Technologia odgrywa kluczową rolę w ciągłym rozwoju sportu motorowego Formuły 1. Od pierwszych wyścigów w latach 50. XX wieku do dziś, inżynierowie nieustannie pracują nad udoskonalaniem osiągów bolidów, aby zapewnić kierowcom przewagę na torze. W erze nowoczesnej Formuły 1, zespoły wprowadzają innowacyjne rozwiązania w zakresie aerodynamiki, elektroniki i bezpieczeństwa. Jednakże kluczowym czynnikiem pozostaje rozwój jednostek napędowych. Od 2014 roku w Formule 1 obowiązują silniki hybrydowe łączące jednostkę spalinową z systemem odzyskiwania energii kinetycznej. Te rewolucyjne rozwiązania znacząco wpływają na osiągi i strategie zespołów.
Nowe technologie w silnikach
W Formule 1 od zawsze trwał wyścig technologiczny o jak największą moc i moment obrotowy silników. Obecnie obowiązują turbodoładowane jednostki V6 o pojemności 1.6 litra. Inżynierowie wprowadzają szereg innowacji, aby zwiększyć sprawność i trwałość tych silników. Stosują lekkie materiały jak tytan czy kompozyty węglowe oraz zaawansowane systemy smarowania i chłodzenia. Kluczowe są również technologie kontroli spalania i optymalizacji procesu ładowania turbosprężarką. Dąży się do coraz wyższych prędkości obrotowych, sięgających 15000 obr./min. Te rozwiązania pozwalają osiągać moc rzędu 750-1000 KM przy masie silnika około 150 kg.
Hybrydowe jednostki napędowe
Zasada działania
Od sezonu 2014 wprowadzono w Formule 1 jednostki hybrydowe łączące silnik spalinowy z systemem odzysku energii (ERS). Składa się on z turbogeneratora MGU-H, magazynującego energię w akumulatorach oraz silnika elektrycznego MGU-K napędzającego koła. MGU-H wykorzystuje energię z gazów wylotowych do ładowania akumulatorów. Natomiast MGU-K odzyskuje energię hamowania i zwalnia bolid podczas zakrętów. Taki układ hybrydowy zwiększa moc o około 160 KM.
System odzyskiwania energii
Kluczowym elementem jest MGU-H, który pozwala wykorzystać energię kinetyczną ze spalin. Jest połączony wałem z turbosprężarką i ładuje akumulatory prądem stałym o napięciu do 1000V. Energia magazynowana jest w bateriach o masie do 20 kg. Następnie MGU-K zamienia ją z powrotem na mechaniczną i przekazuje na koła. Taki system odzysku energii znacząco zwiększa osiągi przy ograniczonej pojemności silnika.
Wydajność i oszczędność paliwa
Hybrydowe jednostki napędowe osiągają moc szczytową nawet 1000 KM. Pozwalają na przyspieszenie od 0 do 100 km/h w około 2 sekundy. Kluczowa jest również większa ekonomia - zużycie paliwa zmalało o 35%. Zespoły muszą precyzyjnie zarządzać energią pomiędzy silnikiem spalinowym, MGU-H i MGU-K. Optymalne wykorzystanie mocy hybrydowej to klucz do sukcesu.
Aerodynamika bolidów
Optymalny kształt nadwozia
Kolejnym kluczowym obszarem rozwoju jest aerodynamika. Specjalne tunele aerodynamiczne i symulacje CFD pozwalają zoptymalizować kształt nadwozia dla maksymalnego docisku i minimalnego oporu. Stosuje się wiele elementów jak dyfuzor, przednie skrzydła, bargeboardy czy mocno wyprofilowane boczne pontony. Cała aerodynamika dostosowana jest do nowych, szerszych opon. Docisk sięga już ponad 1000 kg przy prędkości 300 km/h.
Aktywne elementy aerodynamiczne
Zespoły wprowadzają również aktywne rozwiązania aerodynamiczne. Przykładem jest DRS montowany w tylnym skrzydle, który na prostych zmniejsza opór powietrza. Testuje się także aktywne zawieszenia czy systemy zmieniające kąt nachylenia elementów nadwozia. Pozwalają one optymalizować docisk w zależności od prędkości i zakrętów. Jest to kolejny obszar zaciętej rywalizacji konstruktorów.
Zmniejszanie oporu powietrza
Nadwozia bolidów są coraz bardziej opływowe, aby zminimalizować opór aerodynamiczny. Lżejsze materiały kompozytowe pozwalają na większą swobodę w kształtowaniu poszczególnych elementów. Efektem są coraz niższe współczynniki oporu Cx, które obecnie wynoszą 0,7-0,8. Pozwala to zwiększyć prędkość maksymalną nawet do 380 km/h i poprawić osiągi na prostych odcinkach toru.
