Formel-1-Autos – alles, was Sie über sie wissen müssen
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Formel-1-Autos sind die physische Verkörperung der neuesten Fortschritte in der Automobilindustrie. Das Zuschauen bei den Rennen bietet an sich schon die richtige Dosis Spannung, aber echte Fans wissen, dass die wichtigsten Dinge abseits der Strecke passieren. Innovation, Tests, Ingenieursarbeit, um das Auto noch 1 km/h schneller zu machen.
All dies bedeutet, dass der Rennsport nur ein kleiner Teil dessen ist, was die Formel 1 ausmacht.
Und Sie? Haben Sie sich schon einmal gefragt, wie ein Formel-1-Auto aufgebaut ist? Was sind seine Eigenschaften und warum erreicht es so eine enorme Geschwindigkeit? Wenn ja, dann sind Sie bei uns genau richtig.
Sie erfahren alles aus dem Artikel.
Formel-1-Auto - grundlegende Strukturelemente
Die Formel 1 basiert auf einigen Schlüsselelementen. Betrachten wir jeden von ihnen separat.
Monocoque und Fahrgestell
Die Designer des Autos passen alle Elemente an seinen Hauptteil an – das Chassis, dessen zentrales Element das sogenannte Monocoque ist.Wenn ein Formel-1-Auto ein Herz hätte, wäre es hier.
Das Monocoque wiegt ca. 35 kg und erfüllt eine der wichtigsten Aufgaben – die Gesundheit und das Leben des Fahrers zu schützen. Deshalb geben sich die Konstrukteure alle Mühe, auch kritischen Kollisionen standzuhalten.
Auch in diesem Bereich des Autos gibt es einen Kraftstofftank und eine Batterie.
Das Monocoque ist jedoch noch aus einem anderen Grund das Herzstück des Autos. Dort montieren die Designer die Hauptelemente des Autos, wie zum Beispiel:
- Antriebseinheit,
- Getriebe,
- Standard-Schleifzonen,
- Vorderradaufhängung).
Kommen wir nun zu den wichtigsten Fragen: Woraus besteht ein Monocoque? Wie funktioniert es?
Die Basis ist ein Aluminiumrahmen, d.h. Mesh, in der Form etwas anders als die Wabe. Designer beschichten diesen Rahmen dann mit mindestens 60 Schichten flexibler Kohlefaser.
Dies ist erst der Anfang der Arbeit, denn dann durchläuft das Monocoque die Laminierung (600 Mal!), Luftabsaugung im Vakuum (30 Mal) und die endgültige Aushärtung in einem speziellen Ofen - Autoklav (10 Mal).
Außerdem legen Designer großen Wert auf die seitlichen Knautschzonen. An diesen Stellen ist das Formel-1-Auto besonders anfällig für Kollisionen und diverse Unfälle und benötigt daher zusätzlichen Schutz. Es ist immer noch auf Monocoque-Niveau und verfügt über eine zusätzliche 6 mm Schicht aus Kohlefaser und Nylon.
Das zweite Material findet sich auch in Körperpanzern. Es hat kinetische Kraftabsorptionseigenschaften und ist daher auch ideal für die Formel 1. Es findet sich auch an anderen Stellen im Auto (zum Beispiel in der Kopfstütze, die den Kopf des Fahrers schützt).
Armaturenbrett
So wie das Monocoque das Herzstück des gesamten Autos ist, ist das Cockpit das Zentrum des Monocoques. Natürlich ist dies auch der Ort, von dem aus der Fahrer das Fahrzeug fährt. Daher gibt es im Cockpit drei Dinge:
- Sessel,
- Lenkrad,
- Pedale.
Ein weiteres wichtiges Merkmal dieses Elements ist die Dichtigkeit. Oben ist das Fahrerhaus 52 cm breit – gerade genug, um unter die Arme des Fahrers zu passen. Je niedriger es ist, desto schmaler ist es jedoch. Auf Beinhöhe ist das Cockpit nur 32 cm breit.
Warum ein solches Projekt?
Aus zwei sehr wichtigen Gründen. Zunächst einmal bietet die beengte Kabine dem Fahrer deutlich mehr Sicherheit und Schutz vor Überlastung. Zweitens macht es das Auto aerodynamischer und verteilt das Gewicht besser.
