En bil med åbne hjul ( monopost , single car ) er en type racerbil , som er en enkelt [1] bil med hjul fjernet fra karosseriet . Denne type, som dukkede op i begyndelsen af det 20. århundrede , er nu en af de mest almindelige typer racerbiler.
Denne type har to navne, der indikerer dens designtræk - i Amerika har navnet åben-hjulet bil slået rod - en bil med åbne hjul, mens de i Europa angiver dens enkeltsædede design - monopost ( engelsk single seater , tysk monoposto , italiensk monoposto , tjekkisk monopost ). I Amerika begyndte de tekniske krav til sådanne biler at blive reduceret til specielle dokumenter, kaldet "formler". Efterhånden begyndte ordet "formel" at dukke op i navnet på de fleste mesterskaber og serier af monoposter, startende med Formel 1 , -2 , og -3 , hvilket gav grund til at kalde sådanne løb for "formeltypeløb". I Rusland bliver ordet "formel" i stigende grad anvendt på maskinerne selv, der deltager i sådanne løb. Også i Vesteuropa er udtrykket "formelbil" ved at blive mere udbredt.
De første biler af denne type dukkede op i USA i begyndelsen af det 20. århundrede, og i begyndelsen var de slet ikke enkeltsæder, en mekaniker deltog i løbet med føreren , da afstandene var lange og pålideligheden af biler var lavt. Efterhånden flyttede løbene til lukkede baner af relativt kort længde, og bilernes pålidelighed steg, hvorefter mekanikeren flyttede til siden af vejen og senere til et særligt vedligeholdelsesområde. Resultaterne af væddeløb på "store biler" begyndte at gå ind i en særlig offset, som blev holdt af American Automobile Association. Dermed var det første mesterskab født . Tekniske krav begyndte at blive reduceret til specielle dokumenter, kaldet "formler".
I Europa begyndte racing på biler med åbne hjul at blive afholdt i 20'erne. De nye biler blev kaldt monoposter, og de begyndte at deltage i de prestigefyldte Grand Prix- løb . Siden 1930 begyndte resultaterne af nogle Grand Prix at blive registreret af AIACR i en separat offset, hvilket skabte et personligt europæisk mesterskab , og i 1946 blev FIA oprettet , som definerede hovedklasserne af monoposter - Formel 1, -2 og -3. I 1950 blev verdensmesterskabet afholdt hvert år på F1-biler (med den sjældne undtagelse fra 1952-53, hvor det blev afholdt på F2-biler).
Ifølge navnet skulle hjulene på biler være uden for skroget. Der var dog undtagelser - i 1954 satte Mercedes F1-teamet , ved at udnytte smuthuller i reglerne, biler med hjul dækket med en let krop til nogle løb, for det meste højhastighedsløb. I fremtiden blev F1-reglerne revideret for at udelukke sådanne tilfælde.
Også uden for karrosseriet er der nogle affjedringselementer . Nu er det et dobbelt bærearm med skubbe- eller trækstang (henholdsvis skubbestang og trækstang).
Antallet af hjul overstiger som regel ikke 4, selvom der har været tilfælde af brug af 6-hjulede biler - dette dukkede første gang op i 1948 i AAA National Championship , i 1976 introducerede Tyrrell F1-holdet også en bil med seks hjul, men et forsøg fra Williams F1-teamet i 1982 på at stille en sekshjulet bil ind i et forbud. Siden da har alle biler med åbne hjul ikke mere end fire [2] .
Hjulenes placering uden for kroppen gør det relativt nemt at organisere tilførslen af køleluft til bremsesystemerne (samt fjernelse af opvarmet luft), hvilket fører til deres øgede effektivitet.
