A nyitott kerekű autó ( monopost , single car ) a versenyautó típusa , amely egyetlen [1] autó, amelynek kerekei a karosszériából eltávolítottak . Ez a típus, amely a 20. század elején jelent meg , mára az egyik legelterjedtebb versenyautó típus.
Ennek a típusnak két elnevezése is jelzi a formai jellemzőit - Amerikában a nyitott kerekű autó elnevezés honosodott meg - nyitott kerekű autó , míg Európában az együléses kialakítást jelzik - monopost ( angol single seter , német monoposto , olasz monoposto , cseh monopost ). Amerikában az ilyen autókra vonatkozó műszaki követelményeket speciális dokumentumokra, úgynevezett "képletekre" kezdték redukálni. Fokozatosan a "formula" szó kezdett megjelenni a legtöbb bajnokság és monopost-sorozat nevében, kezdve a Forma 1 -től , -2 -től és -3 -tól, ami okot adott arra, hogy az ilyen versenyeket "formula típusú versenyeknek" nevezzük. Oroszországban a "képlet" szót egyre gyakrabban alkalmazzák magukra az ilyen versenyeken részt vevő gépekre. Nyugat-Európában is egyre elterjedtebb a képletautó kifejezés.
Az első ilyen típusú autók a 20. század elején jelentek meg az USA -ban, és eleinte egyáltalán nem együlésesek voltak, a versenyen egy szerelő vett részt a sofőrrel , mivel a távolságok hosszúak voltak és a megbízhatóság az autók alacsonyak voltak. Fokozatosan a versenyek viszonylag rövid hosszúságú zárt pályákra költöztek , és az autók megbízhatósága nőtt, ezt követően a szerelő az út szélére , majd később egy speciális karbantartási területre költözött. A „nagy autókon” való versenyzés eredményei egy speciális eltolásba kezdtek, amelyet az Amerikai Automobil Szövetség tartott. Így született meg az első bajnokság . A műszaki követelményeket speciális dokumentumokra, úgynevezett "képletekre" kezdték redukálni.
Európában a 20-as években kezdték el versenyezni a nyitott kerekű autókkal. Az új autókat monopostoknak hívták, és elkezdtek részt venni a rangos Grand Prix versenyeken . 1930 óta egyes nagydíjak eredményeit az AIACR elkezdte külön eltolásban rögzíteni, létrehozva egy személyes Európa-bajnokságot , és 1946-ban létrehozták az FIA -t , amely meghatározta a monopostok fő osztályait - Forma 1, -2 és -3. 1950- ben rendezték meg a világbajnokságot , amelyet évente F1-es autókon rendeztek meg (az 1952-53-as ritka kivétellel, amikor F2-es autókon rendezték meg).
A név szerint az autók kerekeinek a hajótesten kívül kell lenniük. Voltak azonban kivételek – 1954-ben a Mercedes F1-es csapata , kihasználva a szabályozás kiskapuit, egyes versenyekre, többnyire nagysebességűekre, könnyű karosszériával borított kerekű autókat rakott ki. A jövőben az F1 szabályzatát felülvizsgálták, hogy kizárják az ilyen eseteket.
A karosszérián kívül néhány felfüggesztési elem is található . Most egy dupla lengőkarról van szó, toló- vagy húzórúddal (tolórúd és húzórúd).
A kerekek száma általában nem haladja meg a 4-et, bár előfordult már 6 kerekű autó használatára is – ez először 1948-ban jelent meg az AAA National Championshipben , 1976-ban a Tyrrell F1 csapata is bemutatott egy autót hat kerékkel, azonban a Williams F1-es csapatának 1982-ben egy hatkerekű autóval tett kísérlete eltiltást kapott. Azóta minden nyitott kerekű autóban legfeljebb négy [2] van .
A kerekek karosszérián kívüli elhelyezkedése viszonylag egyszerűvé teszi a fékrendszerek hűtőlevegő-ellátásának (valamint a felmelegített levegő eltávolításának) megszervezését, ami a hatékonyságuk növekedéséhez vezet.