Schließlich ist es erwähnenswert, dass das F1-Auto fast zum Lenken neigt. Der Fahrer sitzt auf einer Schräge mit den Füßen höher als die Hüften.
Lenkrad
Wer denkt, dass sich das Lenkrad der Formel 1 nicht wesentlich vom Lenkrad eines Serienautos unterscheidet, der irrt. Es geht nicht nur um das Formular, sondern auch um die Funktionstasten und andere wichtige Dinge.
Zunächst gestalten Designer ein Lenkrad individuell für einen bestimmten Fahrer. Sie nehmen einen Abguss seiner geballten Hände und erstellen auf dieser Grundlage und unter Berücksichtigung der Vorschläge des Rallye-Fahrers das Endprodukt.
Im Aussehen ähnelt das Lenkrad eines Autos einer etwas vereinfachten Version eines Flugzeugarmaturenbretts. Dies liegt daran, dass es viele Knöpfe und Knöpfe hat, mit denen der Fahrer verschiedene Funktionen des Autos steuert. Darüber hinaus befindet sich in seinem zentralen Teil ein LED-Display und an den Seiten befinden sich Griffe, die natürlich nicht fehlen dürfen.
Interessanterweise ist auch die Rückseite des Lenkrads funktionsfähig. Meistens sind hier die Kupplungs- und Schaltwippen platziert, aber einige Fahrer nutzen diesen Platz auch für zusätzliche Funktionstasten.
Heiligenschein
Dies ist eine relativ neue Erfindung in der Formel 1, da sie erst 2018 erschienen ist. Was? Das Halo-System ist dafür verantwortlich, den Kopf des Fahrers bei einem Unfall zu schützen. Es wiegt ca. 7 kg und besteht aus zwei Teilen:
- ein Titanrahmen, der den Kopf des Fahrers umgibt;
- ein zusätzliches Detail, das die gesamte Struktur unterstützt.
Obwohl die Beschreibung nicht beeindruckend ist, ist Halo tatsächlich äußerst zuverlässig. Es kann einem Druck von bis zu 12 Tonnen standhalten. Zur Veranschaulichung ist dies das gleiche Gewicht für anderthalb Busse (je nach Typ).
Formel-1-Autos - Fahrelemente
Sie kennen bereits die Grundbausteine eines Autos. Jetzt ist es an der Zeit, das Thema funktionierende Komponenten zu erkunden, nämlich:
- Anhänger,
- Bus
- Bremsen.
Betrachten wir jeden von ihnen separat.
Aufhängung
Bei einem Formel-1-Auto sind die Anforderungen an die Federung etwas anders als bei Autos auf normalen Straßen. Zunächst einmal ist es nicht darauf ausgelegt, Fahrkomfort zu bieten. Stattdessen soll es tun:
- das auto war vorhersehbar
- die Arbeit der Reifen war angemessen,
- Aerodynamik war auf höchstem Niveau (wir werden später im Artikel über Aerodynamik sprechen).
Darüber hinaus ist Haltbarkeit ein wichtiges Merkmal der F1-Aufhängung. Dies liegt daran, dass sie während der Bewegung enormen Kräften ausgesetzt sind, die sie überwinden müssen.
Es gibt drei Haupttypen von Aufhängungskomponenten:
- intern (einschließlich Federn, Stoßdämpfer, Stabilisatoren);
- außen (einschließlich Achsen, Lager, Radstützen);
- aerodynamisch (Kipphebel und Lenkgetriebe) - sie unterscheiden sich geringfügig von den vorherigen, da sie zusätzlich zur mechanischen Funktion Druck erzeugen.
Grundsätzlich werden bei der Herstellung des Fahrwerks zwei Materialien verwendet: Metall für die Innenteile und Kohlefaser für die Außenteile. Auf diese Weise erhöhen Designer die Haltbarkeit von allem.
Federung in der Formel 1 ist ein ziemlich heikles Thema, denn aufgrund der hohen Bruchgefahr müssen sie strenge FIA-Normen erfüllen. Wir werden hier jedoch nicht im Detail darauf eingehen.
