aiiasse
Opony
Nowe przepisy wprowadzone przez Światową Federację Samochodową (FIA) miały na celu wyrównanie szans poszczególnych zespołów.
Dotychczas w Formule 1 trwała zacięta walka
pomiędzy różnymi producentami opon i niejednokrotnie
o zwycięstwie nie decydowały starania kierowców na torze a techników firm dostarczających te opony.
Nowe regulacje pozwalają na obecność zaledwie jednego producenta,
którego obowiązkiem jest dostarczenie takich samych
opon wszystkim zespołom.
Na każdym wyścigu kierowcy mają do swojej dyspozycji
mieszankę twardszą i bardziej miękką (oznaczoną białym paskiem).
Przepisy nakazują zastosowanie obydwu rodzajów opon w trakcie wyścigu,
co oznacza w praktyce,
że kierowca rozpoczynający wyścig na oponach miękkich
będzie musiał podczas wizyty w boksach wymienić opony na twardsze.
Efektywność pracy opony bezpośrednio zależy od jej temperatury pracy.
Na torze liczy się każda sekunda, z tego powodu podczas zmiany opon zespół zakłada opony uprzednio zagrzane w specjalnie skonstruowanych kocach grzewczych. Dzięki temu kierowca traci mniej czasu na rozgrzanie opon na torze.
W odróżnieniu od motoryzacji cywilnej,
opony w Formule 1 poddawane są ogromnym obciążeniom.
Samochody przyspieszają od 0 do 100 km/h w 2,6 sekundy.
Tylne opony muszą przenieść moc 800 koni mechanicznych na asfalt w taki sposób,
by koła nie wpadły w poślizg przy ruszaniu.
Z drugiej strony przednie opony wykonują ciężką pracę podczas hamowania i skręcania.
Przy hamowaniu z 200 km/h bolid F1 zatrzymuje się średnio na dystansie 55 metrów,
a siły hamowania sprawiają,
że obciążenie wzdłużne w przypadku opon dochodzi do 2,5 tony.
W zakrętach przeciążenia są jeszcze większe,
a opony muszą wytrzymać obciążenie poprzeczne rzędu 2,2 tony,
a siły odśrodkowe sięgają 3,2 G.
Nawet podczas jazdy po prostej na opony działa ogromna siła,
generowana przez wytwarzające docisk aerodynamiczny skrzydła.
Przy prędkości 320 km/h skrzydła dociskają samochód
do toru z siłą 1,6 tony z tyłu i 1,1 tony z przodu.
Docisk aerodynamiczny jest tak duży,
że teoretycznie bolid F1 mógłby utrzymać się na suficie, jadąc „do góry kołami", z prędkością niewiele większą od 150 km/h.
Mieszanka, z jakiej powstają opony F1, pracuje optymalnie w temperaturze
pomiędzy 70 a 95°C. Jeśli opony są zimniejsze, ich przyczepność spada.
Jeśli rozgrzeją się nadmiernie, zużywają się za szybko.
W najgorszym przypadku zaczynają się tworzyć pęcherze, które mogą spowodować eksplozję opony.
By temu zapobiec, opony - składające się z około 80 typów gumy i 250 innych składników, w tym oleju, stali, siarki, cynku, poliestrów, żywicy i krzemu - są dokładnie sprawdzane jeszcze w fabryce.
Nadwozie
Głównym elementem nadwozia jest kabina (tzw. monocoque), mieszcząca w sobie kokpit kierowcy oraz bezpieczny zbiornik paliwa, umieszczony za kierowcą. Bezpośrednio do kabiny mocowany jest silnik, zawieszenie i elementy aerodynamiczne. Monocoque musi spełniać bardzo rygorystyczne normy i z powodzeniem przejść wiele testów zderzeniowych i obciążeniowych.
Nadwozie wykonane jest z włókien węglowych spiekanych w specjalnych piecach. Taki materiał gwarantuje dużą sztywność i odporność całej konstrukcji przy jednoczesnym zachowaniu niskiej wagi.
Wymiary nadwozia są dość szczegółowo określone przepisami, choć brakuje w nich wytycznych dotyczących na przykład długości, wysokości czy rozstawu osi samochodu. Precyzyjnie określona jest na przykład szerokość - 180 centymetrów - oraz wiele dodatkowych wymiarów, jak na przykład maksymalna szerokość tylnej części nadwozia przed i za tylną osią (odpowiednio 140 i 100 cm), przedni i tylny zwis nadwozia (odpowiednio 120 i 60 cm od osi).
Samochód wraz z kierowcą musi ważyć co najmniej 605 kilogramów podczas kwalifikacji i 600 kilogramów podczas reszty weekendu wyścigowego.
Silnik
Jednostki napędowe w Formule 1 muszą mieć pojemność 2400 cm3, układ cylindrów V8 o kącie rozwarcia 90 stopni oraz maksimum cztery zawory na cylinder. Zakazane są jakiekolwiek formy doładowania. Silnik musi ważyć minimum 95 kilogramów. Moc rozwijana przez jednostki V8 szacowana jest obecnie na około 700-750 KM, a więc o około 200 KM mniej w porównaniu do zeszłorocznych silników V10. W sezonie 2006 dopuszczalne jest stosowanie silników według zeszłorocznej specyfikacji (pojemność 3000 cm3 i układ V10), jednak takie jednostki napędowe muszą być wyposażone w ogranicznik obrotów oraz zwężkę w układzie doprowadzającym powietrze - tak, aby nie osiągać lepszych parametrów niż mniejsze jednostki V8. Każda jednostka napędowa musi wytrzymać dwa pełne weekendu Grand Prix. Karą za przedwczesną wymianę silnika jest przesunięcie o 10 miejsc do tyłu na starcie do wyścigu.
Hamulce
Siła hamowania należy do najbardziej imponujących właściwości nowoczesnego wozu Formuły 1. Gdy kierowca zbliża się z prędkością 300 km/h po prostej do wirażu o dopuszczalnej prędkości 80 km/h, jego samochód potrzebuje zaledwie 100 m i trzech sekund, aby wyhamować
Kierowca jest poddany działaniu ogromnych sił: przyspieszenie 4 G wyciska mu z oczu łzy, które spadają na wewnętrzną stronę osłony twarzy. Jednocześnie dopływ krwi do oczu może ulec zmniejszeniu, co powoduje chwilowe zaburzenia wzroku. Podczas hamowania najważniejsza jest siła wywierana od góry na opony.
Hamulce muszą w pełni wykorzystać swój potencjał konstrukcyjny. Czynnikiem decydującym jest zastosowanie węgla w tarczach i okładzinach hamulcowych. Gdy szczęki obejmują tarczę hamulcową, wytwarza się ogromne tarcie, powodujące wzrost temperatury do 780°C. W przypadku wyższych temperatur siła hamowania zmniejsza się. Takie nagrzanie stawia szczękom hamulca wysokie wymogi.
Do 1998 r. inżynierowie, dążąc do zwiększenia mocy hamulców, produkowali szczęki hamulcowe z wymyślnych tworzyw zespolonych. Wtedy jednak materiały tego typu zostały zakazane i obecnie większość szczęk hamulcowych wykonuje się z aluminium.
Ponieważ testy wykazały brak skuteczności świateł hamowania, zamiast nich w 1998 r. zwiększono o 50% powierzchnię tylnych świateł.
Fotele
Formuła 1 to nie tylko fascynacja szybkimi samochodami i ekscytujące wyścigi - to także niezwykle wysokie standardy bezpieczeństwa. Jednym z elementów zwiększającym bezpieczeństwo kierowcy jest jego fotel.
Kto nie idzie do przodu, ten się cofa - w Formule 1 odnosi się to nie tylko do rozwoju technologicznego mającego na celu polepszenie osiągów na torze. Poziom bezpieczeństwa jest również stale podnoszony.
- Projektując samochód, stawiamy sobie dwa cele, - podkreśla Brian ORourke, główny inżynier d/s materiałów kompozytowych w zespole Williams. Chcemy zbudować szybki samochód wyścigowy i zapewnić kierowcy najlepszą możliwą ochronę.
Bez wątpienia najważniejszym elementem wpływającym na bezpieczeństwo kierowcy jest tzw. monocoque - czyli kabina kierowcy, wykonana z włókien węglowych. Poza tą swoistą *komorą przetrwania*, ważną rolę odgrywa także fotel - mający nie tylko zapewnić kierowcy wystarczający komfort przy prowadzeniu wyścigówki, ale także chronić go w miejscu pracy. Zgodnie z przepisami technicznymi Międzynarodowej Federacji Samochodowej (FIA), fotel nie może być integralną częścią kokpitu - musi być zamocowany wewnątrz monocoque za pomocą maksimum dwóch poziomych sworzni. Te sworznie muszą być w wyraźny sposób oznakowane, by ułatwić ewentualną pracę ratownikom. Dostęp do nich musi być łatwy i muszą być możliwe do usunięcia z każdego samochodu za pomocą takiego samego narzędzia.
Te innowacje, wprowadzone w 1999 r., umożliwiają wydobycie kierowcy z wraku rozbitego samochodu razem z fotelem, cały czas przypiętego pasami bezpieczeństwa. Dodatkowo fotel musi być wyposażony w specjalne mocowanie, umożliwiające zastosowanie urządzenia zwanego KED (Kendrick Extrication Device), które chroni kręgosłup i szyję w czasie wyciągania kierowcy. Pozwala to uniknąć dalszych uszkodzeń kręgów. Mocowanie fotela wewnątrz monocoque jest ujednolicone, dzięki czemu ratownicy na każdym torze doskonale wiedzą, jak wydobyć fotel wraz z kierowcą. Pozwala to na znaczne przyspieszenie akcji ratunkowej.
Kierowcy narażeni są na ogromne obciążenia w ciasnym kokpicie samochodu F1. By zwiększyć komfort, duży nacisk kładzie się na odpowiednie ukształtowanie fotela. Podczas modelowania inżynierowie używają manekina o kształtach kierowcy. Odpowiednio zaprojektowany fotel zapewnia kierowcy komfort, a także idealnie pasuje do kształtów kokpitu. Wykonany jest z włókien węglowych i pokryty pianką poliestrową, ukształtowaną zgodnie z wymaganiami kierowcy. Fotele w Williamsie dodatkowo pokryte są miękkim zamszem Alcantara. Istotną cechą użytych do budowy fotela materiałów jest ich niepalność, a także ograniczenie do minimum elektryzowania się fotela, wskutek ruchów kierowcy w kokpicie.
Fotele w cywilnym samochodzie mają być nie tylko wygodne i ładne.
- Fotele to ważny czynnik wpływający na bezpieczeństwo nowoczesnego samochodu, - mówi Dr Hartmuth Wolff z Centrum Technologii Allianz. Podnoszą efektywność pasów bezpieczeństwa i poduszek powietrznych w przypadku zderzenia czołowego lub bocznego, a w przypadku uderzenia z tyłu ich rola jest kluczowa.
