.1.2.1 Éra atmosférických motorĤ Následující období lze nazvat érou atmosférických motorĤ – tj. bez pĜeplĖování. Jejich konstrukce se natolik zlepšila, že dosahovaly litrového výkonu až 130kW. Jedním z cílĤ konstruktéra bylo dosáhnout co nejlepšího výkonu, ale také životnosti, která je z velké míry ovlivnČna stĜední pístovou rychlostí. StĜední pístová rychlost Rychlost pístu urþuje opotĜebení rozhraní povrchĤ píst (resp.pístní kroužky) – válec. Tato rychlost je promČnná v závislosti na natoþení klikové hĜídele. Výpoþet její pĜesné hodnoty je v každém okamžiku vcelku složitý, a proto se v dobách bez výpoþetní techniky zavedl pojem stĜední pístová rychlost, ozn. vs. Vychází z pĜedpokladu, že považujeme rychlost pístu za konstantní. Rychlost se vypoþítá dle jednoduchého vztahu z fyziky: v = s / t [m/s] (dráha dČlČná þasem) Dráhou pístu je zdvih a þas urþený na tento pohyb je dán otáþkami motoru. 1 otáþka motoru nám urþuje dva zdvihy (píst jde shora dolĤ a pak opČt nahoru). vs = 2 . z . n [m/s] z………zdvih pístu (mezi horní a dolní úvratí pístu) [mm] n …… poþet otáþek za jednotku þasu [min-1] Viz obr.5 U motorĤ vozĤ formule 1 se pohybuje okolo 25 m/s. Nad touto rychlostí dochází k vČtšímu opotĜebení vlivem sdírání olejového filmu. Z výše uvedeného matematického vztahu je patrno, že zachování maximální pĜípustné stĜední pístové rychlosti lze dosáhnout použitím kratších zdvihĤ válce. Tím bylo umožnČno zvýšit poþet otáþek a následnČ mČrného výkonu (výkon pĜepoþtený na jednotku objemu). 14

Brno 2008


HISTORICKÝ PEHLED VÝVOJE a dopravního inženýrstvíFORMULE 1 PODVOZK A MOTOR

Jan Hrudík

Obr.5 Schéma pístu ve válci, popis poloh pístu [vlastní tvorba] Z dĤvodu výše Ĝeþeného se konstrukce motorĤ ustálila na výrobČ motorĤ s malým zdvihem. Bylo nutné najít optimální zdvihový pomČr a poþet válcĤ. _________________________________________________________________________ Zdvihový pomČr [-] - pomČr þíselné hodnoty zdvihu pístu z (vzdálenost mezi horní a dolní úvratí pístu) a vrtání pístu d (prĤmČr pístu) [mm].

Podle hodnoty zdvihového pomČru se motory dČlí na: - podþtvercové …… z > d - nadþtvercové……. z < d - þtvercové ………. z = d _________________________________________________________________________

Problém u nadþtvercových motorĤ je, že lze tČžko dosáhnout dostateþné hodnoty stĜedního efektivního tlaku. PĜi malém zdvihu se tedy musely zaþít používat válce s malým prĤmČrem, aby se zvýšil zdvihový pomČr. Problémem malých válcĤ oproti vČtším je, že motor je hĤĜe chlazen z dĤvodu horšího pomČru objemu válce k chladícímu povrchu.

Brno, 2008

15

Jan Hrudík



StĜední efektivní tlak pc [Pa] Je to charakteristická hodnota spalovacích motor. Jde o stĜední indikovaný tlak pi pĜepoþtený na spojku motoru, tedy s uvažováním ztrát pĜi pĜenosu energie z þela pístu motoru až na spojku. pc = p i - p m pi ……. stĜední indikovaný tlak [Pa] pm ……. stĜední tlak mechanických ztrát [Pa] PomČr objemu válce k chladícímu povrchu (stČna válce): objem válce ( = plocha pístu vynásobená zdvihem) [cm3]:

d…….. prmČr pístu [mm] z…….. zdvih pístu (mezi horní a dolní úvratí pístu) [mm] povrch stČny válce [m2]:

jejich pomČr:

PomČr objemu válce k chladícímu povrchu je tedy dle odvození závislý na prmČru válce (vrtání). Požadovaného celkového objemu bylo dosaženo použitím více válc. celkový objem válc [cm3]: je souþtem objem v jednom válci (viz výše) pĜes celkový poþet válc.

i……. poþet válc [-]

Se vzrstajícím teplem a mechanickým odporem (tĜení mezi stČnami válc a píst a v ložiskách - pĜi vČtším poþtu válc) roste spotĜeba. Je potĜeba vozit více paliva nebo dotankovávat v prbČhu závodu. S tím vším musí konstruktéĜi poþítat a najít optimální pomČr vrtání a zdvihu válce.

16

Brno 2008



Jan Hrudík

2.1.2.2 Éra pĜeplĖovaných motorĤ Rok 1981 by se dal nazvat rokem zaþátku éry turbodmychadel. Princip þinnosti bude vysvČtlen na pĜíkladu turbodmychadla Thompson (jeho vzhled a schéma je na obr.6, vzhled souþasného turbodmychadla z vozu Impreza WRX STi a jeho Ĝez je na obr.7)

Obr.6 Turbodmychadlo Thompson [15, 7]

Obr.7 Turbodmychadlo z vozu Impreza WRX STi a jeho Ĝez [16]

Brno, 2008

17

Jan Hrudík



Toto turbodmychadlo neodebírá nic z výkonu motoru, protože je pohánno výfukovými plyny – využívá kinetické energie spalin, které by jinak odcházely bez využití. Výfukové plyny roztáþí turbínu, která je pipevnna na spoleþné hídeli s dmychadlem, a následn odchází stedem turbíny do výfukového potrubí. Dmychadlo vhání sms pod tlakem do spalovacích prostorĤ. Je dosahováno velmi vysokých otáþek - až 100 000 ot/min. Proto je velká pozornost vnována uložení spoleþné hídele, které je realizováno kluznými ložisky (uložena pružn z dĤvodu vyrovnání pípadné nevyváženosti). Celé zaízení je vybaveno rychlým ídícím systémem a je opateno nezbytným prvkem – pojistným ventilem, který v pípad vyššího tlaku, než je dovoleno, tento pebytek odpustí. Pracuje pln automaticky dle aktuální poteby – není zde žádná mechanická vazba mezi turbodmychadlem a motorem, penos je pouze prostednictvím média – plynu. Princip je jednoduchý a funkþní. Pi rozjezdu, v nízkých otáþkách a pi plném zatížení produkuje motor velké množství výfukových spalin, které nejsou rovnou vypouštny, ale využijí se pi roztáþení turbíny a následn dmychadla, které zvýší tlak plynĤ vstupujících do spalovacích prostor a tím roste výkon motoru. Ješt lepší využití je pi vyšších otáþkách motoru a vtší rychlosti výfukových spalin. Nevýhodou je urþité zpoždní, bhem kterého se celý tento proces realizuje – tzv. prodleva turbodmychadla. Ta nastane, pokud kinetická energie výfukových plynĤ není dostateþná pro roztoþení lopatek turbodmychadla. V souþasnosti je jedním z možných ešení použití systému VGT (Variable geometry turbochargers). Dmychadlo má natáþení lopatky, což umožĖuje optimáln využít proudící výfukové plyny v celém rozmezí otáþek (obr.8). Obdobn jako u kompresorĤ je teba snížit kompresní pomr, aby nedošlo k samovznícení smsi z dĤvodu pílišného stlaþení (motor nezaþíná stlaþovat sms z podtlaku, ale již z urþitého kladného tlaku). Pracovní teploty dosahují až 800oC, je nutno použít speciálních rozvodĤ ze speciálních materiálĤ (obr.9).

Obr.8 Systém VGT [8]

18

Brno 2008



Jan Hrudík

Obr.9 Speciální rozvody pro turbodmychadla [16] Éra turbodmychadel skonþila roku 1988. To byl poslední rok, ve kterém ještČ mohly startovat vozy s pĜeplĖováním. O zákazu používat vozy s pĜeplĖováním bylo rozhodnuto v roce 1987. Za ménČ než desetiletou dobu jejich pĤsobení udČlaly pro motoristický sport více, než kterýkoli jiný vynález þi inovace. Díky nČmu se do šampionátu zapojilo mnohem více velkovýrobcĤ aut, kteĜí nelitovali investovat nemalé peníze do vývoje a testování. Doufali, že se jim tyto nabyté zkušenosti zúroþí ve výrobČ sériových vozĤ.

2.1.2.3 Motory souþasných vozĤ - éra „elektronických pomocníkĤ“ Následující období až do dnešní doby je charakteristické používáním všemožných elektronických zaĜízení a poþítaþĤ. Tento trend je k vidČní jak ve vozech (vstĜikování, zapalování, brzdné systémy, kontroly trakce), tak v depech: pĜi výrobČ, testování, zkouškách a závodech samotných. Motory se zaþaly používat bez pĜeplĖování atmosférické deseti- a dvanáctiválcové, od roku 2006 striktnČ dle pravidel osmiválcové.

