Конструктор за 10 миллионов

Электрон столь же неисчерпаем, как и атом
В. И. Ленин

Из чего состоит автомобиль Формулы-1? Казалось бы, ответ на этот вопрос очевиден - двигатель, коробка передач, монокок и так далее. Именно членение конструкции на отдельные агрегаты позволяет механикам в случае необходимости буквально за час разобрать или собрать из этого «конструктора» сверхсложный автомобиль. А что если попытаться продвинуться чуть дальше - разобрать машину, что называется, по винтикам (хотя, конечно, все же не до атомов и электронов, о которых говорил бессмертный классик марксизма). Причем сделать это не так, как иногда удается гонщикам во время Гран При, разбив автомобиль вдребезги, а с помощью отверток и гаечных ключей.
Такую возможность подарили нам инженеры BAR. Машина за пару часов «рассыпалась» на сотню узлов, агрегатов и отдельных деталей. Большинство из них, впрочем, можно разбирать и дальше, ведь автомобиль Ф-1 состоит примерно из двух тысяч элементов. Но в этом случае, во-первых, соперники узнают немало интересных подробностей о BAR 004 образца 2002 года, а во-вторых, описание в стиле «номера с 386 по 407 -болты крепежные, М12» не назовешь слишком увлекательным. Итак, вот из чего состоит автомобиль Формулы-1 в «среднем приближении»:

1. Носовой обтекатель и переднее антикрыло – 7,5 кг

Эти не слишком сложные на первый взгляд детали выполняют несколько совершенно разных задач. Прежде всего, это передача прижимной силы на передний мост и создание правильной аэродинамической «картины» под днищем. Но не стоит забывать, что именно «нос» первым принимает удар при лобовом столкновении. Носовой обтекатель должен выдерживать статическую нагрузку в 4 тонны и полностью поглощать энергию лобового столкновения на скорости 50.4 км/ч.

2. Монокок - 50 кг
Фактически, именно монокок является «кузовом» автомобиля Ф-1, именно по его номеру идентифицируется шасси. Невероятно жесткий и прочный для своего веса, он обеспечивает основную защиту гонщика. Монокок проходит испытания на боковой удар со скоростью 36 км/ч и статическую нагрузку на дугу безопасности в 6 тонн в продольном и 9 тонн - в вертикальном направлении.

3. Зеркало заднего вида - 2x0,05 кг
Предполагается, что в двух крошечных зеркалах (размером 5x15 см и с закруглениями по краям радиусом не меньше 1 см) гонщик сможет увидеть, что происходит на трассе позади него. На практике при скорости за 300 км/ч и жуткой тряске разглядеть там что-нибудь весьма непросто.

4. Двигатель Honda V10 - 98 кг
«Сердце» машины, которое, кроме того, служит и продолжением ее «позвоночника». Десять цилиндров, три литра рабочего объема, более 800 лошадиных сил и примерно 40-50 литров топлива на 100 км. Блок цилиндров отлит из алюминиевого сплава, коленвал стальной, шатуны из титана. За минуту может выдать свыше 18 000 оборотов.

5. Выхлопные коллекторы - 2x3.5 кг
Температура выхлопных газов около тысячи градусов, и чтобы они ненароком не прожгли капот двигателя, заднюю подвеску или антикрыло, их отводят с помощью выхлопной системы. Только от теплового расширения выхлопные трубы увеличиваются в диаметре примерно на сантиметр, и они же могут добавить двигателю 12-15 л.с., если сконструированы удачно.

6. Гидравлическая платформа - 7 кг
Фразу «сошел из-за отказа гидравлики» можно встретить в пресс-релизах команд столь часто, что порой складывается впечатление, будто гоночные автомобили по меньшей мере наполовину состоят из жидкости. Узел этот крайне важен, поскольку его выход из строя мгновенно лишает жизни коробку передач и сцепление.

7. Сцепление - 5 кг
Углепластиковые диски сцепления, применяемые в Ф-1, производятся компаниями АР Racing и Sachs (особняком до последнего времени стоял лишь Arrows, где предпочитали производить этот узел самостоятельно). На автомобилях BAR используется трехдисковое сцепление АР Racing.

8. Коробка передач - 40 кг

Семиступенчатая (не считая задней передачи) секвентальная полуавтоматическая коробка BAR изготавливается командой самостоятельно.

9. Задний демпфер - 4 кг
Является продолжением КП и защищает автомобиль от ударов сзади. Сминаясь, демпфер должен полностью поглощать энергию удара на скорости 43.2 км/ч и выдерживать статическую горизонтальную нагрузку в 4 тонны. В задней части закреплен сигнальный фонарь.