Samochody F1 różnią się od swoich drogowych kuzynów jeszcze jedną rzeczą - ich kokpity są *szyte na miarę*. W cywilnym aucie bardzo ważne jest wykorzystanie wszystkich możliwości dostrojenia wnętrza do potrzeb kierowcy. Tylko właściwe ustawienie fotela zapewni jego maksymalne wykorzystanie - pod względem bezpieczeństwa, komfortu i ergonomii.
W odróżnieniu od foteli w zwykłych samochodach, fotele stosowane w Formule 1 znacznie ograniczają możliwości poruszania się kierowcy. Jest on przypięty do fotela w podobny sposób, jak piloci myśliwców - za pomocą sześciopunktowych pasów bezpieczeństwa. Rozpina się je jednym ruchem ręki - przepisy mówią, że kierowca musi być w stanie wyskoczyć z samochodu w ciągu pięciu sekund.
Jednym z najważniejszych czynników wpływających na osiągi samochodu F1 jest położenie środka ciężkości. To wymaga odpowiedniego położenia fotela kierowcy, który poprawia rozłożenie masy w samochodzie dzięki swojej pozycji - bardziej leżącej, niż siedzącej, tak nisko jak to tylko możliwe. Po wprowadzeniu samochodów z podniesionym nosem, zasady aerodynamiki wymogły na kierowcach niewielką zmianę pozycji - ich stopy muszą teraz znajdować się wyżej, niż dolna część pleców. Zwiększa to i tak niemałą rolę dokładnego dopasowania kształtów fotela do potrzeb kierowcy.
Każdy fotel w Formule 1 to unikat. Jeśli zachodzi taka potrzeba, partnerzy z zespołu wymieniają się samochodami - ale nigdy fotelami. Jeśli kierowca musi się przesiąść do samochodu zapasowego, zawsze zabiera ze sobą fotel.
Silnik
Przed silnikami Formuły 1 postawiono w tym sezonie jeszcze większe wyzwanie. Muszą wytrzymać dwa weekendy Grand Prix, czyli dwa razy więcej niż w sezonie 2004. Zaprojektowanie takiego silnika to ogromne wyzwanie technologiczne, - powiedział przed Grand Prix Australii szef BMW Motorsport, dr Mario Theissen.
Awarie silnika nie są wyłącznie domeną Formuły 1. W zwykłych, drogowych samochodach też może dojść do defektu jednostki napędowej - nawet częściej, niż mogłoby się to wydawać.
Poza układem elektrycznym i zapłonem, silnik jest w ścisłej czołówce rankingu przyczyn awarii. Można jednak tego uniknąć. Regularna, zgoda z instrukcją obsługa silnika pozwala nie tylko uniknąć pomniejszych defektów, ale także zminimalizować ryzyko poważnej awarii, - mówi dr Christoph Lauterwasser z Centrum Technologii Allianz (AZT).
Częstymi powodami awarii mogą być: luźny pasek rozrządu, niedrożne przewody w układzie chłodzenia czy po prostu niedobór oleju. Dlatego warto regularnie odwiedzać stacje obsługi - nawet, a może szczególnie w przypadku starszych samochodów.
Pomimo wprowadzonych przez Międzynarodową Federację Samochodową (FIA) przepisów o zwiększonej żywotności silnika, trudno się spodziewać awarii jednostek napędowych właśnie z powodu nadmiernego przebiegu.
By zmniejszyć osiągi silników i ograniczyć koszty, jeden silnik musi teraz wytrzymać dwa wyścigowe weekendy. W porównaniu z poprzednim sezonem oznacza to wydłużenie żywotności do około 1500 kilometrów. Silnik można wymienić tylko w razie uszkodzeń powstałych podczas treningów czy kwalifikacji, a nawet wtedy kierowca zostanie przesunięty o 10 miejsc do tyłu na starcie, a nowy silnik będzie musiał mu wystarczyć do końca kolejnego weekendu Grand Prix.
Z drugiej strony ci kierowcy, którzy nie ukończą danego wyścigu, mogą bezkarnie wymienić jednostkę napędową przed kolejną Grand Prix. Stratedzy zespołu BMW WilliamsF1 obawiają się, że przez to niektóre zespoły będą decydować się na zagrywki taktyczne: kierowca bez szans na finisz na punktowanej pozycji może specjalnie wycofać się z wyścigu, by wystartować w kolejnych zawodach z nowym silnikiem.
Odgadywanie strategii na poszczególne wyścigi będzie emocjonujące nie tylko podczas pierwszego wyścigu sezonu. Bez wątpienia oszczędzanie silnika będzie leżało w interesie wszystkich zespołów. Według Sama Michaela, dyrektora technicznego BMW WilliamsF1, są dwie drogi.
Pierwsza to ograniczenie liczby okrążeń przejeżdżanych podczas treningów, druga to ograniczenie prędkości obrotowej. W zespole BMW WilliamsF1 decyzja już zapadła. Podczas treningów, kiedy to będziemy testować opony i pracować nad ustawieniami, ograniczymy prędkość obrotową silników, - mówi Michael. Inne rozwiązania nie byłyby dobre dla kibiców, czyli w efekcie zaszkodziłyby Formule 1. Chociaż jednostki napędowe muszą teraz wytrzymać dwa razy więcej, inżynierowie pracujący nad rozwojem silnika P84/5 nie podwoili po prostu wytrzymałości mechanicznej i termicznej kluczowych części. Po takim zabiegu silnik byłby większy i cięższy, za to słabszy. Zminimalizowanie tych strat poprzez zastosowanie zupełnie nowych rozwiązań było zadaniem niezwykle skomplikowanym i wymagającym dokładnej pracy przez cały okres projektowania silnika - od projektu i wykonania poszczególnych części poprzez dobór materiałów po testy i kontrolę jakości.
Naszym celem było osiągnięcie niezawodności na podwojonym dystansie, przy zachowaniu minimalnych strat w osiągach, - wyjaśnia dr Theissen. Chcieliśmy, aby nasz silnik był w sezonie 2005 punktem odniesienia dla innych. Pomimo prędkości obrotowej sięgającej 19200 obrotów na minutę i mocy przekraczającej 900 koni mechanicznych, zbudowany w Monachium silnik udowodnił w ciągu ostatnich lat, że jest naprawdę niezawodny. W 2003 r., kiedy nie można było zmieniać silników pomiędzy kwalifikacjami a wyścigiem, zespół BMW WilliamsF1 miał tylko jedną awarię jednostki napędowej, pomimo obciążeń porównywalnych do biegacza długodystansowego startującego na chwilę przed początkiem maratonu w biegu sprinterskim. Podobnie w sezonie 2004, kiedy silnik musiał już wytrzymać cały weekend Grand Prix, zespół doświadczył tylko jednej awarii - chociaż prędkość obrotowa silnika pozostała prawie taka sama.
Czy wiesz, że... ... silnik samochodu Formuły 1 składa się z około 5000 części, a przy maksymalnej prędkości obrotowej tłoki poruszają się z prędkością 40 metrów na sekundę? Stąd przeciążenia sięgają 9000g, a niektóre części muszą wytrzymać obciążenie prawie trzech ton.
Mimo ogromnego obciążenia mechanicznego, - mówi dr Christoph Lauterwasser z Centrum Technologii Allianz (AZT), - wszystkie części mają tak małą masę, jak tylko jest to możliwe. Precyzyjne obliczenia komputerowe pozwalają zaoszczędzić każdy gram. Na przykład tytanowy wałek stosowany w Formule 1 waży 295 gram, a jego stalowy odpowiednik, używany w drogowych silnikach o pojemności trzech litrów, waży 545 gram i znosi znacznie mniejsze obciążenia.
Kokpit
Sercem samochodu F1 jest monocoque - wykonany z włókien węglowych kokpit jest najważniejszym elementem zapewniającym bezpieczeństwo kierowcy. Musi wytrzymywać niesamowite obciążenia. Brian O’Rourke, szef działu kompozytów w zespole BMW WilliamsF1, mówi: Monocoque odgrywa główną rolę w bezpieczeństwie Formuły 1.
Formuła 1 stała się o wiele bezpieczniejsza, niż za czasów Colina Chapmana, legendarnego projektanta i założyciela zespołu Lotus, który jako pierwszy zastosował stalowe nadwozie samonośne zamiast konstrukcji ramowej w swoim Lotusie 25. Wtedy to, w 1962 r., po raz pierwszy w historii wyścigów Grand Prix, zastosowano monocoque. W 1984 r. McLaren jako pierwszy zespół zbudował monocoque z włókien węglowych. Od tej pory bezpieczeństwo kierowców ciągle wzrastało.
Przepisy techniczne Międzynarodowej Federacji Samochodowej (FIA) definiują monocoque jako komorę przetrwania. Podczas projektowania samochodu mamy dwa nadrzędne cele: zbudowanie szybkiego auta, które jednocześnie będzie możliwie najlepiej chroniło kierowcę, powiedział O’Rourke przed Grand Prix Bahrajnu. O stopniu bezpieczeństwa współczesnego monocoque najlepiej świadczą wypadki, w których samochód zostaje poważnie uszkodzony, a kierowca o własnych siłach wysiada z praktycznie nienaruszonego kokpitu.
Monocoque wytwarzane są z włókien węglowych - kompozytowego materiału dwa razy wytrzymalszego od stali, ale pięciokrotnie lżejszego. Jak wiadomo, w Formule 1 liczy się każdy gram. Monocoque może składać się nawet z 12 warstw włókien, które są pięć razy cieńsze od ludzkiego włosa. Warstwy przedzielone są arkuszem aluminium o strukturze plastra miodu, który dodatkowo zwiększa sztywność. Cała skorupa wędruje na dwie i pół godziny do autoklawu - gigantycznego pieca - gdzie poddawana jest zgrzewaniu pod ciśnieniem. Potem procedura wypiekania jest powtarzana, by dodatkowo wzmocnić całą konstrukcję, która musi przecież znieść niemałe obciążenia.
Kokpity samochodów Formuły 1 są w stanie przetrwać nawet najcięższe wypadki. By jednak odpowiednio chronić kierowcę, samochody muszą pochłaniać część energii podczas zderzenia. To zadanie dla specjalnych struktur ochronnych z przodu, po bokach i z tyłu kokpitu.
Wartości statycznych i dynamicznych obciążeń, jakim poddawane są te struktury i sam kokpit podczas testów zderzeniowych, zostały określone przez FIA w 1985 r. Do dziś są co roku uaktualniane - stają się po prostu bardziej rygorystyczne. Przedtem stopień bezpieczeństwa samochodu zależał wyłącznie od zespołu, obecnie trzeba stosować się do odpowiednich przepisów. Fakt, że nie zawsze samochody przechodzą testy zderzeniowe, potwierdza przydatność tak rygorystycznych przepisów, powiedział prezydent FIA, Max Mosley.