Brno, 2008

19

Jan Hrudík

2.2



Podvozky

2.2.1 PĜehled vývoje podvozkĤ Historie vývoje podvozkĤ je popsána dle konstrukcí vozĤ z produkce automobilky Ferrari v prĤbČhu let. První vozy formule 1 mČly za základ jednoduchý trubkový rám, který byl postupnČ nahrazen složitČjší konstrukcí sestávající ze dvou hlavních trubek eliptického prĤĜezu pĜíþnČ spojených dalšími menšími trubkami.Zaþátkem 70.let pĜebírá þást nosné konstrukce motor a o pár let pozdČji se setkáváme s pojmem „monocoque“(„skoĜepina“). Jde o základní nosnou þást podvozku používanou od té doby stále. Nejprve byl tvoĜený hliníkovými pláty pĜinýtovanými ke konstrukci z lehkých slitin. Od doby objevu všech výhod karbonových (uhlíkových) vláken na poþátku 80.let si tento materiál vydobyl výhradní postavení v konstrukci vČtšiny dílĤ vozu formule 1. Následující skoĜepiny byly sestavovány ze dvou kompozicových plátĤ, sešroubovaných k sobČ. První byl vyztužen kevlarovými a druhý uhlíkovými vlákny. Od roku 1985 se pro navrhování monocoque zaþal používat designérský program CAD, který umožnil vytváĜet skoĜepinu z jednoho kusu. Dominantním materiálem se stala uhlíková vlákna. Monocoque se tvaruje a lisuje v epoxidové formČ za pĤsobení zvýšených teplot. Pro každou sezónu se používá jedna forma, v níž se vyrobí až šest skoĜepin, a proto musí splĖovat nejvyšší požadavky na pĜesnost. Karoserii v prvních letech tvoĜily hliníkové pláty upevnČné na rámu. V polovinČ 60.let se tyto pláty zdvojovaly, pro vČtší pevnost. Hliník zaþaly postupnČ nahrazovat kompozitní materiály až je úplnČ nahradily. Jednotlivé panely zaþaly být plnČ odnímatelné pro možnost rychlé výmČny v boxech pĜi poškození bČhem závodu. PĜední zavČšení v poþátcích závodĤ sestávalo z dvojitých závČsĤ, odpružení bylo tvoĜeno pĜíþnými listovými pružinami umístČnými dole, doplnČno o tlumiþ, kterým byl u Ferrari hydraulický pákový tlumiþ typu Houdaille. Tento systém zavČšení se postupnČ vyvinul do nezávislého zavČšení obou kol s použitím spirálových pružin. V druhé polovinČ 50.let se pružící prvky pĜesunuly dovnitĜ šasi, vinuté pružiny byly uloženy souose spolu s tlumiþi a pohyb kola byl pĜenášen vzpČrami. Toto uspoĜádání vydrželo až do dneška. Roku 1993 se zaþal používat tzv. aktivní podvozek, který udržoval stálou výšku vozu nad zemí a tím konstantní proudČní vzduchu pod vozem. Takovéto konstrukþní Ĝešení bylo pozdČji zakázáno. ýím dál více pozornosti se zaþalo vČnovat aerodynamice a celý systém se optimalizoval pro co nejlepší obtékání vzduchu. Zadní zavČšení bylo v prvním desetiletí šampionátu formule 1 (50.léta) tvoĜeno nápravou typu De Dion (obr.10), odpružené pĜíþnými a následnČ podélnými listovými pružinami, nejprve uloženými vespod, pozdČji nahoĜe. Tato náprava byla doplnČna nČkolika podélnými vzpČrami. Od 60.let se i vzadu zaþalo používat dvojitých závČsĤ se souosým uspoĜádáním vinutých pružin a tlumiþĤ. Od 70.let se zaþal používat systém horizontálního uchycení tlumiþĤ a pružin umístČných nad diferenciálem.

20

Brno 2008



Jan Hrudík

Obr. 10 Náprava De Dion s vinutými pružinami [8] 2.2.2

Podvozky souþasných vozĤ formule 1

Hlavní þástí podvozku jsou tlumiþe a zavČšení kol. Jejich úkolem je nejen kopírovat drobné nerovnosti povrchu vozovky a zajistit co nejlepší pĜilnavost kola, ale také prakticky nepĜetržitý styk kol s vozovkou. Dalším neménČ podstatným dĤvodem jejich použití je snížit namáhání šasi (na ohyb þi krut) a udržet kmitání neodpružených þástí v co nejmenší míĜe. CílenČ se tím dosahuje lepšího pĜenosu brzdných a hnacích sil a zachycení boþních sil pĜi prĤjezdu zatáþkou. V naladČní tvrdosti a charakteristiky podvozku musí konstruktéĜi dČlat kompromisy, aby nedocházelo k pĜílišnému naklánČní a byla udržena stálá výška nad zemí a tím zajištČn stálý prĤtok vzduchu pod vozem. 2.2.2.1 ZavČšení kol Následující popis patĜí k obČma nápravám. ZavČšeni kol je lichobČžníkového typu, nezávislé pro každé kolo. Skládá se ze dvou nad sebou umístČných trojúhelníkových ramen, tlumiþĤ, pružin a stabilizátorĤ. PĜi výkyvu dochází v tomto uspoĜádání k jen velmi malé zmČnČ rozchodu kol a geometrie kola, tedy jeho postavení vĤþi vozovce, a prakticky žádné zmČnČ v rozvoru náprav. U automobilĤ, zvláštČ pak závodních, se snaží tvĤrci dosáhnout co nejmenší neodpružené hmoty nápravy. VČtší neodpružená hmotnost vlivem vČtších setrvaþných sil totiž nestaþí sledovat nerovnosti povrchu vozovky a tím zpĤsobuje horší pĜilnavost kola k vozovce a tedy i horší jízdní vlastnosti. Komponenty odpružení se na této hmotČ podílejí a proto se je tvĤrci snaží pĜesunout do šasi, což se pozitivnČ odráží i na aerodynamice vozu. O pĜenos pohybu kola se stará šikmá vzpČra (pushrod). Ta pĜenáší pohyb na trojúhelníkové vahadlo uvnitĜ trupu, jehož osu otáþení tvoĜí zkrutný stabilizátor (obr.11). Jeho úkolem je zabránit rozkmitání vozu pĜi prĤjezdu dvou po sobČ následujících opaþnČ orientovaných zatáþek. V dalším rohu jsou k vahadlu pĜipojeny pružící jednotky (tlumiþe a pružiny) a také další mechanismus, jakýsi druhý stabilizátor. Ten se stará o udržení podvozku pĜi prĤjezdu zatáþkou co nejvíce v rovinČ. Brno, 2008

21

Jan Hrudík



Obr. 11 Trojúhelníkové vahadlo a pružící komponenty umístČné uvnitĜ trupu [19]

ZavČšení zadních kol (obr.12, 13, 14) U zadního zavČšení jsou ramena natoþena výraznČ šikmo vpĜed. Slouží k zachycování suvných sil vznikajících na hnaném kole od toþivého momentu. Druhý konec zkrutného stabilizátoru je uchycen zpravidla k pĜevodové skĜíní.

Obr. 12 ZavČšení zadního kola [19]

22

Brno 2008



Jan Hrudík

Obr. 13 ZavČšení zadního kola foto1 [19]

Obr.14 ZavČšení zadního kola foto2 [19]

Brno, 2008

23

Jan Hrudík



ZavČšení pĜedních kol (obr. 15, 16, 17) Jde o obdobu zavČšení zadních kol. Odlišná je architektura jednotlivých prvkĤ, což vychází pĜedevším z omezenČjšího prostoru pĜední þásti trupu, pĜítomnosti Ĝízení a naopak absence hnacích poloos. Velkým a dutým horním ramenem prochází tyþ Ĝízení, tím je zredukován odpor vzduchu a jeho proudČní není tolik narušováno. Konec zkrutného stabilizátoru je pĜipevnČn v pĜední þásti vozu (obr.18). Rozvidlení ramen do trojúhelníku je dĤležité pĜedevším pĜi natoþení kol, ale i brzdČní a akceleraci.

Obr.15 ZavČšení pĜedního kola [19]

Obr.16 Tyþ Ĝízení pĜedního kola [19]

24

Brno 2008



Jan Hrudík

Obr.17 Tyþ Ĝízení pĜedního kola foto [19]

Obr.18 Detail uchycení zkrutných stabilizátorĤ (viz šipky) [19]

Brno, 2008

25

Jan Hrudík



2.2.2.2 Tlumiþe Principem þinnosti tlumiþĤ je odebírání mechanické energie a její pĜemČna na energii tepelnou. Tento pĜenos je zprostĜedkován hydraulickým odporem. Úzce souvisí se samotným pružícím prvkem, kterým je u monopostĤ obvykle vinutá pružina nebo torzní tyþ. NejþastČji se setkáváme se souosým uspoĜádáním vinuté pružiny a tlumiþe. Tlumiþe vozĤ formule 1 bývají nejþastČji kapalinové (obr.19), kde médiem pohlcujícím teplo je olej. Na nČj jsou kladeny velmi vysoké požadavky – jeho viskozita by se nemČla pĜi zmČnČ teploty pĜíliš mČnit. Mezi dĤležité požadavky týmĤ patĜí možnost nastavení tlumícího úþinku jak pro nárazovou, tak odrazovou fázi. Tlumiþe pracují vždy s dvojí pĜedvolenou charakteristikou, pĜiþemž ta pomalejší je urþena pro tlumení sil a kmitání vznikající pĜi zrychlování, brzdČní a prĤjezdu zatáþkou, zatímco rychlejší charakteristika je urþena pro rychlé kmitání vznikající nerovností povrchu. Dvojí charakteristika je možná díky dvojici ventilĤ v tlumiþi. Na tyto ventily jsou kladeny také velmi vysoké požadavky. PĜed každým závodem je nutné nastavit obČ dvČ charakteristiky zvlášĢ.

Obr.19 Tlumiþ [19]

26

Brno 2008



Jan Hrudík

2.2.2.3 Konstrukþní materiály podvozkĤ Kompozitní materiály Kompozity nejsou materiálem v pĤvodním slova smyslu, ale strukturou, jejíž vlastnosti jsou úþelovČ navrženy pro konkrétní výrobek. Jsou vytváĜeny pĜedem stanoveným prostorovým uspoĜádáním vyztužujících vláken, spojených pryskyĜiþným, plastovým, silikátovým þi kovovým pojivem (matricí). V pĜevážné vČtšinČ pĜípadĤ je kompozitní struktura vyrábČna v jednom kroku s koneþným produktem. Karbonová vlákna (obr.20, 21) V dnešní dobČ se v konstrukci závodních vozĤ nejvíce používají kompozitní materiály vyztužené karbonovými (uhlíkovými) vlákny - uhlíkový laminát. Tento materiál je velmi pevný (pevnost významnČ vČtší než kteréhokoli jiného materiálu), odolný, žáruvzdorný a lehký, vyznaþuje se nízkou tepelnou vodivostí. Používá se na výrobu šasi, brzd, sedadel, pĜileb. Karbonové vlákno je tenký pramen materiálu o prĤmČru 5 – 8 ȝm (asi desetkrát menší než prĤmČr lidského vlasu) složeného pĜevážnČ z atomĤ uhlíku. Atomy uhlíku jsou spojeny dohromady v mikroskopické krystaly, které jsou pĜevážnČ orientovány paralelnČ k dlouhé ose vlákna. Krystalové uspoĜádání zpĤsobuje, že vlákno je na svou tloušĢku velmi pevné. Hustota vlákna je kolem 1750 kg/m3. NČkolik tisíc uhlíkových vláken, která jsou smotána, tvoĜí spoleþnČ pĜízi, která mĤže být použita samotná nebo vetkána do tkaniny. Uhlíkové vlákno zahĜívané pĜi teplotách 1000 - 2000 °C (karbonizace) získává nejvyšší pevnost v tahu (asi 5 650 MPa), zatímco vlákno zahĜívané na teploty 2 400 - 3 000 °C (grafitizace) získává vyšší modul pružnosti v tahu (asi 531 GPa).