Reifen
Wir sind bei einem der einfachsten Probleme im Formel-1-Rennsport angelangt – Reifen. Dies ist ein ziemlich breites Thema, auch wenn wir uns nur auf die wichtigsten Themen konzentrieren.
Nehmen Sie zum Beispiel die Saison 2020. Die Organisatoren hatten 5 Reifentypen für trockene und 2 für nasse Strecken. Was ist der Unterschied? Nun, Trockenreifen haben kein Profil (ihr anderer Name ist Slicks). Je nach Mischung kennzeichnet der Hersteller sie mit Symbolen von C1 (am härtesten) bis C5 (am weichsten).
Später wird der offizielle Reifenlieferant Pirelli 5 Typen aus dem verfügbaren Pool von 3 Mischungen auswählen, die den Teams während des Rennens zur Verfügung stehen. Markiert sie mit den folgenden Farben:
- rot (weich),
- gelb (mittel),
- weiß (hart).
Aus der Physik ist bekannt, je weicher die Mischung, desto besser die Haftung. Dies ist besonders wichtig bei Kurvenfahrten, da der Fahrer dadurch schneller vorankommt. Auf der anderen Seite ist der Vorteil eines steiferen Reifens die Haltbarkeit, was bedeutet, dass das Auto nicht so schnell in die Box gehen muss.
Bei den Nassreifen unterscheiden sich die beiden verfügbaren Reifentypen vor allem in ihrer Entwässerungsleistung. Sie haben Farben:
- grün (bei leichtem Regen) - Verbrauch bis 30 l/s bei 300 km/h;
- blau (für Starkregen) – Verbrauch bis 65 l/s bei 300 km/h.
Es gibt auch bestimmte Anforderungen für die Verwendung von Reifen. Kommt ein Fahrer beispielsweise in die dritte Qualifying-Runde (Q3), muss er auf den Reifen mit der besten Zeit aus der Vorrunde (Q2) starten. Eine weitere Anforderung ist, dass jedes Team mindestens 2 Reifenmischungen pro Rennen verwenden muss.
Diese Bedingungen gelten jedoch nur für Trockenlaufreifen. Sie funktionieren nicht, wenn es regnet.
Bremsen
Bei halsbrecherischen Geschwindigkeiten sind auch Bremssysteme mit der richtigen Kraft erforderlich. Wie groß ist es? So sehr, dass das Drücken des Bremspedals zu Überlastungen von bis zu 5G führt.
Darüber hinaus verwenden die Autos Carbon-Bremsscheiben, was ein weiterer Unterschied zu herkömmlichen Autos ist. Scheiben aus diesem Material sind deutlich weniger haltbar (ausreichend für ca. 800 km), aber auch leichter (Gewicht ca. 1,2 kg).
Ihr zusätzliches, aber nicht weniger wichtiges Merkmal sind 1400 Belüftungslöcher, die notwendig sind, weil sie kritische Temperaturen abführen. Wenn sie von den Rädern abgebremst werden, können sie bis zu 1000 ° C erreichen.
Formel 1 - Motor und seine Eigenschaften
Es ist Zeit für das, was die Tiger am meisten lieben, den Formel-1-Motor. Mal sehen, woraus er besteht und wie er funktioniert.
Nun, seit einigen Jahren werden Autos von 6-Liter-V1,6-Hybrid-Turbomotoren angetrieben. Sie bestehen aus mehreren Hauptteilen:
- Verbrennungsmotor,
- zwei Elektromotoren (MGU-K und MGU-X),
- Turbolader,
- Batterie.
Wie viele Pferde hat die Formel 1?
Der Hubraum ist klein, aber lassen Sie sich davon nicht täuschen. Der Antrieb erreicht eine Leistung von ca. 1000 PS. Der aufgeladene Verbrennungsmotor leistet 700 PS, zusätzlich 300 PS. von zwei elektrischen Systemen erzeugt.
All dies befindet sich direkt hinter dem Monocoque und ist neben der offensichtlichen Rolle des Antriebs auch konstruktiver Bestandteil. In dem Sinne, dass Mechaniker Hinterradaufhängung, Räder und Getriebe am Motor befestigen.
Das letzte wichtige Element, auf das das Aggregat nicht verzichten könnte, sind Heizkörper. Davon gibt es drei im Auto: zwei große an den Seiten und einen kleineren unmittelbar hinter dem Fahrer.