Testy, przeprowadzane pod nadzorem FIA, z reguły odbywają się w Centrum Badania Zderzeń Cranfield w hrabstwie Bedford w Wielkiej Brytanii. Przykładowo, przy symulacji uderzenia czołowego, do kokpitu mocowany jest przód samochodu. Bak wypełnia się wodą, a w fotelu zasiada manekin ważący 75 kilogramów. Cała testowana konstrukcja waży 780 kilogramów. Uderza w przeszkodę stałą z prędkością 14 metrów na sekundę (50,4 km/h). Podobne testy przeprowadzane są dla bocznych i tylnych struktur ochronnych oraz dla pałąka ochronnego.
Samochody osobowe także poddawane są różnym testom zderzeniowym, ale muszą spełnić zupełnie inne wymagania. Kierowcy Formuły 1 są bardzo sprawni fizycznie, siedzą w ściśle dopasowanych fotelach z doskonałą ochroną boczną i tylną, zabezpieczeni są dodatkowo sześciopunktowymi pasami bezpieczeństwa. W cywilnych autach z kolei prędkość, z jaką dochodzi do uderzenia, jest z reguły mniejsza, a fotele mają za zadanie ochronę pasażerów o różnej budowie ciała. Pasażerowie są chronieni przez wygodne, automatyczne trzypunktowe pasy, dające im wymaganą swobodę ruchów. Tak jak w samochodzie Formuły 1, podróżni chronieni są także przez komorę przetrwania, usztywniającą poza tym nadwozie i stanowiącą punkty kotwiczenia pasów i foteli.
Skutki wypadku mogą być szczególnie poważne, jeśli kabina pasażerska zostanie zgnieciona w wyniku mocnego uderzenia. Zdarza się to częściej w przypadku uderzeń bocznych, mówi Dr Hartmuth Wolff z Centrum Technologii Allianz (AZT). W takim przypadku boczne poduszki powietrzne - zwłaszcza kurtyny na wysokości głowy - są szczególnie przydatne przy ograniczeniu poważniejszych obrażeń.
Kask
Kilka warstw włókien węglowych zapewnia wytrzymałość, automatyczne przyciemnianie wizjera ułatwia patrzenie, dopasowanie do kształtu głowy kierowcy zwiększa komfort użytkowania. Kaski używane w Formule 1 to nie tylko kwestia bezpieczeństwa i zastosowania najnowocześniejszych technologii - one naprawdę wpływają na aerodynamikę samochodów wyścigowych
Kask musi pasować do głowy kierowcy, ale także do aerodynamiki samochodu - podkreśla przed Grand Prix Francji Dickie Stanford, menedżer zespołu BMW WilliamsF1 Team. Dlatego przed sezonem testujemy kaski w tunelu aerodynamicznym i razem z ich producentami upewniamy się, że przepływ powietrza wokół kokpitu będzie jak najbardziej korzystny.
Czasy, w których kierowcy Formuły 1 kupowali kaski w sklepie już dawno minęły. Dziś każdy kask jest produktem wyjątkowym, indywidualnie dopasowanym do każdego kierowcy, bez względu na koszty. Mieszcząca się w Braunschweig firma Schuberth Engineering, która dostarcza swoje produkty nie tylko Michaelowi Schumacherowi ale także kierowcom BMW WilliamsF1 Team Nickowi Heidfeldowi i Markowi Webberowi, nie zmusza klientów do używania standardowych kasków. Każdy kask jest dosłownie budowany wokół głowy kierowcy. Najpierw skanuje się głowę i tworzy jej trójwymiarowy model. Potem praca przypomina mumifikację: na model, warstwa po warstwie, nakłada się kolejne włókna. Chociaż taki kask znacznie się różni od zwykłego, używanego na co dzień przez motocyklistów, ale i w tym drugim przypadku od dopasowania kasku do głowy nie zależy tylko komfort, ale i skuteczność ochrony. Przy zakupie kasku jedną z najważniejszych kwestii jest jego dopasowanie - nie może być ani za duży, ani za mały - wyjaśnia dr Christoph Lauterwasser z Centrum Technologicznego Allianz (AZT). Radzi, by przed zakupem przymierzyć kask na około dziesięć minut.
Zwykły kask motocyklowy składa się z trzech warstw - wyściółki, warstwy wewnętrznej i zewnętrznej. W Formule 1 tych warstw jest 17. Ich składniki objęte są pilnie strzeżoną tajemnicą. Specjaliści ujawniają tylko trzy składniki: wytrzymałe włókna węglowe, ognioodporne włókna aramidowe oraz polietylen stosowany także przy wytwarzaniu kamizelek kuloodpornych. Ma sprawić, by kask stał się praktycznie nieprzebijalny. Do tego dochodzą magnez, aluminium i żywica epoksydowa jako spoiwo. Jednym słowem, są to praktycznie te same materiały, których używa się do produkcji nadwozia. Zastosowanie lekkich włókien węglowych sprawia, że kask waży zaledwie 1,25 kg i jest przy tym bardzo wytrzymały. Zalety wiążące się z niską wagą kasku są oczywiste: zmniejsza się obciążenie mięśni karku kierowcy, zwłaszcza na torach, na których występuje duże przeciążenie boczne.
W czasie procesu produkcji skleja się ze sobą 120 mat z włókien węglowych. Potem kask trafia do pieca ciśnieniowego, gdzie poszczególne warstwy są zgrzewane i utwardzane w temeperaturze 132 stopni Celsjusza. Części narażone na szczególne obciążenia (spód kasku i wycięcie na wizjer) są wzmacniane tytanem i aluminium. Wyściółka składa się z dwóch warstw niepalnego Nomexu. System wentylacyjny wpuszcza do wnętrza kasku pięć litrów powietrza na sekundę. Filtr odpowiada za oczyszczanie powietrza z najmniejszych drobinek oleju i włókien węglowych. Umieszczone przy ustach kierowcy radio zapewnia łączność z zespołem. Dzięki zastosowaniu nowoczesnych materiałów i technologii poziom hałasu wewnątrz kasku nie przekracza 100 decybeli. Możliwie najszersze pole widzenia jest szczególnie ważne dla kierowców. Zapewnia to wykonany z ogniooodpornych tworzyw sztucznych wizjer o grubości trzech milimetrów. Pod wpływem promieni słonecznych wizjer automatycznie się przyciemnia w ułamku sekundy - tak jak niektóre szkła optyczne, ale znacznie szybciej. Na przykład przy wjeździe do tunelu w Monaco wizjer sam się rozjaśnia, a przy wyjeździe błyskawicznie ściemnia, chroniąc wzrok kierowców przed promieniami słonecznymi. Kierowcy F1 nie ścigają się zimą, ale mimo to wizjer jest podgrzewany.
Zanim Międzynarodowa Federacja Samochodowa (FIA) zaaprobuje dany kask, musi on przejść serię testów wytrzymałościowych. Podczas tak zwanego testu penetracji ostro zakończony metalowy przedmiot o wadze trzech kilogramów jest zrzucany z wysokości trzech metrów na kask, którego powierzchnia musi pozostać nienaruszona. Zapięcie kasku jest poddawane obciążeniu 38 kg - pasek pod brodą nie może się rozciągnąć bardziej niż 30 mm. Wizjer bombardowany jest pociskami wystrzeliwanymi z prędkością 500 km/h. Uszkodzenia nie mogą być głębsze niż 2,5 mm. Na koniec podgrzewa się kask płomieniem o temperaturze 800 stopni Celsjusza przez 45 sekund. Przez ten czas temperatura wewnątrz kasku nie może przekroczyć 70 stopni Celsjusza.
Chociaż żywotność kasku Formuły 1 teoretycznie może być bardzo długa, zespoły i producenci dmuchają na zimne: na każdy wyścig Dickie Stanford przywozi dwa nowiutkie kaski prosto z fabryki.
Konstrukcja nadwozia
Przy projektowaniu nowego samochodu F1 dla inżynierów ważne są dwa parametry: szybkość i bezpieczeństwo. Silnik, aerodynamika i opony odpowiadają za szybkość, natomiast konstrukcja nadwozia gwarantuje bezpieczeństwo kierowcy nawet w ekstremalnych sytuacjach. Wykonana z włókien węglowych kabina przetrwania jest praktycznie niezniszczalna i odgrywa kluczową rolę w bezpieczeństwie Formuły
Standardy bezpieczeństwa w czołowej kategorii wyścigowej świata uległy przez ostatnie lata znaczącej poprawie. Samonośny kadłub, tzw. monocoque, został po raz pierwszy zastosowany przez legendarnego projektanta i szefa zespołu Lotus, Colina Chapmana, który zastąpił klasyczną ramę rurową konstrukcją skorupową w swoim Lotusie 25 z 1962 r. Jeśli chodzi o bezpieczeństwo, trudno obecnie o bardziej skuteczną konstrukcję.
Brian O’Rourke, specjalista d/s materiałów kompozytowych w zespole WilliamsF1 Team, mówi: Nadwozia stosowane w Formule 1 są obecnie bardziej bezpieczne niż kiedykolwiek. Mimo tego, badania i rozwój na tym polu nadal trwają, bo bezpieczeństwo kierowców jest dla nas priorytetem.
Podobnie jak kabina kierowcy w Formule 1, tak i sztywna komora pasażerska w cywilnych samochodach to klucz do pasywnego bezpieczeństwa. W przypadku poważnego wypadku obie struktury muszą pozostać na tyle nienaruszone, na ile to tylko możliwe. Ważne, by po wypadku drzwi mogły się łatwo otworzyć, mówi Dr Hartmuth Wolff z Centrum Technologii Allianz (AZT). Sztywność konstrukcji uzyskiwana jest za pomocą starannie dobranej wytrzymałej stali w miejscach, które są szczególnie narażone na odkształcenia, jak na przykład słupki. Jednak sztywność przedziału pasażerskiego to nie wszystko. Dla jak najlepszej ochrony pasażerów takie elementy, jak kontrolowany zgniot, sztywność nadwozia, ochrona ze strony pasów bezpieczeństwa i foteli muszą być odpowiednio skoordynowane, mówi Wolff.
W Formule 1 nadwozie jest najważniejszym czynnikiem wpływającym na bezpieczeństwo kierowcy, od kiedy McLaren jako pierwszy wprowadził kadłub z włókien węglowych w 1981 r.
Mimo wysokich standardów bezpieczeństwa, jakie osiągnięto dotychczas, ciało rządzące Formułą 1 - czyli Międzynarodowa Federacja Samochodowa (FIA) - nie ustaje w próbach ich stałego podnoszenia. Testy zderzeniowe, wprowadzone po raz pierwszy w 1985 r., określają obciążenie, jakie musi wytrzymać nadwozie. Z roku na rok są coraz bardziej surowe.
Od 1997 r. obowiązkowe są testy zderzeniowe tylnej części oraz bocznych sekcji nadwozia, a także pałąka ochronnego nad głową kierowcy. Tutaj FIA też nie była do końca zadowolona z postępów i przed sezonem 2006 zaostrzono warunki testu tylnej części - prędkość przy teście dynamicznym wrosła z 12 do 15 metrów na sekundę, co odpowiada wzrostowi energii uderzenia o 56%. To pokazuje, jak dużą wagę FIA przywiązuje do ochrony kierowców w razie wypadku.