Obr.20 Karbonová vlákna [8]

Brno, 2008

Obr.21 Struktura karbonové tkaniny [8]

27

Jan Hrudík

3



Základní technické pĜedpisy pro vozy formule 1

Základní technické pĜedpisy pro vozy formule 1 jsou uvedeny v následující tabulce (tab.1). Je zde možné si dle požadovaného roku (od poþátku až po rok vzniku této práce - 2008) zjistit požadovanou max./min. hmotnost vozu (vþetnČ jezdce a jeho výstroje), poþet válcĤ motoru, objem všech válcĤ pro pĜípad motoru s pĜeplĖováním (aĢ už jde o motory s kompresorem þi turbodmychadlem) a motoru atmosférického, bodové hodnocení jezdcĤ dle poĜadí dokonþení závodu (od roku 1958 platí stejný bodový pĜidČlovací systém pro týmy v novČ zavedeném Poháru konstruktérĤ, body se týmu pĜidČlují na základČ bodového umístČní obou týmových jezdcĤ –tedy jejich souþet). V pozn. jsou uvedeny rĤzné dĤležité a zajímavé události, pokud se v dané sezónČ udály. Pokud je v kolonce uvedeno „ZAK.“, je tato zakázána. PĜi proškrtnutí kolonky pomlþkou není tento údaj v konkrétní sezónČ nijak omezen.

_________________________________________________________________________ Pozn.: Údaje platné pro delší þasové období: 1950 – 1957 - Jezdci, který odstoupil ze závodu, bylo umožnČno pĜesednout do vozu svého týmového kolegy, získané body se rozdČlily mezi oba jezdce. - PĜi omezené pĜesnosti þasomír (pĜesnost na desetiny sekundy) docházelo k tomu, že dva jezdci mČli stejný nejlepší þas na kolo. Bod za nejrychlejší kolo se v tomto pĜípadČ dČlil mezi všechny jezdce se stejným þasem. Rok 1958 pĜinesl hned nČkolik zmČn v pravidlech: - Bylo zakázáno pĜesedat z auta do auta bČhem závodu. - Omezena celková délka závodu. - Vozy tankují bČžnČ prodávané palivo (vČtšina týmĤ se rozhodla pro letecký benzín). - Od tohoto roku se zaþala poĜádat soutČž Pohár konstruktérĤ, ve které nesoupeĜí jezdci, ale týmy. _________________________________________________________________________

28

Brno 2008


3.1


Jan Hrudík

Pravidla v prĤbČhu let 1950 – 2008

Tab.1 PĜedpisy a technické regule v jednotlivých letech šampionátu [vlastní tvorba, 1] rok hmot Poþet Objem Objem Bodové hodnocení za Pozn. nost válcĤ pĜepl. nepĜepl. místo: 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. [litry] [litry] -

-

1,5

4,5

1951

-

-

1,5

4,5

1952

-

-

2

0,5

8 6 4 3 2 Pozn.: zapoþítávaly se 4 nejlepší výsledky každého jezdce za sezónu, 1 bod za nejrychlejší kolo

- Pravidla platná pro formuli 2

1953

-

-

2

0,5

- Pravidla platná pro formuli 2

1954

-

-

2,5

0,75

1955

-

-

2,5

0,75

8 6 4 3 2 Pozn.: zapoþítávaly se 4 nejlepší výsledky každého jezdce za sezónu, 1 bod za nejrychlejší kolo 8 6 4 3 2 Pozn.: zapoþítávalo se 5 nejlepších výsledĤ každého jezdce za sezónu, 1 bod za nejrychlejší kolo 8 6 4 3 2 Pozn.: zapoþítávalo se 5 nejlepších výsledkĤ každého jezdce za sezónu, 1 bod za nejrychlejší kolo

1956

-

-

2,5

0,75

1957

-

-

2,5

0,75

1958

-

-

2,5

0,75

1959

-

-

2,5

0,75

8 6 4 3 2 Pozn.: zapoþítávalo se 6 nejlepších výsledkĤ každého jezdce za sezónu, 1 bod za nejrychlejší kolo

- Cooper pĜedstavuje revoluþní vĤz T51 s motorem za Ĝidiþem

1960

-

-

2,5

0,5

8 6 4 3 2 1 Pozn.: zapoþítávalo se 6 nejlepších výsledkĤ každého jezdce za sezónu

- vČtšina vozĤ s motorem za Ĝidiþem, Ferrari stále u koncepce s motorem pĜed Ĝidiþem

Brno, 2008

8 6 4 3 2 Pozn.: zapoþítávaly se 4 nejlepší výsledky každého jezdce za sezónu, 1 bod za nejrychlejší kolo 8 6 4 3 2 Pozn.: zapoþítávaly se 4 nejlepší výsledky každého jezdce za sezónu, 1 bod za nejrychlejší kolo

První Velká cena

1950

8 6 4 3 2 Pozn.: zapoþítávalo se 5 nejlepších výsledkĤ každého jezdce za sezónu, 1 bod za nejrychlejší kolo 8 6 4 3 2 Pozn.: zapoþítávalo se 5 nejlepších výsledkĤ každého jezdce za sezónu, 1 bod za nejrychlejší kolo 8 6 4 3 2 Pozn.: zapoþítávalo se 6 nejlepších výsledkĤ každého jezdce za sezónu, 1 bod za nejrychlejší kolo

- Ferrari zaþalo vyrábČt 4,5 l nepĜeplĖovaný motor (V12) místo 1,5 l pĜeplĖovaného

- Nová pravidla formule 1

- Maserati opouští Velké ceny - Pohár konstruktérĤ od tohoto roku dále, bodování stejné jako u jezdcĤ, pĜidČluje se poþet bodĤ daný souþtem bodĤ obou jezdcĤ v každém závodu - vozy tankují bČžnČ prodávané palivo (vČtšina týmĤ zvolila letecký benzín)

29

Jan Hrudík

rok

1961

Ústav automobilního HISTORICKÝ PěEHLED VÝVOJE a dopravního inženýrství PODVOZKģ A MOTORģ FORMULE 1 a dopravního inženýrství

hmot Poþet nost válcĤ min. 450kg

-

Objem pĜepl. [litry]

Objem Bodové hodnocení za nepĜepl. místo: 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. [litry]

8.

ZAK.

1,5

-

9

6

4

3

2

1

-

Pozn.

- Ferrari pĜestavilo vĤz s motorem za Ĝidiþem

Pozn.: zapoþítávalo se 5 nejlepších výsledkĤ každého jezdce za sezónu, v pĜípadČ délky závodu zkráceného na ménČ než 75% pĤvodní délky se rozdČloval poloviþní poþet bodĤ 1962

min. 450kg

-

ZAK.

1,5

9

6

4

3

2

1

-

-


min. 450kg

-

ZAK.

1,5

9

6

4

3

2

1

-

- poprvé použita samonosná ocelová skoĜepina namísto prostorového pĜíhradového rámu u vozu Lotus 25

-


min. 450kg

-

ZAK.

1,5

9

6

4

3

2

1

-

-


min. 450kg

-

ZAK.

1,5

9

6

4

3

2

1

-

-


min. 500kg

-

1,5

3

9

6

4

3

2

1

-

-

- první experimenty s pĜítlaþnými kĜídly


min. 500kg

-

1,5

3

9

6

4

3

2

1

-

-

Pozn.: každému jezdci se zapoþítávalo 5 nejlepších výsledkĤ z prvních šesti závodĤ a 4 nejlepší výsledky z dalších pČti závodĤ šampionátu, v pĜípadČ délky závodu zkráceného na ménČ než 75% pĤvodní délky se rozdČloval poloviþní poþet bodĤ

30

Brno 2008


rok

1968

1969

1970

1971

1972

1973


min. 530kg

min. 500kg

min. 500kg

min. 550kg

min. 575kg

-

-

-

-

max.12

max.12

Jan Hrudík




8.

1,5

3

9

-

3

Pozn.: každému jezdci se zapoþítávalo 5 nejlepších výsledkĤ z prvních šesti závodĤ a 5 nejlepších výsledkĤ z dalších šesti závodĤ šampionátu, v pĜípadČ délky závodu zkráceného na ménČ než 75% pĤvodní délky se rozdČloval poloviþní poþet bodĤ 9 6 4 3 2 1 -

3

Pozn.: každému jezdci se zapoþítávalo 5 nejlepších výsledkĤ z prvních šesti závodĤ a 4 nejlepší výsledky z dalších pČti závodĤ šampionátu, v pĜípadČ délky závodu zkráceného na ménČ než 75% pĤvodní délky se rozdČloval poloviþní poþet bodĤ 9 6 4 3 2 1 -

3

Pozn.: každému jezdci se zapoþítávalo 6 nejlepších výsledkĤ z prvních sedmi závodĤ a 5 nejlepších výsledkĤ z dalších šesti závodĤ šampionátu, v pĜípadČ délky závodu zkráceného na ménČ než 75% pĤvodní délky se rozdČloval poloviþní poþet bodĤ 9 6 4 3 2 1 -

3

Pozn.: každému jezdci se zapoþítávalo 5 nejlepších výsledkĤ z prvních šesti závodĤ a 4 nejlepší výsledky z dalších pČti závodĤ šampionátu, v pĜípadČ délky závodu zkráceného na ménČ než 75% pĤvodní délky se rozdČloval poloviþní poþet bodĤ 9 6 4 3 2 1 -

3


1,5

1,5

1,5

1,5

1,5

6

4

3

2

1

-

Pozn.