A motor hosszú ideig a motoros előtt volt, a hátsó tengelyt egy kardántengely segítségével hajtotta , így vagy úgy, hogy áthaladt a fülkén. Az 1920-as években más motorelrendezést javasoltak – a fülke mögött, de a tengelytávon belül. Benz & Cie . szemmel a Rumpler Tropfenwagen autómodellre , és fémbe valósítva az 1923-as Benz-Tropfenwagen modellre. Ezt követően ezt a sémát az Auto Union versenyautókra fejlesztették ki, ahol a vezető szerepet a korábban a Benz & Cie- nél dolgozó vezetők és tervezők kapták. [3] [4] [5] [6] . A második világháború azonban felfüggesztette fejlődését, és a háború után egy ideig nem használták. Ismét ezt a rendszert alkalmazták már az 1950-es években. Ashley Cooper. 1961-ben a középmotoros autók debütáltak az Egyesült Államokban, 1965-ben megnyerték az Indy 500 -at , és azóta a hátsó motoros elrendezés a nyitott kerekű autók szabványává vált, kivéve a versenyzésre használt sprint autókat . piszok ovális .
Maguk a motorok szinte kizárólag négyütemű dugattyús Otto ciklusúak , szívó vagy feltöltött . A versenyzés fennállásának első éveiben a motorok teljesen atmoszférikusak voltak, néha hatalmas , akár 20-30 literes lökettérfogatot is elértek. Az első világháború után, amikor a mechanikus kompresszorokat tesztelték , amelyeket maga a motor hajtott, majd a versenypályákra költözve jelentősen, 1,5-2 literre csökkentek a munkatérfogatban (és ezzel a tömegben) Európában, és 3 liter Észak-Amerikában. A második világháború alatt a motorgyártók elsajátították a kipufogógáz- turbinákkal hajtott turbófeltöltők gyártását , de nem jutottak azonnal a versenypályákra. A turbófeltöltőknek turbólaguk volt - késleltetett felpörgés, amikor a motor üzemmódjai megváltoztak, ami megnehezítette a vezérlésüket, csökkentette a megbízhatóságukat. A forgó szívómotorokat ismét széles körben használják. A motorgyártók azonban megbirkóztak a turbolággal, először az Egyesült Államokban, ahol az ovális versenyek nem támasztottak nagy követelményeket a motor reakciójával szemben , majd Európában - 1977 óta a Renault csapat aktívan kezdte használni a turbófeltöltőket, amelyek eleinte megbízhatatlanok voltak. De aztán többek között a turbókompresszoros motoroknak köszönhetően először csapatban ( 1982 -ben a Ferrari csapatánál), majd egyéni versenyben ( 1983 -ban a Brabham csapatánál BMW motorokkal) szerezte meg a címet. ezzel megkezdődött a Forma-1-ben az úgynevezett "turbókorszak", amely egészen az évtized végéig tartott, amikor a turbófeltöltést betiltották a biztonság javításáért és a csapatok részvételi költségeinek csökkentéséért folytatott küzdelem részeként [7] . Észak-Amerikában a CART létezésének legvégéig, 2008-ig turbómotorokat használt. A 21. század elején a technológia fejlődése és az emelkedő olajárak hatására megnőtt a kereslet a turbófeltöltős motorok iránt, amelyek olcsóbbak és üzemanyag-hatékonyabbak voltak, mint korábbi modellek.
Az amerikai bajnokságban dízelmotorokkal végeztek kísérleteket (a hosszú ovális versenyek a szűk működési tartományukkal és alacsonyabb fajlagos üzemanyag-fogyasztásukkal rendelkező dízeleket kedvelik ), Fred Agabashian még az 1952-es Indy 500 -on is pole pozíciót szerzett [8] . Amerikában és Európában is történtek kísérletek gázturbinák használatára. Ugyanakkor, ha a turbina minden pozitív tulajdonságát demonstrálta az amerikai oválisokon - a turbinás autó majdnem megnyerte az 1967-es Indy 500-at, ami után a turbinát betiltották -, akkor az európai útvonalakon gyakori gyorsítással és lassítással a turbó késése kiderült. hogy kiküszöbölhetetlen hátránya legyen [9] .