Motoren stod foran rytteren i lang tid og drev bagakslen ved hjælp af en propelaksel , der på den ene eller anden måde gik gennem førerhuset. Et andet motorarrangement - bag kabinen, men inden for akselafstanden - blev foreslået i 1920'erne. af Benz & Cie. med øje på Rumpler Tropfenwagen bilmodellen , og implementeret i metal på 1923 Benz-Tropfenwagen modellen. Efterfølgende blev denne ordning udviklet på Auto Union racerbiler , hvor lederne og designere, der tidligere havde arbejdet hos Benz & Cie, var i hovedrollerne. [3] [4] [5] [6] . Men Anden Verdenskrig suspenderede sin udvikling, og efter krigen blev den ikke brugt i nogen tid. Igen blev denne ordning anvendt allerede i 1950'erne. Ashley Cooper. I 1961 debuterede biler med mellemmotorer i USA, vandt Indy 500 i 1965 , og siden da er det bagerste motorlayout blevet standarden for biler med åbent hjul, med undtagelse af sprintbiler brugt til racerløb på snavs ovaler .
Selve motorerne er næsten udelukkende fire-takts stempel Otto-cyklus , naturligt indsuget eller superladet . I de første år af eksistensen af racing var motorerne helt atmosfæriske, nogle gange nåede de enorme forskydninger op til 20-30 liter. Efter Første Verdenskrig, da mekaniske kompressorer blev testet , drevet af selve motoren, forårsagede de, efter at have flyttet til racerbanerne, et betydeligt fald i arbejdsvolumener (og dermed masse) til 1,5-2 liter i Europa, og 3 liter i Nordamerika. Under Anden Verdenskrig mestrede motorbyggere produktionen af turboladere drevet af udstødningsgasturbiner , men de fandt ikke umiddelbart vej til racerbanerne. Turboladere havde et turbolag - en forsinkelse i spin-up, når motorens driftstilstande ændrede sig, hvilket gjorde det vanskeligt at kontrollere dem, reducerede deres pålidelighed. Roterende naturligt aspirerede motorer er igen udbredt. Men motorbyggere klarede turbolag, først i USA, hvor ovale løb ikke stillede store krav til motorrespons , og derefter i Europa - siden 1977 begyndte Renault -teamet aktivt at bruge turboladere, som i starten var upålidelige. Men så, takket være blandt andet turbokompressormotorer, vandt han titlen først i holdet (i 1982 af Ferrari -teamet), og derefter i den individuelle konkurrence (i 1983 af Brabham -teamet med BMW-motorer), sætter begyndelsen på den såkaldte "turbo-æra" i Formel 1, som varede indtil slutningen af årtiet, hvor turboladning blev forbudt som en del af kampen for at forbedre sikkerheden og reducere omkostningerne ved deltagelse for hold [7] . I Nordamerika brugte CART turbomotorer indtil slutningen af sin eksistens i 2008. I begyndelsen af det 21. århundrede førte fremskridt inden for teknologi og stigende oliepriser til en stigning i efterspørgslen efter turboladede motorer, der var billigere og mere brændstofeffektive end tidligere modeller.
I det amerikanske mesterskab blev der udført eksperimenter med dieselmotorer (lange ovale løb favoriserer dieselmotorer med deres smalle rækkevidde og lavere specifikke brændstofforbrug ), Fred Agabashian vandt endda pole position i 1952 Indy 500 [8] . Også i Amerika og Europa har der været forsøg på at bruge gasturbiner. På samme tid, hvis møllen demonstrerede alle sine positive egenskaber på amerikanske ovaler - turbinebilen vandt næsten Indy 500 fra 1967, hvorefter møllen blev forbudt - så på europæiske ruter, med hyppig acceleration og deceleration, viste det sig turboforsinkelse at være en uudslettelig ulempe [9] .