- reklama ve svČtČ formule 1, zejména tabáková - motor Cosworth dostupný pro všechny úþastníky šampionátu - používány pĜítlaþná kĜídla - vozy s motorem Cosworth vyhrály všechny závody v této sezónČ

- lotus vyvíjel vĤz s turbínovým pohonem

- nČkteĜí jezdci si platili své místo v monopostu (napĜ. Niki Lauda,nar.1949)

Pozn.: každému jezdci se zapoþítávalo 7 nejlepších výsledkĤ z prvních osmi závodĤ a 6 nejlepších výsledkĤ z dalších sedmi závodĤ šampionátu, v pĜípadČ délky závodu zkráceného na ménČ než 75% pĤvodní délky se rozdČloval poloviþní poþet bodĤ

Brno, 2008

31

Jan Hrudík

rok

1974

1975

1976

1977

1978

1979



min. 575kg

min. 575kg

min. 575kg

min. 575kg

min. 575kg

max.12

max.12

max.12

max.12

max.12

max.12



8.

1,5

3

9

-

3

Pozn.: každému jezdci se zapoþítávalo 7 nejlepších výsledkĤ z prvních osmi závodĤ a 6 nejlepších výsledkĤ z dalších sedmi závodĤ šampionátu, v pĜípadČ délky závodu zkráceného na ménČ než 75% pĤvodní délky se rozdČloval poloviþní poþet bodĤ 9 6 4 3 2 1 -

3

Pozn.: každému jezdci se zapoþítávalo 7 nejlepších výsledkĤ z prvních osmi závodĤ a 5 nejlepších výsledkĤ z dalších šesti závodĤ šampionátu, v pĜípadČ délky závodu zkráceného na ménČ než 75% pĤvodní délky se rozdČloval poloviþní poþet bodĤ 9 6 4 3 2 1 -

3

Pozn.: každému jezdci se zapoþítávalo 7 nejlepších výsledkĤ z prvních osmi závodĤ a 7 nejlepších výsledkĤ z dalších osmi závodĤ šampionátu, v pĜípadČ délky závodu zkráceného na ménČ než 75% pĤvodní délky se rozdČloval poloviþní poþet bodĤ 9 6 4 3 2 1 -

3

Pozn.: každému jezdci se zapoþítávalo 8 nejlepších výsledkĤ z prvních devíti závodĤ a 7 nejlepších výsledkĤ z dalších osmi závodĤ šampionátu, v pĜípadČ délky závodu zkráceného na ménČ než 75% pĤvodní délky se rozdČloval poloviþní poþet bodĤ 9 6 4 3 2 1 -

3


1,5

1,5

1,5

1,5

1,5

6

4

3

2

1

-

Pozn.

Pozn.: každému jezdci se zapoþítávalo 4 nejlepších výsledkĤ z prvních sedmi závodĤ a 4 nejlepších výsledkĤ z dalších osmi závodĤ šampionátu, v pĜípadČ délky závodu zkráceného na ménČ než 75% pĤvodní délky se rozdČloval poloviþní poþet bodĤ

32

- Ferrari vítČzí v Poháru konstruktérĤ i jezdcĤ (Niki Lauda)

- šestikolový model Tyrell P34

- první formule s pĜísavným efektem Lotus 78

- vĤz Brabham-Alfa BT146 s ventilátorem v zadní þásti vytváĜející podtlak

- všechny týmy mají vozy s pĜísavným efektem - nový tým Renault

Brno 2008


rok

1980

1981

1982

1983

1984

1985


min. 575kg

min. 575kg

min. 575kg

min. 575kg

min. 575kg

max.12

max.12

max.12

max.12

max.12

max.12

Jan Hrudík




8.

1,5

3

9

-

3

Pozn.: každému jezdci se zapoþítávalo 4 nejlepších výsledkĤ z prvních sedmi závodĤ a 4 nejlepších výsledkĤ z dalších osmi závodĤ šampionátu, v pĜípadČ délky závodu zkráceného na ménČ než 75% pĤvodní délky se rozdČloval poloviþní poþet bodĤ 9 6 4 3 2 1 -

3


3


3


3


1,5

1,5

1,5

1,5

1,5

6

4

3

2

1

-

Pozn.

Pozn.: zapoþítávalo se 11 nejlepších výsledkĤ každého jezdce za sezónu, v pĜípadČ délky závodu zkráceného na ménČ než 75% pĤvodní délky se rozdČloval poloviþní poþet bodĤ

Brno, 2008

- Renault nasadil vĤz s 1,5 l pĜeplĖovaným šestiválcem - zaþíná éra turbomotorĤ -karbonová vlákna ve skoĜepinové karoserii u vozu MP4 týmu McLaren - zakázány pohyblivé lišty na bocích, nutnost snížení podvozku, zvýšení tuhosti odpružení, tím se zvedlo pĜetížení pĤsobící na jezdce v zatáþkách - požadována rovná spodní plocha podvozku – tzn. znemožnČní pĜísavného efektu

- omezený poþet litrĤ paliva na závod (220l), vznikaly absurdní situace, kdy jezdcĤm v prĤbČhu závodu došlo palivo

- požadována rovná spodní plocha podvozku – tzn. znemožnČní pĜísavného efektu

33

Jan Hrudík

rok

1986



max.12



8.

1,5

ZAK.

-

9

6

4

3

2

1

-

Pozn.


min. 575kg

max.12

1,5

3,5

9

6

4

3

2

1

-

-


min. 575kg

max.12

1,5

3,5

9

6

4

3

2

1

-

-

- poþínající obava z pĜíliš výkonných pĜeplĖovaných motorĤ - vozy nepoužívající pĜeplĖované motory se úþastnily oddČleného bodovacího systému - absolutní nadvláda týmu McLaren


min. 575kg

max.12

ZAK.

3,5

9

6

4

3

2

1

-

-


min. 575kg

max.12

ZAK.

3,5

9

6

4

3

2

1

-

-


min. 575kg

max.12

ZAK.

3,5

10

6

4

3

2

1

-

-

- zapoþítávaly se všechny výsledky jezdce v prĤbČhu sezóny 1992

min. 575kg

max.12

ZAK.

3,5

10

6

4

3

2

1

-

-

- premiéra Michaela Schumachera


min. 575kg

max.12

ZAK.

3,5

10

6

4

3

2

1

-

-


min. 575kg

max.12

ZAK.

3,5

10

6

4

3

2

1

-

-


min. 575kg

max.12

ZAK.

3,0

10

6

4

3

2

1

-

-

- zapoþítávaly se všechny výsledky jezdce v prĤbČhu sezóny

34

Brno 2008


Jan Hrudík


rok

hmot Poþet nost válcĤ



8.

1996

min. 575kg

ZAK.

3,0

-

max.12

10

6

4

3

2

1

-

Pozn.


min. 600kg

max.12

ZAK.

3,0

10

6

4

3

2

1

-

-


min. 600kg

max.12

ZAK.

3,0

10

6

4

3

2

1

-

-


min. 600kg

max.12

ZAK.

3,0

10

6

4

3

2

1

-

-


min. 600kg

max.12

ZAK.

3,0

10

6

4

3

2

1

-

-


min. 600kg

max.12

ZAK.

3,0

10

6

4

3

2

1

-

-


min. 600kg

max.12

ZAK.

3,0

10

6

4

3

2

1

-

-


min. 600kg

max.10

ZAK.

3,0

10

8

6

5

4

3

2

1


2004

min. 600kg

max.10

ZAK.

3,0

10

8

6

5

4

3

2

1


min. 600kg

max.10

ZAK.

3,0

10

8

6

5

4

3

2

1


Brno, 2008

- každoroþní zmČny pravidel s cílem zrušit dominantní postavení Ferrari - Schumacher - Tomáš Enge jezdcem ve voze Prost-Acer AP04 na okruhu v italské Monze - nový tým Toyota, spolu s Ferrari a Renaultu si vyrábí sám motor i podvozek - zmČna pravidel v kvalifikaci, o poĜadí na startovním roštu rozhoduje jedno mČĜené kolo, zmČna bodovacího systému - triumf Ferrari díky pneumatikám Bridgestone

- motor musí vydržet 2 Velké ceny, v pĜípadČ výmČny je trest ztráty 10 míst na startovním roštu - zákaz výmČny pneu bČhem závodu

35

Jan Hrudík


rok

hmot Poþet nost válcĤ



8.

2006

min. 600kg

ZAK.

2007

2008

min. 600kg

min. 600kg

8

8

8

2,4

10

8

6

5

4

3

2

1

ZAK.

- válce svírají úhel 90° - vrtání není vČtší než 98mm - min. hmotnost 95kg 2,4

- motor musí vydržet 2 Velké ceny, v pĜípadČ výmČny je trest ztráty 10 míst na startovním roštu

10

8

6

5

4

3

2

1

ZAK.

- válce svírají úhel 90° - vrtání není vČtší než 98mm - min. hmotnost 95kg 2,4

- motor musí vydržet 2 Velké ceny, v pĜípadČ výmČny je trest ztráty 10 míst na startovním roštu - jednotný dodavatel pneu Bridgestone

10

8

6

5

4

3

2

1

- výjimkou v omezení pro motory je Toro Rosso s tĜílitrovým desetiválcem - motor musí vydržet 2 Velké ceny, v pĜípadČ výmČny je trest ztráty 10 míst na startovním roštu - pĜední i zadní pneu musí mít 4 drážky - bČhem závodu musí jezdec alespoĖ jednou zajet do boxĤ a doplnit palivo

- válce svírají úhel 90° - vrtání není vČtší než 98mm - min. hmotnost 95kg

36

Pozn.