10. Заднее антикрыло -11 кг
С 2001 года может включать лишь три аэродинамические плоскости, в то время как раньше их число порой переваливало за десяток. На скоростях порядка 300 км/ч антикрыло обеспечивает прижимную силу около 500 кг. На ГП США механики Williams установили своеобразный рекорд, поменяв крыло за полторы минуты - обычно на эту операцию уходит не менее трех-четырех минут.

11. Топливный бак - 7 кг
Бак бурдючного типа располагается позади сиденья пилота. Внутри прочного корпуса из композиционного материала помещается герметичный мешок. Компания ATL производит баки индивидуально для каждой команды. В случае с BAR его обьем - 100 литров. Два больших отверстия, расположенных в верхней части, предназначены для дозаправки. В зависимости от того, с какой стороны предстоит заправлять автомобиль, на каждой трассе одно из отверстий заделывают.

12. Подголовник - 0,5 кг
Служит не только для опоры головы, но и выполняет защитные функции, охватывая шею гонщика с боков. Введен после аварии Карла Вендлингера на тренировке ГП Монако ’94, когда австриец ударился головой о водоналивной отбойник. Зрители теперь могут видеть лишь макушку шлема, зато гонщики получили еще одну степень защиты. Легкосъемный «воротник» также должен содержать площадку, в которую упирается голова спортсмена. Ее толщина составляет от 75 до 90 мм, а площадь - не менее 400 см2.

13. Рулевое колесо – 1,3 кг
«Нервный центр» автомобиля. В последние годы все больше управляющих элементов перебирается на рулевое колесо. Гонщик может занять свое место в кокпите или покинуть его, только если руль снят. Причем снят быстро - по правилам пилот должен успеть вылезти из автомобиля и поставить руль на место за 10 секунд.

14. Воздуховод радиатора - 1,5 кг
Очень легкие углепластиковые короба, по которым воздух из воздухозаборника достигает радиаторов. Для увеличения площади охлаждаемой поверхности радиатор устанавливают диагонально относительно оси машины. Иногда, на особенно пыльных или грязных трассах, на входе воздуховода специально ставят защитную решетку.

15. Капот двигателя – 5,5 кг
Несмотря на внушительные габариты, он очень легок. Капот - наиболее выгодная с точки зрения рекламодателя поверхность автомобиля. Размещение логотипа здесь может стоить до нескольких десятков миллионов евро. В BAR капот является единой деталью с обтекателями боковых воздухозаборников - такое решение редко используют в Ф-1. «Горб» капота конструкторы пытаются сделать как можно менее объемным, чтобы не возмущать аэродинамическую картину перед задним антикрылом. «Крылышки» на понтонах создают дополнительную прижимную силу.

16. Сиденье пилота – 2,4 кг
Эта деталь гоночного автомобиля является уникальной - даже у двух пилотов одной команды сиденья разные. Изготовляются они исключительно «по фигуре» (точнее, по той ее части, которая контактирует с сиденьем) конкретного гонщика. Чтобы выполнить эту операцию как можно точнее, пилоту приходится садиться в специальную форму, заполненную пенистой массой. Застывая, эта масса и формирует отливку для будущего сиденья.

17. Дефлектор - 2x0,5 кг
Предназначены для упорядочения воздушного потока перед боковым воздухозаборником. Размеры и форма дефлекторов достаточно сильно варьируется от команды к команде, и даже от гонки к гонке.

18. Нижний треугольник передней подвески - 2x1,4 кг

19. Верхний треугольник передней подвески - 2x1,4 кг

20. Толкающий рычаг передней подвески - 2x0,7 кг
Подвеска автомобиля Ф-1 - пример изящной простоты. Трехрычажная схема уже не первый десяток лет верой и правдой служит автоспорту. Рычаги изготавливаются из углепластика и титана. Для уменьшения сопротивления им придается обтекаемая форма. Согласно правилам, подвеска должна иметь нерегулируемую геометрию, а колесу дозволено перемещаться лишь в вертикальной плоскости.

21. Воздухозаборник тормозов - 4x0,22 кг
Рабочая температура тормозных дисков - 800-900 °С, а в пиковые моменты колодки и диски нагреваются почти до полутора тысяч градусов. Если их не охлаждать, последствия могут быть самыми печальными. В поисках оптимальной формы этих небольших элементов конструкторы проявляют немало фантазии.

