En bil med öppna hjul ( monopost , singelbil ) är en typ av racerbil , som är en singel [1] bil med hjul borttagna från karossen . Denna typ, som dök upp i början av 1900-talet , är nu en av de vanligaste typerna av racerbilar.
Denna typ har två namn som indikerar dess designegenskaper - i Amerika har namnet öppenhjulsbil slagit rot - en bil med öppna hjul, medan de i Europa indikerar dess enkelsitsiga design - monopost ( engelsk single seater , tysk monoposto , italienska monoposto , tjeckisk monopost ). I Amerika började de tekniska kraven för sådana bilar reduceras till speciella dokument, kallade "formler". Så småningom började ordet "formel" dyka upp i namnet på de flesta mästerskap och serier av monoposter, med början på Formel 1 , -2 och -3 , vilket gav anledning att kalla sådana lopp för "formeltyplopp". I Ryssland används ordet "formel" i allt större utsträckning på maskinerna själva som deltar i sådana lopp. Även i Västeuropa blir termen "formelbil" allt mer utbredd.
De första bilarna av denna typ dök upp i USA i början av 1900-talet, och till en början var de inte ensätes alls, en mekaniker deltog i loppet med föraren , eftersom avstånden var långa och tillförlitligheten hos bilarna var låga. Gradvis flyttade loppen till stängda banor med relativt kort längd, och bilarnas tillförlitlighet ökade, varefter mekanikern flyttade till sidan av vägen och senare till ett speciellt underhållsområde. Resultaten av racing på "stora bilar" började gå in i en speciell offset, som hölls av American Automobile Association. Därmed föddes det första mästerskapet . Tekniska krav började reduceras till speciella dokument, kallade "formler".
I Europa började racing på bilar med öppna hjul att hållas på 20-talet. De nya bilarna kallades monoposts och de började delta i de prestigefyllda Grand Prix -tävlingarna . Sedan 1930 började resultaten av vissa Grand Prix registreras av AIACR i en separat offset, vilket skapade ett personligt europamästerskap , och 1946 skapades FIA , som definierade huvudklasserna av monoposter - Formel 1, -2 och -3. 1950 anordnades världsmästerskapet , som hölls årligen på F1-bilar (med det sällsynta undantaget 1952-53, då det hölls på F2-bilar).
Enligt namnet ska hjulen på bilar vara utanför skrovet. Det fanns dock undantag - 1954 satte Mercedes F1-teamet , som utnyttjade kryphål i reglerna, bilar med hjul täckta med en lätt kaross för vissa tävlingar, mestadels höghastighetstävlingar. I framtiden reviderades F1-reglerna för att utesluta sådana fall.
Även utanför karossen finns några upphängningselement . Nu är det ett dubbelarm med skjut- eller dragstång (skjutstång respektive dragstång).
Antalet hjul överstiger som regel inte 4, även om det har förekommit fall av användning av 6-hjuliga bilar - detta dök upp första gången 1948 i AAA National Championship , 1976 introducerade Tyrrell F1-teamet också en bil med sex hjul, men ett försök från Williams F1-team 1982 att ställa in en sexhjulig bil fick ett förbud. Sedan dess har alla bilar med öppna hjul inte fler än fyra [2] .
Hjulens placering utanför kroppen gör det relativt enkelt att organisera tillförseln av kylluft till bromssystemen (liksom borttagning av uppvärmd luft), vilket leder till ökad effektivitet.
Motorn stod länge framför föraren och drev bakaxeln med hjälp av en propelleraxel som på ett eller annat sätt passerade genom hytten. Ett annat motorarrangemang - bakom hytten, men inom hjulbasen - föreslogs på 1920-talet. av Benz & Cie. med ett öga på bilmodellen Rumpler Tropfenwagen , och implementerad i metall på 1923 års Benz-Tropfenwagen - modell. Därefter utvecklades detta schema på Auto Union-racingbilar , där ledarna och designers som tidigare arbetat på Benz & Cie hade de ledande rollerna. [3] [4] [5] [6] . Men andra världskriget avbröt sin utveckling, och efter kriget användes den inte på ett tag. Återigen tillämpades detta system redan på 1950-talet. Ashley Cooper. 1961 debuterade bilar med mitten av motorer i USA, vann Indy 500 1965 , och sedan dess har den bakre layouten blivit standarden för bilar med öppna hjul, med undantag för sprintbilar som för racing på smuts ovaler .