Brno 2008


3.2


Jan Hrudík

Pravidla pro aktuální sezónu 2008

Pravidla pro sezónu 2008, která ovlivní konstrukci vozĤ, musela být hotova do 30.þervna 2006, aby mČly soutČžící týmy dostatek þasu pro navržení a vývoj vozĤ. Pravidla, která nemají vliv na konstrukci, se mohla mČnit až do zaþátku sezóny 2008.

Podvozek Podvozek vozu musí být od konce pĜedních kol k zadní ose plochý. Toto opatĜení bylo zavedeno s cílem snížit rychlost v zatáþkách a zabránit pĜísavnému efektu. Dnes využívají konstruktéĜi pro zvýšení pĜítlaþné síly generované kĜídly difusér umístČný na zádi vozu. Difusér urychluje proudČní vzduchu pod monopostem a tím zvyšuje pĜítlak. Šasi RozmČry šasi každého monopostu se musí Ĝídit pĜíslušnými naĜízeními. Celková šíĜe vozu vþetnČ pneumatik nesmí pĜekroþit 1800 milimetrĤ. Tento rozmČr se mČĜí s pneumatikami nahuštČnými na 1,4 atmosféry. PĜedek vozu nesmí být více než 1400 mm od stĜedu náboje pĜedních kol, zatímco zadní þást vozu nesmí být delší než 1000 mm od stĜedu náboje zadních kol. Žádná þást karosérie nesmí být výše než 950 mm nad referenþní rovinou. Váha monopostu nesmí být bČhem kvalifikace menší než 600 kilogramĤ. ZátČž mĤže být použita za pĜedpokladu, že jsou k jejímu odstranČní potĜeba nástroje. Musí být možné upevnit plomby, pokud je to považováno technickým delegátem FIA za nezbytné. Motor Smí být použit pouze þtyĜtaktní pístový motor s vnitĜním spalováním. Objem agregátu nesmí pĜekroþit 2400 kubických centimetrĤ. PĜeplĖování je zakázáno. Motory musí mít 8 válcĤ kruhového prĤĜezu. Jejich úhel musí svírat 90°. Motor nesmí mít více než pČt ventilĤ na válec. Pokud je motor vybaven systémem zabraĖujícím zhasnutí motoru v pĜípadČ kolize, musí motor zhasnout nejpozdČji deset vteĜin po jeho aktivaci. Alternativní motor Institut alternativního motoru je povolen pouze pro roky 2006 a 2007. Mezinárodní automobilová federace (FIA) si vyhrazuje právo povolit motor splĖující technické pĜedpisy roku 2005 jakémukoliv týmu. Motor nesmí pĜesáhnout povolený limit maximální rychlosti otáþení klikové hĜídele. FIA mĤže tento limit dle potĜeby zmČnit. Tím bude zajištČno, že alternativní motor využije jen ten tým, který nezíská konkurenceschopný osmiválec o zdvihovém objemu 2400 kubických centimetrĤ. PĜevodovka Všechny týmy používají poloautomatickou pĜevodovku. Piloti tak nemusí pĜi Ĝazení používat pedál spojky. Jezdci používají páþky pod volantem - páþkou na jedné stranČ Ĝadí nahoru a druhou dolĤ. Monoposty jsou obvykle vybaveny maximálnČ povolenými sedmi rychlostmi. Teoretické minimum tvoĜí þtyĜi rychlosti. Všechny vozy musí být vybaveny zpáteþkou, která nesmí být použita v boxové uliþce, pokud je tato otevĜená.

Brno, 2008

37

Jan Hrudík



Elektronické pomĤcky Kontrola prokluzu kol na startu je zakázána, automatické pĜevodovky jsou zakázány, kontrola trakce je zakázána. Pohon PohánČt je dovoleno pouze kola na jedné nápravČ, auto je povinnČ vybaveno zpáteþkou. Poþet pĜevodových stupĖĤ se smí pohybovat mezi þtyĜmi a sedmi. ZavČšení Monoposty musí být vybaveny pružinovým zavČšením. Pouze interakce mezi koly a povrchem trati mĤže vyvolávat pohyb zavČšení a všech jeho komponent. Aktivní zavČšení Ĝízené poþítaþem je zakázáno. Aby byly chránČny jezdcovy nohy, nesmí žádná þást zavČšení zasahovat do kokpitu. Brzdy Vozy musí být vybaveny duálním brzdovým systémem ovládaným jedním pedálem. Jezdec tak má možnost brzdit i v pĜípadČ selhání jednoho brzdového systému. Jeden okruh brzdí pĜední kola, druhý pak kola zadní. Regule zakazují použití podpĤrných brzdových systémĤ jako napĜíklad ABS nebo dynamické distribuce brzdné síly mezi koly s cílem stabilizace vozu. Jezdec mĤže ovládat rozložení brzdné síly mezi pĜední a zadní nápravou a obrácenČ. Palivo Týmy musí používat bezolovnatý benzín podobného chemického složení, jako má benzín u þerpacích stanic. Použití aditiv je limitované. Povolená aditiva znamenají pĜíležitost pro dílþí zvýšení výkonu. Týmy musí na zaþátku sezóny dodat FIA vzorek deseti litrĤ paliva. Složení paliva se poté nesmí v prĤbČhu sezóny mČnit. Pokud by došlo ke zjištČní rozdílu mezi pĤvodním složením a bČhem roku náhodnČ odebíranými vzorky, bude to mít za následek diskvalifikaci. Bezpeþnost Na zaþátku každé sezóny a po každém zranČní jezdce FIA testuje, zda-li je pilot schopen vystoupit ze svého vozu bČhem pČti sekund. NesplnČní tohoto testu znamená nemožnost Ĝídit. Všichni piloti musí být chránČni nehoĜlavým obleþením schváleným FIA. Povinná výbava zahrnuje spodní prádlo, kuklu, kombinézu, rukavice a boty. Vše je vyrobeno z Nomexu, patentovaného materiálu schopného odolávat plamenĤm po dobu nejménČ 12 sekund. FIA pravidelnČ kontroluje, že helmy používané piloty odpovídají nekompromisním bezpeþnostním naĜízením. Jedno z tČchto naĜízení vyžaduje, že každá pĜilba musí být vybavena nouzovým pĜívodem vzduchu pro pĜípad požáru.

38

Brno 2008



4

Vozy formule 1 v aktuální sezónČ 2008

4.1

PĜehled týmĤ

Jan Hrudík

Tab.2 Týmy v aktuální sezónČ [vlastní tvorba, 13] Tým

BMW-Sauber F1

Scuderia Ferrari Marlboro

Force India

Honda Racing F1 Team

Vodafone McLaren Mercedes

Red Bull Racing

ING Renault F1 Team

Super Aguri F1

Scuderia Toro Rosso

Brno, 2008

VĤz: Podvozek Motor

BMW F1.08 BMW P86/8

Ferrari F2008 Ferrari 056

Force India JM001 Ferrari 056

Honda RA108 Honda RA806E

McLaren MP4-23 Mercedes FO108V

Red Bull RB4 Renault RS27

Renault R28 Renault RS28

Super Aguri SA07B Honda RA808E

Toro Rosso STR02B Ferrari 056

Jezdec / národnost Nick Heidfeld Robert Kubica

Kimi Räikkönen Felipe Massa

Adrian Sutil Giancarlo Fisichella

Jenson Button Rubens Barrichello

Lewis Hamilton Heikki Kovalainen

David Coulthard Mark Webber

Fernando Alonso Nelson Piquet jr .

Takuma Sato Anthony Davidson

Sébastien Bourdais Sebastian Vettel

39

Jan Hrudík


Tým


VĤz: Podvozek Motor

Panasonic Toyota racing Toyota TF108 Toyota RVX-08 AT&TWilliams Williams FW30 Toyota RVX-08

Jezdec / národnost Jarno Trulli Timo Glock

Nico Rosberg Kazuki Nakajima

Legenda k vlajkám oznaþujících národnosti jezdcĤ: Grafické znázornČní vlajky

Název zemČ Austrálie Brazílie Finsko Francie Itálie Japonsko NČmecko Polsko Velká Británie ŠpanČlsko

40

Brno 2008


4.2


Jan Hrudík

PĜedstavení aktuálního vozu formule 1

Pro ukázku formulového vozu pro závodní sezónu Velké ceny 2008 jsem si vybral vĤz stáje ING-Renault F1 team. Výrobcem šasi i motoru je Renault. V lednu tohoto roku pĜedstavil v PaĜíži Renault nový vĤz s oznaþením R28. Opticky nepĜedstavuje velkou revoluci - základními tvary pĜipomíná svého pĜedchĤdce R27 a vylepšuje jej pĜedevším v detailech, což by mČlo pĜinést zlepšení ve vzájemné souþinnosti šasi a pneumatik, v níž spoþívala nejvČtší slabina loĖského modelu. Ze zmČn je nejmarkantnČjší instalace zdvojeného pĜedního kĜídla dle souþasného trendu, o nČco širší nos a odlišnČ tvarované boþnice stejnČ jako krytování motorového prostoru. Podle optimistických údajĤ by mČl být v prĤmČru o 1,5 sekundy rychlejší než loĖský model. Otázkou je, zda vĤz bude schopen konkurovat ostatním znaþkám, protože již po prvních velkých cenách (Austrálie, Malajsie, Bahrajn) se objevily technické problémy, kdy muselo být kompletnČ pĜepracované zavČšení zadních kol. Potíže se projevily na zadních pneumatikách, kde vozu scházela potĜebná pĜilnavost, což je nepĜíjemné zejména kvĤli pĜedpisĤm zakazujícím kontrolu trakce. Úkolem zavČšení kol je také zajistit ohleduplný pĜenos toþivého momentu na pneumatiky tak, aby byla zachována jejich životnost. Tým Renault byl založen v roce 1976. Svou první Velkou cenu jely jeho vozy roku 1977, vítČzství se doþkaly až o dva roky pozdČji. V celkové délce šampionátu se tým stal dvakrát vítČzem Poháru konstruktérĤ – rok 2005, 2006, vždy s jezdcem Fernandem Alonso. Z historického pohledu patĜí Renault k nejvýznamnČjším týmĤm, které kdy vstoupily do mistrovství svČta formule 1. Francouzi zahájili v 70. letech minulého století nástup pĜeplĖovaných motorĤ a pĜestože se v éĜe turbodmychadel titulu mistra svČta nedoþkali, prĤkopnictví jim z tohoto období už nikdo nesebere. NeménČ významné bylo jejich pĤsobení v roli dodavatele pohonných jednotek týmĤm Williams a Benetton. Po krátké odmlce na konci 90. let se tovární tým Renaultu vrátil do formule 1 v roce 2002, kdy pĜevzal stáj Benetton. K cestČ za vítČzstvími a tituly stáj opČt povede šéf týmu Flavio Briatore, který vsadil na již známou dvojici pilotĤ. Zkušenosti a rychlost pĜedstavuje dvojnásobný šampión Fernando Alonso (startovní þíslo 5), který se po roþní pĜestávce (pĤsobení v konkurenþní stáji McLaren) vrací do stáje, se kterou triumfoval v letech 2005 a 2006. Mládí a budoucnost reprezentuje syn trojnásobného šampióna formule 1 Nelsona Piqueta stejného jména, jenž pĤsobil v loĖské sezonČ jako testman a náhradník (startovní þíslo 6).