Elektronika i oprogramowanie
Zaawansowane systemy sterowania
Kluczowym obszarem jest również elektronika i oprogramowanie sterujące pracą samochodu. Złożone systemy pozwalają precyzyjnie kontrolować parametry silnika, dystrybucję mocy czy strategie wykorzystania ERS. Stosuje się coraz szybsze procesory i zwiększa przepustowość systemów. Pozwala to w czasie rzeczywistym analizować dane telemetryczne i optymalizować ustawienia bolidu.
Strategie zarządzania energią
Kluczowe stają się zaawansowane strategie zarządzania energią pomiędzy jednostką spalinową a elektrycznym ERS. Oprogramowanie analizuje dane z czujników, aby dostarczać optymalną moc hybrydową na każdym etapie wyścigu. Stosuje się również systemy sztucznej inteligencji do przewidywania najlepszego sposobu wykorzystania energii elektrycznej.
Symulacje komputerowe
Nieocenione są również symulacje komputerowe CFD i jazdy w wirtualnej rzeczywistości. Pozwalają one zoptymalizować zachowanie bolidu w różnych warunkach i strategie kierowców bez kosztownych testów na torze. Zaawansowane systemy elektroniczne są zatem integralną częścią rozwoju nowoczesnych bolidów.
Bezpieczeństwo kierowców
Konstrukcja monokoków
Bezpieczeństwo kierowców jest priorytetem, więc konstrukcja monokoków ulega ciągłemu udoskonaleniu. Stosuje się coraz mocniejsze i lżejsze materiały kompozytowe węglowe, aby zwiększyć sztywność i wytrzymałość konstrukcji. Komory kierowcy są coraz bardziej ergonomiczne z uwagi na ograniczoną przestrzeń. Rozwija się konstrukcje hydroformowane i sandwichowe.
Systemy ochrony głowy
Szczególną rolę odgrywają systemy ochrony głowy i szyi kierowcy. Halo chroni przed urazami głowy i jest mocowane do monokoku. Wprowadzono również system HANS minimalizujący obrażenia szyi podczas wypadków. Kombinezony kierowców także chronią kręgosłup i głowę przy dużych przeciążeniach.
Rozwój kombinezonów
Nieustannie udoskonalane są również kombinezony kierowców. Wykonane z włókien aramidowych i węglowych coraz lepiej chronią przed urazami. Wprowadza się dodatkowe wkłady z pianki i elastyczne strefy, aby zmniejszyć siłę uderzeń. Stosuje się systemy chłodzenia i wentylacji. Bezpieczeństwo kierowców jest nadrzędnym celem rozwoju technicznego w Formule 1.
Przyszłość technologii w F1
Silniki elektryczne i wodorowe
W kolejnych latach spodziewane są dalsze zmiany w jednostkach napędowych. Rozważa się wprowadzenie silników elektrycznych lub ogniw wodorowych. Pozwoli to na dalszą poprawę osiągów przy neutralnym wpływie na środowisko. Jednak konieczny będzie postęp w zakresie magazynowania energii elektrycznej i wodoru w obrębie bolidu.
Sztuczna inteligencja
Sztuczna inteligencja i machine learning już wspomagają strategie zespołów. W przyszłości systemy AI będą w stanie samodzielnie optymalizować ustawienia bolidów oraz analizować dane w czasie rzeczywistym. Być może doczekamy się również autonomicznych bolidów ścigających się bez udziału kierowcy.
Samojezdne bolidy
Ostateczną wizją może być peleton w pełni autonomicznych bolidów rywalizujących na torze bez udziału człowieka. Choć na razie pozostaje to w sferze science fiction, postępujący rozwój sztucznej inteligencji i technologii autonomicznych pojazdów sprawia, że wizja ta może stać się rzeczywistością. Jednak priorytetem na razie pozostaje bezpieczeństwo kierowców.
Podsumowanie
Technologia odgrywa kluczową rolę w nieustannym rozwoju Formuły 1 i poprawie osiągów bolidów. W ostatnich latach przełomowym rozwiązaniem było wprowadzenie hybrydowych jednostek napędowych. Rewolucjonizują one strategie zespołów dzięki odzyskowi energii kinetycznej. Równolegle trwa wyścig technologiczny w dziedzinie aerodynamiki, elektroniki i oprogramowania sterującego. Nadrzędnym celem pozostaje bezpieczeństwo kierowców. W przyszłości być może zobaczymy w pełni autonomiczne bolidy ścigające się bez udziału człowieka. Jednak na razie priorytetem jest dalszy rozwój technologii hybrydowej, która zmieniła oblicze wyścigów Formuły 1.
Tagi
Udostępnij