Motorerna i sig är nästan uteslutande fyrtaktskolv Otto -cykel , naturligt sugande eller överladdade . Under de första åren av existensen av racing var motorerna helt atmosfäriska och nådde ibland enorma förskjutningar , upp till 20-30 liter. Efter första världskriget, när mekaniska kompressorer testades , drivna av själva motorn, orsakade de, efter att ha flyttat till racerbanorna, en betydande minskning av arbetsvolymen (och därmed massan) till 1,5-2 liter i Europa, och 3 liter i Nordamerika. Under andra världskriget behärskade motorbyggarna produktionen av turboladdare , som drivs av avgasturbiner , men de hittade inte omedelbart till racerbanorna. Turboladdare hade ett turbolag - en fördröjning i spin-up när motorns driftlägen ändrades, vilket gjorde det svårt att kontrollera dem, minskade deras tillförlitlighet. Roterande naturligt aspirerade motorer används återigen i stor utsträckning. Motorbyggarna klarade sig dock med turbolag, först i USA, där ovala lopp inte ställde stora krav på motorrespons , och sedan i Europa - sedan 1977 började Renault -teamet aktivt använda turboladdare, som till en början var opålitliga. Men sedan, tack vare bland annat turbokompressormotorer, vann han titeln först i teamet ( 1982 , av Ferrari -teamet), och sedan i den individuella tävlingen ( 1983 , av Brabham -teamet med BMW-motorer), sätta början på den så kallade "turbo-eran" i Formel 1, som varade fram till slutet av decenniet, då turboladdning förbjöds som en del av kampen för att förbättra säkerheten och minska kostnaderna för deltagande för team [7] . I Nordamerika använde CART turbomotorer fram till slutet av sin existens 2008. I början av 2000 -talet ledde framsteg inom teknik och stigande oljepriser till en ökad efterfrågan på turboladdade motorer som var billigare och mer bränsleeffektiva än tidigare modeller.
I det amerikanska mästerskapet utfördes experiment med dieselmotorer (långa ovala lopp gynnar dieslar med sin smala räckvidd och lägre specifika bränsleförbrukning ), Fred Agabashian vann till och med pole position i 1952 års Indy 500 [8] . Även i Amerika och Europa har det gjorts försök att använda gasturbiner. Samtidigt, om turbinen visade alla sina positiva egenskaper på amerikanska ovaler - turbinbilen vann nästan Indy 500 1967, varefter turbinen förbjöds - sedan på europeiska rutter, med frekvent acceleration och retardation, visade sig turbofördröjning vara en outrotlig nackdel [9] .
Bränsle under lång tid (i Formel 1 fram till 1958 [10] ) reglerades inte på något sätt, vilket ledde till användningen av komplexa alkoholhaltiga blandningar, ibland så giftiga att en fullständig avtappning krävdes i slutet av kvalificeringen, annars nästa dag var motorn hopplöst skadad. Sådana blandningar var dock allmänt förbjudna, vilket gav plats för "kommersiell" bensin (det antogs att bensin med en oktantal på 100 kan hittas i kommersiell försäljning), till vilken en viss mängd tillsatser (upp till 1%) var tillåtna . I USA, bensin på 1960-talet gav plats för mindre explosiv metanol , och på 2000-talet ersattes den i sin tur av etanol , som en del av kampen för miljövänlighet och säkerhet (metanol brinner med en nästan färglös låga, och därför kan släckning av en brand startas med en dröjsmål ).
Kompletterande energikällor var på agendan i slutet av 90-talet när F1-teamet McLaren började utveckla bromsenergiåtervinning , men FIA förbjöd det snabbt, men tio år senare, på grund av stigande teknik och bensinpriser, var sådana system återigen tillåtna, även om deras användning, på grund av deras höga kostnad, endast är begränsad till serier på toppnivå, som F1.
2012 skapades den första serien av helt elektriska bilar med öppna hjul, Formel E , med den första tävlingssäsongen 2014. Trots användningen av den modernaste tekniken är energiegenskaperna hos de nya monoposterna fortfarande mycket sämre än toppserien, eftersom de ligger på nivån för ungdoms-"formler".
I början av 1900-talet bekymrade aerodynamiken inte särskilt designers av massproducerade bilar, som ännu inte hade utvecklat höga hastigheter. Racerdesignerna under dessa år nådde redan hastigheter vid vilka påverkan av luftflödets natur runt bilkarossen blev märkbar, men deras designers hade en ganska vag uppfattning om aerodynamik: till exempel gavs karossen cigarrformade konturer, och sedan installeras på en helt öppen vinkelram , vilket minskade hela effekten som uppnås på grund av strömlinjeformningen av en sådan kropp upphävs.