Technická data VĤz: Renault R28 Motor: Renault RS28 o o o o o o o o o o

Brno, 2008

V8 90° Objem: VstĜikování: Palivový systém: Palivo: Výkon: PĜevodovka: Pneumatiky / ráfky: Brzdy: Hmotnost:

2398 ccm s 32 ventily Marelli Magneti Marelli Elf 750 k/10400 otáþek Renault / 7 stupĖová poloautomatická. Bridgestone / OZ Racing AP Racing 605 kg

41

Jan Hrudík



Obr.22, 23, 24, 25, 26, 27 Renault R28 [13] 42

Brno 2008



Jan Hrudík

Obr.28 Renault R28 s popisky [vlastní tvorba, 13, 6] Brno, 2008

43

Jan Hrudík

5



Konstrukþní experimenty a zvláštnosti

V následující kapitole jsou ukázána nČkterá konstrukþnČ zajímavá Ĝešení všemožných problémĤ. NČkterá z nich nesouvisí doslova s motory, ale ve vývoji je tĜeba poþítat se vším ruku v ruce. NČkteré nápady se ujaly a staly se nedílnou souþástí dnešních závodních vozĤ. Jiné lze považovat pouze za zajímavý experiment. V každém stádiu vývoje vozĤ formule 1 se konstruktéĜi snažili o co nejlepší pĜenos výkonu motoru ve styku hnacích kol s vozovkou, tedy z hlediska jejich adheze. Z tohoto dĤvodu se neustále zvyšovala šíĜka válcových pneumatik na hnacích kolech s vyšším souþinitelem adheze. Dalšími ze zpĤsobĤ, jak zajistit dostateþný pĜenos kroutícího momentu motoru, jsou zvýšení zátČžné síly na hnací kola (kap. 5.1) a pohon všech kol (kap. 5.2).

5.1

Experimenty s pĜítlaþnými plochami

Požadavkem je, aby na hnacích kolech byla aplikována co nejvČtší možná adhezní síla. PĜi konstrukci vozu s pohonem zadních kol a motorem vzadu je tento požadavek v urþitých mezích dodržen. Je ovšem omezen dvČma základními faktory: 1) Vozidlo s tČžištČm hodnČ vzadu má tendenci chovat se pĜetáþivČ (v zatáþkách se zadní þást vozu snaží dostat pĜed pĜední – tzv.„velká smČrová odchylka zadní nápravy “, dochází ke smyku) 2) PĜi akceleraci je zadní náprava ještČ pĜetČžována setrvaþnými silami, pĜední náprava je tudíž odlehþována a mohlo by dojít ke ztrátČ kontaktu pĜedních kol s vozovkou. To by mČlo za následek ztrátu Ĝiditelnosti. _______________________________________________________________________________________ Pozn.: Adheze je schopností dvou rozdílných (mĤžou být i stejné) materiálĤ spolu soudržet – pĜilnout.

_________________________________________________________________________ Jako nejvhodnČjší Ĝešení se jeví použití pĜítlaþných ploch – kĜídel - která zatČžují kolo pĜídavnou vertikální silou, jenž je složkou celkové aerodynamické síly. Tyto plochy lze pĜirovnat ke kĜídlĤm letadel s tím rozdílem, že nevyvolávají vztlak pro vzlétnutí, ale naopak dolĤ smČĜující sílu pĜítlaþnou. KĜídla se umísĢovala na zádi vozu nad zadní kola, uchycena byla vzpČrami na karoserii þi rám, popĜ. závČsy kol. Odpor vzduchu pomČrnČ vysoko umístČného kĜídla vyvolává moment, který nadlehþuje pĜední nápravu. Z tohoto dĤvodu se pĜistoupilo také k použití pĜítlaþných kĜídel v blízkosti pĜedních kol. PĜítlaþná síla není závislá na hmotnosti vozu, což je výhodné pĜi akceleraci, brzdČní a pĜi prĤjezdu zatáþek (neodebírají zbyteþnČ výkon). PĜítlaþná síla je závislá na rychlosti vozu, a to pĜímo úmČrnČ. To zabraĖuje smyku pĜi rychlém prĤjezdu zatáþky. Tento nápad se poprvé zrodil roku 1966 v hlavách konstruktérĤ firmy Chaparral, která jej nejdĜíve používala u svých prototypĤ. Roku 1968 byla kĜídla poprvé použita ve Velkých cenách. Ukázka jednoho z prvních vozĤ s pĜítlaþnými kĜídly je na obrázku 29 a 30 . Jde o vĤz Lotus-Ford 49 B, motor Ford-Cosworth, výkon 420 koní. Rozvor náprav: 2470 mm, rozchod kol vpĜedu: 1510 mm, vzadu: 1530 mm, váha 510 kg.

44

Brno 2008



Jan Hrudík

Obr.29 Lotus-Ford 49 B [1]

Obr.30 Lotus-Ford 49 B [17] Brno, 2008

45

Jan Hrudík



V tabulce 3 je výet velikostí pedních, zadních pítlaných ploch na jednotlivých znakách, které je zaaly používat, data jsou z roku 1968, Velká cena v Monze. Pro vybranou plochu 0,4m2 jsou v tabulce 4 uvedeny velikosti pítlaných sil kídel tehdy bžného profilu v závislosti na úhlu nábhu (viz obr.31) a rychlosti jízdy. Dále jsou zde uvedeny odporové síly psobící proti pohybu a velikost výkonu potebného k pekonání tohoto odporu, jde o ztrátový výkon. Tab.3 Velikosti pĜítlaþných ploch [1] Znaþka VpĜedu Matra-Ford 0,10 Ferrari 0,07 BRM 0,08 Lotus 0,15 Honda 0,07 Mc Laren 0,08 Brabham 0,18

Plocha kĜídel [m2] vzadu 0,30 0,36 0,45 0,74 0,30 0,37 0,55

Tab.4 Velikosti pĜítlaþných sil v závislosti na rychlosti [1] Úhel Rychlost nábČhu 30m/s = 108km/h 60m/s = 216km/h

-3o 0o +7o +12o +15o

celkem 0,40 0,43 0,53 0,89 0,45 0,45 0,73

90m/s = 306km/h

PĜítlak [N]

Odpor [N]

Pohlcený výkon [k]

PĜítlak [N]

Odpor [N]


PĜítlak [N]

Odpor [N]


0 62 210 315 375

8,5 9,5 22 39 54

0,34 0,38 0,88 1,60 2,20

0 190 630 940 1130

27 30 66 118 160

2,15 2,40 5,30 9,50 12,8

0 377 1260 1880 2250

53 60 132 2350 320

6 6,8 15 26,5 36,2

Obr.31 Úhel nábČhu pĜítlaþného kĜídla [vlastní tvorba] Vz souasné formule 1 je z vtší ásti odkázán na aerodynamický pítlak než na mechanickou pilnavost pneumatik. 46

Brno 2008


5.2


Jan Hrudík

Pohon všech kol

Dalším ze zpĤsobĤ, jak zvýšit úþinnost pĜenosu výkonu motoru ve styku kol s vozovkou, je pohon všech kol. Vozy s tímto pohonem se objevovaly prakticky pouze v roce 1969. PĜi prĤjezdu zatáþkou jede vnČjší kolo po rozdílné dráze než kolo vnitĜní. Rozdíly mezi drahami jsou také patrny mezi pĜední a zadní nápravou, tzn. pĜi prĤjezdu zatáþkou se toþí všechna þtyĜi kola rozdílnČ. Proto je v pohonu zaĜazen tĜetí, mezinápravový diferenciál, který rozdČluje pohánČcí moment mezi jednotlivé nápravy (viz. obr.32). Toto Ĝešení zlepšuje jízdní vlastnosti v zatáþkách a lépe využívá síly motoru. Nevýhodou je þastá poruchovost složitého mezinápravového diferenciálu, ztráty výkonu v hnacím ústrojí a vyšší váha vozu (30 – 60 kg navíc).

Obr.32 Auto v zatáþce [vlastní tvorba]

Brno, 2008

47

Jan Hrudík



Na obr.33 je znázornČno schéma pohonu všech kol u vozu Matra MS 84, prĤhled tímto vozem je na obr.34. Prakticky stejná konstrukce je použita u vozu Lotus 63 II (obr.35) s tím rozdílem, že hĜídele pro pohon náprav procházely vlevo od Ĝidiþe, a u vozu McLaren M9A (obr.36), kde hĜídele navíc procházely dutinou v palivové nádrži.