Brændstof i lang tid (i Formel 1 indtil 1958 [10] ) var ikke reguleret på nogen måde, hvilket førte til brugen af komplekse alkoholiske blandinger, nogle gange så giftige, at et fuldstændigt afløb var påkrævet ved slutningen af kvalifikationen, ellers den næste dag var motoren håbløst beskadiget. Sådanne blandinger blev imidlertid universelt forbudt, hvilket gav plads til "kommerciel" benzin (det blev antaget, at benzin med et oktantal på 100 kan findes i kommercielt salg), hvortil en vis mængde tilsætningsstoffer (op til 1%) var tilladt . I USA benzin i 1960'erne gav plads til mindre eksplosiv methanol , og i 2000'erne blev det til gengæld erstattet af ethanol , som led i kampen for miljøvenlighed og sikkerhed (methanol brænder med en næsten farveløs flamme, og derfor kan slukning af en brand startes med en forsinke ).
Supplerende energikilder var på dagsordenen i slutningen af 90'erne, da F1-teamet McLaren begyndte at udvikle bremseenergigenvinding , men FIA forbød det hurtigt, men ti år senere, på grund af stigende teknologi og benzinpriser, blev sådanne systemer igen tilladt, selvom deres brug, på grund af deres høje omkostninger, kun er begrænset til serier på topniveau, som F1.
I 2012 blev den første serie af alle - elektriske åbne hjul, Formel E , skabt med den første racersæson i 2014. På trods af brugen af de mest moderne teknologier er energiegenskaberne for de nye monoposter stadig langt ringere end top-niveau-serien, idet de er på niveau med ungdoms "formler".
I begyndelsen af det 20. århundrede bekymrede aerodynamik ikke i høj grad designere af masseproducerede biler, som endnu ikke havde udviklet høje hastigheder. Disse års racerdesign nåede allerede hastigheder, hvorpå indflydelsen af luftstrømmens natur rundt om bilens karrosseri blev mærkbar, men deres designere havde en ret vag idé om aerodynamik: for eksempel fik karrosseriet cigarformede konturer, og derefter installeret på en helt åben vinkelramme , hvilket reducerede hele effekten opnået på grund af strømlining af en sådan krop er ophævet.
Den første verdenskrig satte skub i aerodynamisk forskning, og med genoptagelsen af Grand Prix-løb i 1920'erne besluttede nogle ingeniører (såsom Ferdinand Porsche) at bruge dråbeformede lyskroppe med lukkede hjul. I mellemtiden havde hovedparten af racerbilerne fra denne periode stadig åbne hjul. Deres skabere gik ud fra en falsk forudsætning - de mente, at reduktionen i luftmodstanden på grund af et fald i frontarealet ( midtersektionen ) af en bil med åbne hjul kunne være mere signifikant end fordelen ved at have et mærkbart stort midtersnitsareal på en krop, der fuldstændigt dækker chassiset i strømlining. Yderligere forskning viste det modsatte billede - i begyndelsen af halvtredserne blev det klart, at den aerodynamiske perfektion af kropsformen er meget vigtigere end størrelsen af dens frontale område. Herefter skiller biler med åbne hjul sig endelig ud i en særskilt klasse, og karosserier, der dækker chassiset fuldstændigt, er hovedsageligt forsynet med rekordracerbiler, designet til ikke at konkurrere med hinanden, men til at opnå de bedste hastighedsegenskaber i absolutte tal.
Siden midten af 1950'erne - 1960'erne er kravene til aerodynamik i stigende grad blevet taget i betragtning, når de laver racerbiler, designere forsøger at opnå ikke kun et fald i luftmodstand, som før, men også en stigning i downforce - lette biler kunne ikke realisere deres motorers fulde kraft på grund af glidning i sving. Monopæle begynder at erhverve sig et eller andet aerodynamisk udstyr. De mest almindelige for- og bagvinger , der presser henholdsvis front og bag på bilen til vejen. Først, i 1968-1969, blev vingerne fastgjort direkte til ophænget på høje stativer og var udstyret med mekaniseringsudstyr, men upålideligheden af sådanne strukturer ( vibrationer blev overført direkte til vingen) førte til flere alvorlige ulykker, efter hvor vingerne var begrænset i størrelse, design og fastgørelsesmetode til kroppen [11] [12] .