Az üzemanyagot sokáig (a Forma-1-ben 1958-ig [10] ) semmilyen módon nem szabályozták, ami összetett alkoholkeverékek alkalmazásához vezetett, amelyek néha annyira mérgezőek, hogy a minősítés végén teljes leürítésre volt szükség, különben a következő napon a motor reménytelenül megsérült. Az ilyen keverékeket azonban általánosan betiltották, átadva a helyét a "kereskedelmi" benzinnek (azt feltételezték, hogy a 100-as oktánszámú benzin megtalálható a kereskedelmi forgalomban), amelyhez bizonyos mennyiségű adalékanyag (legfeljebb 1%) megengedett. . Az USA-ban a benzin az 1960-as években átadta helyét a kevésbé robbanásveszélyes metanolnak , majd a 2000-es években a környezetbarátságért és a biztonságért való küzdelem részeként etanolra cserélték (a metanol szinte színtelen lánggal ég, ezért a tűz oltása egy tűzoltógéppel is elkezdhető késleltetés ).
A kiegészítő energiaforrások a 90-es évek végén kerültek napirendre, amikor az F1-es McLaren csapata elkezdte fejleszteni a fékenergia-visszanyerést , de az FIA gyorsan betiltotta, de tíz évvel később a technológia és a benzinárak emelkedése miatt újra engedélyezték az ilyen rendszereket. bár használatuk magas költségük miatt csak a legfelső szintű sorozatokra korlátozódik, mint például az F1.
2012-ben létrehozták a teljesen elektromos nyitott kerekű autók első sorozatát, a Formula E -t , az első versenyszezont 2014-ben. A legmodernebb technológiák alkalmazása ellenére az új monopostok energetikai jellemzői még mindig messze elmaradnak a legfelső szintű sorozatokétól, az ifjúsági "képletek" szintjén.
A 20. század elején az aerodinamika nem nagyon foglalkoztatta a sorozatgyártású autók tervezőit, akik még nem fejlesztettek ki nagy sebességet. Az akkori versenytervek már olyan sebességet értek el, amelynél észrevehetővé vált az autó karosszériája körüli légáramlás természetének hatása, azonban tervezőiknek meglehetősen homályos elképzelésük volt az aerodinamikáról: például a karosszéria adott volt. szivar alakú kontúrokat, majd egy teljesen nyitott szögletes keretre szerelték fel , ami csökkentette az ilyen test áramvonalasítása miatt elért teljes hatást.
Az első világháború lendületet adott az aerodinamikai kutatásoknak, és az 1920-as években a Grand Prix versenyzés újraindulásával néhány mérnök (például Ferdinand Porsche) úgy döntött, hogy könnycsepp alakú, zárt kerekű, szép karosszériát használnak. Eközben a korszak versenyautóinak nagy része még nyitott kerekekkel rendelkezett. Alkotóik egy téves előfeltevésből indultak ki – úgy gondolták, hogy a nyitott kerekű autó elülső területének ( középső részének ) csökkenése miatti légellenállás-csökkenés jelentősebb lehet, mint az az előnye, hogy észrevehetően nagy a középső területe. egy karosszéria, amely áramvonalasításban teljesen lefedi az alvázat. A további kutatások ezzel ellentétes képet mutattak - az ötvenes évek elejére világossá vált, hogy a testforma aerodinamikai tökéletessége sokkal fontosabb, mint a homlokfelület mérete. Ezt követően végre egy külön osztályban kiemelkednek a nyitott kerekű autók, a futóművet teljesen lefedő karosszériákat pedig főleg rekord versenyautókkal szállítják, melyeket nem egymással versenyeznek, hanem abszolút értékben a legjobb sebességi jellemzőket érik el.
Az 1950-es évek közepe - 1960-as évek óta a versenyautók megalkotásakor egyre inkább figyelembe vették az aerodinamikai követelményeket, a tervezők nemcsak a légellenállás csökkentését, mint korábban, hanem a leszorítóerő növekedését is igyekeznek elérni - a könnyű autók nem tudták megvalósítani . motorjaik teljes teljesítményét a kanyarokban való megcsúszás miatt. A monopostok elkezdenek beszerezni egyik vagy másik aerodinamikai eszközt. A leggyakoribb első és hátsó szárnyak , amelyek az autó elejét és hátulját nyomják az útra, ill. Eleinte, 1968-1969-ben a szárnyakat közvetlenül a felfüggesztésre rögzítették magas állványokon, és gépesítő berendezéssel szerelték fel, azonban az ilyen szerkezetek megbízhatatlansága (a rezgések közvetlenül a szárnyra közvetítettek) több súlyos balesethez vezetett. amelyeket a szárnyak mérete, kialakítása és a testhez való rögzítés módja korlátozott [11] [12] .