Nadwozia wykonywane są z włókien węglowych, czyli materiału kompozytowego dwa razy bardziej wytrzymałego od stali, ale pięć razy lżejszego. Składają się z maksymalnie 12 warstw cienkich mat z włókna węglowego, z których każda jest pięć razy cieńsza od ludzkiego włosa. Pomiędzy matami umieszcza się płaty aluminium o strukturze plastra miodu, które zwiększają sztywność. Całość jest następnie wypiekana w specjalnym piecu ciśnieniowym. Po dwóch i pół godzinie skorupa jest już wystarczająco wytrzymała, ale ze względów bezpieczeństwa proces wypiekania powtarzany jest jeszcze dwa razy.
W rezultacie nadwozia są na tyle wytrzymałe, by chronić kierowcę nawet w trakcie poważnego wypadku, jak np. ten, który Giancarlo Fisichella przeżył na Silverstone w 1997 r. Dane z czarnej skrzynki wykazały, że jego Jordan wyhamował z 227 km/h do zera w 0,72 sekundy, co odpowiada upadkowi z wysokości 200 metrów. Mimo tego Włoch miał tylko posiniaczone kolano - dowód na skuteczność ochrony gwarantowanej przez współczesne nadwozia F1.
Skrzynia biegów
Uliczny wyścig o Grand Prix Monaco to nie tylko jeden z najtrudniejszych sprawdzianów dla kierowców: zawody na ulicach śródziemnomorskiego księstwa są także wymagające dla samochodów, a zwłaszcza dla skrzyń biegów. Na krętym torze w czasie wyścigu biegi zmienia się około 3600 razy. To duże obciążenie - średnio co sekundę zmieniany jest bieg.
Częsta zmiana biegów - o 20% częstsza niż na przykład na Monzy - to nie jedyny problem na tym torze. Nierówna nawierzchnia sprawia, że koła bardzo często na ułamek sekundy odrywają się od toru - wyjaśnia Gordon Day z zespołu WilliamsF1. To może powodować problemy przy zmianie biegów, nawet jeśli skrzynia działa bez zarzutu. W Formule 1 od dawna nie zmienia się biegów ręcznie.
Kierowcy mają ułatwioną pracę, zmieniając przełożenia manetkami przy kierownicy, ale w tym czasie sama skrzynia przeżywa katusze.
Zmiana przełożenia trwa od 25 do 30 milisekund i przez ten czas mechanizmy w skrzyni muszą wykonać wiele dokładnie skoordynowanych czynności. Gdy kierowca zmieni bieg w momencie, w którym obroty silnika gwałtownie rosną, bo tyle koła zostały podbite na nierówności, skrzynia musi odpowiednio zareagować. Inżynierowie monitorują pracę przekładni: po każdym wyścigu jest rozbierana i sprawdzana, wyszukiwane są mikropęknięcia.
W trakcie pracy skrzynia poddawana jest ogromnym obciążeniom. Bezpieczeństwo kierowcy zależy też od tego, czy poszczególne podzespoły wytrzymają. Nie dziwi zatem zastosowanie najnowszych technologii przy budowie przekładni w Formule 1. Na przykład obudowa, która musi być niezwykle sztywna, bo do niej mocowana jest cała tylna oś, wykonywana jest z reguły z tytanu i włókien węglowych. Stosuje się ceramiczne kulki w łożyskach, a zębatki wytwarzane są ze stali o wysokiej wytrzymałości. Ze względu na niewielką wagę stosuje się także aluminium i różne plastiki.
Każdy z około 400 oddzielnych elementów składających się na nowoczesną skrzynię biegów jest wykonywany ze szczególną dokładnością - aż do kulek z łożysk i plomb. Wszystko ma oczywiście swoją cenę: przekładnia w Formule 1, według ocen ekspertów, kosztuje około 125 000 euro.
Długość życia poszczególnych części jest różna: zębatki wymieniane są po każdym wyścigu, obudowa może wystarczyć nawet na cały sezon. Skrzynia umieszczona jest z tyłu silnika i podłączona bezpośrednio do sprzęgła z włókien węglowych (koszt około 10 000 euro, waga poniżej 1,5 kg i wytrzymałość na temperaturę do 500 °C).
W samochodach osobowych obciążenia przekładni i sprzęgła nie są tak ekstremalne, ale mimo tego technologia skrzyń biegów rozwija się dynamicznie. Wprowadzanie coraz większej liczby przełożeń i upowszechnianie skrzyń automatycznych pozwala nam na bardziej efektywne zarządzanie pracą silnika i obniżanie zużycia paliwa - mówi dr Christoph Lauterwasser z Centrum Technologii Allianz (AZT). Dzięki nowoczesnej technologii sterującej układ przeniesienia napędu, silnik, hamulce i układy stabilizujące mogą być połączone w jedną sieć.
To oznacza większy komfort jazdy i możliwość dostosowywania się do aktualnych warunków na drodze. Na przykład obroty przy zmianie biegów mogą być różne dla jazdy sportowej i ekonomicznej, można też przejść na ‘ręczne’ sterowanie sprzęgłem w zależności od sytuacji na drodze. W Formule 1 każdy zespół buduje własną skrzynię. Przepisy określają minimalną (cztery) i maksymalną (siedem) liczbę przełożeń, wymagany jest bieg wsteczny. Projekt przekładni musi współgrać z aerodynamiką samochodu. W sezonie 2005 skrzynie musiały zostać zmniejszone, bo nowe przepisy aerodynamiczne pozostawiły dla nich mniej miejsca. W tym sezonie zmiana z silników V10 na V8 pozwoliła zespołom na kontynuację kuracji odchudzającej. Główną zaletą nowych skrzyń nie jest jednak mniejszy rozmiar, a mniejsza masa. W końcu każdy zaoszczędzony kilogram można odpowiednio zagospodarować jako balast.
Projektanci strzegą wymiarów i wagi swoich skrzyń niczym tajemnicy państwowej. Wiadomo jedynie, że waga waha się w granicach 25-25 kilogramów. Eksperci ujawniają tylko jeden fakt: współczesne przekładnie są nie tylko około 20% lżejsze w porównaniu do poprzedniczek sprzed pięciu lat - są także bardziej wytrzymałe, a przez to także bardziej bezpieczne.
Kierownica
Kierownica w bolidzie F1 stanowi centrum zarządzania pracą samochodu. Z wyjątkiem pedałów gazu i hamulca - to właśnie za jej pośrednictwem kierowca steruje całym bolidem. Ponad dwadzieścia przycisków i pokręteł, wyświetlacz LCD, a także manetki zmiany biegów sprawiają, że staje się ona wielozadaniowym urządzeniem we współczesnych bolidach F1.
Już na pierwszy rzut oka kierownica F1 różni się od tej znanej nam ze zwykłych pojazdów. Przede wszystkim jest o połowę mniejsza. Prowadzenie bolidu F1 dzięki nowoczesnemu systemowi wspomagania nie wymaga już tak znaczącego wysiłku, jak to miało miejsce jeszcze kilka lat temu. Równie ciekawy jest kształt kierownicy F1 i bardziej przypomina urządzenie do sterowania myśliwcem niż tradycyjne koło kierownicze auta osobowego. Pełen zwrot kół wymaga wykonania zaledwie ¾ obrotu, dzięki czemu ręce kierowcy mogą na niej spoczywać przez cały czas i nawet przy maksymalnym skręcie operowanie łopatkami do zmiany biegów nie sprawia większych trudności. Przyciski na kierownicy są rozmieszczone w taki sposób, aby można było korzystać z nich w trakcie jazdy. Elementem zwracającym uwagę jest również świetne wyprofilowanie miejsc, gdzie spoczywają dłonie kierowcy. Komfort i pewność prowadzenia, a co za tym idzie, bezpieczeństwo kierowcy to jeden z najważniejszych priorytetów. Każdy z zespołów dysponuje swoim własnym modelem kierownicy.
Wysiadanie z bolidu F1 jest dość uciążliwą czynnością dla kierowców, głównie z uwagi na niezwykle ciasny kokpit. Przepisy FIA wymagają, by kierowca był w stanie opuścić bezpiecznie samochód w przeciągu pięciu sekund. Z tego powodu kierownica wyposażona jest w system umożliwiający zwolnienie i zdjęcie jej z kolumny kierowniczej.
Jeśli podczas wyścigu kierowca chce pić to za pomocą jednego przycisku może uruchomić pompkę podającą napój. Inne przyciski znajdujące się na niej zapewniają możliwość sterowania poszczególnymi elementami bolidu. Choć brzmi to niewiarygodnie, podczas pokonywania toru z prędkością 300 km/h kierowca może wpływać na zachowanie się samochodu na różnych partiach toru. Dzięki różnorakim pokrętłom można ustawić siłę kontroli trakcji, co jest przydatne przy rozgrzewaniu opon lub też zwiększyć hamowanie silnikiem, co sprawi, że odetchną zużyte już hamulce. Zmiana charakterystyki dyferencjału czy kontroli trakcji zmieni zachowanie się samochodu przy pokonywaniu zakrętów bez konieczności zatrzymywania się w boksie i utraty cennych minut. W trosce o bezpieczeństwo mechaników pracujących w boksach wprowadzono limit prędkości na drodze prowadzącej do strefy serwisowej. Jeden z przycisków uruchamia system dostosowujący prędkość samochodu do obowiązującego limitu. Dzięki temu kierowca nie musi tracić cennych sekund, komputer idealnie dostosuje prędkość samochodu do obowiązującego limitu. Jego przekroczenie może wiązać się z karą kilku tysięcy dolarów, którą kierowca będzie musiał zapłacić z własnej kieszeni. Wszystkie ważne informacje znajdują się na wyświetlaczu, który pokazuje dane w zależności od preferencji kierowcy. Kierownica i kolumna kierownicza muszą przejść testy zderzeniowe. Uszkodzenia nie mogą przekroczyć dopuszczalnych norm, a cały system szybkiego wyjmowania kierownicy musi być nadal sprawny. Materiały, z jakich zbudowana jest kierownica są także wyjątkowe. Najważniejsze z nich to tytan, aluminium, włókno węglowe, a także guma, stal i plastik. Składa się ona z ponad 100 części, a jej waga wynosi niewiele ponad kilogram (1300 g). Kierownicę z bolidem łączy specjalna wtyczka, na tyle wytrzymała, aby sprostać przeciążeniom występującym podczas jazdy. Wartość kierownicy F1 to około 23 000 euro.
Jeszcze w 1991 roku kierownice były okrągłe, w ich centrum, poza trzema podstawowymi przyciskami, znajdowało się co najwyżej logo zespołu, a dźwignia zmiany biegów wyglądała podobnie jak w osobowym aucie. Dziś technologia w F1 zaszła tak daleko, że kierownice F1 zmieniły się w miniaturowe centra dowodzenia. Teraz dobry kierowca F1 musi wykazać się nie tylko doskonałym opanowaniem bolidu, ale także biegłą znajomością kilkudziesięciu stronicowej instrukcji obsługi.