I 1977 introducerede Lotus -teamet en ny løsning - jordeffekten, som består i at begrænse luftadgangen under bunden gennem en speciel skrogform og beskyttende elastiske skørter på siderne. Denne løsning kom til Nordamerika allerede det næste år, på Chapparal maskiner . I begyndelsen af 1980'erne undlod F1-biler forskærme, downforcen var så høj, at den beskadigede fælgene [13] og side - g -tvinger udmattede ryttere bevidstløse. Lille viden om jordeffekten førte til dens ustabile drift - maskinen svingede i et lodret plan. For at bekæmpe dette fænomen blev der brugt stivere affjedringsindstillinger, hvilket førte til en meget ubehagelig tur. Som følge heraf blev jordeffekten i Formel 1 i 1982 forbudt af sikkerhedsmæssige årsager – det krævede en strengt fast position af karrosseriet, som var umulig at sikre, når bilen hoppede over forhindringer og på en ujævn bane. I disse øjeblikke var der et gennembrud af luft under bunden, med fuldstændig forsvinden af downforce, adskillelse af bilen fra banen og dens ukontrollerede bevægelse (inklusive nærmer sig) i en lige linje, ind i hegnet. I CART varede jordeffekten længere, på grund af de ovale baners karakter, som ikke krævede kantstensangreb med den efterfølgende afvisning af bilen, og med en meget glattere overflade. Nu er jordeffekten i sin rene form forbudt næsten overalt, og downforce (hovedbidraget til monoposternes aerodynamik) skabes af en diffuser - et åbent tilspidset U-formet halvrør placeret bagerst i bunden, hvilket accelererer luft, der strømmer under den profilerede bund ( Venturi-effekt ). Brugen af jordeffekten anses dog stadig for at være en lovende løsning, forudsat at den implementeres på et nyt teknisk niveau. Dette ville bidrage til at sikre større aerodynamisk stabilitet af biler, når de jagter en modstander - den høje aerodynamiske belastning af monoposter genererer et højt niveau af aerodynamiske forstyrrelser, hvilket fører til umuligheden af tæt forfølgelse og overhaling. Siden 2018 har Indycars igen gjort omfattende brug af jordeffekten [14] .
Åbne hjul er et vigtigt aerodynamisk element - de har en stor bredde, og deres øvre kant bevæger sig mod den modgående strøm. Som et resultat producerer de alvorlige luftturbulenser, som i høj grad forringer bilens aerodynamiske effektivitet (modstandskoefficient når 0,65-0,85 [ 15] ) og kan derfor ikke sammenlignes med sportsprototyper , hvor hjulene er lukkede (modstandskoefficient). 0, 3-0,4). Forskellige forsøg på at lukke hjulene fra den modgående strøm undertrykkes af de regulerende myndigheder.
Laveffekt monoposts, såvel som sprintbiler (bruges til racing på snavs-ovaler) har muligvis ikke aerodynamiske elementer overhovedet - de udvikler hastigheder er ikke så høje, mekanisk greb er fuldstændig leveret af dæk (i tilfælde af sprintbiler, meget bred).