1977-ben a Lotus csapata bevezetett egy új megoldást - a talajhatást, amely a levegő bejutásának korlátozásából áll az alja alatt, speciális hajótestforma és oldalsó rugalmas védőszoknyák révén. Ez a megoldás már a következő évben megérkezett Észak-Amerikába, a Chapparal gépeken . Az 1980-as évek elejére az F1-es autók elhagyták az első sárvédőket, a leszorítóerő olyan nagy volt, hogy megsérült a felnik [13] , az oldalsó g -erők pedig eszméletlen állapotban kimerítették a versenyzőket. A talajhatás csekély ismerete instabil működéséhez vezetett - a gép függőleges síkban oszcillált. A jelenség leküzdésére merevebb felfüggesztési beállításokat alkalmaztak, ami nagyon kényelmetlen utazáshoz vezetett. Ennek eredményeként 1982-ben biztonsági okokból betiltották a talajhatást a Forma-1-ben - szigorúan rögzített karosszériahelyzetet igényelt, amelyet lehetetlen volt biztosítani, amikor az autó átugrott az akadályokon és egyenetlen pályán. Ezekben a pillanatokban a levegő áttörése következett be a fenék alatt, a leszorítóerő teljes megszűnésével, az autó leválasztásával a pályáról és ellenőrizetlen mozgásával (beleértve a közeledését is) egyenes vonalban, a kerítésekbe. A CART-ban a talajhatás tovább tartott, az ovális pályák jellegéből adódóan, ami nem igényelt járdaszegélytámadást az autó későbbi felpattanásával, és sokkal simább felülettel. Most a talajhatás tiszta formájában szinte mindenhol tilos, és a leszorítóerőt (a fő hozzájárulás a monooszlopok aerodinamikájához) egy diffúzor hozza létre - egy nyitott, elkeskenyedő U-alakú félcső, amely a fenék hátsó részén található, és felgyorsítja a a profilozott fenék alatt áramló levegő ( Venturi-effektus ). A talajhatás alkalmazása azonban továbbra is ígéretes megoldásnak számít, feltéve, hogy új technikai szinten valósul meg. Ez elősegítené az autók nagyobb aerodinamikai stabilitását az ellenfél üldözése során – az egyoszlopok nagy aerodinamikai terhelése magas szintű aerodinamikai zavarokat generál, ami lehetetlenné teszi a szoros üldözést és az előzést. 2018 óta az Indycarok ismét széles körben alkalmazzák a talajhatást [14] .
A nyitott kerekek fontos aerodinamikai elemek - nagy szélességük van, és felső szélük a szembejövő áramlás felé mozog. Emiatt komoly légturbulenciákat produkálnak, amelyek nagymértékben rontják az autó aerodinamikai hatásfokát (ellenállási együttható eléri a 0,65-0,85-öt [15] ), így nem hasonlíthatók össze a zárt kerekekkel rendelkező sportprototípusokkal (ellenállási együttható). 0, 3-0,4). A szabályozó hatóságok elnyomják a kerekek lezárására irányuló különféle kísérleteket a szembejövő áramlás elől.
A kis teljesítményű monooszlopok, valamint a sprint autók (a sprint oválokon való versenyzésnél) egyáltalán nem tartalmazhatnak aerodinamikai elemeket - fejlesztik a sebességet nem olyan nagyok, a mechanikus tapadást teljes mértékben a gumik biztosítják (sprint autóknál nagyon széles).