22. Рулевой механизм - 2 кг
У гонщика нет времени перехватывать руль даже в самых крутых «шпильках», поэтому ход колеса от упора до упора невелик, для BAR 004 он составляет всего 108°. Предельный же угол поворота колес меняется в зависимости от характера трассы - в Монако он максимален, а на скоростных трассах, вроде Монцы, - минимален. Рулевой механизм BAR оснащен гидроусилителем производства компании Rack&Pinion - поскольку колеса широкие, поворачивать их так же трудно, как на микроавтобусе весом в две тонны.

23. Амортизатор передней подвески - 2x0,6 кг
Связывает рычаги подвески с кузовом автомобиля. Гоночный амортизатор гораздо жестче тех, что стоят на дорожных машинах, - ведь дорожный просвет автомобиля Ф-1 очень мал.

24. Нижний треугольник задней подвески - 2x1,4 кг

25. Верхний треугольник задней подвески - 2x1,4 кг

26. Толкающий рычаг задней подвески - 2x0,7 кг

27. Вспомогательный рычаг задней подвески - 2x0,7 кг
Подвеска задней оси отличается от передней наличием еще одного рычага. В отличие от толкающего рычага, у которого точка крепления к корпусу находится выше точки крепления к колесу, вспомогательный рычаг идет от колеса «вниз» и крепится к самой нижней точке КП. Его введение обусловлено тем, что задняя часть машины намного тяжелее передней, и три рычага не выдержали бы такую нагрузку.

28. Приводной вал - 2x25 кг
Связывает главную передачу с колесами. Изготавливается из сверхпрочного сплава и обладает невероятной жесткостью на кручение. И все же, как правило, срок службы этой детали не превышает гоночного уик-энда.

29. Тормозной диск - 4x1,8 кг

30. Тормозной суппорт - 2x2,4 кг
Редкий случай, когда команды не связывают себя контрактом с какой-то одной фирмой, а оставляют за собой свободу выбора между продукцией АР Racing, Hitco, Brembo и Carbon Industrie. Максимальная толщина диска - 28 мм, диаметр - 278 мм. Суппорт должен быть изготовлен из алюминиевого сплава и иметь не более шести поршеньков цилиндрического сечения. На каждом колесе не может быть более одного диска и одного суппорта.

31. Колесный диск с шиной - 2x11,8 + 2x13,0 кг
В BAR используют диски OZ и покрышки Bridgestone. Глядя на то, с какой легкостью механики перебрасывают колеса во время пит-стопа, как-то забываешь о том, что каждое из них весит больше 11 килограммов. Диски изготавливаются из магниевого сплава и отрабатывают по 4-5 Гран При. Шины редко выдерживают даже две трети дистанции гонки. Лишь в исключительных случаях пилотам удается начать гонку и пересечь линию финиша на одних и тех же покрышках.

32. Водяной радиатор - 3,3 кг

Для охлаждения двигателя используется вода - ее теплоотводящие свойства вполне устраивают инженеров-двигателистов Ф-1. Горячая вода от двигателя поступает в радиатор, установленный в боковом понтоне, где и охлаждается струей набегающего воздуха. По правилам FIA водопроводящие трубки не могут проходить через кокпит. Более того, если возникнет утечка, жидкость также не должна скапливаться внутри кокпита. Давление в системе охлаждения не может превышать определенной величины.

33. Масляный бак - 1,5 кг
Масло должно сводить на нет всякое трение, непременно покрывать тонкой пленкой все детали двигатепя и великолепно отводить тепло. Однако чаще про масло вспоминают по другому поводу - когда очередной взорвавшийся двигатель заливает им всю трассу. Бак должен располагаться между осью передних колес и передним торцом КП и не выходить за контуры кокпита при взгляде спереди. BAR использует масло Nisseki.

34. Главный электрический кабель -1 кг
Расположен с внешней стороны верхнего воздухозаборника (но под капотом двигателя). Именно внутри этого электронного «хомута» проходят жгуты проводов, соединяющие рабочее место пилота с системами управления мотора, коробки передач и другими агрегатами автомобиля.

35. Верхний воздухозаборник и воздушный фильтр - 1,5 кг
Первый «ловит» воздушный поток над головой гонщика и направляет его в систему питания двигателя. Второй очищает этот поток от посторонних частиц. Форма воздухозаборника самым существенным образом влияет на характеристики двигателя. Ведь наддув в современной Ф-1 запрещен.

