Будущее Формулы 1

zuppu08

racecar-engineering.com

Новые правила, которые вводит FIA с 2014 года станут началом новой эпохи в Формуле 1. Можно с уверенностью сказать, что серия стоит на пороге одного из самых значительных технологических изменений за всю свою историю. После семи лет, в течении которых регламент на двигатели был заморожен, новые моторы позволят автопроизводителям занять центральную роль в создании машин и ее показателях. Поместив двигатели в самую свою суть, королева автоспорта будет выделяться как образец  передовых технологий в автоспорте.

Главная цель изменений — обеспечить тесную связь между исследованиями и разработками Формулы 1, проблемами обычных автомобилистов и новыми задачами, которые ставят экономические и экологические условия, без ущерба качеству спорта и уровню конкуренции в нем.

Это новый вызов для автопроизводителей, которые заняты сейчас разработкой абсолютно нового электрифицированного турбированного шестицилиндрованного двигателя с рабочим объемом 1.6 литра (его еще называют силовой агрегат или силовая установка). Он сочетает в себе значительно сокращенный в размерах двигатель внутреннего сгорания и систему рекуперации кинетической энергии, в которой будет использоваться тепловая энергия, выделяемая на торможениях и при выхлопе для питания двух электромоторов.

Главная задача для мотористов, поставленная FIA, это снижение количества топлива, которое необходимо на одну гонку почти на 40%, сохранив при этом тот же уровень производителности и мощности (около 750 л.с.).
Основные особенности нового силового блока — переход с атмосферного двигателя V8 на турбированный V6 (с одноступенчатым компрессором). Рабочий объем снизится на одну треть от максимальных — 2400 куб/см до 1600 куб/см. Максимальные обороты будут ограничены отметкой 15,000 об./мин, при выходной мощности около 550 л.с.

 

Еще один новый блок — «Система рекуперации энергии» (Energy Recover System) будет лежать в основе всего силового агрегата. Блок состоит из системы сбора кинетической (ERS-K) и тепловой (ERS-H) энергии, сохраняемой двумя генераторными электродвигателями MGU-K и MGU-H.

 

С новым регламентом вступят в силу некоторые ограничения. До 140 литров будет снижено количество топлива, которое можно использовать в гонке. При создании машины и на трассе ключевым фактором станет сохранение и наиболее эффективное использование энергии. Максимальный расход снизится до 140 литров в час. Жизненно необходимой будет оптимизация каждого грамма — машины должны будет ехать так быстро, насколько это возможно на данном ограниченном количестве топлива.

 

Следующее ограничение будет связано с расходами. Затраты на разработку будут снижены, количество двигателей, которые в ходе сезона сможет использовать пилот, будет так же ограничено: пять в 2014 году, затем четыре в 2015 (сейчас их используется восемь). Технологии и материалы должны быть аналогичны тем, что используются при производстве серийных двигателей.
Все это ставит главный акцент на эффективность. Эффективность обычного двигателя внутреннего сгорания при оптимальных условиях эксплуатации составляет примерно 25-30%. Это означает, что 70% энергии, производимой при сжигании топлива, теряется в виде тепла либо через радиаторы двигателя (теплообмен между блоком цилиндров и охлаждающей жидкостью) или с помощью выхлопных газов.
 zuppu7
Роб Уайт, заместитель генерального директора и технический директор Renault Sport F1: «Следствием повышения энергоэффективности двигателя будет увеличение энергии, передаваемой механически на колеса автомобиля и повышение количества энергии, использованной в результате сгорания топлива. Целью новых правил является увеличение эффективности благодаря уменьшению размеров двигателя, турбины и использованию энергии, хранящейся в выхлопе (ERS-H) и в тепле, выделяемом при торможении (ERS-K) повторно в виде электричества

 

Все этот будет иметь большое влияние на разработку аэродинамических пакетов для машин Формулы 1, говорит технический директор Lotus Джеймс Эллисон: «Есть большое количество элементов в машине Формулы 1, которые требуют дополнительного сжигания топлива, вещей, которые дают вам в итоге время на круге. И когда вы проектируете машину, какими бы не были правила, вашей целью всегда является создание максимально быстрой машину в гоночных условия и в квалификации. В следующем году к этому вопросу нужно будет подходить иначе. Важно будет использовать максимально эффективную аэродинамику с точки зрения лобового сопротивления, оно должно быть как можно меньше. Но это не значит, что машины будут лишены всех аэродинамических элементов, которые мы привыкли видеть. Я думаю мы сможем сохранить такие вещи как диффузор или переднее антикрыло похожими на те, что используются в последние годы. Основная гонка разработок будет связана с тем, как вы справитесь с требованиями по высоте шасси и жесткими требованиями к системе охлаждения, которую необходимо интегрировать в шасси без потери прижимной силы«.

 

Новые двигатели будут снабжены технологиями, которые либо никогда не применялись в Формуле 1, либо давно в спорте отсутствуют (турбонаддув).