Första världskriget gav en impuls till aerodynamisk forskning, och med återupptagandet av Grand Prix-racing på 1920-talet bestämde sig vissa ingenjörer (som Ferdinand Porsche) för att använda droppformade mässkroppar med stängda hjul. Samtidigt hade huvuddelen av racingbilarna under denna period fortfarande öppna hjul. Deras skapare utgick från en falsk premiss - de trodde att minskningen av luftmotståndet på grund av en minskning av frontytan ( mittsektionen ) på en bil med öppna hjul kunde vara mer betydande än fördelen med att ha en märkbart stor mittsektionsarea på en kaross som helt täcker chassit i effektivisering. Ytterligare forskning visade den motsatta bilden - i början av femtiotalet blev det klart att den aerodynamiska perfektionen av kroppsformen är mycket viktigare än storleken på dess frontala område. Därefter sticker äntligen bilar med öppna hjul ut i en separat klass, och karosser som helt täcker chassit är huvudsakligen försedda med rekordracingbilar, designade för att inte konkurrera med varandra, utan för att uppnå de bästa hastighetsegenskaperna i absoluta tal.
Sedan mitten av 1950-1960-talet har aerodynamikens krav i allt högre grad beaktats när man skapar racingbilar, designers försöker uppnå inte bara en minskning av luftmotståndet, som tidigare, utan också en ökning av nedåtkraften - lätta bilar kunde inte inse motorernas fulla kraft på grund av slirning i kurvor. Monoposter börjar förvärva en eller annan aerodynamisk anordning. De vanligaste främre och bakre vingarna , pressar fram och bak på bilen mot vägen, respektive. Först, 1968-1969, fästes vingarna direkt på upphängningen på höga ställ och var utrustade med mekaniseringsutrustning, men opålitligheten hos sådana strukturer ( vibrationer överfördes direkt till vingen) ledde till flera allvarliga olyckor, efter där vingarna var begränsade i storlek, design och sätt att fästa på kroppen [11] [12] .
1977 introducerade Lotus -teamet en ny lösning - markeffekten, som består i att begränsa lufttillgången under botten, genom en speciell skrovform och skyddande elastiska kjolar på sidorna. Denna lösning kom till Nordamerika redan nästa år, på Chapparal maskiner . I början av 1980 -talet undvek F1-bilar framskärmar, nedåtkraften var så hög att den skadade fälgarna [13] och sido - g - tvingar utmattade förare medvetslösa. Lite kunskap om markeffekten ledde till dess instabila drift - maskinen svängde i ett vertikalt plan. För att bekämpa detta fenomen användes styvare fjädringsinställningar, vilket ledde till en mycket obekväm körning. Som ett resultat, 1982, förbjöds markeffekten i Formel 1 av säkerhetsskäl - det krävde en strikt fixerad position av karossen, vilket var omöjligt att säkerställa när bilen hoppade över hinder och på en ojämn bana. I dessa ögonblick skedde ett genombrott av luft under botten, med det fullständiga försvinnandet av downforce, separationen av bilen från banan och dess okontrollerade rörelse (inklusive närmande) i en rak linje, in i stängslen. I CART varade markeffekten längre, på grund av de ovala banornas karaktär, som inte krävde kantstensattacker med efterföljande studs av bilen, och med en mycket jämnare yta. Nu är markeffekten i sin rena form förbjuden nästan överallt, och downforce (det huvudsakliga bidraget till monoposternas aerodynamik) skapas av en diffusor - ett öppet avsmalnande U-format halvrör placerat på baksidan av botten, vilket accelererar luft som strömmar under den profilerade botten ( Venturi-effekt ). Användningen av markeffekten anses dock fortfarande vara en lovande lösning, förutsatt att den implementeras på en ny teknisk nivå. Detta skulle bidra till att säkerställa större aerodynamisk stabilitet hos bilar när de jagar en motståndare - den höga aerodynamiska belastningen av monostolpar genererar en hög nivå av aerodynamiska störningar, vilket leder till omöjligheten av tight jakt och omkörning. Sedan 2018 har Indycars återigen använt markeffekten i stor utsträckning [14] .
Öppna hjul är ett viktigt aerodynamiskt element - de har en stor bredd och deras övre kant rör sig mot det mötande flödet. Som ett resultat producerar de allvarliga luftturbulenser, som kraftigt försämrar bilens aerodynamiska effektivitet ( motståndskoefficienten når 0,65-0,85 [ 15] ) och kan därför inte jämföras med sportprototyper , där hjulen är stängda (motståndskoefficienten ) 0, 3-0,4). Olika försök att stänga hjulen från det mötande flödet undertrycks av tillsynsmyndigheterna.