Nowe przepisy wprowadzone przez Światową Federację Samochodową (FIA) miały na celu wyrównanie szans poszczególnych zespołów.
Dotychczas w Formule 1 trwała zacięta walka
pomiędzy różnymi producentami opon i niejednokrotnie
o zwycięstwie nie decydowały starania kierowców na torze a techników firm dostarczających te opony.
Nowe regulacje pozwalają na obecność zaledwie jednego producenta,
którego obowiązkiem jest dostarczenie takich samych
opon wszystkim zespołom.
Na każdym wyścigu kierowcy mają do swojej dyspozycji
mieszankę twardszą i bardziej miękką (oznaczoną białym paskiem).
Przepisy nakazują zastosowanie obydwu rodzajów opon w trakcie wyścigu,
co oznacza w praktyce,
że kierowca rozpoczynający wyścig na oponach miękkich
będzie musiał podczas wizyty w boksach wymienić opony na twardsze.
Efektywność pracy opony bezpośrednio zależy od jej temperatury pracy.
Na torze liczy się każda sekunda, z tego powodu podczas zmiany opon zespół zakłada opony uprzednio zagrzane w specjalnie skonstruowanych kocach grzewczych. Dzięki temu kierowca traci mniej czasu na rozgrzanie opon na torze.
W odróżnieniu od motoryzacji cywilnej,
opony w Formule 1 poddawane są ogromnym obciążeniom.
Samochody przyspieszają od 0 do 100 km/h w 2,6 sekundy.
Tylne opony muszą przenieść moc 800 koni mechanicznych na asfalt w taki sposób,
by koła nie wpadły w poślizg przy ruszaniu.
Z drugiej strony przednie opony wykonują ciężką pracę podczas hamowania i skręcania.
Przy hamowaniu z 200 km/h bolid F1 zatrzymuje się średnio na dystansie 55 metrów,
a siły hamowania sprawiają,
że obciążenie wzdłużne w przypadku opon dochodzi do 2,5 tony.
W zakrętach przeciążenia są jeszcze większe,
a opony muszą wytrzymać obciążenie poprzeczne rzędu 2,2 tony,
a siły odśrodkowe sięgają 3,2 G.
Nawet podczas jazdy po prostej na opony działa ogromna siła,
generowana przez wytwarzające docisk aerodynamiczny skrzydła.
Przy prędkości 320 km/h skrzydła dociskają samochód
do toru z siłą 1,6 tony z tyłu i 1,1 tony z przodu.
Docisk aerodynamiczny jest tak duży,
że teoretycznie bolid F1 mógłby utrzymać się na suficie, jadąc „do góry kołami", z prędkością niewiele większą od 150 km/h.
Mieszanka, z jakiej powstają opony F1, pracuje optymalnie w temperaturze
pomiędzy 70 a 95°C. Jeśli opony są zimniejsze, ich przyczepność spada.
Jeśli rozgrzeją się nadmiernie, zużywają się za szybko.
W najgorszym przypadku zaczynają się tworzyć pęcherze, które mogą spowodować eksplozję opony.
By temu zapobiec, opony - składające się z około 80 typów gumy i 250 innych składników, w tym oleju, stali, siarki, cynku, poliestrów, żywicy i krzemu - są dokładnie sprawdzane jeszcze w fabryce.
Nadwozie
Głównym elementem nadwozia jest kabina (tzw. monocoque), mieszcząca w sobie kokpit kierowcy oraz bezpieczny zbiornik paliwa, umieszczony za kierowcą. Bezpośrednio do kabiny mocowany jest silnik, zawieszenie i elementy aerodynamiczne. Monocoque musi spełniać bardzo rygorystyczne normy i z powodzeniem przejść wiele testów zderzeniowych i obciążeniowych.
Nadwozie wykonane jest z włókien węglowych spiekanych w specjalnych piecach. Taki materiał gwarantuje dużą sztywność i odporność całej konstrukcji przy jednoczesnym zachowaniu niskiej wagi.
Wymiary nadwozia są dość szczegółowo określone przepisami, choć brakuje w nich wytycznych dotyczących na przykład długości, wysokości czy rozstawu osi samochodu. Precyzyjnie określona jest na przykład szerokość - 180 centymetrów - oraz wiele dodatkowych wymiarów, jak na przykład maksymalna szerokość tylnej części nadwozia przed i za tylną osią (odpowiednio 140 i 100 cm), przedni i tylny zwis nadwozia (odpowiednio 120 i 60 cm od osi).
Samochód wraz z kierowcą musi ważyć co najmniej 605 kilogramów podczas kwalifikacji i 600 kilogramów podczas reszty weekendu wyścigowego.
Silnik
Jednostki napędowe w Formule 1 muszą mieć pojemność 2400 cm3, układ cylindrów V8 o kącie rozwarcia 90 stopni oraz maksimum cztery zawory na cylinder. Zakazane są jakiekolwiek formy doładowania. Silnik musi ważyć minimum 95 kilogramów. Moc rozwijana przez jednostki V8 szacowana jest obecnie na około 700-750 KM, a więc o około 200 KM mniej w porównaniu do zeszłorocznych silników V10. W sezonie 2006 dopuszczalne jest stosowanie silników według zeszłorocznej specyfikacji (pojemność 3000 cm3 i układ V10), jednak takie jednostki napędowe muszą być wyposażone w ogranicznik obrotów oraz zwężkę w układzie doprowadzającym powietrze - tak, aby nie osiągać lepszych parametrów niż mniejsze jednostki V8. Każda jednostka napędowa musi wytrzymać dwa pełne weekendu Grand Prix. Karą za przedwczesną wymianę silnika jest przesunięcie o 10 miejsc do tyłu na starcie do wyścigu.
Hamulce
Siła hamowania należy do najbardziej imponujących właściwości nowoczesnego wozu Formuły 1. Gdy kierowca zbliża się z prędkością 300 km/h po prostej do wirażu o dopuszczalnej prędkości 80 km/h, jego samochód potrzebuje zaledwie 100 m i trzech sekund, aby wyhamować
Kierowca jest poddany działaniu ogromnych sił: przyspieszenie 4 G wyciska mu z oczu łzy, które spadają na wewnętrzną stronę osłony twarzy. Jednocześnie dopływ krwi do oczu może ulec zmniejszeniu, co powoduje chwilowe zaburzenia wzroku. Podczas hamowania najważniejsza jest siła wywierana od góry na opony.
Hamulce muszą w pełni wykorzystać swój potencjał konstrukcyjny. Czynnikiem decydującym jest zastosowanie węgla w tarczach i okładzinach hamulcowych. Gdy szczęki obejmują tarczę hamulcową, wytwarza się ogromne tarcie, powodujące wzrost temperatury do 780°C. W przypadku wyższych temperatur siła hamowania zmniejsza się. Takie nagrzanie stawia szczękom hamulca wysokie wymogi.
Do 1998 r. inżynierowie, dążąc do zwiększenia mocy hamulców, produkowali szczęki hamulcowe z wymyślnych tworzyw zespolonych. Wtedy jednak materiały tego typu zostały zakazane i obecnie większość szczęk hamulcowych wykonuje się z aluminium.
Ponieważ testy wykazały brak skuteczności świateł hamowania, zamiast nich w 1998 r. zwiększono o 50% powierzchnię tylnych świateł.
Fotele
Formuła 1 to nie tylko fascynacja szybkimi samochodami i ekscytujące wyścigi - to także niezwykle wysokie standardy bezpieczeństwa. Jednym z elementów zwiększającym bezpieczeństwo kierowcy jest jego fotel.
Kto nie idzie do przodu, ten się cofa - w Formule 1 odnosi się to nie tylko do rozwoju technologicznego mającego na celu polepszenie osiągów na torze. Poziom bezpieczeństwa jest również stale podnoszony.
- Projektując samochód, stawiamy sobie dwa cele, - podkreśla Brian ORourke, główny inżynier d/s materiałów kompozytowych w zespole Williams. Chcemy zbudować szybki samochód wyścigowy i zapewnić kierowcy najlepszą możliwą ochronę.
Bez wątpienia najważniejszym elementem wpływającym na bezpieczeństwo kierowcy jest tzw. monocoque - czyli kabina kierowcy, wykonana z włókien węglowych. Poza tą swoistą *komorą przetrwania*, ważną rolę odgrywa także fotel - mający nie tylko zapewnić kierowcy wystarczający komfort przy prowadzeniu wyścigówki, ale także chronić go w miejscu pracy. Zgodnie z przepisami technicznymi Międzynarodowej Federacji Samochodowej (FIA), fotel nie może być integralną częścią kokpitu - musi być zamocowany wewnątrz monocoque za pomocą maksimum dwóch poziomych sworzni. Te sworznie muszą być w wyraźny sposób oznakowane, by ułatwić ewentualną pracę ratownikom. Dostęp do nich musi być łatwy i muszą być możliwe do usunięcia z każdego samochodu za pomocą takiego samego narzędzia.
Te innowacje, wprowadzone w 1999 r., umożliwiają wydobycie kierowcy z wraku rozbitego samochodu razem z fotelem, cały czas przypiętego pasami bezpieczeństwa. Dodatkowo fotel musi być wyposażony w specjalne mocowanie, umożliwiające zastosowanie urządzenia zwanego KED (Kendrick Extrication Device), które chroni kręgosłup i szyję w czasie wyciągania kierowcy. Pozwala to uniknąć dalszych uszkodzeń kręgów. Mocowanie fotela wewnątrz monocoque jest ujednolicone, dzięki czemu ratownicy na każdym torze doskonale wiedzą, jak wydobyć fotel wraz z kierowcą. Pozwala to na znaczne przyspieszenie akcji ratunkowej.
Kierowcy narażeni są na ogromne obciążenia w ciasnym kokpicie samochodu F1. By zwiększyć komfort, duży nacisk kładzie się na odpowiednie ukształtowanie fotela. Podczas modelowania inżynierowie używają manekina o kształtach kierowcy. Odpowiednio zaprojektowany fotel zapewnia kierowcy komfort, a także idealnie pasuje do kształtów kokpitu. Wykonany jest z włókien węglowych i pokryty pianką poliestrową, ukształtowaną zgodnie z wymaganiami kierowcy. Fotele w Williamsie dodatkowo pokryte są miękkim zamszem Alcantara. Istotną cechą użytych do budowy fotela materiałów jest ich niepalność, a także ograniczenie do minimum elektryzowania się fotela, wskutek ruchów kierowcy w kokpicie.
Fotele w cywilnym samochodzie mają być nie tylko wygodne i ładne.
- Fotele to ważny czynnik wpływający na bezpieczeństwo nowoczesnego samochodu, - mówi Dr Hartmuth Wolff z Centrum Technologii Allianz. Podnoszą efektywność pasów bezpieczeństwa i poduszek powietrznych w przypadku zderzenia czołowego lub bocznego, a w przypadku uderzenia z tyłu ich rola jest kluczowa.