Brennen
Während die Größe eines Formel-1-Motors unauffällig ist, ist der Kraftstoffverbrauch eine ganz andere Sache. Autos verbrauchen heute rund 40 l/100 km. Für den Laien erscheint diese Zahl riesig, verglichen mit historischen Ergebnissen ist sie aber recht bescheiden. Die ersten Formel-1-Autos verbrauchten sogar 190 l/100 km!
Der Rückgang dieses beschämenden Ergebnisses ist teilweise auf die Entwicklung der Technologie und teilweise auf Einschränkungen zurückzuführen.
Die FIA-Regeln besagen, dass ein F1-Auto in einem Rennen maximal 145 Liter Kraftstoff verbrauchen darf. Eine weitere Kuriosität ist die Tatsache, dass jedes Auto ab 2020 über zwei Durchflussmesser verfügt, die die Kraftstoffmenge überwachen.
Ferrari hat einen Teil dazu beigetragen. Es wird berichtet, dass die Formel 1 dieses Teams Grauzonen nutzte und damit die Beschränkungen umging.
Schließlich werden wir den Kraftstofftank erwähnen, da er sich vom Standard unterscheidet. Welcher? Vor allem das Material. Der Hersteller stellt den Panzer so her, als würde er es für die Militärindustrie tun. Dies ist ein weiterer Sicherheitsfaktor, da Leckagen auf ein Minimum reduziert werden.
Übertragung
Das Thema Antrieb ist eng mit dem Getriebe verbunden. Seine Technologie änderte sich ungefähr zur gleichen Zeit, als die Formel 1 mit der Verwendung von Hybridmotoren begann.
Was ist typisch für ihn?
Dies ist ein 8-Gang, halbautomatisch und sequentiell. Darüber hinaus hat es den höchsten Entwicklungsstand der Welt. Der Fahrer wechselt die Gänge in Millisekunden! Zum Vergleich: Derselbe Vorgang dauert für die schnellsten normalen Autobesitzer mindestens einige Sekunden.
Wenn Sie sich mit dem Thema beschäftigen, dann haben Sie wahrscheinlich schon das Sprichwort gehört, dass es im Auto keinen Rückwärtsgang gibt. Es stimmt?
Не.
Jeder F1-Antrieb hat einen Rückwärtsgang. Darüber hinaus ist seine Anwesenheit gemäß den FIA-Regeln erforderlich.
Formel 1 - G-Kräfte und Aerodynamik
Die Überlastung der Bremsen haben wir bereits erwähnt, werden aber im Zuge der Entwicklung des Themas Aerodynamik darauf zurückkommen.
Die Hauptfrage, die die Situation von Anfang an ein wenig aufhellen wird, ist das Prinzip der Automontage. Nun, die ganze Struktur funktioniert wie ein umgedrehter Flugzeugflügel. In dem Sinne, dass, anstatt das Auto anzuheben, alle Bausteine Abtrieb erzeugen. Außerdem minimieren sie natürlich den Luftwiderstand während der Bewegung.
Der Abtrieb ist ein sehr wichtiger Parameter im Rennsport, da er für die sogenannte aerodynamische Traktion sorgt, die das Kurvenfahren erleichtert. Je größer es ist, desto schneller passiert der Fahrer die Kurve.
Und wann steigt der aerodynamische Schub? Wenn die Geschwindigkeit steigt.
In der Praxis ist es für Sie einfacher, um die Ecke zu fahren, wenn Sie mit Gas fahren, als wenn Sie vorsichtig wären und Gas geben würden. Es scheint kontraintuitiv, ist es aber in den meisten Fällen. Bei maximaler Geschwindigkeit erreicht der Abtrieb 2,5 Tonnen, was die Schleudergefahr und andere Überraschungen bei Kurvenfahrten deutlich reduziert.
Andererseits hat die Aerodynamik des Autos eine Kehrseite – einzelne Elemente erzeugen Widerstand, der abbremst (insbesondere auf geraden Streckenabschnitten).