36. Электропроводка - 5 кг

«Нервы» гоночного автомобиля. Машина Ф-1 - это компьютер на колесах. Трудно сосчитать, сколько датчиков установлено на разных агрегатах, но они исчисляются сотнями. И каждый по несколько раз в секунду выдает те или иные сигналы и отправляет его «по инстанции». А точнее - по проводам, объединяющим все приборы и агрегаты, от руля до двигателя, в единую систему.

37. Система огнетушения - 4,7 кг
Как правило, расположена под ногами пилота. Сопла выведены как в кокпит, так и в моторный отсек. Включить ее можно как из кокпита, так и снаружи - тумблер отмечен большой буквой «Е». Каждый огнетушитель должен выпустить 95% содержимого за время от 10 до 30 секунд и сохранять работоспособность в перевернутом состоянии.

38. Масляный радиатор - 3,5 кг
Состоит из двух частей. В одной охлаждается масло из двигателя, в другой - из коробки передач. Площадь первой части значительно больше второй. Между собой «моторное» и «трансмиссионное» масла не смешиваются.

39. Доска скольжения - 4 кг

Появилась в Ф-1 в середине 1994 года как средство контроля минимального дорожного просвета. В центре внимания эта деталь оказалась после бельгийского Гран При того же года - сточенную на полтора миллиметра после вылета на бордюр доску тогда посчитали достаточным условием для дисквалификации Михаэля Шумахера. Нижняя поверхность доски скольжения принята в качестве базовой - от нее отсчитывают все вертикальные размеры автомобиля.

40. Днище с диффузором - 5 кг+10 кг+балласт
Днище и диффузор - одни из наиболее «актуальных» в последние годы элементов аэродинамики. Они обеспечивают до 40% общей прижимной силы. Днище в районе топливного бака должно выдерживать статическую нагрузку в тонну с четвертью. В последнее время балласт стали крепить непосредственно к днищу. И при изменении развесовки автомобиля меняют не положение балласта, а днище целиком.

41. Передняя часть днища - 0,7 кг
По правилам «киль» не может - как бы того ни хотелось инженерам-аэродинамикам - иметь заостренный край и «рассекать» им поток. Радиус «лезвия» не может быть меньше 50 (±2) мм. «Киль» (точнее, та его часть, которая лежит в базовой плоскости) не должен выступать дальше линии, расположенной в 330 мм позади оси передних колес.

42. Блок управления двигателем - 0,3 кг
Об этой небольшой коробочке известно немного. Но сбой в ее работе мгновенно превращает двигатель в бесполезный кусок металла.

43. Аккумулятор - 0,25 кг
Поскольку автомобили Ф-1 не оснащены генератором - никто не позволит отбирать у мотора лошадиные силы - то источник электричества приходится возить с собой. Впрочем, на гонку хватает и небольшой батареи. Согласно правилам, общая энергия, запасенная на борту автомобиля, не должна превышать 300 кДж, причем не более 20 кДж из этого количества может приходиться на мощные (свыше 2 кВт) источники.

44. Рулевая колонка - 0,5 кг
Эта несложная на первый взгляд деталь проходит тщательные испытания на безопасность. В ее конструкции предусмотрена секция, которая должна сминаться при ударе. Груз весом 8 кг, врезаясь в колонку с установленным рулевым колесом на скорости 7 м/с, не должен испытывать перегрузки более 80g в промежуток времени более 3 мс.

45. Педальный узел тормозной системы -1 кг

Гонщик жмет на педаль (в BAR - левой ногой, как на карте), и автомобиль замедляется. Причем замедление происходит исключительно благодаря физической силе пилота - гидросистема передает давление непосредственно на поршеньки, которые прижимают колодки к диску. Тормозная система имеет два независимых контура для передних и задних колес.

46. Педальный узел акселератора - 1 кг
Акселератор в Ф-1 электронный. От педального узла идут два провода. Электроника определяет, чего хочет пилот от двигателя и старается максимально точно выполнить его желание, учитывая реальные возможности техники. Ход педали «газа» совсем невелик - всего лишь около 5 см от упора до упора.

47. Колесная гайка - 0,14 кг
Казалось бы, что сложного в этой детали? Однако в 1993 году команда Williams регулярно уступала соперникам по несколько секунд на каждом пит-стопе из-за того, что узел крепления колес был спроектирован не лучшим образом. В Ф-1 важно все - от сверхсложного программного обеспечения до простейшего винтика. Ведь даже если двигатель невероятно мощен, аэродинамика совершенна, а шины - великолепны, автомобиль все равно может остановиться на обочине, если не выдержит одна лишь колесная гайка.