Samochody F1 różnią się od swoich drogowych kuzynów jeszcze jedną rzeczą - ich kokpity są *szyte na miarę*. W cywilnym aucie bardzo ważne jest wykorzystanie wszystkich możliwości dostrojenia wnętrza do potrzeb kierowcy. Tylko właściwe ustawienie fotela zapewni jego maksymalne wykorzystanie - pod względem bezpieczeństwa, komfortu i ergonomii.
W odróżnieniu od foteli w zwykłych samochodach, fotele stosowane w Formule 1 znacznie ograniczają możliwości poruszania się kierowcy. Jest on przypięty do fotela w podobny sposób, jak piloci myśliwców - za pomocą sześciopunktowych pasów bezpieczeństwa. Rozpina się je jednym ruchem ręki - przepisy mówią, że kierowca musi być w stanie wyskoczyć z samochodu w ciągu pięciu sekund.
Jednym z najważniejszych czynników wpływających na osiągi samochodu F1 jest położenie środka ciężkości. To wymaga odpowiedniego położenia fotela kierowcy, który poprawia rozłożenie masy w samochodzie dzięki swojej pozycji - bardziej leżącej, niż siedzącej, tak nisko jak to tylko możliwe. Po wprowadzeniu samochodów z podniesionym nosem, zasady aerodynamiki wymogły na kierowcach niewielką zmianę pozycji - ich stopy muszą teraz znajdować się wyżej, niż dolna część pleców. Zwiększa to i tak niemałą rolę dokładnego dopasowania kształtów fotela do potrzeb kierowcy.
Każdy fotel w Formule 1 to unikat. Jeśli zachodzi taka potrzeba, partnerzy z zespołu wymieniają się samochodami - ale nigdy fotelami. Jeśli kierowca musi się przesiąść do samochodu zapasowego, zawsze zabiera ze sobą fotel.
Silnik
Przed silnikami Formuły 1 postawiono w tym sezonie jeszcze większe wyzwanie. Muszą wytrzymać dwa weekendy Grand Prix, czyli dwa razy więcej niż w sezonie 2004. Zaprojektowanie takiego silnika to ogromne wyzwanie technologiczne, - powiedział przed Grand Prix Australii szef BMW Motorsport, dr Mario Theissen.
Awarie silnika nie są wyłącznie domeną Formuły 1. W zwykłych, drogowych samochodach też może dojść do defektu jednostki napędowej - nawet częściej, niż mogłoby się to wydawać.
Poza układem elektrycznym i zapłonem, silnik jest w ścisłej czołówce rankingu przyczyn awarii. Można jednak tego uniknąć. Regularna, zgoda z instrukcją obsługa silnika pozwala nie tylko uniknąć pomniejszych defektów, ale także zminimalizować ryzyko poważnej awarii, - mówi dr Christoph Lauterwasser z Centrum Technologii Allianz (AZT).
Częstymi powodami awarii mogą być: luźny pasek rozrządu, niedrożne przewody w układzie chłodzenia czy po prostu niedobór oleju. Dlatego warto regularnie odwiedzać stacje obsługi - nawet, a może szczególnie w przypadku starszych samochodów.
Pomimo wprowadzonych przez Międzynarodową Federację Samochodową (FIA) przepisów o zwiększonej żywotności silnika, trudno się spodziewać awarii jednostek napędowych właśnie z powodu nadmiernego przebiegu.
By zmniejszyć osiągi silników i ograniczyć koszty, jeden silnik musi teraz wytrzymać dwa wyścigowe weekendy. W porównaniu z poprzednim sezonem oznacza to wydłużenie żywotności do około 1500 kilometrów. Silnik można wymienić tylko w razie uszkodzeń powstałych podczas treningów czy kwalifikacji, a nawet wtedy kierowca zostanie przesunięty o 10 miejsc do tyłu na starcie, a nowy silnik będzie musiał mu wystarczyć do końca kolejnego weekendu Grand Prix.
Z drugiej strony ci kierowcy, którzy nie ukończą danego wyścigu, mogą bezkarnie wymienić jednostkę napędową przed kolejną Grand Prix. Stratedzy zespołu BMW WilliamsF1 obawiają się, że przez to niektóre zespoły będą decydować się na zagrywki taktyczne: kierowca bez szans na finisz na punktowanej pozycji może specjalnie wycofać się z wyścigu, by wystartować w kolejnych zawodach z nowym silnikiem.
Odgadywanie strategii na poszczególne wyścigi będzie emocjonujące nie tylko podczas pierwszego wyścigu sezonu. Bez wątpienia oszczędzanie silnika będzie leżało w interesie wszystkich zespołów. Według Sama Michaela, dyrektora technicznego BMW WilliamsF1, są dwie drogi.
Pierwsza to ograniczenie liczby okrążeń przejeżdżanych podczas treningów, druga to ograniczenie prędkości obrotowej. W zespole BMW WilliamsF1 decyzja już zapadła. Podczas treningów, kiedy to będziemy testować opony i pracować nad ustawieniami, ograniczymy prędkość obrotową silników, - mówi Michael. Inne rozwiązania nie byłyby dobre dla kibiców, czyli w efekcie zaszkodziłyby Formule 1. Chociaż jednostki napędowe muszą teraz wytrzymać dwa razy więcej, inżynierowie pracujący nad rozwojem silnika P84/5 nie podwoili po prostu wytrzymałości mechanicznej i termicznej kluczowych części. Po takim zabiegu silnik byłby większy i cięższy, za to słabszy. Zminimalizowanie tych strat poprzez zastosowanie zupełnie nowych rozwiązań było zadaniem niezwykle skomplikowanym i wymagającym dokładnej pracy przez cały okres projektowania silnika - od projektu i wykonania poszczególnych części poprzez dobór materiałów po testy i kontrolę jakości.
Naszym celem było osiągnięcie niezawodności na podwojonym dystansie, przy zachowaniu minimalnych strat w osiągach, - wyjaśnia dr Theissen. Chcieliśmy, aby nasz silnik był w sezonie 2005 punktem odniesienia dla innych. Pomimo prędkości obrotowej sięgającej 19200 obrotów na minutę i mocy przekraczającej 900 koni mechanicznych, zbudowany w Monachium silnik udowodnił w ciągu ostatnich lat, że jest naprawdę niezawodny. W 2003 r., kiedy nie można było zmieniać silników pomiędzy kwalifikacjami a wyścigiem, zespół BMW WilliamsF1 miał tylko jedną awarię jednostki napędowej, pomimo obciążeń porównywalnych do biegacza długodystansowego startującego na chwilę przed początkiem maratonu w biegu sprinterskim. Podobnie w sezonie 2004, kiedy silnik musiał już wytrzymać cały weekend Grand Prix, zespół doświadczył tylko jednej awarii - chociaż prędkość obrotowa silnika pozostała prawie taka sama.
Czy wiesz, że... ... silnik samochodu Formuły 1 składa się z około 5000 części, a przy maksymalnej prędkości obrotowej tłoki poruszają się z prędkością 40 metrów na sekundę? Stąd przeciążenia sięgają 9000g, a niektóre części muszą wytrzymać obciążenie prawie trzech ton.
Mimo ogromnego obciążenia mechanicznego, - mówi dr Christoph Lauterwasser z Centrum Technologii Allianz (AZT), - wszystkie części mają tak małą masę, jak tylko jest to możliwe. Precyzyjne obliczenia komputerowe pozwalają zaoszczędzić każdy gram. Na przykład tytanowy wałek stosowany w Formule 1 waży 295 gram, a jego stalowy odpowiednik, używany w drogowych silnikach o pojemności trzech litrów, waży 545 gram i znosi znacznie mniejsze obciążenia.
Kokpit
Sercem samochodu F1 jest monocoque - wykonany z włókien węglowych kokpit jest najważniejszym elementem zapewniającym bezpieczeństwo kierowcy. Musi wytrzymywać niesamowite obciążenia. Brian O’Rourke, szef działu kompozytów w zespole BMW WilliamsF1, mówi: Monocoque odgrywa główną rolę w bezpieczeństwie Formuły 1.
Formuła 1 stała się o wiele bezpieczniejsza, niż za czasów Colina Chapmana, legendarnego projektanta i założyciela zespołu Lotus, który jako pierwszy zastosował stalowe nadwozie samonośne zamiast konstrukcji ramowej w swoim Lotusie 25. Wtedy to, w 1962 r., po raz pierwszy w historii wyścigów Grand Prix, zastosowano monocoque. W 1984 r. McLaren jako pierwszy zespół zbudował monocoque z włókien węglowych. Od tej pory bezpieczeństwo kierowców ciągle wzrastało.
Przepisy techniczne Międzynarodowej Federacji Samochodowej (FIA) definiują monocoque jako komorę przetrwania. Podczas projektowania samochodu mamy dwa nadrzędne cele: zbudowanie szybkiego auta, które jednocześnie będzie możliwie najlepiej chroniło kierowcę, powiedział O’Rourke przed Grand Prix Bahrajnu. O stopniu bezpieczeństwa współczesnego monocoque najlepiej świadczą wypadki, w których samochód zostaje poważnie uszkodzony, a kierowca o własnych siłach wysiada z praktycznie nienaruszonego kokpitu.
Monocoque wytwarzane są z włókien węglowych - kompozytowego materiału dwa razy wytrzymalszego od stali, ale pięciokrotnie lżejszego. Jak wiadomo, w Formule 1 liczy się każdy gram. Monocoque może składać się nawet z 12 warstw włókien, które są pięć razy cieńsze od ludzkiego włosa. Warstwy przedzielone są arkuszem aluminium o strukturze plastra miodu, który dodatkowo zwiększa sztywność. Cała skorupa wędruje na dwie i pół godziny do autoklawu - gigantycznego pieca - gdzie poddawana jest zgrzewaniu pod ciśnieniem. Potem procedura wypiekania jest powtarzana, by dodatkowo wzmocnić całą konstrukcję, która musi przecież znieść niemałe obciążenia.
Kokpity samochodów Formuły 1 są w stanie przetrwać nawet najcięższe wypadki. By jednak odpowiednio chronić kierowcę, samochody muszą pochłaniać część energii podczas zderzenia. To zadanie dla specjalnych struktur ochronnych z przodu, po bokach i z tyłu kokpitu.
Wartości statycznych i dynamicznych obciążeń, jakim poddawane są te struktury i sam kokpit podczas testów zderzeniowych, zostały określone przez FIA w 1985 r. Do dziś są co roku uaktualniane - stają się po prostu bardziej rygorystyczne. Przedtem stopień bezpieczeństwa samochodu zależał wyłącznie od zespołu, obecnie trzeba stosować się do odpowiednich przepisów. Fakt, że nie zawsze samochody przechodzą testy zderzeniowe, potwierdza przydatność tak rygorystycznych przepisów, powiedział prezydent FIA, Max Mosley.