Monopælens krop har et minimumstværsnit for kun at dække piloten. Siden 1962 har Lotus F1 Team (model 25) vedtaget et nyt skrogdesign ved hjælp af monocoques , stive rumlige strukturer, der er mere modstandsdygtige over for vridning og stød. Samtidig ændrede rytteren stilling i cockpittet – han sad ikke længere mere eller mindre lige, men indtog en nærmest tilbagelænet stilling. Dette reducerede ikke kun modstand, men forbedrede også overbelastningstolerance [16] . I første halvdel af 1980'erne dukkede kulfiber monocoques op i Formel 1 , som derefter spredte sig bredt til alle andre serier. Et cockpit er placeret i monocoque - et åbent cockpit (selvom der er gjort forskellige forsøg og fortsat gøres på at lukke piloten [17] , og ved brug af rørformede rumlige rammer er piloten placeret i en speciel sikkerhedskapsel ( rullebur )). Umiddelbart bag cockpittet er der en sikkerhedsbue , designet til at tage slag, når bilen vælter, ofte er buen integreret i det øvre luftindtag placeret over pilotens hoved for at give motoren en uforstyrret luftstrøm, såvel som dynamisk. motorforstærkning [18] . De forreste affjedring og de forreste aerodynamiske elementer er fastgjort til monocoque foran, motoren, som gearkassen er fastgjort til, bagtil, og bagophænget og de aerodynamiske elementer bagtil. Kraftværket er dog ikke altid inkluderet i karrosseriets kraftstruktur, der findes også muligheder med en motor i rammen, som baghjulsophænget og aerodynamiske elementer er fastgjort til. Siden 1970 har Lotus F1-teamet placeret radiatorer i sidepontonerne , hvilket gjorde det muligt at give bilens næse den mest aerodynamisk effektive form, i tilfælde af jordeffekt er motorens luftindtag også placeret der, hvilket muliggør bagvingen til at arbejde i en uforstyrret luftstrøm. Roadstere med frontmotor , der bruges i amerikanske mesterskaber, har et asymmetrisk design, forårsaget af egenskaberne ved ovalt racerløb, med sving kun til venstre - især er nogle eller alle enheder forskudt til bagbord side for at kompensere for asymmetriske dækbelastninger.
Kørslen, uanset placeringen af motoren, foregik oftest bagud, selvom der i Indycar-serien var forsøg på at bruge forhjulstrukne biler (for at reducere tyngdepunktet ), og der blev brugt firehjulstræk. i både Indycar og Formel 1. Gearskift er altid manuelt, men i sidstnævnte. Samtidig blev , med omskifterknapper på rattet og skifteskiftere [19]i 1989sekventielle semi-automatiske gearkasser .
Åbenhjulede biler har typisk den letteste vægt af enhver racerbil i deres præstationsklasse og den højeste kraftkoncentration blandt biler af deres vægt. Masserne af monoposter er i intervallet 455-700 kg , og kraften kan nå og overstige 1.000 hestekræfter . Dette, sammen med den høje aerodynamik, gør dem til de mest i stand til at accelerere sving og gør dem til de hurtigste af enhver racerbil.
Prototyper adskiller sig i princippet kun i lukkede hjul, og derfor kan de teoretisk også opnå en sådan dynamisk ydeevne, men i øjeblikket bruges sådanne biler kun i udholdenhedsløb , og kan derfor ikke sammenlignes med monoposter i fart [20] . Samtidig er det muligt at bygge en prototype fra en monopost ved at installere en letvægts krop, der dækker hjulene på den - sådan blev Can-Am prototyper bygget i anden halvdel af 70'erne.
De høje dynamiske egenskaber ved monoposter stiller øgede krav til den fysiske træning af piloter. En bil med åbne hjul giver også en lille fordel, da det er lettere for piloten at bygge en bevægelsesbane på grund af det faktum, at han kan se bilens hjul. Derudover kræver pilotering mere omhu, monoposter er praktisk talt ude af stand til at bære kontakter uden skader, og hjul-til-hjul-kontakt er meget farlig på grund af det faktum, at en af bilerne kan lette og vælte.
Racers med åbent hjul kan bygge dem selv (som i Formel 1-verdensmesterskabet), eller de kan købe fra en tredjepartsproducent (i de fleste andre tilfælde). Moderne producenter af monoposter:
Åbenhjulede biler bruges næsten udelukkende i racerløb på asfalterede baner - stationære, midlertidige eller ovale baner. Sprintbiler og midjets bruges i væddeløb på korte askebaner. Også udelukket fra andre serier kan monoposter bruges i bakkeklatringskonkurrencer .