Obr.33 Schéma pohonu všech kol u vozu Matra MS 84 [1]

Obr.34 PrĤhled vozem Matra MS 84 [1]

48

Brno 2008



Jan Hrudík

Obr.35 Lotus 63II [1]

Obr.36 McLaren M9A [1]

Brno, 2008

49

Jan Hrudík

5.3



Turbínový pohon

Princip turbínového motoru: Obrázek 37 znázorĖuje dvouhĜídelový turbínový motor Pratt Whitney. Do kompresoru vstupuje vzduch nasávaný z okolí, který je následnČ vytlaþován do spalovacích komor , kde se do nČj vstĜikovacími tryskami rozprašuje palivo (kerozén = rafinovaný petrolej – uhlovodíková kapalina podobná naftČ). PĜi jeho spalování vzniká teplo, díky nČmuž se objem spalin nČkolikanásobnČ zvČtší a proudí velkou rychlostí do turbíny spojené hĜídelí s kompresorem následnČ do turbíny, která je zdrojem užiteþného výkonu. PĜi prĤchodu obČma turbínami ztrácí spaliny velkou þást své mechanické energie a zmenšenou rychlostí vystupují do ovzduší.

Obr.37 Turbínový motor Pratt Whitney [1] Pro použití v závodech formule 1 bylo nutné motor upravit, aby odpovídal pĜedpisĤm FIA. Znamenalo to upravit prĤtoþné plochy vstupních prĤĜezĤ, aby motor byl ekvivalentní limitnímu objemu.

50

Brno 2008



Jan Hrudík

PĜíkladem vozu s turbínovým pohonem je Lotus 56 B (obr.38,39, 40, 41) Motor: Pratt – Whitney UspoĜádání: turbína Výkon [k]: 450 – 550 PĜevodovka: Poþet stupĖĤ: Rozchod vpĜedu [mm]: 1587 Rozchod vzadu [mm]: 1587 Rozvor [mm]: 2616 Pneumatiky: Firestone RozmČr vpĜedu: 15 palcĤ RozmČr vzadu: 15 palcĤ Objem nádrže [l]: 318 Váha [kg]: 650 MČrný výkon [k/t]: 695 - 850 Do závodu Velké ceny se zapojil roku 1971. KvĤli dále popsaným komplikacím (viz „nevýhody turbínového pohonu“, str.53) a technickým poruchám již nebyl další sezónu nasazen.

Obr.38 Lotus 56 B [17]


Obr.40 Lotus 56 B [17] Brno, 2008

51

Jan Hrudík



Výhody turbínového pohonu: - Velký výkon Tento typ pohonu dává velmi vysoký výkon pĜi relativnČ malých stavebních rozmČrech. PrĤbČh toþivého momentu je velmi výhodný, nejvČtší je v nízkých otáþkách, maxima dosahuje pĜi nulových otáþkách. Díky tomu je možno úplnČ vynechat pĜevodovku. Vysoké provozní otáþky (20000 – 50000 min-1) se snižují v redukþním planetovém soukolí, které je umístČno na pĜední stranČ motoru. Bez obav lze použít pohon všech kol, obdobný jako u dĜíve popsaného modelu Lotus 63, str. 49. - PĜítlaþná síla Výfuk spalin je umístČn za ochranným rámem Ĝidiþe (obr.41) pod úhlem 45o vzhĤru. Z obrázku (obr.43) a znalosti goniometrických funkcí je patrno, že vodorovná a svislá složka reakþní síly vzniklé výtokem spalin mají stejnou velikost. Ta se uvádí kolem 2250 N (porovnej s tabulkou 4 pro velikosti pĜítlaþných sil od kĜídel). Pohled na turbínový motor je na obr.42.


Obr.42 Pohled na turbínový motor vozu Lotus 56 B [17]

Obr.43 Svislá a vodorovná složka reakþní síly [vlastní tvorba]

52

Brno 2008



Jan Hrudík

- ZpoždČné reakce Než probČhnou všechny pochody uvnit systému, trvá to 2-3 sekundy. idiþ musí s tímto poþítat, což ovšem v závodČ pĜi plném tempu není jednoduché. MĤže nastat situace, že Ĝidiþ brzdí a zárovČĖ sešlapuje plynový pedál. - Velmi vysoká spotĜeba: Udává se v rozmezí 100 – 160l / 100km, což je dvojnásobek tehdejší spotĜeby bČžných formulových motorĤ. Palivová nádrž musí této spotĜebČ odpovídat a tím roste celková váha vozu.

5.4

Dvoukotouþové brzdy

S neobvyklým nápadem pĜišel výrobce vozu Tyrell-Ford roku 1971. Jeho stájovým jezdcem byl v té dobČ Jackie Stewart (nar.1939). Po nespokojenosti s používáním vozu March 701 se výrobce rozhodl zkonstruovat vlastní vĤz Tyrell-Ford 001 (obr.44), do nČhož byl implementován motor Ford-Cosworth, karoserie byla navržena vysokou školou v Surrey, kde byla také testována v aerodynamickém tunelu. Byly zde použity dvoukotouþové brzdy, které nahradily klasický masivní zvenku i zevnitĜ chlazený kotouþ. Skládaly se ze dvou užších plných ocelových kotouþĤ, které jsou pĜi brzdČní svírány dvojitým brzdovým tĜmenem (viz. obr.45).

Obr.44 Ford Tyrell 001 [17]

Brno, 2008

53

Jan Hrudík



Obr.45 Dvoukotouþová brzda vozu Tyrell 001 [1]

5.5

Vzduchem chlazený motor

Proti všem zavedeným konvencím šel japonský výrobce Honda. Premiéra vozu se vzduchem chlazeným motorem nastala roku 1968 v Monze, kdy byl pĜedstaven vĤz Honda RA 302 (obr.46). Byl v nm použit vzduchem chlazený vidlicový osmiválec (viz obr.47), objem 2987 cm3, výkon 430 k pĜi 10500 ot/min, váha motoru 140 kg. V þele motoru byl umístn horizontální axiální ventilátor, pohánný soustavou þelních ozubených kol. Motor ml v každém válci dva sací a dva výfukové ventily, jednoduché tranzistorové zapalování.

Obr.46 Honda RA 302 [17] 54

Brno 2008



Jan Hrudík

Obr.47 Honda RA 302 [1]

5.6

Chladiþe po bocích vozu

S dosud neobvyklým umístČním chladiþĤ vody motoru pĜistoupil Lotus roku 1970 se svým vozem Lotus 72 (obr.48, 49, 50), jehož pilotem byl v té dobČ Emerson Fittipaldi (nar.1946). DĤvodem byla velice nízká pĜíć ve tvaru klínu s ostrou nábČžnou hranou, která rozmČrovČ neumožĖovala umístit v ní chladiþ vody, a proto musely tyto chladiþe být umístČny na bocích vozu vedle jezdce, kde je také zajištČno chlazení vody náporem vzduchu. Jde o první model dnes bČžnČ používané koncepce. Další technickou novinkou bylo, že kotouþové brzdy pĜedních kol jsou uloženy v pomocném rámu podvozku a spojeny s koly kloubovými hĜídeli. Toto Ĝešení sice minimalizuje hmotnost neodpružených hmot, je ovšem složitČjší a je tĜeba pĜivádČt vzduch na ochlazení k pĜedním kotouþĤm (patrno na obr.48, 49 - po bocích startovního þísla 72).

Obr.48 Lotus 72 [17]

Brno, 2008

55

Jan Hrudík



Obr.49 Lotus 72 [17]

Obr.50 Lotus 72 [17] Lotus 72 Motor: UspoĜádání: Výkon [k]: PĜevodovka: Poþet stupĖĤ: Rozchod vpĜedu [mm]: Rozchod vzadu [mm]: Rozvor [mm]: Pneumatiky: RozmČr vpĜedu: RozmČr vzadu: Objem nádrže [l]: Váha [kg]: MČrný výkon [k/t]: 56

Cosworth V8 440 Hewland DG300 5 1470 1470 2540 Firestone 13 palcĤ 15 palcĤ 210 530 833 Brno 2008


5.7


Jan Hrudík

Šestikolová formule

S netradiním pojetím formulového vozu pišel roku 1976 tým Tyrrell. Zmenšení zadních kol by bylo proti pravidlĤm, která ovšem nezakazovala použít jakýkoli rozmČr pĜedních kol. Proto tým postavil vĤz Tyrrell P34 (obr.51), který mČl dva páry pĜedních kol, každé o prĤmČru 10 palcĤ. Bylo to z dĤvodu zmenšení kolmé elní plochy (snížení pední ásti vozu na minimum), a tím snížení odporu vzduchu. Kola malého prĤmČru mČla ovšem menší stykovou plochu s vozovkou než klasicky používaná kola vČtšího prĤmČru, držení správné stopy v zatákách bylo obtížnČjší. Proto byla použita tveice kol, jejichž spolená kontaktní plocha se pibližnČ rovnala ploše dvou kol s klasickým prĤmČrem. Díky velice dobrému systému odpružení a propracované geometrii náprav byl vĤz Ĝízen obČma pĜedními nápravami. Nespornou výhodou této konstrukce je zvýšení brzdné síly použitím brzd na všech tyech pedních kolech. To zvyšuje brzdný úinek a snižuje opotebení destiek a brzdných kotouþĤ. VĤz byl opatĜen vidlicovým osmiválcem Ford-Coswoth s rozvodem DOHC, objem 2995 cm³, výkon 420 koní pĜi 10000 ot/min. PČtistupĖová pĜevodovka, maximální rychlost 300 km/h. I pĜes výše jmenované výhody se závodní vozy pĜíliš neprosadily a zúþastnily se závodĤ pouze v letech 1976, 1977. DĤvodem byl nezájem ze strany výrobcĤ pneumatik, kteĜí nevČnovali pozornost vývoji tČchto malých rozmČrĤ pneumatik. Dalším dĤvodem byla pĜílišná váha pĜední þásti vozu, z dĤvodu dvojitého a složitČjšího zavČšení. Pro sezónu 1978 byla úþast šestikolových vozidel zakázána.