Testy, przeprowadzane pod nadzorem FIA, z reguły odbywają się w Centrum Badania Zderzeń Cranfield w hrabstwie Bedford w Wielkiej Brytanii. Przykładowo, przy symulacji uderzenia czołowego, do kokpitu mocowany jest przód samochodu. Bak wypełnia się wodą, a w fotelu zasiada manekin ważący 75 kilogramów. Cała testowana konstrukcja waży 780 kilogramów. Uderza w przeszkodę stałą z prędkością 14 metrów na sekundę (50,4 km/h). Podobne testy przeprowadzane są dla bocznych i tylnych struktur ochronnych oraz dla pałąka ochronnego.
Samochody osobowe także poddawane są różnym testom zderzeniowym, ale muszą spełnić zupełnie inne wymagania. Kierowcy Formuły 1 są bardzo sprawni fizycznie, siedzą w ściśle dopasowanych fotelach z doskonałą ochroną boczną i tylną, zabezpieczeni są dodatkowo sześciopunktowymi pasami bezpieczeństwa. W cywilnych autach z kolei prędkość, z jaką dochodzi do uderzenia, jest z reguły mniejsza, a fotele mają za zadanie ochronę pasażerów o różnej budowie ciała. Pasażerowie są chronieni przez wygodne, automatyczne trzypunktowe pasy, dające im wymaganą swobodę ruchów. Tak jak w samochodzie Formuły 1, podróżni chronieni są także przez komorę przetrwania, usztywniającą poza tym nadwozie i stanowiącą punkty kotwiczenia pasów i foteli.
Skutki wypadku mogą być szczególnie poważne, jeśli kabina pasażerska zostanie zgnieciona w wyniku mocnego uderzenia. Zdarza się to częściej w przypadku uderzeń bocznych, mówi Dr Hartmuth Wolff z Centrum Technologii Allianz (AZT). W takim przypadku boczne poduszki powietrzne - zwłaszcza kurtyny na wysokości głowy - są szczególnie przydatne przy ograniczeniu poważniejszych obrażeń.
Kask
Kilka warstw włókien węglowych zapewnia wytrzymałość, automatyczne przyciemnianie wizjera ułatwia patrzenie, dopasowanie do kształtu głowy kierowcy zwiększa komfort użytkowania. Kaski używane w Formule 1 to nie tylko kwestia bezpieczeństwa i zastosowania najnowocześniejszych technologii - one naprawdę wpływają na aerodynamikę samochodów wyścigowych
Kask musi pasować do głowy kierowcy, ale także do aerodynamiki samochodu - podkreśla przed Grand Prix Francji Dickie Stanford, menedżer zespołu BMW WilliamsF1 Team. Dlatego przed sezonem testujemy kaski w tunelu aerodynamicznym i razem z ich producentami upewniamy się, że przepływ powietrza wokół kokpitu będzie jak najbardziej korzystny.
Czasy, w których kierowcy Formuły 1 kupowali kaski w sklepie już dawno minęły. Dziś każdy kask jest produktem wyjątkowym, indywidualnie dopasowanym do każdego kierowcy, bez względu na koszty. Mieszcząca się w Braunschweig firma Schuberth Engineering, która dostarcza swoje produkty nie tylko Michaelowi Schumacherowi ale także kierowcom BMW WilliamsF1 Team Nickowi Heidfeldowi i Markowi Webberowi, nie zmusza klientów do używania standardowych kasków. Każdy kask jest dosłownie budowany wokół głowy kierowcy. Najpierw skanuje się głowę i tworzy jej trójwymiarowy model. Potem praca przypomina mumifikację: na model, warstwa po warstwie, nakłada się kolejne włókna. Chociaż taki kask znacznie się różni od zwykłego, używanego na co dzień przez motocyklistów, ale i w tym drugim przypadku od dopasowania kasku do głowy nie zależy tylko komfort, ale i skuteczność ochrony. Przy zakupie kasku jedną z najważniejszych kwestii jest jego dopasowanie - nie może być ani za duży, ani za mały - wyjaśnia dr Christoph Lauterwasser z Centrum Technologicznego Allianz (AZT). Radzi, by przed zakupem przymierzyć kask na około dziesięć minut.
Zwykły kask motocyklowy składa się z trzech warstw - wyściółki, warstwy wewnętrznej i zewnętrznej. W Formule 1 tych warstw jest 17. Ich składniki objęte są pilnie strzeżoną tajemnicą. Specjaliści ujawniają tylko trzy składniki: wytrzymałe włókna węglowe, ognioodporne włókna aramidowe oraz polietylen stosowany także przy wytwarzaniu kamizelek kuloodpornych. Ma sprawić, by kask stał się praktycznie nieprzebijalny. Do tego dochodzą magnez, aluminium i żywica epoksydowa jako spoiwo. Jednym słowem, są to praktycznie te same materiały, których używa się do produkcji nadwozia. Zastosowanie lekkich włókien węglowych sprawia, że kask waży zaledwie 1,25 kg i jest przy tym bardzo wytrzymały. Zalety wiążące się z niską wagą kasku są oczywiste: zmniejsza się obciążenie mięśni karku kierowcy, zwłaszcza na torach, na których występuje duże przeciążenie boczne.
W czasie procesu produkcji skleja się ze sobą 120 mat z włókien węglowych. Potem kask trafia do pieca ciśnieniowego, gdzie poszczególne warstwy są zgrzewane i utwardzane w temeperaturze 132 stopni Celsjusza. Części narażone na szczególne obciążenia (spód kasku i wycięcie na wizjer) są wzmacniane tytanem i aluminium. Wyściółka składa się z dwóch warstw niepalnego Nomexu. System wentylacyjny wpuszcza do wnętrza kasku pięć litrów powietrza na sekundę. Filtr odpowiada za oczyszczanie powietrza z najmniejszych drobinek oleju i włókien węglowych. Umieszczone przy ustach kierowcy radio zapewnia łączność z zespołem. Dzięki zastosowaniu nowoczesnych materiałów i technologii poziom hałasu wewnątrz kasku nie przekracza 100 decybeli. Możliwie najszersze pole widzenia jest szczególnie ważne dla kierowców. Zapewnia to wykonany z ogniooodpornych tworzyw sztucznych wizjer o grubości trzech milimetrów. Pod wpływem promieni słonecznych wizjer automatycznie się przyciemnia w ułamku sekundy - tak jak niektóre szkła optyczne, ale znacznie szybciej. Na przykład przy wjeździe do tunelu w Monaco wizjer sam się rozjaśnia, a przy wyjeździe błyskawicznie ściemnia, chroniąc wzrok kierowców przed promieniami słonecznymi. Kierowcy F1 nie ścigają się zimą, ale mimo to wizjer jest podgrzewany.
Zanim Międzynarodowa Federacja Samochodowa (FIA) zaaprobuje dany kask, musi on przejść serię testów wytrzymałościowych. Podczas tak zwanego testu penetracji ostro zakończony metalowy przedmiot o wadze trzech kilogramów jest zrzucany z wysokości trzech metrów na kask, którego powierzchnia musi pozostać nienaruszona. Zapięcie kasku jest poddawane obciążeniu 38 kg - pasek pod brodą nie może się rozciągnąć bardziej niż 30 mm. Wizjer bombardowany jest pociskami wystrzeliwanymi z prędkością 500 km/h. Uszkodzenia nie mogą być głębsze niż 2,5 mm. Na koniec podgrzewa się kask płomieniem o temperaturze 800 stopni Celsjusza przez 45 sekund. Przez ten czas temperatura wewnątrz kasku nie może przekroczyć 70 stopni Celsjusza.
Chociaż żywotność kasku Formuły 1 teoretycznie może być bardzo długa, zespoły i producenci dmuchają na zimne: na każdy wyścig Dickie Stanford przywozi dwa nowiutkie kaski prosto z fabryki.
Konstrukcja nadwozia
Przy projektowaniu nowego samochodu F1 dla inżynierów ważne są dwa parametry: szybkość i bezpieczeństwo. Silnik, aerodynamika i opony odpowiadają za szybkość, natomiast konstrukcja nadwozia gwarantuje bezpieczeństwo kierowcy nawet w ekstremalnych sytuacjach. Wykonana z włókien węglowych kabina przetrwania jest praktycznie niezniszczalna i odgrywa kluczową rolę w bezpieczeństwie Formuły
Standardy bezpieczeństwa w czołowej kategorii wyścigowej świata uległy przez ostatnie lata znaczącej poprawie. Samonośny kadłub, tzw. monocoque, został po raz pierwszy zastosowany przez legendarnego projektanta i szefa zespołu Lotus, Colina Chapmana, który zastąpił klasyczną ramę rurową konstrukcją skorupową w swoim Lotusie 25 z 1962 r. Jeśli chodzi o bezpieczeństwo, trudno obecnie o bardziej skuteczną konstrukcję.
Brian O’Rourke, specjalista d/s materiałów kompozytowych w zespole WilliamsF1 Team, mówi: Nadwozia stosowane w Formule 1 są obecnie bardziej bezpieczne niż kiedykolwiek. Mimo tego, badania i rozwój na tym polu nadal trwają, bo bezpieczeństwo kierowców jest dla nas priorytetem.
Podobnie jak kabina kierowcy w Formule 1, tak i sztywna komora pasażerska w cywilnych samochodach to klucz do pasywnego bezpieczeństwa. W przypadku poważnego wypadku obie struktury muszą pozostać na tyle nienaruszone, na ile to tylko możliwe. Ważne, by po wypadku drzwi mogły się łatwo otworzyć, mówi Dr Hartmuth Wolff z Centrum Technologii Allianz (AZT). Sztywność konstrukcji uzyskiwana jest za pomocą starannie dobranej wytrzymałej stali w miejscach, które są szczególnie narażone na odkształcenia, jak na przykład słupki. Jednak sztywność przedziału pasażerskiego to nie wszystko. Dla jak najlepszej ochrony pasażerów takie elementy, jak kontrolowany zgniot, sztywność nadwozia, ochrona ze strony pasów bezpieczeństwa i foteli muszą być odpowiednio skoordynowane, mówi Wolff.
W Formule 1 nadwozie jest najważniejszym czynnikiem wpływającym na bezpieczeństwo kierowcy, od kiedy McLaren jako pierwszy wprowadził kadłub z włókien węglowych w 1981 r.
Mimo wysokich standardów bezpieczeństwa, jakie osiągnięto dotychczas, ciało rządzące Formułą 1 - czyli Międzynarodowa Federacja Samochodowa (FIA) - nie ustaje w próbach ich stałego podnoszenia. Testy zderzeniowe, wprowadzone po raz pierwszy w 1985 r., określają obciążenie, jakie musi wytrzymać nadwozie. Z roku na rok są coraz bardziej surowe.
Od 1997 r. obowiązkowe są testy zderzeniowe tylnej części oraz bocznych sekcji nadwozia, a także pałąka ochronnego nad głową kierowcy. Tutaj FIA też nie była do końca zadowolona z postępów i przed sezonem 2006 zaostrzono warunki testu tylnej części - prędkość przy teście dynamicznym wrosła z 12 do 15 metrów na sekundę, co odpowiada wzrostowi energii uderzenia o 56%. To pokazuje, jak dużą wagę FIA przywiązuje do ochrony kierowców w razie wypadku.