Wichtige aerodynamische Designelemente
Während die Designer hart daran arbeiten, das gesamte F1-Auto im Einklang mit der grundlegenden Aerodynamik zu halten, existieren einige Designelemente nur, um Abtrieb zu erzeugen. Es geht um:
- Frontflügel - er ist der erste, der mit dem Luftstrom in Kontakt kommt, also das Wichtigste. Das ganze Konzept beginnt mit ihm, denn er organisiert und verteilt alle Widerstände unter dem Rest der Maschine;
- Seitenelemente - sie leisten die härteste Arbeit, weil sie chaotische Luft von den Vorderrädern sammeln und organisieren. Sie schicken sie dann zu den Kühleinlässen und in den hinteren Teil des Autos;
- Heckflügel – Sammelt Luftdüsen von früheren Elementen und verwendet sie, um Abtrieb an der Hinterachse zu erzeugen. Außerdem reduziert es (dank des DRS-Systems) den Luftwiderstand auf geraden Abschnitten;
- Boden und Diffusor - so konstruiert, dass mit Hilfe der unter dem Auto strömenden Luft Druck erzeugt wird.
Entwicklung von technischem Denken und Überforderung
Eine zunehmend verbesserte Aerodynamik steigert nicht nur die Fahrzeugleistung, sondern auch die Belastung des Fahrers. Sie müssen kein Physik-Experte sein, um zu wissen, dass je schneller ein Auto in eine Kurve biegt, desto größer ist die Kraft, die auf es einwirkt.
Genauso ist es mit der Person, die im Auto sitzt.
Auf den Strecken mit den steilsten Kurven erreichen die G-Kräfte 6G. Das ist viel? Stellen Sie sich vor, jemand drückt mit einer Kraft von 50 kg auf Ihren Kopf und Ihre Nackenmuskulatur muss damit fertig werden. Damit sind Rennfahrer konfrontiert.
Wie Sie sehen, kann Überlastung nicht auf die leichte Schulter genommen werden.
Änderung kommt?
Vieles deutet darauf hin, dass in den kommenden Jahren eine Revolution in der Autoaerodynamik stattfinden wird. Ab 2022 wird auf F1-Strecken eine neue Technologie erscheinen, die die Wirkung von Sog anstelle von Druck nutzt. Wenn das funktioniert, wird das verbesserte aerodynamische Design nicht mehr benötigt und das Erscheinungsbild der Autos wird sich dramatisch verändern.
Aber wird es wirklich so sein? Die Zeit wird zeigen.
Wie viel wiegt die Formel 1?
Sie kennen bereits alle wichtigen Teile eines Autos und möchten wahrscheinlich wissen, wie viel sie zusammen wiegen. Nach den neuesten Vorschriften beträgt das zulässige Mindestgewicht des Fahrzeugs 752 kg (einschließlich Fahrer).
Formel 1 - Technische Daten, also Zusammenfassung
Gibt es eine bessere Möglichkeit, einen F1-Autoartikel zusammenzufassen, als eine Auswahl der wichtigsten technischen Daten? Am Ende machen sie deutlich, wozu die Maschine fähig ist.
Hier ist alles, was Sie über ein F1-Auto wissen müssen:
- Motor - aufgeladener V6-Hybrid;
- Kapazität - 1,6 l;
- Motorleistung - ca. 1000 PS;
- Beschleunigung auf 100 km / h - ca. 1,7 s;
- Höchstgeschwindigkeit - es kommt darauf an.
Warum „es kommt auf die Umstände an“?
Denn beim letzten Parameter haben wir zwei Ergebnisse, die von der Formel 1 erreicht wurden.
Allerdings gab es auch noch einen weiteren Test, bei dem das Auto, gefahren von van der Merwe, die 400 km/h-Marke durchbrach, leider wurde der Rekord nicht anerkannt, da er in zwei Läufen (Lauf- und Aufwind) nicht erreicht wurde.
Wir fassen den Artikel auf Kosten des Autos zusammen, denn das ist auch eine interessante Kuriosität. Das Wunder der modernen Automobilindustrie (in Einzelteilen ausgedrückt) kostet knapp über 13 Millionen Dollar. Beachten Sie jedoch, dass dies der Preis ohne die Kosten für die Entwicklung von Technologien ist und dass sich Innovation am meisten lohnt.
Die Forschungsausgaben erreichen mehrere Milliarden Dollar.
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