Az egyoszlop testének minimális keresztmetszete van, hogy csak a pilótát fedje le. 1962 óta a Lotus F1 Team (25-ös modell) egy új hajótest-kialakítást alkalmazott , amely monocoque -okat , merev térszerkezeteket használ, amelyek jobban ellenállnak a csavarodásnak és az ütéseknek. Ugyanakkor a versenyző megváltoztatta a pozícióját a pilótafülkében - már nem ült többé-kevésbé egyenesen, hanem szinte fekvő pozíciót vett fel. Ez nemcsak csökkentette a légellenállást, hanem javította a túlterheléstűrést is [16] . Az 1980 -as évek első felében a szénszálas monocoque-ok megjelentek a Forma-1 -ben, amelyek aztán széles körben elterjedtek az összes többi sorozatban. A monocoque-ban egy pilótafülke található - nyitott pilótafülke (bár számos kísérlet történt és történik a pilóta lezárására [17] , és cső alakú térbeli keretek használata esetén a pilóta egy speciális biztonsági kapszulában van elhelyezve ( bukóketrec )). Közvetlenül a pilótafülke mögött van egy biztonsági ív , amelyet úgy terveztek, hogy ütéseket vegyen fel, amikor az autó felborul, gyakran az ív a pilóta feje felett található felső légbeömlő nyílásba van integrálva , hogy zavartalan légáramlást biztosítson a motornak, valamint dinamikus. motor felhajtás [18] . Az első felfüggesztés és az első aerodinamikai elemek elöl a monocoque-hoz, hátul a motor, amelyre a váltó , illetve a hátsó felfüggesztés és a hátsó aerodinamikai elemek csatlakoznak. Az erőmű azonban nem mindig szerepel a karosszéria erőszerkezetében, léteznek olyan opciók is, amelyekben motor van a vázban, amelyhez a hátsó felfüggesztést és az aerodinamikai elemeket rögzítik. A Lotus F1 csapata 1970 óta radiátorokat helyez el az oldalpontonokba , ami lehetővé tette az autó orrának aerodinamikailag leghatékonyabb formáját, talajhatás esetén a motor légbeömlői is ott helyezkednek el, ami lehetővé teszi. a hátsó szárny zavartalan légáramlásban működjön. Az amerikai bajnokságokban használt első motoros roadsterek aszimmetrikus kialakításúak, az ovális verseny jellemzői miatt, csak balra kanyarodnak – különösen az aszimmetrikus gumiterhelések kompenzálására az egységek egy része vagy mindegyike balra van tolva.
A hajtás, a motor helyétől függetlenül, leggyakrabban hátul történt, bár az Indycar sorozatban próbálkoztak elsőkerék-hajtású autókkal ( a súlypont csökkentése érdekében ), és négykerék-hajtást alkalmaztak. mind az Indycarban, mind a Formula 1-ben. A sebességváltás mindig kézi, bár az utóbbiban. Ezzel egy időben terjedtek el a Forma-1 , a kormányon lévő kapcsológombokkal és a váltófülekkel [19]szekvenciális félautomata sebességváltók-hez 1989-ben .
A nyitott kerekű autók teljesítményosztályukban jellemzően a legkönnyebb súlyú versenyautók közül, és a legnagyobb az erőkoncentrációjuk a súlyukkal rendelkező autók között. A monooszlopok tömege 455-700 kilogramm tartományba esik , teljesítményük elérheti és meg is haladhatja az 1000 lóerőt . Ez a magas aerodinamikai tulajdonságokkal együtt a kanyargyorsulásra a legjobban alkalmassá teszi őket, és a versenyautók közül a leggyorsabbakká.
A prototípusok elvileg csak a zárt kerekekben különböznek egymástól, és ezért elméletileg ilyen dinamikus teljesítményt is elérhetnek, de jelenleg az ilyen autókat csak az állóképességi versenyeken használják , ezért sebességben nem hasonlíthatók össze a monopostokkal [20] . Ugyanakkor monopostból is lehet prototípust építeni úgy, hogy a kerekeket fedő könnyű karosszériát szerelnek rá - így készültek a Can-Am prototípusai a 70-es évek második felében.
A monopostok magas dinamikus jellemzői fokozott követelményeket támasztanak a pilóták fizikai felkészültségével szemben. Ezenkívül a nyitott kerekekkel rendelkező autó egy kis előnyt jelent, mivel a pilóta könnyebben meg tudja építeni a mozgási pályát, mivel látja az autó kerekeit. Ráadásul a pilótavezetés nagyobb odafigyelést igényel, a monopostok gyakorlatilag nem képesek sérülés nélkül hordozni az érintkezőket, a kerék-kerék érintkezés pedig nagyon veszélyes, mivel az egyik autó felszállhat és felborulhat.
A nyíltkerekű versenyzők maguk is megépíthetik ezeket (mint a Forma-1-es világbajnokságban), vagy megvásárolhatják harmadik féltől (a legtöbb esetben). A monopostok modern gyártói:
A nyitott kerekű autókat szinte kizárólag aszfaltozott pályákon - álló, ideiglenes vagy ovális pályákon - végzett körversenyeken használják. A sprint-autókat és a midjeteket a rövid havas pályákon való versenyzésben használják. Más sorozatokból is leszerelt monopostok használhatók hegymászó versenyeken .