 

Турбонаддув позволяет использовать большое количество энергии, несмотря на низкий предел максимальных оборотов и меньший объем двигателя, что непосредственно влияет на тот воздух, который поступает в двигатель. Что бы компенсировать меньший объем, турбонаддув позволяет использовать некоторое количество энергии, потерянной при выхлопе, для того, что бы привести в действие турбину. Эта энергия используется для сжатия воздуха в компрессоре и повышения давления в цилиндре. Тем не менее, изначально турбонаддув производит больше энергии, чем необходимо для сжатия воздуха. Поэтому, для избежания перерасхода энергии и предотвращения слишком быстрого вращения турбины, они будут снабжены специальными ограничителями.

 

Прямой впрыск топлива позволит точно контролировать форму и скорость распыления топлива в цилиндрах, а не внутри впускных коллекторов, как в случае с не прямым впрыском.

zuppu2
Энергия выхлопа будет использоваться в новой форме рекуперации энергии, которая будет установлена на всех машинах. Количество энергии, содержащейся в отработанных газах на выходе из двигателя равняется примерно 55% энергии, выработанной топливом. Это огромная потеря. Двигатель 2014 года, оснащенный генератором MGU-H установленным на турбину, позволит использовать эту тепловую энергию конвертировав ее в электричество. Это электричество будет храниться в батареях или использовано другим генератором (MGU-K) для движения машины. Например, с помощью генератора MGU-K болид будет проходить формировочный круг. Вся система называется ERS-H (Energy Recovery System — Heat).

 

Еще одна важная функция ERS-H — избежать турбоямы, которая возникает после торможения и может стоить нескольких секунд, до того как восстановится крутящий момент, необходимый гонщику.

 

ERS-K (Система рекуперации кинетической энергии) будет вдвое мощнее нынешней KERS и будет способна высвобождать энергию в течении 34 секунд на круге. На торможении кинетическая энергия рассеивается из тормозов в форме тепла. Согласно правилам, часть этой энергии должна будет преобразована в электричество с помощью генератора MGU-K, соединенного с коленчатым валом двигателя внутреннего сгорания.

 

Этот генератор будет способен восстанавливать 2 М/Дж и использовать 4 Мг/Дж на круге, что равняется примерно 34 секундам (против 6.5 секунд современного KERS). Генератор MGU-K будет способен на пиковую мощность в 120 К/Вт (более 160 л.с.).

 

Восстановление этой тепловой и кинетической энергии не приведет к увеличению расхода топлива. Это будет абсолютно свободный источник энергии.

 

Сам принцип турбонаддува не является новым. Он использовался еще до Второй Мировой Войны на некоторых самолетах и грузовых автомобилях. Он был известен как «турбокомпаундный» двигатель. Преимущество электрифицированных турбодвигателей в том, что такая система позволяет управлять энергией в реальном времени и использовать ее тогда, когда это действительно нужно. В зависимости от необходимости, она может быть направлена на коленчатый вал, на поддержание скорости турбины (и снижение инерции во время переходной фазы) или просто может храниться в батареях. Принцип использования энергии торможения через MGU-K похож на систему KERS, которая используется в настоящее время. Система же использования выхлопных газов абсолютно новая, и эта комбинации двух систем делает новый двигатель инновационным и сможет привести к большому толчку в области разработки энергоэффективности двигателей.

zuppu1
Считается , что такой подход к производству турбодвигателей быстро найдет применение в производстве серийных автомобилей. Интересно, что концепция двигателя F1 2014 года будет внедрена в регламент LMP 1 так же в 2014 году, где так же будет использоваться принцип ограничение расхода топлива, хотя с другими параметрами (140 литров топлива нельзя использовать 24 часа). И это не случайно. Возникает интересная ситуация, когда производители двигателей для F1 могут работать в серии гонок на выносливость (World Endurance Championship) и разрабатывать двигатели без ограничений Формулы 1. В Ле-Мане, например, не будет ограничения на количество оборотов.

 

Reanult стали первым производителем, который представил фотографии нового двигателя — это было в середине 2012. За это время Ferrari, Mercedes и Honda построили аналогичные агрегаты, а Cosworth имеют его пока только на чертежной доске. Проект PURE в итоге закрыт, не принеся никаких результатов.

 

Что бы не произошло, после того как болиды с новыми двигателями выйдут на трассу, автоспорт больше никогда не будет прежним. Как говорит Джеймс Эллисон «первые тесты в следующем году будут волнительными и немного страшными. Изменения 2009 года можно сравнить с легкой рябью, на фоне цунами изменений 2014 года».
Реклама

Добавить комментарий

Заполните поля или щелкните по значку, чтобы оставить свой комментарий:

Логотип WordPress.com

Для комментария используется ваша учётная запись WordPress.com. Выход / Изменить )

Фотография Twitter

Для комментария используется ваша учётная запись Twitter. Выход / Изменить )

Фотография Facebook

Для комментария используется ваша учётная запись Facebook. Выход / Изменить )

Google+ photo

Для комментария используется ваша учётная запись Google+. Выход / Изменить )

Connecting to %s