Lågeffektmonostolpar, såväl som sprintbilar (används för racing på smutsovaler) kanske inte har aerodynamiska element alls - de utvecklar hastigheter är inte så höga, mekaniskt grepp tillhandahålls helt av däck (när det gäller sprintbilar, mycket bred).
Monostolpens kropp har ett minsta tvärsnitt för att endast täcka piloten. Sedan 1962 har Lotus F1 Team (modell 25) antagit en ny skrovdesign med monocoques , stela rumsliga strukturer som är mer motståndskraftiga mot vridning och stötar. Samtidigt ändrade ryttaren sin position i sittbrunnen – han satt inte längre mer eller mindre rak, utan intog en nästan liggande position. Detta minskade inte bara motståndet, utan förbättrade också överbelastningstoleransen [16] . Under första hälften av 1980 -talet dök kolfibermonocoques upp i Formel 1 , som sedan spreds brett till alla andra serier. En cockpit finns i monocoque - en öppen cockpit (även om olika försök har gjorts och fortsätter att göras för att stänga piloten [17] , och vid användning av rörformiga rumsramar är piloten placerad i en speciell säkerhetskapsel ( rullbur )). Omedelbart bakom sittbrunnen finns en säkerhetsbåge , utformad för att ta emot slag när bilen välter, ofta är ljusbågen integrerad i det övre luftintaget ovanför pilotens huvud för att ge motorn ett ostört luftflöde, såväl som dynamiskt. motorförstärkning [18] . Den främre fjädringen och de främre aerodynamiska elementen är fästa på monocoquen framtill, motorn som växellådan är ansluten till baktill, och den bakre fjädringen och de bakre aerodynamiska elementen till den. Kraftverket ingår dock inte alltid i karossens kraftstruktur, alternativ med en motor i ramen till vilken den bakre fjädringen och aerodynamiska element är fästa finns också. Sedan 1970 har Lotus F1-teamet placerat radiatorer i sidopontonerna , vilket gjorde det möjligt att ge bilens nos den mest aerodynamiskt effektiva formen, vid markeffekt finns även motorns luftintag där, vilket möjliggör den bakre vingen för att arbeta i ett ostört luftflöde. Roadsters med frontmotorer som används i amerikanska mästerskap har en asymmetrisk design, orsakad av egenskaperna hos oval racing, med svängar endast till vänster - i synnerhet skiftas några eller alla enheter till babords sida för att kompensera för asymmetriska däckbelastningar .
Drivningen, oavsett motorns placering, gjordes oftast bak, även om man i Indycar-serien försökte använda framhjulsdrivna bilar (för att minska tyngdpunkten ), och fyrhjulsdrift användes i både Indycar och Formel 1. Växling är alltid manuell, fast i den senare. Samtidigt blev , med växlingsknappar på ratten och paddelväxlare [19]1989sekventiella halvautomatiska växellådor .
Öppenhjuliga bilar har vanligtvis den lättaste vikten av alla racerbilar i sin prestandaklass och den högsta kraftkoncentrationen bland bilar av deras vikt. Massorna av monoposter ligger i intervallet 455-700 kg , och kraften kan nå och överstiga 1 000 hästkrafter . Detta, tillsammans med den höga aerodynamiken, gör dem till de mest kapabla att accelerera kurvor och gör dem till den snabbaste av alla racerbilar.
Prototyper skiljer sig i princip bara i stängda hjul, och därför kan de teoretiskt också uppnå sådana dynamiska prestanda, men för tillfället används sådana bilar endast i uthållighetslopp och kan därför inte jämföras med monoposts i hastighet [20] . Samtidigt är det möjligt att bygga en prototyp från en monopost genom att installera en lätt kropp som täcker hjulen på den - det är så Can-Am prototyper byggdes under andra hälften av 70-talet.
De höga dynamiska egenskaperna hos monoposter ställer ökade krav på den fysiska träningen av piloter. En bil med öppna hjul ger också en liten fördel, eftersom det är lättare för piloten att bygga en rörelsebana på grund av att han kan se bilens hjul. Dessutom kräver pilotering mer försiktighet, monoposter kan praktiskt taget inte bära kontakter utan skador och hjul-till-hjul-kontakt är mycket farligt på grund av att en av bilarna kan lyfta och välta.
Åkare med öppna hjul kan bygga dem själva (som i Formel 1 World Championship), eller så kan de köpa från en tredjepartstillverkare (i de flesta andra fall). Moderna tillverkare av monoposter:
Bilar med öppna hjul används nästan uteslutande i racingbana på asfalterade banor - stationära, temporära eller ovala banor. Sprintbilar och midjets används i racing på korta cinderbanor. Också avvecklade från andra serier kan monostolpar användas i bergsklättringstävlingar .