Nadwozia wykonywane są z włókien węglowych, czyli materiału kompozytowego dwa razy bardziej wytrzymałego od stali, ale pięć razy lżejszego. Składają się z maksymalnie 12 warstw cienkich mat z włókna węglowego, z których każda jest pięć razy cieńsza od ludzkiego włosa. Pomiędzy matami umieszcza się płaty aluminium o strukturze plastra miodu, które zwiększają sztywność. Całość jest następnie wypiekana w specjalnym piecu ciśnieniowym. Po dwóch i pół godzinie skorupa jest już wystarczająco wytrzymała, ale ze względów bezpieczeństwa proces wypiekania powtarzany jest jeszcze dwa razy.
W rezultacie nadwozia są na tyle wytrzymałe, by chronić kierowcę nawet w trakcie poważnego wypadku, jak np. ten, który Giancarlo Fisichella przeżył na Silverstone w 1997 r. Dane z czarnej skrzynki wykazały, że jego Jordan wyhamował z 227 km/h do zera w 0,72 sekundy, co odpowiada upadkowi z wysokości 200 metrów. Mimo tego Włoch miał tylko posiniaczone kolano - dowód na skuteczność ochrony gwarantowanej przez współczesne nadwozia F1.
Skrzynia biegów
Uliczny wyścig o Grand Prix Monaco to nie tylko jeden z najtrudniejszych sprawdzianów dla kierowców: zawody na ulicach śródziemnomorskiego księstwa są także wymagające dla samochodów, a zwłaszcza dla skrzyń biegów. Na krętym torze w czasie wyścigu biegi zmienia się około 3600 razy. To duże obciążenie - średnio co sekundę zmieniany jest bieg.
Częsta zmiana biegów - o 20% częstsza niż na przykład na Monzy - to nie jedyny problem na tym torze. Nierówna nawierzchnia sprawia, że koła bardzo często na ułamek sekundy odrywają się od toru - wyjaśnia Gordon Day z zespołu WilliamsF1. To może powodować problemy przy zmianie biegów, nawet jeśli skrzynia działa bez zarzutu. W Formule 1 od dawna nie zmienia się biegów ręcznie.
Kierowcy mają ułatwioną pracę, zmieniając przełożenia manetkami przy kierownicy, ale w tym czasie sama skrzynia przeżywa katusze.
Zmiana przełożenia trwa od 25 do 30 milisekund i przez ten czas mechanizmy w skrzyni muszą wykonać wiele dokładnie skoordynowanych czynności. Gdy kierowca zmieni bieg w momencie, w którym obroty silnika gwałtownie rosną, bo tyle koła zostały podbite na nierówności, skrzynia musi odpowiednio zareagować. Inżynierowie monitorują pracę przekładni: po każdym wyścigu jest rozbierana i sprawdzana, wyszukiwane są mikropęknięcia.
W trakcie pracy skrzynia poddawana jest ogromnym obciążeniom. Bezpieczeństwo kierowcy zależy też od tego, czy poszczególne podzespoły wytrzymają. Nie dziwi zatem zastosowanie najnowszych technologii przy budowie przekładni w Formule 1. Na przykład obudowa, która musi być niezwykle sztywna, bo do niej mocowana jest cała tylna oś, wykonywana jest z reguły z tytanu i włókien węglowych. Stosuje się ceramiczne kulki w łożyskach, a zębatki wytwarzane są ze stali o wysokiej wytrzymałości. Ze względu na niewielką wagę stosuje się także aluminium i różne plastiki.
Każdy z około 400 oddzielnych elementów składających się na nowoczesną skrzynię biegów jest wykonywany ze szczególną dokładnością - aż do kulek z łożysk i plomb. Wszystko ma oczywiście swoją cenę: przekładnia w Formule 1, według ocen ekspertów, kosztuje około 125 000 euro.
Długość życia poszczególnych części jest różna: zębatki wymieniane są po każdym wyścigu, obudowa może wystarczyć nawet na cały sezon. Skrzynia umieszczona jest z tyłu silnika i podłączona bezpośrednio do sprzęgła z włókien węglowych (koszt około 10 000 euro, waga poniżej 1,5 kg i wytrzymałość na temperaturę do 500 °C).
W samochodach osobowych obciążenia przekładni i sprzęgła nie są tak ekstremalne, ale mimo tego technologia skrzyń biegów rozwija się dynamicznie. Wprowadzanie coraz większej liczby przełożeń i upowszechnianie skrzyń automatycznych pozwala nam na bardziej efektywne zarządzanie pracą silnika i obniżanie zużycia paliwa - mówi dr Christoph Lauterwasser z Centrum Technologii Allianz (AZT). Dzięki nowoczesnej technologii sterującej układ przeniesienia napędu, silnik, hamulce i układy stabilizujące mogą być połączone w jedną sieć.
To oznacza większy komfort jazdy i możliwość dostosowywania się do aktualnych warunków na drodze. Na przykład obroty przy zmianie biegów mogą być różne dla jazdy sportowej i ekonomicznej, można też przejść na ‘ręczne’ sterowanie sprzęgłem w zależności od sytuacji na drodze. W Formule 1 każdy zespół buduje własną skrzynię. Przepisy określają minimalną (cztery) i maksymalną (siedem) liczbę przełożeń, wymagany jest bieg wsteczny. Projekt przekładni musi współgrać z aerodynamiką samochodu. W sezonie 2005 skrzynie musiały zostać zmniejszone, bo nowe przepisy aerodynamiczne pozostawiły dla nich mniej miejsca. W tym sezonie zmiana z silników V10 na V8 pozwoliła zespołom na kontynuację kuracji odchudzającej. Główną zaletą nowych skrzyń nie jest jednak mniejszy rozmiar, a mniejsza masa. W końcu każdy zaoszczędzony kilogram można odpowiednio zagospodarować jako balast.
Projektanci strzegą wymiarów i wagi swoich skrzyń niczym tajemnicy państwowej. Wiadomo jedynie, że waga waha się w granicach 25-25 kilogramów. Eksperci ujawniają tylko jeden fakt: współczesne przekładnie są nie tylko około 20% lżejsze w porównaniu do poprzedniczek sprzed pięciu lat - są także bardziej wytrzymałe, a przez to także bardziej bezpieczne.
Kierownica
Kierownica w bolidzie F1 stanowi centrum zarządzania pracą samochodu. Z wyjątkiem pedałów gazu i hamulca - to właśnie za jej pośrednictwem kierowca steruje całym bolidem. Ponad dwadzieścia przycisków i pokręteł, wyświetlacz LCD, a także manetki zmiany biegów sprawiają, że staje się ona wielozadaniowym urządzeniem we współczesnych bolidach F1.
Już na pierwszy rzut oka kierownica F1 różni się od tej znanej nam ze zwykłych pojazdów. Przede wszystkim jest o połowę mniejsza. Prowadzenie bolidu F1 dzięki nowoczesnemu systemowi wspomagania nie wymaga już tak znaczącego wysiłku, jak to miało miejsce jeszcze kilka lat temu. Równie ciekawy jest kształt kierownicy F1 i bardziej przypomina urządzenie do sterowania myśliwcem niż tradycyjne koło kierownicze auta osobowego. Pełen zwrot kół wymaga wykonania zaledwie ¾ obrotu, dzięki czemu ręce kierowcy mogą na niej spoczywać przez cały czas i nawet przy maksymalnym skręcie operowanie łopatkami do zmiany biegów nie sprawia większych trudności. Przyciski na kierownicy są rozmieszczone w taki sposób, aby można było korzystać z nich w trakcie jazdy. Elementem zwracającym uwagę jest również świetne wyprofilowanie miejsc, gdzie spoczywają dłonie kierowcy. Komfort i pewność prowadzenia, a co za tym idzie, bezpieczeństwo kierowcy to jeden z najważniejszych priorytetów. Każdy z zespołów dysponuje swoim własnym modelem kierownicy.
Wysiadanie z bolidu F1 jest dość uciążliwą czynnością dla kierowców, głównie z uwagi na niezwykle ciasny kokpit. Przepisy FIA wymagają, by kierowca był w stanie opuścić bezpiecznie samochód w przeciągu pięciu sekund. Z tego powodu kierownica wyposażona jest w system umożliwiający zwolnienie i zdjęcie jej z kolumny kierowniczej.
Jeśli podczas wyścigu kierowca chce pić to za pomocą jednego przycisku może uruchomić pompkę podającą napój. Inne przyciski znajdujące się na niej zapewniają możliwość sterowania poszczególnymi elementami bolidu. Choć brzmi to niewiarygodnie, podczas pokonywania toru z prędkością 300 km/h kierowca może wpływać na zachowanie się samochodu na różnych partiach toru. Dzięki różnorakim pokrętłom można ustawić siłę kontroli trakcji, co jest przydatne przy rozgrzewaniu opon lub też zwiększyć hamowanie silnikiem, co sprawi, że odetchną zużyte już hamulce. Zmiana charakterystyki dyferencjału czy kontroli trakcji zmieni zachowanie się samochodu przy pokonywaniu zakrętów bez konieczności zatrzymywania się w boksie i utraty cennych minut. W trosce o bezpieczeństwo mechaników pracujących w boksach wprowadzono limit prędkości na drodze prowadzącej do strefy serwisowej. Jeden z przycisków uruchamia system dostosowujący prędkość samochodu do obowiązującego limitu. Dzięki temu kierowca nie musi tracić cennych sekund, komputer idealnie dostosuje prędkość samochodu do obowiązującego limitu. Jego przekroczenie może wiązać się z karą kilku tysięcy dolarów, którą kierowca będzie musiał zapłacić z własnej kieszeni. Wszystkie ważne informacje znajdują się na wyświetlaczu, który pokazuje dane w zależności od preferencji kierowcy. Kierownica i kolumna kierownicza muszą przejść testy zderzeniowe. Uszkodzenia nie mogą przekroczyć dopuszczalnych norm, a cały system szybkiego wyjmowania kierownicy musi być nadal sprawny. Materiały, z jakich zbudowana jest kierownica są także wyjątkowe. Najważniejsze z nich to tytan, aluminium, włókno węglowe, a także guma, stal i plastik. Składa się ona z ponad 100 części, a jej waga wynosi niewiele ponad kilogram (1300 g). Kierownicę z bolidem łączy specjalna wtyczka, na tyle wytrzymała, aby sprostać przeciążeniom występującym podczas jazdy. Wartość kierownicy F1 to około 23 000 euro.
Jeszcze w 1991 roku kierownice były okrągłe, w ich centrum, poza trzema podstawowymi przyciskami, znajdowało się co najwyżej logo zespołu, a dźwignia zmiany biegów wyglądała podobnie jak w osobowym aucie. Dziś technologia w F1 zaszła tak daleko, że kierownice F1 zmieniły się w miniaturowe centra dowodzenia. Teraz dobry kierowca F1 musi wykazać się nie tylko doskonałym opanowaniem bolidu, ale także biegłą znajomością kilkudziesięciu stronicowej instrukcji obsługi.
Krzysztof Piekarz
