Wpływ technologii hybrydowej na bolidy F1

Wpływ technologii hybrydowej na bolidy F1
Autor Ignacy Nowak
Ignacy Nowak21.09.2023 | 7 min.

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

Wpływ technologii hybrydowej na bolidy F1

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.

Najczęstsze pytania

Składają się z turbodoładowanego silnika spalinowego V6, turbogeneratora MGU-H, magazynującego energię w akumulatorach oraz silnika elektrycznego MGU-K napędzającego koła. Pozwala to na odzysk energii kinetycznej.

Zwiększa moc o około 160 KM, pozwala na oszczędność paliwa nawet o 35% oraz daje większą elastyczność w strategiach wyścigowych.

Stosuje się nowoczesne materiały, zaawansowane technologie kontroli spalania, turbodoładowania i smarowania. Dąży się do jak największej mocy przy ograniczonej pojemności 1.6 l.

Optymalizuje się kształt nadwozia, wprowadza aktywne elementy zmieniające docisk oraz redukuje opór powietrza. Nowe opony wymuszają zmiany aerodynamiczne.

Sterują one wszystkimi parametrami bolidu i pozwalają na strategie zarządzania energią w układzie hybrydowym. Symulacje wspomagają rozwój.

5 Podobnych Artykułów

  1. Jakie silniki napędzają bolidy F1? Odkrywamy tajniki
  2. Williams przerażony decyzją organizatorów Grand Prix w Miami
  3. F1 zatwierdziła nowy harmonogram weekendów sprinterskich
  4. Formuła 1 a nowe technologie: Elektryczne bolidy w przyszłości?
  5. Czy Formuła 1 jest naprawdę sportem ekstremalnym?
tagTagi
shareUdostępnij artykuł
Autor Ignacy Nowak
Ignacy Nowak

Jestem blogerem z pasją do Formuły 1. Na blogu dzielę się obszerną wiedzą o wyścigach, kierowcach i technologii. Relacjonuję każdy Grand Prix, analizuję tajniki strategii teamów i dostarczam najnowsze wieści ze świata F1. Znajdziesz u mnie emocje, które towarzyszą mi podczas każdej rundy sezonu!

Oceń artykuł
rating-fill
rating-fill
rating-fill
rating-fill
rating-fill
Ocena: 4.00 Liczba głosów: 1

Komentarze(0)

email
email

Polecane artykuły

TechnologiaF1 w erze hybrydowej: Jakie są bolidy hybrydowe?

Nowoczesne bolidy Formuły 1 napędzane są przez złożone układy hybrydowe łączące turbodoładowane silniki spalinowe z jednostkami odzyskującymi energię kinetyczną. Zrewolucjonizowało to ich konstrukcję, charakterystykę i sposób prowadzenia. To przyszłościowy kierunek rozwoju zmierzający do zeroemisyjnej mobilności.

TechnologiaCzym jest KERS w Formule 1?

System KERS stosowany w Formule 1 to zaawansowana technologia pozwalająca na odzyskiwanie energii kinetycznej powstałej podczas hamowania bolidu i wykorzystanie jej do chwilowego zwiększenia mocy. Przynosi kierowcom realne korzyści, ale pociąga też za sobą pewne wady.