Obr.51 Tyrell P34 [17]

Brno, 2008

57

Jan Hrudík

6



ZávČr

Závody formule 1 stojí na vrcholu motoristického sportu. Je to oblast, ve které rozhoduje každý detail a drobnost. Týmy si toho jsou vČdomy, každý udČlá do další sezóny velký pokrok. NesoutČží se ale ani tak proti þasu jako proti soupeĜĤm. Záleží hlavnČ na tom, jaký pokrok udČlají druzí. Je snazší dosáhnout špiþkového postavení, než jej potom udržet. Myšlenky tvĤrcĤ jsou a vždy byly rychlejší než možnosti jejich realizace. Jen málo z nich bývá skuteþnČ dobrých, je tĜeba velké odborné zdatnost jejich tvĤrcĤ a hlavnČ dostatek finanþní prostĜedkĤ. TČch se zaþalo dostávat od sponzorĤ se zavedením reklamy roku 1968. Velkou roli vedle kvality hraje také þas, který tvĤrce doslova žene k nejvyšším výkonĤm. Díky všem tČmto faktĤm je vývoj v oblasti závodních vozĤ cenným zdrojem pro konstrukci bČžných motorových vozidel v sériové výrobČ. Tato bakaláĜská práce mČla za cíl seznámit þtenáĜe s vývojem techniky ve vozech formule 1. Byl zde popsán prĤbČh zmČn v konstrukci vozĤ - jejich motorĤ a podvozkĤ v prĤbČhu let. Další kapitola obsahuje výþet hlavních legislativních omezení pro konstrukci v prĤbČhu let zpracovaných do tabulky. VČtší pozornost je vČnována aktuální sezónČ 2008. Pro pĜedstavení závodního vozu formule 1 pro aktuální sezónu 2008 byl vybrán vĤz stáje Renault s oznaþením R28. Nedílnou souþástí vývoje jsou experimenty. NČkteré se ujaly a vzhled dnešních závodních vozĤ si bez nich nedokážeme pĜedstavit. PrávČ tČmto experimentĤm byla vČnována pozornost v poslední kapitole. Do následujících let nezbývá než popĜát jezdcĤm, technikĤm a všem lidem okolo závodĤ formule 1 dodržování pravidel dle zásad fair play, þistou hlavu plnou nových myšlenek a inovací a hlavnČ co nejménČ nehod.

58

Brno 2008


7


Jan Hrudík

Seznam obrázkĤ a tabulek

Obr.1 Kompresor Mercedes [5]………………………………………………………………. 11 a)rotující písty b) schéma uložení dvou rotujících pístĤ se tĜemi lopatkami c) schéma uložení dvou rotujících pístĤ se dvČmi lopatkami Obr.2 Souþasný kompresor [15]………………………………………………………………. 12 Obr.3 Oficiální leták první Velké ceny v Silverstone, 1950 [2]…………………………… 13 Obr.4 Ferrari 375 [8]………………………………………………………………………….. 14 Obr.5 Schéma pístu ve válcí, popis poloh pístu [vlastní tvorba]…………………………. 15 Obr.6 Turbodmychadlo Thompson [15, 7]………………………………………………….. 17 Obr.7 Turbodmychadlo z vozu Impreza WRX STi a jeho Ĝez [16]……………………….. 17 Obr.8 Systém VGT [8]…………………………………………………………………………. 18 Obr.9 Speciální rozvody pro turbodmychadla [16]……………………………………….. 19 Obr. 10 Náprava De Dion s vinutými pružinami [8]……….………………………………. 21 Obr. 11 Trojúhelníkové vahadlo a pružící komponenty umístČné uvnitĜ trupu [19]……. 22 Obr. 12 ZavČšení zadního kola [19]…………………………………………………………… 22 Obr. 13 ZavČšení zadního kola foto1 [19]……………………………………………………. 23 Obr.14 ZavČšení zadního kola foto2 [19]…………………………………………………….. 23 Obr.15 ZavČšení pĜedního kola [19]………………………………………………………….. 24 Obr.16 Tyþ Ĝízení pĜedního kola [19]…………………………………………………....……. 24 Obr.17 Tyþ Ĝízení pĜedního kola foto [19]………………………………………………..….. 25 Obr.18 Detail uchycení zkrutných stabilizátorĤ (viz šipky) [19]…………………………… 25 Obr.19 Tlumiþ [8]………………………………………………………………………………. 26 Obr.20 Karbonová vlákna [8]…………………………………………………………………. 27 Obr.21 Struktura karbonové tkaniny [8]…………………………………………………….. 27 Obr.22 Renault R28 [13]………………………………………………………………………… 42 Obr.23 Renault R28 [13]………………………………………………………………………… 42 Obr.24 Renault R28 [13]………………………………………………………………………… 42 Obr.25 Renault R28 [13]………………………………………………………………………… 42 Obr.26 Renault R28 [13]…………………………………………………………………………. 42 Obr.27 Renault R28 [13]………………………………………………………………………… 42 Obr.28 Renault R28 s popisky [vlastní tvorba, 13]…………………………………………… 43 Obr.29 Lotus-Ford 49 B [1]…………………………………………………………………….. 45 Obr.30 Lotus-Ford 49 B [17]…………………………………………………………………… 45 Obr.31 Úhel nábČhu pĜítlaþného kĜídla [vlastní tvorba]…………………………………… 46 Obr.32 Auto v zatáþce [vlastní tvorba]………………………………………………………… 47 Obr.33 Schéma pohonu všech kol u vozu Matra MS 84 [1]………………………………… 48 Obr.34 PrĤhled vozem Matra MS 84 [1]……………………………………………………… 48 Obr.35 Lotus 63II [1]……………………………………………………………………………. 49 Obr.36 McLaren M9A [1]………………………………………………………………………. 49 Obr.37 Turbínový motor Pratt Whitney [1]……………………………………………….. 50 Obr.38 Lotus 56 B [17]………………………………………………………………………….. 51 Obr.39 Lotus 56 B [17]…………………………………………………………………………… 51 Obr.40 Lotus 56 B [17]………………………………………………………………………….. 51 Obr.41 Lotus 56 B [17]…………………………………………………………………………. 52 Obr.42 Pohled na turbínový motor vozu Lotus 56 B [17]…………………………………… 52 Obr.43 Svislá a vodorovná složka reakþní síly [vlastní tvorba]…………………………… 52

Brno, 2008

59

Jan Hrudík



Obr.44 Ford Tyrell 001 [17]……………………………………………………………………. 53 Obr.45 Dvoukotouþová brzda vozu Tyrell 001 [1]…………………………………………… 54 Obr.46 Honda RA 302 [17]……………………………………………………………………... 54 Obr.47 Honda RA 302 [1]…………………………………………………………………….... 55 Obr.48 Lotus 72 [17]…………………………………………………………………………….. 55 Obr.49 Lotus 72 [17]…………………………………………………………………………….. 56 Obr.50 Lotus 72 [17]…………………………………………………………………………….. 56 Obr.51 Tyrell P34 [17]…………………………………………………………………………… 57 Tab.1 PĜedpisy a technické regule v jednotlivých letech šampionátu [vlastní tvorba, 1] 29 Tab.2 Týmy v aktuální sezónČ [vlastní tvorba, 13]………………………………………...... 39 Tab.3 Velikosti pĜítlaþných ploch [1]…………………………………………………………. 46 Tab.4 Velikosti pĜítlaþných sil v závislosti na rychlost [1]…………………………………. 46

60

Brno 2008



Jan Hrudík

8

Seznam použitých zkratek a symbolĤ

d FIA

[mm] ……... vrtání pístu ……... Federation Internationale De L'Automobile (cz: mezinárodní automobilová federace) [-] ……... poet otáek za jednotku asu [Pa] ……... stední efektivní tlak [Pa] ……... stední indikovaný tlak [Pa] ……... stední tlak mechanických ztrát [m] ……... dráha [m2] ……... povrch stny válce [s] ……... as [m.s-1] ……... rychlost [m.s-1] ……... stední pístová rychlost [cm3] ……... objem válce [cm3] ……... celkový objem všech válc [cm3] ……... objem kompresního prostoru (nejmenší prostor ve válci pi poloze pístu v horní úvrati) 3 [cm ] ……... zdvihový objem (vzdálenost mezi horní a dolní úvratí pístu vynásobená plochou pístu) [mm] ……... zdvih pístu (mezi horní a dolní úvratí pístu)

n pc pi pm s S t v vs V Vc Vk Vz z

i

İ

[-] [-] [-] [-]

Brno, 2008

……... poet válc ……... kompresní pomr ……... Pí, Ludolfovo íslo, jeho hodnota: 3,141592654 ……... zdvihový pomr

61

Jan Hrudík



9

Seznam použitých zdrojĤ a literatury

[1]

Hanzelka, B.: Vozy velkých cen. Nakladatelství technické literatury, Praha 1972. L13B2-IV-33/22305 Selucký, D.:Grand Prix a Formule 1: Kompletní historie od roku 1984 po souasnost. Nakladatelství Computer Press, Brno 2006. ISBN 80-251-0874-0 Vlk, F.: Vozidlové spalovací motory. Nakladatelství a vydavatelství Prof.Ing.František Vlk, DrSc, Brno 2003.ISBN 80-238-8756-4 BrĦmmer, E.: Formule 1. Nakladatelství Fraus, PlzeĖ 2004. ISBN 80-7238-530-5 Pauer, V.:Formule : Historie techniky závodních vozĤ, I.díl. Nakladatelství Fraus, PlzeĖ 2004. ISBN 80-7238-515-1 Maršál, A.: Kouzelná formule. Maxim, 4, 2008, str. 6-7. Mackerle, J.: Motory závodních automobilĤ. Nakladatelství technické literatury, Praha 1980. ISBN 0A-212-80

[2] [3] [4] [5] [6] [7]

Internetové stránky: [8] [9] [10] [11] [12] [13] [14] [15] [16] [17] [18] [19]

62

www.wikipedia.org www.formule1.org www.formule.cz www.chicanef1.com/acks.pl/ www.ultimatepage.com www.auto.cz www.gswr.wz.cz/klika3.htm www.autokaleidoskop.cz www.subaru.com www.google.com www.f1technical.net www.constructorsf1.com

Brno 2008

HISTORICKÝ P EHLED VÝVOJE PODVOZK A MOTOR FORMULE 1 HISTORICAL OVERVIEW OF F1CHASSIS AND ENGINES EVOLUTION

Recommend Documents